Die Hauptursache für menschliche Erkrankungen des Herz Kreislaufsystems in den westlichen Industrienationen ist die Atherosklerose. Die konventionelle minimalinvasive Therapie in der Humanmedizin ist die perkutane transluminale Angioplastie (PTA), bei der durch einen arteriellen Gefäßzugang die Stenose mittels Ballonkatheter aufgedehnt und optional eine Gefäßstütze (Stent) implantiert werden kann, um das atherosklerotische Gefäß offen zu halten. In 20 % der Fälle kommt es jedoch ein Jahr nach der Behandlung zum Gefäßwiederverschluss, der in-Stent Restenose (ISR). Einer der postulierten verantwortlichen molekularen Mechanismen ist die überschießende Monozyteninvasion, die durch die Freisetzung spezifischer Signalmoleküle, vor allem dem Monozyten-anlockenden Chemokin CCL2, ausgelöst wird. Die metabolische Stabilität von CCL2 wird durch das Enzym isoGlutaminylzyklase (isoQC) vermittelt. Diese enzymatische Modifikation ist relevant für die chemotaktische Potenz und schützt CCL2 vor einem N-terminalen Abbau durch Aminopeptidasen und der somit verbundenen Inaktivierung. Ziel dieser Arbeit war es, in einem geeigneten Tiermodell das Enzym isoQC nach Stentimplantation zu hemmen, dadurch die Konzentration von zyklisiertem CCL2 zu reduzieren und somit den potentiellen für die ISR mitverantwortlichen Wirkmechanismus der Monozyteninvasion in vivo zu darzustellen.

Hintergrund und Fragestellung: Das NLRP3-Inflammasom ist Teil des angeborenen Immunsystems und spielt eine wichtige Rolle für pro-inflammatorische Prozesse im Rahmen der sterilen Entzündung und der Pathogenese der Atherosklerose. Das NLRP3-Inflammasom wird nicht nur durch molekulare Strukturen von Krankheitserregern, sondern auch durch endogene Gefahrensignale, wie beispielsweise oxidiertes LDL, Cholesterinkristalle, oxidativer Stress oder extrazelluläres ATP, aktiviert. Bei Aktivierung bilden sich hochmolekulare NLRP3-Inflammasomkomplexe, bestehend aus dem NLRP3-Rezeptor, dem Adapterprotein ASC und dem vom Adapterprotein gebundenen Effektorenzym Caspase-1. Im Zuge der Inflammasom-Aktivierung kommt es zur Induktion von Pyroptose, einem programmierten und mit Entzündung assoziierten Zelltod, der mit einer Porenbildung in der Zellmembran einhergeht. Dabei werden pro-inflammatorische Zytokine in ihre bioaktiven Formen gespalten und in den extrazellulären Raum freigesetzt. Neben den Zytokinen können auch ganze Inflammasomkomplexe freigesetzt werden, wodurch diese ebenfalls in die Blutzirkulation gelangen. Die Bedeutung und Wirkung dieser extrazellulären NLRP3-Inflammasome ist noch weitgehend unbekannt. Daher wurde in den beiden wesentlichen Fragestellungen der Arbeit untersucht, ob Endothelzellen extrazelluläre Inflammasomkomplexe internalisieren und dadurch pro-atherogene Effekte ausgelöst werden können und ob zirkulierende Inflammasomkomplexe im menschlichen Blut nachgewiesen werden können. Methoden und Ergebnisse: Extrazelluläre Inflammasomkomplexe konnten aus Zellüberstand von mit Inflammasom-Aktivatoren behandelten humanen Monozyten isoliert werden. Mittels Western-Blot erfolgte der Nachweis des Adapterproteins ASC und des NLRP3-Rezeptors. Durch den NLRP3-Inhibitor MCC950 konnte eine Reduktion der Freisetzung von Inflammasomkomplexen in den Zellüberstand gezeigt werden. Für die Untersuchungen der Wirkung extrazellulärer Inflammasomkomplexe auf Endothelzellen wurde eine Methode zur Isolation von fluoreszenzmarkierten NLRP3-YFP-Inflammasomkomplexen aus einer stabilen NLRP3 (p.D303N)-YFP HEK-Zelllinie etabliert. Histologische Analysen zeigten, dass diese von humanen koronaren Endothelzellen aufgenommen werden können. Die immunhistochemischen Befunde bestätigten sich in der Durchflusszytometrie (Image StreamR). Die Auswertung der immunfluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen ergab, dass im Mittel 9 % ± 2,3 % der humanen umbilikalvenösen Endothelzellen und 26 % ± 9,6 % der humanen koronararteriellen Endothelzellen NLRP3-YFP-Inflammasomkomplexe internalisierten. Expressionsanalysen zeigten, dass durch die Behandlung von humanen Endothelzellen mit NLRP3-Inflammasomkomplexen eine signifikant gesteigerte Produktion des Oberflächenadhäsionsmoleküls ICAM1 induziert wird. Im Vergleich zu unbehandelten Zellen waren die mRNA-Expression 2,5-fach und die Proteinlevel 6,9-fach erhöht. Die funktionelle Relevanz wurde durch den Nachweis einer vermehrten Adhäsion von Monozyten deutlich. Mit Calcein gefärbte Monozyten wurden vier Stunden mit koronararteriellen Endothelzellen inkubiert. Die anschließend photometrisch erhobenen Daten zeigten eine um 49,6% verstärkte Adhäsion von Monozyten an die vorher mit extrazellulären Inflammasomkomplexen behandelten Endothelzellen im Vergleich zu unbehandelten Zellen. Die Monozytenadhäsion an das Endothel stellt einen essentiellen Schritt in der Pathogenese der Atherosklerose dar. Diese Zellkultur-Ergebnisse zeigen, dass das extrazelluläre NLRP3-Inflammasom relevanten Einfluss auf das Endothel nehmen kann. Um die klinische Relevanz von extrazellulären NLRP3-Inflammasomen zu eruieren, wurde humanes Serum auf das Adapterprotein ASC hin untersucht. Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurde die Messung von ASC bei Patienten mit Sepsis als Positivkontrolle im Vergleich zu gesunden Probanden als Negativkontrolle etabliert und validiert. Im Western-Blot konnte gezeigt werden, dass Patienten mit Sepsis mehr ASC-Komplexe aufweisen als gesunde Probanden. Dieser Befund konnte in der quantitativen Auswertung mittels ASC-ELISA bestätigt werden. Es waren signifikant höhere ASC-Konzentrationen in den Serumproben der Patienten mit Sepsis (3,2 ± 0,7 ng/ml) als in gesunden Kontrollen (0,3 ± 0,1 ng/ml) nachweisbar. Diskussion: Diese Ergebnisse zeigen, dass extrazelluläre NLRP3-Inflammasomkomplexe von humanen koronararteriellen Endothelzellen aufgenommen werden und dort pro-atherosklerotische Prozesse induzieren. Die erhobenen Daten weisen damit auf eine neue Domäne der zellulären Signaltransduktion hin, welche für Endothelzellen und im Rahmen der sterilen Entzündung relevant scheint. Die Messung erhöhter ASC-Spiegel im Serum von Sepsis-Patienten lässt ebenfalls eine Assoziation von Inflammasomkomplexen mit im Körper ablaufender systemischer Inflammation annehmen. Auf dem Boden der Befunde müssen weitere Studien beantworten, ob sich die Quantifizierung zirkulierender Inflammasomkomplexe als Biomarker oder zur Risikostratifizierung eignet. Des Weiteren unterstützen die Daten zukünftige Ansätze einer therapeutischen Modulation des intra- und des extrazellulären NLRP3-Inflammasoms.

Im Jahre 2016 führte die Weltgesundheitsorganisation mehr als ein Viertel aller Todesfälle auf atherosklerotisch bedingte kardiovaskuläre Erkrankungen zurück. Es wird vorausgesagt, dass ihre Inzidenz in den kommenden Jahren weiter ansteigt. Nicht-invasive Untersuchungsmethoden helfen, den subklinischen Gefäßstatus einzuschätzen und eine Prävention bzw. eine frühzeitige Intervention des Erkrankungsprozesses zu erreichen. Standard bei der Untersuchung der Karotiden ist die Evaluation der Intima-Media-Dicke (cIMT) und die Exploration von Plaques. Die Bedeutung einer Vermessung der Flächen, Dicken oder Volumina der Karotisplaques ist dagegen noch weithin ungeklärt und Gegenstand aktueller Forschung. Ziel dieser Arbeit war die Evaluation der Karotisplaquegrößen Fläche und Dicke mit Daten der bevölkerungsbasierten LIFE-Adult Studie. Insgesamt lagen für 8 903 der 10 000 LIFE-Adult Proband*innen auswertbare Karotissonographieren vor. Davon wiesen 4 097 einen oder mehrere Karotisplaques auf. Aus der Subgruppe mit Karotisplaques wurden Ultraschallbilder von 1 285 Proband*innen für eine erweitere Phänotypisierung hinsichtlich der Plaquegrößen Fläche und Dicke ausgewählt. Die Untersuchungen erfassten drei Abschnitte der Karotiden: die Arteria carotis communis (ACC), die Arteria carotis interna (ACI) und der Bulbus caroticus. Es wurde der Frage nachgegangen, ob ein Zusammenhang zwischen Fläche, Dicke und der cIMT besteht, eine unterschiedliche Ausprägung der Seiten vorliegt und inwiefern ein Einfluss ausgewählter Risikofaktoren festzustellen ist. Zwischen der cIMT und den Flächen der Karotisplaques fand sich lediglich auf der rechten Seite eine schwache Korrelation. Die Flächen und Dicken der Plaques der linken wie auch die Dicken der rechten Seite waren nicht mit der cIMT korreliert. Bei Betrachtung aller Proband*innen im Gesamtkollektiv war kein Unterscheid der Seiten in der Ausprägung der Flächen und Dicken bei beidseitig aufgetretenen Karotisplaques zu beobachten. Mit Ausnahme der Dicken der ACC, bei denen sich kein signfikanter Unterschied zwischen den Geschlechtern zeigte, wiesen männliche Probanden signfikant größere Flächen und Dicken in der ACC, im Bulbus und in der ACI auf. In der multivariaten Regression war das Alter, gefolgt vom Rauchstatus und dem Geschlecht, der stärkste unabhängig beitragende Einflussfaktor auf die Variabilität der Karotisplaquegrößen. Ein höheres Alter, eine positive Rauchanamnese sowie das männliche Geschlecht standen