Die (patho)physiologische Rolle der CYP450-vermittelten Mechanismen in der Arteria Ophthalmica
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde die (patho)physiologische Rolle der Cytochrom P450 (CYP)-vermittelten Mechanismen bei der Exposition gegenüber Glaukom-bezogenen Risikofaktoren, nämlich Alterung, Geschlecht und oxidativem Stress, in der Arteria ophthalmica entschlüsselt. Wir haben erstmalig experimentell nachgewiesen, dass die CYP-abgeleiteten Eicosanoide, die Epoxyeicosatriensäuren (EETs) umfassen, sich in der A. ophthalmica als Vasokonstriktoren verhalten. Zudem haben wir demonstriert, dass eine Nahrungsergänzung mit langkettigen Omega-3-Fettsäuren (ω-3) innerhalb von nur 7 Tagen zu tiefgreifenden Veränderungen im Proteom der A. ophthalmica geführt hat, indem verschiedene Gefäßschutzmechanismen reguliert, um die Funktionalität und Integrität der A. ophthalmica in Mäusen mit deletiertem Cyp-Gen zu erhalten. Wir wiesen auch nach, dass eine akute Exposition mit Angiotensin II (Ang II) -induziertem oxidativem Stress den Umbau des Aktin-Zytoskeletts als inhärenten Adaptationsmechanismus der A. ophthalmica zur Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase signifikant beeinflusst. Darüber hinaus haben wir die Hypothese getestet und bewiesen, dass die Netzhaut anfälliger für Ang II-induzierten oxidativen Stress ist als die A. ophthalmica, wie die Verschiebung der zellulären Bioenergetik im erstgenannten Augengewebe zeigt. Der erste Einblick in die neuartige Signalachse und die Proteomveränderungen in beiden Augengefäßen, um die Rolle und die Auswirkungen von oxidativem Stress beim Glaukom besser zu verstehen, hat bei verschiedenen Medien große Aufmerksamkeit erregt. Die Ergebnisse wurden durch Veröffentlichung in Redox Biology, eine Pressemitteilung, sowie den ‚Roland Britz Glaucoma Award 2021‘ gewürdigt. Wir hatten früher bereits die funktionelle Rolle und Expression des spannungsabhängigen Kalium-Ionenkanals (Kv1.6) in der A. ophthalmica identifiziert. Hier haben wir das Interaktom von Kv1.6 erstmalig angereichert und charakterisiert. Unsere Daten dienen als wichtige Grundlage für künftige Studien zu Kv1.6 da seine physiologische und funktionelle Bedeutung noch weitgehend unbekannt ist. Schließlich entschlüsselten wir in Mäusen mit gezielter Deletion des Ephx2- Gens die unterschiedlichen, alters- und geschlechtsassoziierten Proteom- und Zellsignalveränderungen bei chronischem Verlust an EET-metabolisierendem Enzym, der löslichen Epoxidhydrolase (sEH). Die wichtigsten Ergebnisse zeigen, dass das Fehlen von sEH bestimmte altersassoziierte schädliche zelluläre Mechanismen verbessert und dass es spezifische geschlechtsspezifische Veränderungen gibt. Die Ergebnisse unterstreichen insgesamt die gefäßschützende Rolle der sEH-Inhibition in diesem Gefäßsystem. Zusammenfassend haben wir einen umfassenden Einblick in die CYP-vermittelten Zellsignal- Profile der A. ophthalmica gegeben und wichtige fehlende Verbindungen zu kompensatorischen Mechanismen als Reaktion auf verschiedene pathophysiologische Beeinträchtigungen aufgezeigt, die für künftige translationale Bemühungen zur Verbesserung der okulären Perfusion bei Glaukom entscheidend sein werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Angiotensin II-Induced Oxidative Stress Inactivates Neuroprotective Mechanisms in Retina and Heightens Acute Vascular Adaptive Responses in Ophthalmic Artery: A Proteomic Perspective. Investigative Ophthalmology & Visual Science 60 (9), 5653. (This abstract was presented at the 2019 ARVO Annual Meeting, held in Vancouver, Canada; April 28 – May 2, 2019).
Caroline Manicam, Lars Straßburger, David Herzog, Norbert Pfeiffer, Franz H. Grus & Natarajan Perumal
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Sample Preparation for Mass-spectrometry-based Proteomics Analysis of Ocular Microvessels. Journal of Visualized Experiments, (144).
Perumal, Natarajan; Straßburger, Lars; Schmelter, Carsten; Gericke, Adrian; Pfeiffer, Norbert; Grus, Franz H. & Manicam, Caroline
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Bioenergetic shift and actin cytoskeleton remodelling as acute vascular adaptive mechanisms to angiotensin II in murine retina and ophthalmic artery. Redox Biology, 34, 101597.
Perumal, Natarajan; Straßburger, Lars; Herzog, David P.; Müller, Marianne B.; Pfeiffer, Norbert; Grus, Franz H. & Manicam, Caroline
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Cyp2c44 epoxygenase-derived epoxyeicosatrienoic acids in vascular smooth muscle cells elicit vasoconstriction of the murine ophthalmic artery. Scientific Reports, 11(1).
Hu, Jiong; Sisignano, Marco; Brecht, Roman; Perumal, Natarajan; Angioni, Carlo; Bibli, Iris-Sofia; Fisslthaler, Beate; Kleinert, Hartmut; Pfeiffer, Norbert; Fleming, Ingrid & Manicam, Caroline
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Acute Dietary Supplementation with Omega-3 Fatty Acid Confers Novel Mechanistic Changes in Retinal Proteome in Mice with Targeted Gene Deletion of Cytochrome P450. Investigative Ophthalmology & Visual Science 63 (7), 2710-A0074. (This abstract was presented at the 2022 Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) Annual Meeting, held in Denver, CO,USA; May 1-4, 2022).
Manicam, C., Herfurth, A., Grus, F., Pfeiffer, N. & Perumal, N.
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Acute omega‐3 fatty acid supplementation confers novel neurovascular‐protective effects on the retinal and ophthalmic arterial proteome of Cyp2c44−/− mice. Acta Ophthalmologica, 100(S275).
Manicam, Caroline; Herfurth, Anna; Grus, Franz; Pfeiffer, Norbert & Perumal, Natarajan
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Short-Term Omega-3 Supplementation Modulates Novel Neurovascular and Fatty Acid Metabolic Proteome Changes in the Retina and Ophthalmic Artery of Mice with Targeted Cyp2c44 Gene Deletion. Cells, 11(21), 3494.
Perumal, Natarajan; Herfurth, Anna; Pfeiffer, Norbert & Manicam, Caroline
