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Einfluss von PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide) bzw. des PACAP Rezeptors PAC1 auf Morphologie und Expression Inflammations-/ Apoptose-/ Atherosklerose-relevanter Proteine/Zytokine in Mm. soleus/gastrocnemius bei ApoE defizienten Mäusen unter Standardfütterung
Das Hypophysen-Adenylat-Cyclase-aktivierende-Polypeptid (engl. „Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide“; PACAP) ist ein 38 AS großes Neuropeptid, das über die Bindung an verschiedene Rezeptoren vor allem dem PAC1-Rezeptor wirkt und seine Zielfunktionen über die Aktivierung einer Adenylat...
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| Main Author: | |
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| Contributor: | |
| Contributors: | |
| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Philipps-Universität Marburg
2024
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| Subjects: | |
| Online Access: | PDF Full Text |
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| Summary: | Das Hypophysen-Adenylat-Cyclase-aktivierende-Polypeptid (engl. „Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide“; PACAP) ist ein 38 AS großes Neuropeptid, das über die Bindung an verschiedene Rezeptoren vor allem dem PAC1-Rezeptor wirkt und seine Zielfunktionen über die Aktivierung einer Adenylat-cyclase (AC) ausführt.
Im Zusammenhang mit Atherosklerose konnte gezeigt werden, dass PACAP bei glatten Muskelzellen die Bildung von Lipidperoxiden und die morphologischen Veränderungen, die durch Hyperlipidämie (ApoE-/-) verursacht wurden, signifikant verminderte. Atherosklerose spielt eine wichtige pathophysiologische Rolle bei einigen relevanten Erkrankungen. Im Bereich der Skelettmuskulatur, kann sie zu erhöhtem oxidativem Stress, Muskelfaserdegeneration, Fibrose sowie einer verringerten Kapillarisierung der Muskelfasern führen. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von PACAP- bzw. PAC1-Defizienz auf die Morphologie und Expression Inflammations- / Apoptose- / Atherosklerose-relevanter Proteine/ Zytokine in Mm. soleus/gastrocnemius bei hypercholesterinämischen ApoE-/--Mäusen unter Standardfütterung analysiert. Hierfür wurden folgende Maus-Genotypen generiert und untersucht: 1. PACAP+/+ / PAC1+/+ / ApoE-/- (kurz „ApoE-/-“; Kontrolle); 2. PACAP-/- / ApoE-/-; 3. PAC1-/- / ApoE-/-. Alle Mäuse erhielten für 30 Wochen Standardfutter. Zur Messung der Triglycerid- und Cholesterinkonzentrationen wurden Blutproben entnommen. Die weiteren o.g. Parameter wurden überwiegend mittels Immunhistomorphometrie untersucht. Das Körpergewicht der PACAP-/- / ApoE-/-- und PAC1-/- / ApoE-/-- Mäuse war ähnlich zu dem der ApoE-/--Mäuse. Die Plasma-Cholesterin- und -Triglyceridspiegel der PACAP-/- / ApoE-/-- bzw. PAC1-/- / ApoE-/--Mäuse waren ähnlich wie bei ApoE-/--Mäusen. Im M. gastrocnemius fanden wir bei PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen eine signifikante Erhöhung der Faserdichte um 28,5% (p=0,042) bei gleichzeitiger Abnahme der Faserquerschnittsfläche um 22,9% (p=0,043) im Vergleich zu ApoE-/-. Im M. soleus der PAC1-/- / ApoE-/--Mäuse war die Faserdichte um 19% (p=0,045) höher als bei ApoE-/--Mäusen. Die Faserquerschnittsflächen aller Fasertypen waren bei PACAP-/- /ApoE-/- -bzw. PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen im M.soleus um 15 % (p=0,016) bzw. 17,2%
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(p<0,001) erniedrigt im Vergleich zu den ApoE-/--Mäusen. Die Faserquerschnittsflächen der einzelnen Fasertypen waren bis auf die der Typ I Fasern signifikant verringert. Zudem zeigte sich im M. soleus der PACAP-/- / ApoE-/--Mäuse eine Verschiebung der Faserkomposition mit 5%iger Abnahme der Typ I Fasern und 5,9%iger Zunahme der IIxa-Fasern im Vergleich zu ApoE-/--Mäusen. Die Dichte der MuRF-1+-Zellen war im M. soleus der PAC1-/- / ApoE-/--Mäuse signifikant um 30,7% (p=0,018) höher als bei ApoE-/--Mäusen. Die für die Innervation bedeutenden neuromuskulären Endplatten waren im M. soleus bei PACAP-/- / ApoE-/-- als auch bei PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen signifikant um 33,3% reduziert im Vergleich zu ApoE-/--Mäusen.