mit größeren Plaquesflächen und –dicken in Zusammenhang. Auch die Sexualhormone Testosteron, Estradiol und DHEAS sowie das Schilddrüsenhormon TSH zeigten einen, wenn auch schwächeren, Einfluss auf die Plaquegrößen. Ein Risikoeinfluss des Diabetes und der Dyslipidämie (Fettstoffwechselstörung) konnte anhand der Daten nicht festgestellt werden. Aufgrund des Querschnittscharakters der Daten konnte keine Wertung der Vorhersagekraft für kardiovaskuläre Ereignisse, z.B. Apoplexe vorgenommen werden. Daher sind Follow-Up-Daten notwendig, um weitergehende Aussagen hinsichtlich der klinischen Relevanz und Vorhersagekraft der Karotisplaquegrößen zu ermöglichen. Die Analysen zu den Karotisplaquegrößen liefern erste Erkenntnisse zu der bisher weithin ungeklärten Bedeutung einer Vermessung der Flächen und Dicken der atherosklerotischen Plaques in den Karotiden. Die Ergebnisse beschreiben neue Parameter der Atherosklerose, die unabhängig von dem etablierten Parameter cIMT zu sehen sind. Der große Risikoeinfluss des Lebensalters, des männlichen Geschlechts und des Rauchens auf die Karotisplaquegrößen wurde bestätigt. Entgegen der Erwartung konnte ein Risikoeinfluss einer Diabeteserkrankung sowie einer Dyslipidämie in den Analysen nicht festgestellt werden. Die vorliegenden Ergebnisse ergänzen das aktuelle Wissen um den unabhängigen Beitrag der Fläche und Dicke der Karotisplaques für das Krankheitsbild der Atherosklerose. Sie bilden den Grundstein für kommende Analysen der neuen atherosklerotischen Parameter hinsichtlich ihrer klinischen Relevanz und ihrer Vorhersagekraft für kardiovaskuläre Ereignisse.:1 Einführung 1.1 Krankheitsbild der Atherosklerose 1.1.1 Beschreibung und Entstehung 1.1.2 Risikofaktoren 1.2 Karotisplaques 1.2.1 Bildgebende Verfahren 2 Fragestellung 3 Materialen und Methoden 3.1 Studienbeschreibung 3.2 Untersuchungsmethoden 3.2.1 Karotisultraschall und Definition eines Plaques 3.2.2 Karotisplaquevermessung 3.3 Datenverarbeitung und Operationalisierung der Merkmale 3.3.1 Atherosklerotische Risikofaktoren 3.3.2 Hormonmessungen 3.3.3 Weitere vaskuläre Parameter 3.4 Statistische Analysen 4 Ergebnisse 4.1 Deskription des Studienkollektives 4.1.1 Vergleich der Proband*innen ohne bzw. mit Karotisplaques 4.1.2 Vergleich der Proband*innen ohne bzw. mit Vermessung der Plaques 4.1.3 Geschlechtsvergleich der Risikofaktoren 4.2 Analysen der Karotisplaquegrößen 4.2.1 Seitenvergleich und Karotisplaquevermessung 4.2.2 Korrelation zwischen cIMT und Plaqueflächen und -dicken in der ACC 4.2.3 Korrelation zwischen Fläche und Dicke 4.3 Risikofaktorenanalyse 4.3.1 Einfluss einzelner Risikofaktoren auf die Plaquegrößen 4.3.2 Multiple Regressionsanalyse der Plaquegrößen 4.3.3 Geschlechtsinteraktion ausgewählter Risikofaktoren 5 Diskussion 5.1 Diskussion der Ergebnisse 5.2 Methodenkritik und Ausblick

Atherosklerotische Arterien unterliegen strukturellem Umbau und chronischer Inflammation, die von einer dynamischen Entwicklung von Vasa vasorum (VV) begleitet wird. Die Beteiligung von Leukozyten und von vaskulären Vorläuferzellen an der Neovaskularisierung sowie die intimale Hyperplasie stehen im Zentrum der Atheroskleroseforschung. Damit verbundene Erkenntnisse könnten neue therapeutische Ansätze ermöglichen. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der morphologischen Verteilung von Leukozyten (CD45, CD68, Mastzellen) und von Zellen mit Vorläufermarkern (CD34, CD117, VEGFR-2) in menschlichen Coronararterien mit verschiedenen atherosklerotischen Schweregraden. Mittels immunhistologischer Technik wurden Intima und Adventitia untersucht und die Ergebnisse zu den atherosklerotischen Schweregraden und der Neovaskularisierung korreliert. In Intima, Adventitia und dem perivaskulären Fettgewebe hat die Dichte der CD45+ Lymphozyten ihr Maximum im atherosklerotischen Grad 3. Dabei konnte sowohl in der Intima als auch in der Adventitia gezeigt werden, daß eine lineare Korrelation der CD45+ Lymphozyteninfiltration und VV-Dichte vorliegt. Es wurden zwei unterschiedliche Entzündungsmuster festgestellt. Beide zeigen in Grad 3 eine Zunahme der Zelldichten. In Grad 4-5 fällt die Dichte des einen Musters (CD45+, VEGFR-2+, VV) jedoch ab, während die Dichte des anderen Musters (CD34+, CD68+, Tryptase+, CD117+) in Grad 4-5 keine Veränderung aufweist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß Leukozyten und vaskuläre Vorläuferzellen im Verlauf der Atherogenese wechselnde Funktionen wahrnehmen können. Sie nehmen offensichtlich VV als Eintrittspforte in die Gefäßwand.

