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Kapitel 1. ZUSAMMENFASSUNG

Induktion von pathologischem Wachstum in Kardiomyozyten sowie Verlust vitaler kontraktiler Myokardelemente durch Aktivierung des programmierten Zelltods bilden die zelluläre und funktionelle Grundlage für die Entstehung der Herzinsuffizienz. Somit ist die derzeitige pharmazeutische Therapie der Herzinsuffizienz weniger kausal als vielmehr symptomatisch anzusehen. Denn die Mechanismen, die unter in vivo-Bedingungen Wachstum und Zelltod in Kardiomyozyten kontrollieren, als auch die dabei ablaufenden intrazellulären Signalwege sind bis dato weitgehend unklar. Streng genommen wäre der einzige kausale therapeutische Ansatz die Induktion einer Regeneration des morphologisch und funktionell veränderten Myokards durch:

1. Verhinderung des gesteigerten Zelltodes,
2. Induktion der Zellteilung vitaler Kardiomyozyten.

Um dies zu erreichen, müssen zunächst die molekularen Grundlagen erkannt werden, die zur Induktion, bzw. Hemmung von Zellteilung und Zelltod kardialer Myozyten führen. Das Ziel der

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Um Faktoren zu identifizieren, die bei der Induktion pathologischen Wachstums des Herzens (schlechthin als Myokardhypertrophie bezeichnet) eine Rolle spielen, wurde zunächst ein Modell entwickelt, das es erlaubt, genregulatorische Elemente in vivo zu identifizieren. Um hierbei möglichst nahe an die hämodynamischen Verhältnisse des Menschen zu gelangen, wurde zur Etablierung eines geeigneten Tiermodells der Hund gewählt. Es wurden die verschiedenen Variablen, die die Expression in vivo ins Myokard injizierter Reportergenplasmide regulieren, analysiert. Es stellte sich heraus, daß die Injektion von Reportergenkonstrukten ins Myokard des Hundes ein ausgezeichnetes Modell darstellt zur Analyse der Genregulation im Myokard großer Säugetierspezies.

Mit Hilfe dieses Modells gelang im Weiteren durch Injektion von ANF-Promotorkonstrukten mit anschließender Myokardhypertrophieentwicklung nach aortic banding die Identifizierung einer AP1-Bindungsstelle im Promotor des ANF-Gens (atrialer natriuretischer Faktor) als cis-regulatorisches Element, das für die Aktivierung des ANF-Gens bei der Druckhypertrophie verantwortlich ist. In der Tat korreliert die Aktivierung des ANF-Gens bei der Druckhypertrophie mit einer verstärkten Bindung von nativem AP1 an dieses cis-regulatorische Element. Darüberhinaus bindet ein anderes, noch nicht charakterisiertes konstitutiv exprimiertes und durch Druckhypertrophie nicht in seiner DNA-Bindungsaktivität verändertes Protein an die AP1-Stelle im ANF-Promotor.

Da das Wachstum eines Organs prinzipiell über eine Zellvergrößerung und/oder eine Zellvermehrung erreicht werden kann und Kardiomyozyten letztere Eigenschaft postnatal verlieren, ist davon auszugehen, daß der postnatale Zellzyklusarrest eine kausale Grundlage für die Entwicklung der pathologischen Myokardhypertrophie und damit für den Phänotyp des insuffizienten Myokards bildet. Zur Identifizierung von Faktoren, die für den Zellzyklusarrest von Kardiomyozyten verantwortlich sind, wurde der ubiquitär exprimierte Transkriptionsfaktor E2F-1, der in der Regel für die Aktivierung des Zellzyklus verantwortlich ist, in isolierte Kardiomyozyten mittels adenoviralem Gentransfer eingebracht. Die Überexpression von E2F-1 in Kardiomyozyten führte zur Induktion von programmiertem Zelltod (Apoptose). Die Tatsache, daß andernorts mitogen wirkende Faktoren wie E2F-1 in Kardiomyozyten Apoptose induzieren, ist ein wichtiger Hinweis für die enge funktionelle Verknüpfung zwischen Zellwachstum und Zelltod in Kardiomyozyten. Die Apoptose wurde in Anwesenheit von Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I) supprimiert und es kam nun zur Reinduktion des Zellzyklus, was sich in einer gesteigerten DNA-Syntheserate widerspiegelte. Eine gesteigerte Mitoserate konnte allerdings nicht nachgewiesen werden. IGF-I allein hatte keinen mitogenen Effekt auf Kardiomyozyten. Es zeigte sich weiterhin, daß die Zellzyklusinhibitoren p21^CIP1 und p27^KIP1 eine besondere Rolle bei der Aufrechterhaltung des Zellzyklusarrestes von Kardiomyozyten zu spielen scheinen, denn in der Anwesenheit von IGF-I verschwanden in Kardiomyozyten, die E2F-1 exprimierten, diese Faktoren aus den Komplexen, die sie mit Zyklinen und zyklin-abhängigen Kinasen (cdks) bilden.

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Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der vorgelegten Arbeit erstmals, daß: 1. der in vivo-Transfer von Reportergenkonstrukten ins Myokard von Hunden eine valide Methode darstellt, um myokardspezifische Regulation der Genexpression zu untersuchen; 2. eine AP1-Bindungsstelle im Promotor des ANF-Gens verantwortlich für die Transaktivierung dieses Markergens der Myokardhypertrophie ist; 3. der Versuch der Induktion kardialen Wachstums durch Überexpression des Zellzyklusaktivators E2F-1 in Apoptose resultiert und IGF-I ein potenter anti-apoptischer Faktor für Kardiomyozyten darstellt; 4. die Zellzyklusinhibitoren p21^CIP1 und p27^KIP1 möglicherweise für den Zellzyklusarrest terminal differenzierter Kardiomyozyten verantwortlich sind; 5. ROS potente Stimulatoren der Apoptose kardialer Myozyten darstellen; 6. in Kardiomyozyten unterschiedliche, Cytochrom C-abhängige und -unabhängige, Apoptose vermittelnde Signalwege existieren.

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