Mencke, Thomas: Thema: “DNA-Polymorphismus des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 bei Patienten (unter 50 Jahren) mit interventionsbedürftigen Koronararterienstenosen”

Aus der Klinik für Innere Medizin (I. Medizinische Klinik) des

Universitätsklinikums Charité der Humboldt-Universität zu Berlin

Direktor: Professor Dr. med. Gert Baumann


DISSERTATION
Thema: “DNA-Polymorphismus des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 bei Patienten (unter 50 Jahren) mit interventionsbedürftigen Koronararterienstenosen”

zur Erlangung des akademischen Grades doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin

von Herrn Thomas Mencke , geb. am 01.12.1968 in Dresden

Dekan: Prof. Dr. med. W. Sterry

Gutachter:
Prof. S. Felix
Prof. G. Bauriedel
Prof. H.-J. Just

eingereicht: März 1997

Datum der Promotion: .03.12.1997

Schlagwörter:
Koronare Herzkrankheit, Risikofaktoren, E-Selektin, DNA-Polymorphismus

Zusammenfassung

Die koronare Herzkrankheit ist derzeit die häufigste Todesursache auf der Welt. Die Prävention der Arteriosklerose und ihrer klinischen Manifestationen wie der koronaren Herzkrankheit sind wichtige Ziele. Das Gen des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 (ELAM-1,E-Selektin) sollte auf DNA-Polymorphismen untersucht werden, um einen möglichen genetischen Hintergrund von zellulären Interaktionen, die in den arteriosklerotischen Prozeß involviert sind, zu untersuchen. Eine signifikant höhere Mutationsrate (P=0,039) wurde bei 41 Patienten mit 40 Jahren oder jünger mit einer angiographisch nachgewiesenen schweren koronaren Arteriosklerose, im Vergleich zu 51 Patienten zwischen 40 und 50 Jahren, gefunden. Assoziationsanalysen zum Vergleich der Häufigkeiten des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit von den Risikofaktoren (männliches Geschlecht, Myokardinfarkt in der Eigenanamnese, positive Familienanamnese, Zigarettenrauchen, Hyperlipidämie (Hypercholesterinämie, Hypertriglyzeridämie), niedriges HDL-Cholesterin, Diabetes mellitus, Adipositas und arterielle Hypertonie) zeigten nur für die Hypertriglyzeridämie und die positive Familienanamnese eine statistisch signifikante Assoziation. Diese Daten lassen den Schluß zu, daß der DNA-Polymorphismus des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 mit einer frühzeitigen schweren koronaren Arteriosklerose assoziiert ist. Der gefundene Polymorphismus ist ein zusätzlicher Risikofaktor bei einer positiven Familienanmnese.

Abstract

Coronary heart disease is the major cause of death in the world. Prevention of atherosclerosis and its clinical manifestations such as coronary heart disease are fundamental goals. To contribute to the analysis of the genetic background of atherosclerosis especially endothelial dysfunction we searched for DNA polymorphisms in the endothelial-leukocyte adhesion molecule-1 (ELAM-1,E-selectin). A significantly higher mutation frequency (P=0,039) was observed in 41 patients aged 40 years or less with angiographically proven severe coronary atherosclerosis compared with 51 patients aged between 40 and 50 years. Association studies with risk factors for coronary heart disease (male sex, myocardial infarction, positive family history, cigarette smoking, hyperlipidaemia (hypercholesterolaemia, hypertriglyceridaemia), low HDL cholesterol, diabetes mellitus, obesity and hypertension) showed associations only for hypertriglyceridaemia and a positive family history. These data suggest that the polymorphisms in the ELAM-1 are associated with a higher risk for premature severe coronary atherosclerosis. DNA polymorphism in the ELAM-1 gene is an additional coronary risk factor if a positive family history exists.