Die Pathogenese der Hypertonie und der Arteriosklerose sind multifaktorieller Prozesse, welche die Interaktion von genetischen und Umweltfaktoren involviert. Die molekularen Mechanismen an den Gefäßen sind ähnlich, jedoch nicht im Detail verstanden. Bei beiden Gefäßerkrankungen ist das Endothel der zentrale Angriffspunkt, der zu einer chronischen Entzündungsreaktion führt, ist. Der Transkriptionsfaktor NF-kappaB ist der Hauptschalter bei der Aktivierung der Gene, die zu der Aktivierung von Leukozyten und zu der Entwicklung der Entzündungsreaktion führen. Die hier aufgezeigten Untersuchungen befassen sich mit dieser Problematik und sind in 4 Teilprojekte gegliedert. Teilprojekt 1 befasst sich mit der physiologischen Funktion von Bcl-3, einem Mitglied der IkappaBalpha Familie. Da über die Funktion von Bcl-3 wenig bekannt ist, sollte mit Hilfe des Yeast-Two-Hybrid Systems neue Interaktionspartner identifiziert werden. Insgesamt würden fünf Proteine identifiziert, die alle binäre Komplexe in vitro (Co-Immunopräzipitation und GST-puldown) und im Yeast-Two-Hybrid bilden. Wir konnten zeigen, dass Bcl-3 mit den Ankyrin Repeats zur gleichen Zeit mit (mindestens) zwei Proteinen interagieren kann. Die endogene Aktivität von p50/Bcl-3 Komplexe wird durch die Transfektion der Interaktionspartner gesteigert. Den größten Effekt hat dabei Jab1. In transienten Transfektionen modulieren Jab1, Tip60, Bard1 und Pirin modulieren die Transkriptionsaktivität von Bcl-3 in verschiedenen Zellinien und mit verschiedenen Reporterkonstrukten. Den stärksten aktivierenden Effekt auf p50/Bcl-3 übt Tip60 aus. Tip60, Jab1 und Pirin können ebenfalls in vivo mit Bcl-3 co-immunoprezipitiert werden, wenn beide Proteine transient transfiziert werden. Auf Grund dieser Ergebnisse spekulieren wir, dass Bcl-3 eine Adapterfunktion ausübt, die NF-kappaB p50/p52 mit anderen Transkriptionsfaktoren (NF-1, c-jun, thyroid rezeptor, HIV-Tat) bzw. basalen Transkriptionsfaktoren (Histonacetylasen, RNA Polymerasen) verbindet. Teilprojekt 2 hat sich mit neuen Risikofaktoren für die koronare Herzerkrankung beschafft. Es gibt Hinweise, dass ein infektiöses Agens neben etablierten Risikofaktoren ursächlich an der Pathogenese und Progredienz der Arteriosklerose beteiligt ist. Unter den möglichen Erregern haben Untersuchungen der letzten Jahre gezeigt, dass Chlamydia pneumoniae das infektiöse Agens sein könnte. Infektion mit C. pneumoniae führte zu einer Aktivierung von pro-koagulatorischen Faktoren (Tissue Faktor und PAI-1) und Zytokinen (Interleukin 6). vermehrt expremiert werden. Wir konnten zudem eine vermehrte membranständige Expression von Rho-A und Rac-1 nachweisen, welche durch Statine gehemmt wurde. Zudem zeigte sich eine vermehrte Sauerstoffradikalfreisetzung nach Infektion mit C.pneumoniae. Die untersuchten Faktoren werden durch den Transkriptionsfaktor NF-kappaB reguliert, der ebenfalls nach Infektion induziert wurde. IkappaBalpha wurde degradiert. Alle Prozesse wurden durch Zugabe von Statinen reduziert. Wir zeigen einen möglichen molekularen Mechanismus auf, wie durch eine C. pneumoniae Infektion das lokale Milieu in der arteriosklerotischen Plaque derart verändert wird, dass Prozesse gefördert werden, die zu einer instabilen Koronarsituation führen können. Ziel des Teilprojekts 3 war es, neue molekulare Mechanismen bei der Pathogenese Angiotensin II-vermittelter Endorganschäden herauszufinden. Wir haben dazu ein transgenes Tiermodell (dTGR) untersucht, welches das humane Renin- und Angiotensinogen-Gen überexprimiert und 3 bis 5-fach erhöhte Ang II-Spiegel aufweist. Ang II stimulierte die Transkriptionsfaktoren NF-kappaB und AP-1, sowie von ihnen regulierte pro-entzündliche Proteine. Wir sind der Hypothese nachgegangen, ob Entzündungsreaktionen eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese spielen könnten. Sowohl anti-entzündliche Inhibitoren, wie Aspirin in hoher Dosierung, die die Aktivierung von NF-kappaB verhindern, verringerten die Organschäden. Pleiotrope Eigenschaften des HMG-CoA-Reduktase-Hemmers Cerivastatin verminderten, cholesterinunabhängig, die Organschädigung. Auch hier ist der zu Grunde liegende Mechanismus eine Hemmung der Ang II induzeirten Entzündungsreaktion. Teilprojekt IV befasst sich mit der Präeklampsie, einer schwangerschaftsspezifischen Erkrankung, die durch das erstmalige Auftreten von arterieller Hypertonie und Proteinurie nach der 20. Schwangerschaftswoche charakterisiert ist. Die Präeklampsie ist unverändert eine der häufigsten Ursachen für mütterliche und kindliche Morbidität und Mortalität. Wir haben festgestellt, dass Schwangere mit Präeklampsie spezifische, agonistische Antikörper gegen den Angiontensin-II-AT1-Rezeptor (AT1-AA) entwickeln. Dieser Autoantikörper ist gegen die zweite extrazelluläre Schleife des AT1-Rezeptors gerichtet. Wir konnten zeigen, dass AT1-AA eine Aktivierung von NF-kappaB und AP-1 bewirken. Zudem konnten wir nachweisen, das vermehrt reaktive Sauerstoffmetabolite (ROS) induziert werden und dass dieser Prozess über die NADPH-Oxidase vermittelt ist. Auch konnten wir zeigen, dass die Expression der NADPH oxidase durch den AT1-AA induziert wird. Präeklamptische Plazenten weisen eine stärkere Produktion von ROS und eine vermehrte Expression der NADPH oxidase auf als gesunde Kontrollplazenten. Die Autoantikörper könnten einen wesentlichen endothelialen Schädigungsmechanismus bei Präeklampsie darstellen. Die konsekutive Aktivierung von NF-kappaB und AP-1 eine wichtige, mögliche Ursache, dass eine chronische vaskuläre Entzündungsreaktion iniitiert und unterhalten wird. / Atheroscleosis and hypertension are considered to be a complex process involving the interaction of genetic and environmental factors and the interplay between several cell types. Besides established risk factors for atherosclerosis and hypertension induced vascular pathology, chronic inflammation is regarded as a key event in the pathogenesis. The transcription factor family NF-kappaB is a key regulator of abroad