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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-51003
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/5100/


Beetz, Nadine

Kardiovaskuläre Funktionen von Phosducin bei der Maus und seine Bedeutung für die essenzielle Hypertonie des Menschen

Cardiovascular functions of phosducin in mice and its role in human essential hypertension

Dokument1.pdf (56.840 KB) (md5sum: 66d3abbbcd23c88fef70e43ef3fa6a27)

Kurzfassung in Deutsch

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) stellen die größte Gruppe unter den membranständigen Rezeptoren dar. Sie vermitteln an vielen Stellen des Herz-Kreislaufsystems die Signaltransduktion. So wirken die endogenen Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin agonistisch an alpha- und beta-Adrenozeptoren, die alle G-Protein-gekoppelt sind. Die durch GPCRs vermittelte Signaltransduktion ist komplex und wird durch viele regulatorische Mechanismen kontrolliert. Einer dieser Regulatoren ist Phosducin, ein Phosphoprotein, das betagamma-Untereinheiten heterotrimerer G-Proteine bindet. Phosducin wird vor allem in der Retina und der Glandula pinealis exprimiert, es gibt jedoch auch Hinweise auf eine Expression in anderen Geweben. Trotz ausgedehnter biochemischer Untersuchungen dieses Proteins sind seine physiologischen Funktionen weitgehend unbekannt. Im Zentrum dieser Arbeit stand die Aufklärung der Funktion von Phosducin im kardiovaskulären System mit Hilfe eines Knockout-Mausmodells. Darüberhinaus sollte die Relevanz der im Mausmodell herausgearbeiteten Befunde für den Menschen an Hand humaner genetischer Assoziationsstudien beurteilt werden.
Zur Untersuchung der physiologischen Funktionen von Phosducin wurde im Vorfeld dieser Arbeit ein Mausmodell mit einer gezielten Deletion des Phosducin-Gens (Pdc) generiert (Pdc-/-). Ein Hauptbefund bei dessen kardiovaskulärer Charakterisierung war eine Stress-induzierte Hypertonie, welche mit erhöhten Gewebe-, Plasma- und Urinkatecholaminen einherging und von einer Hypertrophie der Muskelzellen im Gefäßsystem begleitet war. Postganglionäre Neurone des Sympathikus zeigten bei Deletion von Pdc gegenüber dem Agonisten Acetylcholin als auch Agonist-unabhängig eine verlängerte Aktionspotentialsequenz mit erhöhter Frequenz.
Diese Erkenntnisse sollten nun auf die humane essenzielle Hypertonie übertragen werden. Dazu wurden in einer frankokanadischen und einer afroameri-kanischen Population Assoziationsstudien zwischen dem PDC-Gen und bestimmten Blutdruckphänotypen durchgeführt. Dabei waren ausgewählte genetische Marker (Einzelbasenpolymorphismen) im PDC-Gen sowie in dem Gen für seinen Nachbarn auf Chromosom 1, die Cyclooxygenase 2 (PTGS2), signifikant mit Stress-induzierten und basalen Blutdruckphänotypen assoziiert. Für den Marker rs12402521 im PDC-Gen konnte in beiden Populationen ein erhöhter systolischer Blutdruck bei homozygoten Trägern eines bestimmten PDC-Allels berechnet werden. Da die Kopplungsanalyse ergab, dass beide Gene, PDC und PTGS2, beim Menschen nicht vollständig voneinander getrennt waren, wurden Cyclooxygenase 2-defiziente Mäuse (Ptgs2-/-) ebenfalls hämodynamisch untersucht. In beiden Mausmodellen (Pdc-/- und Ptgs2-/-) führte die Deletion der beiden Gene zu charakteristischen Bluthochdruck-phänotypen. Bei Phosducin-Defizienz war dies vor allem eine Stress-induzierte Hypertonie, bei Cyclooxygenase 2-Defizienz vor allem eine basale Hypertonie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Rahmen dieser Arbeit Phosducin als essenzieller Regulator des Sympathikus und damit des Blutdrucks im Mausmodell und beim Menschen identifiziert wurde. Somit kann Phosducin möglicherweise in Zukunft ein neues spezifisches Zielmolekül in der Forschung zur Hypertoniebehandlung darstellen.


Kurzfassung in Englisch

G-protein-coupled receptors (GPCRs) are the largest group among membrane located receptors. They mediate signal transduction at various locations in the cardiovascular system. The endogenous catecholamines epinephrine and norepinephrine act as agonists at alpha- und beta-adrenoceptors which are all G-protein coupled. Signal transduction by GPCRs is complex and controlled by a variety of regulatory mechanisms. One of these regulators is phosducin, a phosphoprotein which binds betagamma-subunits of heterotrimeric G-proteins. Phosducin is primarily expressed in retina and pineal gland. However, evidence is published showing lower expression in different other tissues also. Despite extensive biochemical studies, the physiological function of phosducin was so far unknown. This thesis focussed on the study of the physiological function of phosducin in the cardiovascular system by means of the respective knockout mouse model. In addition to that, the relevance of the murine data for human disease was sought to be evaluated by human genetic association studies.
To examine physiological functions of phosducin, a mouse model with a targeted deletion of the phosducin gene (Pdc-/-) has been generated prior to the beginning of this work. A major result of the cardiovascular characterization of the Pdc-/- mouse was a stress-induced hypertension accompanied with increased tissue, plasma and urine catecholamines and a hypertrophy of vascular smooth muscle cells. Postganglionic neurons of the sympathetic nervous system deficient in Pdc showed prolonged action potential sequences with increased frequency when stimulated with acetylcholine or by current application.

These findings in the knockout mouse model were transferred to the human disease of essential hypertension. To do so, the results of association studies in French-Canadian and African-American populations were analyzed for association between the PDC gene and different blood pressure parameters. The results showed that genetic markers (single nucleotide polymorphisms) in the PDC gene as well as in the gene for phosducin’s direct neighbour on chromosome 1, cyclooxygenase 2 (PTGS2), were significantly associated with stress-induced and basal blood pressure phenotypes. For marker rs12402521 in the PDC gene, an increased systolic blood pressure in homozygous carriers of a distinct PDC allele could be calculated. Linkage analysis, however, revealed that both genes, PDC and PTGS2, are not fully independent especially in French-Canadian individuals. To validate the results of the association studies, cyclooxygenase 2-deficient animals (Ptgs2-/-) were also examined hemodynamically. In both mouse models (Pdc-/- und Ptgs2-/-), the deletion of one of the genes, respectively, lead to distinct high blood pressure phenotypes. Phosducin-deficiency primarily mediated stress-induced hypertension while cyclooxygenase 2-deficieny was associated with basal hypertension.

In summary, by means of this study phosducin was identified as an essential regulator of the sympathetic nervous system controlling blood pressure in a mouse model and in humans. As a result, phosducin may become a new specific target molecule for the treatment of human essential hypertension.


SWD-Schlagwörter: Hypertonie , Kardiovaskuläres System , Humangenetik , Assoziationsanalyse
Freie Schlagwörter (deutsch): Phosducin , Knockout-Maus , GPCR , G-Protein
Freie Schlagwörter (englisch): Hypertension , Phosducin , Cardiovascular System , Knockout Mouse , G Protein
Institut: Institut für Pharmazeutische Wissenschaften
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Hein, Lutz (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.04.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 18.09.2008
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