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Inhaltsverzeichnis

TitelseiteThema: “DNA-Polymorphismus des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 bei Patienten (unter 50 Jahren) mit interventionsbedürftigen Koronararterienstenosen”
1 Einleitung
1.1.Arteriosklerose
1.1.1.Die koronare Herzkrankheit
1.1.2.Epidemiologie
1.1.3.Ätiologie der Arteriosklerose
1.1.4.Pathogenese der Arteriosklerose
1.1.4.1.Hypothesen
1.1.4.2.Histologische Klassifikation
1.1.4.3.Die “response-to-injury”-Hypothese und zelluläre Interaktionen
1.1.5.Funktion und Rolle der Arterienwand bei der Arteriosklerose
1.2.Zelluläre Adhäsionsmoleküle
1.2.1.Selektine
1.2.2..Struktur vom endothelialen leukozytären Adhäsionsmolekül-1(ELAM-1, E-Selektin)
1.3.Ziele der vorliegenden Arbeit
2 Material und Methoden
2.1.Charakterisierung des Patientenkollektivs
2.1.1.Einschlußkriterien
2.1.2.Anzahl, Alter und Geschlecht der Patienten
2.1.3.Die Diagnosesicherung mit der Koronarangiografie
2.1.4.Interventionen
2.2.Studienaufbau
2.2.1.Patientenrekrutierung
2.2.2.Aufklärungsgespräch
2.2.3.Bestimmung der Risikofaktoren
2.2.3.1.Männliches Geschlecht
2.2.3.2.Eigenanamnese einer peripheren arteriellen Verschlußkrankheit oder einer koronaren Herzkrankheit
2.2.3.3.Familienanamnese einer koronaren Herzkrankheit (bei Eltern oder Geschwistern)
2.2.3.4.Zigarettenrauchen
2.2.3.5.Hyperlipidämie
2.2.3.5.1.Hypercholesterinämie
2.2.3.5.2.Hypertriglyzeridämie
2.2.3.5.3.Kombinierte Hyperlipidämien
2.2.3.6.Niedriges HDL-Cholesterin (<0,9 mmol/l bzw. <35 mg/dl)
2.2.3.7.Diabetes mellitus
2.2.3.8.Adipositas
2.2.3.9.Hypertonie
2.2.4.Blutentnahme zur Bestimmung von Cholesterin, HDL-Cholesterin, Triglyzeriden und Blutzucker und zur DNA-Polymorphismusanalyse
2.3.DNA-Polymorphismusanalyse
2.3.1.DNA-Präparation
2.3.2.Polymerasekettenreaktion (PCR)
2.3.3.Einzelstrang-Konformationspolymorphismus(SSCP)-Analyse
2.3.4.Direkte DNA-Sequenzierung
2.4.Statistische Auswertung
2.4.1.Kontingenztafelanalyse für die Häufigkeiten der Mutationen in Abhängigkeit vom Alter
2.4.2.Kontingenztafelanalyse für die Häufigkeiten der Mutationen in Abhängigkeit von den Risikofaktoren
3 Ergebnisse
3.1.DNA-Polymorphismusanalyse vom endothelialen leukozytären Adhäsionsmolekül-1 (ELAM-1, E-Selektin)
3.1.1.Darstellung der Polymorphismen
3.1.2.Anzahl der Patienten mit Mutationen und Allelfrequenzen
3.1.3.Genotypen
3.2.Vergleich bezüglich der Häufigkeiten des Auftretens der Polymorphismen in Abhängigkeit vom Alter
3.3.Vergleich bezüglich der Häufigkeiten des Auftretens der Polymorphismen in Abhängigkeit von den Risikofaktoren
3.3.1.Männliches Geschlecht
3.3.2.Myokardinfarkt in der Eigenanamnese
3.3.3.Positive Familienanamnese
3.3.4.Zigarettenrauchen
3.3.5.Hypercholesterinämie
3.3.6.Hypertriglyzeridämie
3.3.7.Kombinierte Hyperlipidämie
3.3.8.Niedriges HDL-Cholesterin
3.3.9.Diabetes mellitus
3.3.10.Adipositas
3.3.11.Hypertonie
3.4.Vergleich bezüglich der Häufigkeiten des Auftretens der Polymorphismen in Abhängigkeit vom Ausmaß der Koronararterienstenosen
4 Diskussion
4.1.Rolle des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 (ELAM-1, E-Selektin) bei der Adhäsion von Leukozyten an die Gefäßwand
4.2.Rolle vom endothelialen leukozytären Adhäsionsmolekül-1 (ELAM-1, E-Selektin) bei der Arteriosklerose
4.3.Diskussion der Ergebnisse der vorliegenden Studie
4.3.1.DNA-Polymorphismusanalyse vom endothelialen leukozytären Adhäsionsmolekül-1 (ELAM-1, E-Selektin)