rage of genes involved in inflammatory processes, proliferation and apoptosis. Aim of the investigations is to identify molecular mechanisms in vascular biology in order to understand pathophysiological vascular processes. The investigations are divided into 4 projects In project 1 we tried to identify the physiological role of the proto-oncoprotein Bcl-3, which is a member of the IkappaB family,. To gain insight into specific nuclear functions of Bcl-3 we have isolated proteins that interact with its ankyrin repeat domain. Using the yeast two-hybrid-system we identified four novel binding partners of Bcl-3 in addition to NF-kappaB p50 and p52, previously known to associate with Bcl-3. The novel Bcl-3 interactors Jab1, Pirin, Tip60 and Bard1 are nuclear proteins which also bind to other transcription factors including c-Jun, nuclear factor I (NFI), HIV-1 Tat or the tumor suppressor and PolII holoenzyme component Brca1, respectively. Bcl-3, p50, and either Bard1, Tip60 or Pirin are sequestered into quarternary complexes on NF-kappaB DNA binding sites, whereas Jab1 enhances p50-Bcl-3-DNA complex formation. Furthermore, the histone acetylase Tip60 enhances Bcl-3-p50 activated transcription through an NF-kappaB binding site, indicating that quarternary complexes containing Bcl-3 interactors modulate NF-kappaB driven gene expression. These data implicate Bcl-3 as an adaptor between NF-kappaB p50/p52 and other transcription regulators and suggest that its gene activation function may at least in part be due to recruitment of the Tip60 histone actetylase. Project 2 concentrated on investigating novel mechanism in arteriosclerosis. Recent reports link C. pneumoniae infection of arteriosclerotic lesions to the precipitation of acute coronary syndromes, which also feature tissue factor and plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1) overexpression. We investigated whether or not C. pneumoniae can induce thrombogenicity by upregulation of procoagulant proteins. Human vascular endothelial and smooth muscle cells were infected with a strain of C. pneumoniae isolated from an arteriosclerotic coronary artery. Tissue factor, PAI-1, and interleukin-6 expression was increased in infected cells. Western blotting We could show, that C.pneumoniae infection resulted in increased cell membrane-associated RhoA and Rac1, implying increased prenylation of these proteins. This effect was blocked by statin but circumvented by mevalonate. Cytochrome C assays showed that infected VSMCs produced increased reactive oxygen species that was blocked by statin. Infection increased nuclear transcription factor-kappaB expression in VSMCs that was dose-dependently suppressed by statin. Infected VSMCs produced and released RANTES and MCP-1. Statin dose-dependently blocked this production both at the mRNA and protein levels. These data provide evidence that C. pneumoniae infection can induce procoagulant protein and proinflammatory cytokine expression. This cellular response is accompanied by activation of NF-kappaB. Our results demonstrate how C. pneumoniae infection may initiate acute coronary syndromes. In project 3 we investigated molecular mechanism in Angiotensin II induced endorgan cardiovascular endorgan damage. Therefore we established a double transgenic rat (dTGR) model, in which rats transgenic for the humanangiotensinogen and renin genes are crossed. We show evidence that Ang II stimulates NF-kappaB and AP-1, which are involved with initiating chemokine and cytokine expression, leading to the above cascade in this model. Various pharmacological, such as the endothlin-1 receptor blocker bosentan, the immunosuppressant cyclosporin, the NF-kappaB inhibitor PDTC, the aldosteron antagonist spironolactone all ameliorated the ANG II-induced end-organ damage. However, all inhibitors were able to reduce NF-kappaB activation and inflammation. Stain also reduced cholesterol-independent the cardiovascular endorgan damage in dTGR. The pleiotrophic effects of statins reduced NF-kappaB and AP-1 activity, indicating that the local Angiotensin II induced inflammatory reaction is the key event in initiating the endorgan damage. Project 4 is focused on preeclampsia. Preeclampsia occurs after the 20th week of gestation and features hypertension and an increased peripheral vascular resistance; the mechanisms are unknown. The is a major cause of maternal and fetal morbidity We recently described autoantibodies (AT1-AA) directed at the AT1 receptor in the serum of preeclamptic patients, whose placentas are commonly infarcted and express tissue factor (TF). We proved AT1-AA specificity by coimmunoprecipitating the AT1 receptor with AT1-AA but not with nonspecific IgG. Angiotensin (Ang) II and AT1-AA both activated extracellular signal-related kinase, AP-1, and the TF promoter transfected VSMC and Chinese hamster ovary cells, but only when the AP-1 binding site was present. We then demonstrated TF expression in VSMC exposed to either Ang II or AT1-AA. All these effects were blocked by losartan. Nonspecific IgG or IgG from nonpreeclamptic pregnant women had a negligible effect. AT1-AA increased ROS production and the NADPH oxidase components, p22, p47, and p67 phox in Western blotting. AT1-AA activated NF-kappaB. IkappaBalpha expression was reduced in response to AT1-AA. The p22, p47, and p67 phox expression in placentas from preeclamptic patients was increased, compared with normal placentas. Furthermore, NF-kappaB was activated in placentas from preeclamptic women. We conclude that AT1-AA and Ang II both stimulate the AT1 receptor and initiate a signaling cascade resulting in TF expression. NADPH oxidase is potentially an important source of ROS that may upregulate NF-kappaB in preeclampsia These results show an action of AT1-AA on human cells that could contribute to the pathogenesis of preeclampsia. We suggest that AT1-AA through activation of NADPH oxidase could contribute to ROS production and inflammatory responses in preeclampsia.