Unsere Daten zeigen, dass bei PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen im Vergleich zu ApoE-/--Mäusen die Dichte der COX-2+-Zellen im M.soleus um 18,3% (p=0,030) erniedrigt war. Auch die Anzahl COX-2+-Zellen pro Faser war bei den PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen im Vergleich zu ApoE-/--Mäusen um 33,2% bzw. im M. gastrocnemius um 38% erniedrigt. Unsere Daten zeigen, dass bei PACAP-/- / ApoE-/--Mäusen die Dichte der IL-1ß+-Zellen im M. soleus und M. gastrocnemius um 24,6% (p=0,047) bzw. 19,6% (p=0,050) niedriger war im Vergleich zu ApoE-/-. Auch die Anzahl der IL-1ß+-Zellen pro Faser waren bei beiden Muskeltypen signifikant reduziert im Vergleich zu ApoE-/-. Die Kapillardichte war im M. soleus bei PACAP-/- / ApoE-/--Mäusen signifikant (p=0,045) um 30,4% höher als bei ApoE-/--Mäusen. Ferner fanden wir im M. gastrocnemius von PACAP-/- / ApoE-/-- und PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen signifikant höhere Konzentrationen der proteinogenen Aminosäuren Methionin, Leucin, Tyrosin und Phenylalanin bezogen auf das Gesamtprotein (nmol/mg Protein). Der intrazelluläre Gluthation-Redoxstatus der PACAP-/- / ApoE-/-- und PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen zeigte keine signifikanten Veränderungen im Vergleich zu ApoE-/--Mäusen.
Unsere Ergebnisse zeigen erstmals, dass eine PACAP-/PAC1-Defizienz zu einer Abnahme der Faserquerschnittsfläche bei gleichzeitiger Zunahme der Faserdichte führt, was auf eine mögliche Atrophie mit begleitender Hyperplasie hindeutet. Da wir bei PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen eine signifikant erhöhte MuRF-1-Expression im M. soleus beobachteten, könnte dies eine
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Ursache für atrophische Prozesse sein. Die durch PACAP bzw. PAC1-Defizienz induzierte Abnahme der Innervation könnte zudem für die Abnahme der Faserquerschnittsfläche/Zunahme der Faserdichte verantwortlich sein. Eine verringerte Durchblutung als eine weitere mögliche Ursache der Atrophie im M. soleus konnte in unseren Untersuchungen nicht nachgewiesen werden, da sich unter PACAP-/PAC1-Mangel eher eine Zunahme der Kapillardichte zeigte. Erstaunlicherweise war im Gegensatz zur Herzmuskulatur (Gohlke, 2017) in der Skelettmuskulatur kein begleitendes erhöhtes pro-inflammatorisches Environment beobachtet worden. Atrophische Prozesse erfolgten begleitet von einer reduzierten Dichte an Entzündungsparametern (COX-2; Il-1β). Die erhöhten Konzentrationen an proteinogenen Aminosäuren im M. gastrocnemius deuten auf vermehrte Proteolyseprozesse hin, welche in Verbindung mit der verringerten Faserquerschnittsfläche bei PAC1-/- / ApoE-/--Mäusen stehen könnten. Hier könnte der Untersuchungszeitpunkt im M. soleus zu früh gewählt gewesen sein, sodass sich hier noch keine Veränderungen in der Aminosäureanalyse zeigten.
Summa summarum bestätigt sich unsere Annahme zu Beginn der Arbeit, dass ein PACAP-/PAC1-Mangel in der Skelettmuskulatur pathologische Veränderungen im Bezug auf Atrophie, Kapillarisierung und Inflammation zur Folge hat.
Aus unseren Daten deuten wir, dass PACAP in der Skelettmuskulatur eher protektive Eigenschaften hinsichtlich Atrophie, Innervation und Proteolyse innerhalb der Zellen zu haben scheint; hier wäre es künftig spannend, Studien mit PACAP- und PAC1-Agonisten durchzuführen. Womöglich eignen sich diese zur Behandlung und Regeneration von nervalen Muskelatrophien. Die unter PACAP-Mangel beobachtete Hyperplasie deutet daraufhin, dass PACAP- und PAC1-Agonisten auch in der Neoplasieforschung eine nicht unwichtige Rolle spielen könnten. |
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| DOI: | 10.17192/z2024.0262 |