4.3.2.Häufigkeiten des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit vom Alter
4.3.3.Häufigkeiten des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit von den Risikofaktoren
4.3.3.1.Männliches Geschlecht
4.3.3.2.Myokardinfarkt in der Eigenanamnese
4.3.3.3.Positive Familienanamnese
4.3.3.4.Zigarettenrauchen
4.3.3.5.Hyperlipidämie
4.3.3.6.Niedriges HDL-Cholesterin
4.3.3.7.Diabetes mellitus
4.3.3.8.Adipositas
4.3.3.9.Hypertonie
4.3.4.Häufigkeiten des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit von der Art der Gefäßerkrankung
4.4.Stellenwert des DNA-Polymorphismus des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 als unabhängiger Risikofaktor
5 Zusammenfassung
Bibliographie A Literaturverzeichnis
Anhang A Abkürzungsverzeichnis
Danksagung
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Risikofaktoren für die Arteriosklerose
Tabelle 2 Genorte, die mit dem Arterioskleroserisiko korrelieren oder die eine Krankheit (mit)verursachen, die typischerweise zum frühzeitigen Auftreten einer symptomatischen Arteriosklerose führt (LDL=Low-Density Lipoprotein, HDL= High-Density Lipoprotein, Apo=Apolipoproteine)
Tabelle 3 Übersicht über die Einteilung, Nomenklatur und Beschreibung von arteriosklerotischen Läsionen nach Stary (KL=Klinik, x=vorhanden, -=fehlend)
Tabelle 4 Klassifikation der Gefäßschädigung und Gefäßreaktion
Tabelle 5 Substanzen, die von Monozyten/Makrophagen synthetisiert werden (links) und diejenigen, die in arteriosklerotischen Läsionen nachgewiesen worden sind (rechts, Auswahl)
Tabelle 6 Übersicht über die äußeren Faktoren, die bei der phänotypischen Differenzierung der glatten Muskelzelle eine Rolle spielen (SMC=smooth muscle cell, glatte Muskelzelle)
Tabelle 7 Darstellung der Wachstumsfaktoren, welche die Proliferation von glatten Muskelzellen bewirken bzw. inhibieren (SMC=smooth muscle cell, glatte Muskelzelle)
Tabelle 8 Die pro- und antithrombotischen Faktoren, die von der Endothelzelle gebildet werden
Tabelle 9 Zytokine und Wachstumsfaktoren, die von der Endothelzelle gebildet werden
Tabelle 10 Vasodilatatorische und vasokonstriktorische Substanzen, die von der Endothelzelle gebildet werden
Tabelle 11 Übersicht über die zellulären Adhäsionsmoleküle (CAM) auf den Endothelzellen, welche bei der leukozytären Adhäsion beteiligt sind
Tabelle 12 Die Selektin-Familie der zellulären Adhäsionsmoleküle
Tabelle 13 Darstellung der Positionen und der Längen der Exons vom menschlichen endothelialen leukozytären Adhäsionsmolekül-1 (ELAM-1, E-Se-lektin; UT=untranslatiert, bp=Basenpaare, As=Aminosäuren)
Tabelle 14 Anzahl, Alter und Geschlecht der Patienten (<50 Jahre=Patienten mit 50 Jahren oder jünger, <50/>40 Jahre=Patienten mit 50 Jahren oder jünger und älter als 40 Jahre, <40 Jahre=Patienten mit 40 Jahren oder jünger)
Tabelle 15 Die Anzahl der Patienten n mit einer 1-, 2- und 3-Gefäßerkrankung
Tabelle 16 Der prozentuale Anteil der Patienten mit einer 1-, 2- und 3-Gefäßerkrankung
Tabelle 17 Übersicht über die Interventionen (Anmerkung: Bei 4 Patienten besteht z.Z. keine interventionelle Möglichkeit)
Tabelle 18 DNA-Polymorphismus des endothelialen leukozytären Adhäsionsmoleküls-1 (ELAM-1, E-Selektin) (A=Adenin, C=Cytosin, G=Guanin, T=Thymin, Arg=Arginin, Leu=Leucin, Phe=Phenylalanin, Ser=Serin)
Tabelle 19 Übersicht über die Anzahl der Mutationen bei allen Patienten (<50 Jahre) und entsprechende Allelfrequenzen