Die Entstehung atherosklerotischer Gefässwandveränderungen ist ein chronischer Prozess, welcher durch vaskuläre pro-atherosklerotische Wachstumsfaktoren und anti-atherosklerotisch wirkende Modulatoren in der Gefässwand reguliert wird. Angiotensin II ist sowohl in in-vitro als auch in in-vivo Studien als ein zentraler pro-atherosklerotischer Wachstumsfaktor identifiziert worden. Pro-atherosklerotische in-vitro Effekte von Angiotensin II resultieren in einer massiven Zunahme atherosklerotischer Läsionen durch Angiotensin II im Tiermodell. Die pro-atherosklerotische Funktion von Angiotensin II wird parallel durch klinische Daten unterstützt, in denen gezeigt wird, dass die Angiotensin II Blockade durch ACE-Inhibitoren oder AT1-R Antagonisten zu einer Reduktion atherosklerotischer Gefässwandveränderungen führt, was letztendlich in einer Senkung der kardiovaskulären Mortalität resultiert. Demgegenüber stehen multiple atherosklerose-hemmende Faktoren in der Gefässwand. In der Gruppe dieser Faktoren spielen die nukleären Hormonrezeptoren der Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) eine wichtige pathophysiologische und klinische Rolle. Aktiviert durch endogene Liganden supprimieren PPARs pro-atherosklerotische Abläufe in der Gefässwand. Eine zusätzliche Aktivierung wird durch exogene, synthetische Liganden erreicht, welche in der Therapie metabolischer Erkrankungen bereits klinisch eingesetzt werden. Zwei PPAR Isoformen sind in der Gefässwand überwiegend exprimiert, PPARa und PPARg. Beide Isoformen vermitteln anti-atherosklerotische Effekte durch die transkriptionelle Regulation unterschiedlicher Zielgene. Wir untersuchten die PPAR-vermittelte Regulation dieser Zielgene und konnten neue molekulare Wirkmechanismen, welche den anti-atherosklerotischen Wirkungen von PPARa- und PPARg-Liganden zugrunde liegen identifizieren. In weiterführenden Arbeiten konnten wir zeigen, dass multiple bidirektionale Interaktionen zwischen Angiotensin II und PPARs bestehen, welche einen wesentlichen Einfluss auf die Entstehung und Progression atherosklerotischer Gefässveränderungen haben. / The development of atherosclerosis is a chronic process, which is tightly regulated by pro-atherosclerotic vascular growth factors and anti-atherosclerotic modulators in the vessel wall. Angiotensin II has been identified in in-vitro and in-vivo studies as a central pro-atherosclerotic growth factor. Angiotensin II-infusion in mice results in a profound induction of atherosclerotic lesions in the aorta. In parallel, clinical studies have demonstrated that blockade of the renin-angiotensin-system by AT1R-antagonists or ACE-inhibitors significantly lowers the incidence of atherosclerotic diseases. The pro-atherosclerotic actions of angiotensin II are counterbalanced by multiple anti-atherosclerotic modulators present in the vessel wall. The peroxisome proliferators-activated receptors (PPARs), including the isoforms alpha and gamma, are ligand-activated nuclear hormone receptors, present in the vascular wall, and exerting major anti-atherosclerotic actions. They function as transcriptional regulators of target genes involved in atherogenesis. We investigated PPAR-mediated target gene expression in vascular and inflammatory cells, and identified new anti-atherosclerotic mechanisms of these receptors. Finally we characterized bidirectional interactions between angiotensin II and PPARs, which might play a major role in the development of atherosclerosis in humans.

