Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2306
Authors: Schuhmacher, Swenja
Title: Einfluss der AMPK-Aktivität auf Endothelfunktion, oxidativen Stress und vaskuläre Inflammation
Online publication date: 20-Dec-2010
Language: german
Abstract: Die AMPK ist ein ubiquitär exprimiertes, heterotrimeres Enzym, das bei Energiemangel das Überleben der Zelle sichert. Um diese Funktion ausüben zu können fungiert die AMPK als sogenannter „Energie-Sensor“, der durch steigende AMP Mengen aktiviert wird. In diesem Zustand werden ATP verbrauchende Reaktionen inhibiert und gleichzeitig ATP generierende Vorgänge induziert. Im vaskulären System konnte gezeigt werden, dass die endotheliale NOSynthase durch die AMPK aktiviert, die Angiogenese stimuliert, die Endothelzellapoptose und das Wachstum von Gefäßmuskelzellen inhibiert wird. All diese Prozesse sind fundamental in der Entwicklung von kardiovaskulären Krankheiten, was auf eine protektive Funktion der AMPK im vaskulären System hindeutet. In der vorliegenden Arbeit sollten die Effekte der in vivo Modulation der AMPK Aktivität auf Endothelfunktion, oxidativen Stress und Inflammation untersucht werden. Dazu wurden zwei unterschiedliche Mausmodelle genutzt: Einerseits wurde die AMPK Aktivität durch den pharmakologischen AMPK-Aktivator AICAR stimuliert und andererseits die vaskulär vorherrschende AMPK-Isoform durch knock out ausgeschaltet. Zur Induktion von oxidativem Stress wurde ein bereits charakterisiertes Angiotensin II-Modell angewandt. Zur Untersuchung gehörten neben den Superoxid-Messungen auch die Bestimmung der Stickstoffmonoxid-Mengen in Serum und Aortengewebe, die Relaxationsmessungen in isometrischen Tonusstudien sowie HPLC-basierte Assays. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Aktivierung der AMPK mittels AICAR die Angiotensin II induzierte Endotheldysfunktion, der oxidative Stress und auch die vaskuläre Inflammation verbessert werden konnte. Weiterhin zeigte sich dass der knock out der vaskulären Isoform (α1) im Angiotensin II Modell eine signifikant verstärkte Endotheldysfunktion, oxidativen Stress und Inflammation nach sich zog. Anhand der erhobenen Daten konnte die NADPH-Oxidase als Hauptquelle des Angiotensin II induzierten oxidativen Stresses identifiziert werden, wobei sich diese Quelle als AMPK sensitiv erwies. Durch die Aktivierung konnte die Aktivität der NADPH-Oxidase verringert und durch die α1AMPK Defizienz signifikant erhöht werden. Auch die mitochondriale Superoxidproduktion konnte durch die Modulation der AMPK Aktivität beeinflusst werden. Die vaskuläre Inflammation, die anhand der Surrogaten VCAM-1, COX-2 und iNOS untersucht wurde, konnte durch Aktivierung der AMPK verringert werden, der knock out der α1AMPK führte so einer sehr starken Expressionssteigerung der induzierbaren NO-Synthase, was in einem starken Anstieg der NO-Produktion und somit der Peroxynitritbildung resultierte.Die dargestellten Daten deuten stark auf eine protektive Funktion der AMPK im vaskulären System hin und sollte als therapeutisches Ziel, nicht nur in Bezug auf diabetische Patienten, in Betracht gezogen werden.
The AMP-activated protein kinase (AMPK) is an ubiquitous expressed heterotrimeric enzyme in mammalian cells which allows cellular survival under conditions of decreased energy supply. As a cellular fuel sensor, it is being activated by increases in the cellular AMP : ATP ratio and leads to an inhibition of ATP consuming pathways and activation of ATP generating pathways. In the vasculature, AMPK is known to activate the endothelial NO synthase, stimulates angiogenesis and inhibits the proliferation of vascular smooth muscle cells as well as endothelial cell apoptosis. All these processes play a fundamental role in the development of vascular disease, pointing to a protective role of the AMPK in the vascular system. The aim of this study was to examine the effects of in vivo modulation of the AMPK activity on endothelial function, oxidative stress and vascular inflammation. We examined endothelial function, oxidative stress and vascular inflammation in two different mouse models. On one hand, we activated the AMPK in vivo by daily subcutaneous AICAR injections and on the other hand we inhibited vascular AMPK by knocking out the major vascular isoform, namely the alpha1 subunit of the AMPK. To induce oxidative stress we used the well characteized model of chronic angiotensin II infusion. AMPK activation by AICAR improved angiotensin II induced endothelial dysfunction, decreased oxidative stress and inhibited vascular inflammation. In contrast, deletion of the major vascular Isoform α1AMPK impaired vascular dysfunction induced by low dose angiotensin II infusion, increased the oxidative stress and the vascular inflammatory response. Surprisingly, this was associated with an increase of vascular NO production, which was inactivated by\r\nconcomitant superoxide production leading to peroxynitrite formation and endothelial dysfunction. The NADPH-oxidase was identified as the major angiotensin II dependent source of reactive oxygen species (ROS) which was AMPK sensitive. Simultaneously, mitochondrial ROS production and xanthine oxidase activity where governed by AMPK activity. Aortic expression of VCAM-1 and COX-2 were analyzed as surrogate markers of vascular inflammation during angiotensin II treatment and were decreased after AMPK activation by AICAR but significantly upregulated after deletion of the α1AMPK. In accordance with these data, the increased NO production in α1AMPK mice was due to an upregulation of iNOS expression in response to angiotensin II treatment. These data demonstrate an essential role of AMPK in the preservation of vascular function. Future clinical studies are warranted to investigate whether pharmacological AMPK activation may be a safe and feasible option for the treatment of vascular disease in humans.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2306
URN: urn:nbn:de:hebis:77-25400
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 232 S.
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