Tabelle 20 Genotypen des DNA-Polymorphismus von allen Patienten (<50 Jahre)
Tabelle 21 Genotypen des DNA-Polymorphismus der Patienten le50/>40 Jahre (<50/>40) und der Patienten le40 Jahre (<40) (x=Mutation, o=keine Mutation, EGF=A561C-Mutation in der EGF-Domäne, 5´UT=G98T-Mutation in der 5´UT-Region, TM=C1839T-Mutation in der TM-Domäne)
Tabelle 22 Häufigkeit der Patienten mit dem DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit vom Alter (fettgedruckte p-Werte kennzeichnen ple0,05)
Tabelle 23 Prozentuale Häufigkeiten der Patienten mit dem DNA-Polymorphismus und Allelfrequenzen in Abhängigkeit vom Alter
Tabelle 24 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit vom Geschlecht (MNL=männlich, WBL=weiblich)
Tabelle 25 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit eines abgelaufenen Myokardinfarktes (MI+=abgelaufener Myokardinfarkt, MI-=kein Myokardinfarkt)
Tabelle 26 Übersicht über die Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Ab-hängigkeit einer positiven Familienanamnese (FA+=positive Familienanam-nese, FA-=negative Familienanamnese; fettgedruckte p-Werte kennzeichnen ple0,05)
Tabelle 27 Vergleich der Häufigkeiten des DNA-Polymorphismus bei Rauchern und Nichtrauchern (ZIG+=Zigarettenraucher, ZIG-=Nichtraucher)
Tabelle 28 Anzahl der Mutationen bei Rauchern mit <20 Zigaretten/d (>20 ZIG) und bei Rauchern mit <20 Zigaretten/d (<20 ZIG)
Tabelle 29 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit einer Hyper-cholesterinämie (CHO+=Hypercholesterinämie, CHO-=Normocholesterinämie)
Tabelle 30 : Anzahl der Mutationen bei Patienten mit Cholesterinwerten zwischen 5,2-7,8 mmol/l (5,2-7,8) und bei Patienten mit Cholesterinwerten ge7,8 mmol/l (>7,8) (* Fisher´s Exact Test: p=0,1413)
Tabelle 31 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit des Triglyzeridwertes (TGL+=Hypertriglyzeridämie, TGL-=Normotriglyzeridämie; fettgedruckte p-Werte kennzeichnen ple0,05)
Tabelle 32 Vergleich bezüglich der Häufigkeiten des DNA-Polymorphismus und der kombinierten Hyperlipidämie (CHO+/TGL+=Hypercholesterinämie + Hypertriglyzeridämie, CHO-/TGL-=Normocholesterinämie + Normotriglyzeridämie)
Tabelle 33 Anzahl der Patienten mit Mutationen bei einer kombinierten Hyperlipidämie und niedrigen HDL-Cholesterin und normalen Lipidwerten (CHO+/TGL+/HDL-=Hypercholesterinämie + Hypertriglyzeridämie + niedriges HDL-Cholesterin, CHO-/TGL-/HDL+=Normocholesterinämie + Normotriglyzerid-ämie + HDL-Cholesterin ge0,9 mmol/l) (* Fisher´s Exact Test: p=0,1648)
Tabelle 34 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit des HDL-Cholesterins (HDL-=HDL-Cholesterin <0,9 mmol/l, HDL+=HDL-Cholesterin ge0,9 mmol/l) (* Fisher´s Exact Test: p-Wert=0,1162)
Tabelle 35 Übersicht über die Anzahl der Patienten mit dem DNA-Polymorphismus bei Vorliegen eines Diabetes mellitus (DM+=Vorliegen eines Diabetes mellitus, DM-=kein Diabetes mellitus) (* Fisher´s Exact Test: EGF: p=0,1294, 5´UT: p=0,1294, TM: p=0,2019)
Tabelle 36 Übersicht über die Anzahl der Mutationen bei Patienten mit Adipositas (BMI+) und ohne Adipositas (BMI-)
Tabelle 37 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus im Vergleich zur Hypertonie (HYPT+=Vorliegen einer Hypertonie, HYPT-=keine Hypertonie) (* Fisher´s Exact Test: <50/>40 Jahre: p=0,0949, <50 Jahre: p=0,0546)
Tabelle 38 Häufigkeit des DNA-Polymorphismus in Abhängigkeit von einer Ein-gefäßerkrankung (EGE) und Mehrgefäßerkrankung (MGE) (* Fisher´s Exact Test: p=0,0585)