Wie für viele andere Zivilisationskrankheiten werden auch für Atherosklerose und dadurch verursachte Erkrankungen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall die Weichen mitunter schon vor der Geburt gestellt. Pränatale oder fetale Programmierung heißt der Mechanismus, durch den negative Umweltbedingungen während der Schwangerschaft, allen voran der Einfluss von Stresshormonen, auf die Entwicklung des Fetus wirken und die Prädisposition für spätere Erkrankungen schaffen können (SCHWAB 2009, SECKL 2001). Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Stress während der Schwangerschaft auf den Fettstoffwechsel der Nachkommen unter besonderer Berücksichtigung bekannter Herz-Kreislauf-Risikofaktoren zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde 28 Weißbüschelaffen (F0) während der Trächtigkeit eine Woche lang täglich Dexamethason (DEX) – ein synthetisches Glucocorticoid (GC), welches die Plazentaschranke passieren kann (TEGETHOFF et al. 2009) – oral verabreicht (BEINDORFF et al. 2006, EINSPANIER et al. 2006c). Die drei weiblichen Folgegenerationen DEX F1 (n = 5), DEX F2 (n = 6) und DEX F3 (n = 3) dieser Tiere wurden untersucht, wobei sich die Medikamentengabe auf die F0-Generation beschränkte und alle weiteren Trächtigkeiten ungestört verliefen. Im Alter von 3,3 bis 5,6 Jahren (DEX F1) bzw. von Geburt an bis 1,5 Jahre (DEX F2, DEX F3) wurden die Tiere wöchentlich gewogen. In Blutproben wurden einerseits Fettsäuren (FS), andererseits Cholesterol (CHOL), Triglyceride (TG) und Lipoproteine gemessen, wobei zwei Methoden – enzymatische Analyse nach Ultrazentrifugation und direkter Assay – zum Einsatz kamen. Alle Resultate wurden denen gesunder Kontrolltiere ähnlichen Alters (n = 12) gegenübergestellt. Die Körpermasse unterschied sich zu keinem Zeitpunkt signifikant zwischen den Nachkommen der mit DEX behandelten Tiere und den Kontrollgruppen. Entweder gab es keinen programmierten Effekt auf das Gewicht oder er wurde durch individuelle Schwankungen, möglicherweise verstärkt durch erhöhte Stressempfindlichkeit oder Hyperaktivität der DEX-Nachkommen (FRENCH et al. 2004, SCHWAB 2009) und damit einhergehende Tendenz zur Gewichtsabnahme (KAPLAN und SHELMIDINE 2010) maskiert. Beide Methoden zur Untersuchung des Lipoproteinprofils erschienen für Weißbüschelaffen geeignet und können für zukünftige Untersuchungen empfohlen werden. Bei den Kontrollgruppen fiel auf, dass ältere Tiere u. a. signifikant mehr LDL- und VLDL-CHOL, aber signifikant weniger HDL-TG und n3-FS hatten als jüngere, was auf ein wie beim Menschen mit dem Alter steigendes Herz-Kreislauf-Risiko (CARLSSON et al. 2010) schließen lässt. Sowohl DEX F2 als auch DEX F3 wiesen signifikant höhere Konzentrationen von LDL-CHOL, signifikant niedrigere Werte von HDL-TG, mehr Gesamt-CHOL sowie einen höheren Quotienten CHOL : HDL-CHOL im Blutplasma auf als die Kontrolltiere. Diese Parameter gehören zu den in der humanmedizinischen Diagnostik genutzten Herz-Kreislauf-Risikofaktoren und die Veränderungen weisen auf eine erhöhte Auftrittswahrscheinlichkeit kardiovaskulärer Erkrankungen hin (KANNEL et al. 1994, LUSIS et al. 2004, NCEP 2002). Zusätzlich fielen bei DEX F1, DEX F2 und DEX F3 im Vergleich zu den Kontrollen signifikant erniedrigte Gehalte an n3-FS auf, die u. a. für ihre antiphlogistische und kardioprotektive Wirkung bekannt sind (ALONSO et al. 2003, CALDER 2004, KINSELLA et al. 1990). Pränatale GC-Behandlung rief demzufolge über Veränderungen im Fettstoffwechsel ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei ihren weiblichen Nachkommen F1 bis F3 hervor. Dies lässt auf epigenetische Effekte schließen, welche in weiterführenden Untersuchungen genauer erforscht werden sollten. / As for many other civilization diseases, the way for atherosclerosis and hence heart attack and stroke can be paved even before birth. The mechanism by which negative environmental circumstances, first of all the influence of stress hormones, can alter the development of the fetus and cause a predisposition for diseases later in life is called prenatal or fetal programming (SCHWAB 2009, SECKL 2001). The aim of the present study was to investigate the consequences of stress during pregnancy on lipid metabolism of the offspring with special regard to known cardiovascular risk factors. Therefore, 28 common marmosets (F0) were given dexamethasone (DEX) – a synthetic glucocorticoid (GC) with the ability to pass the placenta easily (TEGETHOFF et al. 2009) – orally, once daily for one week during gestation (BEINDORFF et al. 2006, EINSPANIER et al. 2006c). The three female filial generations DEX F1 (n = 5), DEX F2 (n = 6) and DEX F3 (n = 3) of those monkeys were investigated. Only the F0 generation was treated with DEX, while all of the following pregnancies remained undisturbed. At the age of 3.3 up to 5.6 years (DEX F1) and from birth until 1.5 years (DEX F2, DEX F3), respectively, the animals were weighed weekly. Blood samples were analyzed on the one hand for fatty acids (FA), on the other hand for cholesterol (CHOL), triglycerides (TG) and lipoproteins using two different methods – enzymatic analysis after ultracentrifugation and direct assay. All results were compared to those of healthy controls of similar age (n = 12). Body mass of the offspring of dams prenatally treated with DEX was not significantly different from that of the controls at any point of time. Either there was no programming effect on weight or it was masked by individual fluctuations, maybe potentiated by hyperactivity or a higher sensitivity to stress of the DEX offspring (FRENCH et al. 2004, SCHWAB 2009) and hence a tendency to loose weight (KAPLAN and SHELMIDINE 2010). Both methods for lipoprotein analysis seemed to be suitable for the common marmoset and can be recommended for future investigations. In the controls, older animals showed significantly more LDL and VLDL CHOL, but significantly less HDL TG and n3 FA than younger ones, which points out to a cardiovascular risk rising with age as in humans (CARLSSON et al. 2010). DEX F2 and DEX F3 had significantly higher concentrations of LDL CHOL, significantly lower levels of HDL TG, more total CHOL and a higher ratio of CHOL : HDL CHOL in blood plasma than the controls. Those parameters are well-known human medicine cardiovascular risk factors and the aberrations detected indicate a higher probability of developing cardiovascular diseases (KANNEL et al. 1994, LUSIS et al. 2004, NCEP 2002). Additionally, compared to the controls, all DEX generations F1 to F3 showed significantly lower levels of n3 FA, which are known for their antiinflammatory and cardioprotective effects amongst others (ALONSO et al. 2003, CALDER 2004, KINSELLA et al. 1990). Consequently, prenatal treatment with GC caused an increased risk for cardiovascular diseases in the female offspring F1 up to F3 via alteration of lipid metabolism. This points out to epigenetic effects, which require further investigation.