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Pathogenese der Arteriosklerose (response-to-injury-Hypothese)
Abbildung 2 Struktur der Domänen vom ELAM-1 (Lektin=Lektindomäne, EGF =epidermal growth factor-Domäne, SCR=short consensus repeat-Domänen, TM=transmembrane(Membran)-Domäne, CYTO=cytoplasmatische Sequenz)
Abbildung 3 Polymorphismus in der 5´UT-Region, diagnostiziert durch die Einzelstrang-Konformationspolymorphismus(SSCP)-Analyse
Abbildung 4 Polymorphismus in der 5´UT-Region, analysiert durch direkte Sequenzierung der PCR-Produkte
Abbildung 5 Häufigkeit der Patienten mit dem DNA-Polymorphismus
Abbildung 6 Genotypen (EGF/5´UT/TM) des DNA-Polymorphismus von allen Patienten (<50 Jahre)
Abbildung 7 Genotypen (EGF/5´UT/TM) des DNA-Polymorphismus der Patienten le50/>40 Jahre (<50/>40) und der Patienten le40 Jahre (<40)

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(x=Mutation, o=keine Mutation, EGF=A561C-Mutation in der EGF-Domäne, 5´UT=G98T-Mutation in der 5´UT-Region, TM=C1839T-Mutation in der TM-Domäne)
Abbildung 8 Prozentuale Häufigkeiten der Patienten mit dem DNA-Polymor-phismus in Abhängigkeit vom Alter
Abbildung 9 Prozentualer Anteil der A561C-Mutation in der EGF-Domäne bei Patienten mit einer positiven Familienanamnese (FA+) sowie bei Patienten mit einer negativen Familienanamnese (FA-)
Abbildung 10 Prozentualer Anteil der G98T-Mutation in der 5´UT-Region bei Patienten mit einer positiven Familienanamnese (FA+) sowie bei Patienten mit einer negativen Familienanamnese (FA-)
Abbildung 11 Prozentualer Anteil der A561-Mutation in der EGF-Domäne bei Patienten mit einer Hypertriglyzeridämie sowie bei Patienten mit einer Normotriglyzeridämie (TGL+=Hypertriglyzeridämie, TGL-=Normo-triglyzeridämie)
Abbildung 12 Prozentualer Anteil der G98T-Mutation in der 5´UT-Region bei Patienten mit einer Hypertriglyzeridämie sowie bei Patienten mit einer Normotriglyzeridämie (TGL+=Hypertriglyzeridämie, TGL-=Normotriglyzerid-ämie)
Abbildung 13 Die Adhäsionskaskade mit den drei Phasen “tether/rolling” (“Halten/Rollen”), “trigger/glue” (“Triggerung/Anheften”) und “migration” (“Migration”).

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