Atherosklerotisch bedingte Herz-Kreislauferkrankungen zählen weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Die vorliegende Arbeit befasst sich in einem Mausmodell mit der Identifikation neuer Genorte, welche die Ausprägung der Atherosklerose und deren Kofaktoren beeinflussen. Zu diesem Zweck wurde eine Kopplungsuntersuchung in einer Kreuzung Atherosklerose-empfindlicher C57BL/6 und BALB/c Mäuse auf dem LDL-Rezeptor defizienten Hintergrund durchgeführt. Außer der Größe der atherosklerotischen Läsionen wurden 61 weitere Phänotypen bestimmt. Als Hauptergebnis konnte ein neuer Genlocus auf dem proximalen Chromosom 2 identifiziert werden, welcher einen Einfluss auf die Größe der atherosklerotischen Läsionen an der Aortenwurzel hat. Des Weiteren zeigte sich eine Co-Segregation von Lipoproteinen (Very-Low-Density Lipoprotein (VLDL) Cholesterin und High-Density Lipoprotein (HDL) Cholesterin mit diesem Locus sowie eine Korrelation dieser Lipide mit der Läsionsgrösse. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Effekt des Chromosom 2 Lokus auf die Atherosklerose durch genetische Faktoren des Fettstoffwechsels bedingt ist. Weitere Experimente sind notwendig um den QTL weiter einzuengen und die verantwortlichen Gene zu identifizieren.

Eine der häufigsten kardiovaskulären Erkrankungen ist die Atherosklerose. Bei der Entstehung einer Atherosklerose spielt eine Hyperlipoproteinämie eine entscheidende Rolle. Ein weiterer Faktor für die Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen ist ein hoher Blutdruck. In dieser Arbeit wurde eine mögliche Interaktion zwischen Lipoproteinen und den blutdruckregulierenden Endothelin- und Renin-Angiotensin-Systemen untersucht. Weiterführende Analysen erfolgten an Rezeptoren für die Aufnahme von nLDL und oxLDL. Abschließend wurden Signalwege untersucht, die durch nLDL und oxLDL aktiviert werden. Tierexperimentielle Untersuchungen in Aorten und Herzen fettreich gefütterter Wildtyp- Mäuse unterstützen die Zellkultur-Ergebnisse einer Induzierung des Endothelin-Systems durch erhöhte Lipoproteine. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit neue Mechanismen der Interaktion von Lipoproteinen und blutdruckregulierenden Systemen in Endothelzellen. Die Rezeptoren scheinen dabei eine Schlüsselrolle zu spielen. Dies spricht für eine Potenzierung von Hyperlipoproteinämie und Hypertonie bei der Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Typ-2-Diabetiker haben ein hohes kardiovaskuläres Risiko. Es wurden 23 Typ-2-Diabetiker in eine Interventions- und eine Kontrollgruppe randomisiert. Die Interventionsgruppe nahm an einem multifaktoriellen Sekundärpräventionsprogramm mit Fokus auf intensivem körperlichen Training teil. Die Kontrollgruppe wurde leitlinienkonform durch die Hausärzte therapiert. Nach einem vierwöchigen stationären Training trainierte die Interventionsgruppe über fünf Monate zu Hause. Beide Gruppen wurden bei Studienbeginn, nach vier Wochen und nach sechs Monaten umfassend untersucht (Ergometrie, Labordiagnostik verschiedener Stoffwechselparameter, Messung der Endothelfunktion, Quantifizierung der koronaren Plaquelast). Nach vier Wochen sowie nach sechs Monaten Training zeigte sich in der Interventionsgruppe eine Verbesserung von Gewicht, BMI, maximaler Trainingsintensität und Trainingsdauer. Weiterhin zeigte sich nach vier Wochen Training eine signifikante Verbesserung der Stoffwechselparameter, die nach sechs Monaten nicht mehr nachweisbar war. Die Endothelfunktion verbesserte sich erst nach sechs Monaten Training signifikant. Die koronare Plaquelast veränderte sich nicht. Die Kontrollgruppe zeigte zu keinem Zeitpunkt Veränderungen. Ein intensives multifaktorielles Interventionsprogramm kann die endotheliale Dysfunktion der Koronararterien von Typ-2-Diabetikern korrigieren, ohne eine quantitative Regression der Atherosklerose zu erreichen. Ein stationäres Training verbessert die Stoffwechselsituation gegenüber einem Heimtraining, vermutlich durch verbesserte Compliance und bessere diätetische Kontrolle.