In atherosklerotischen Gefäßabschnitten kommt es durch Migration von Endothelzellen zur Neovaskularisation atherosklerotischer Plaques. Die Adhäsionsmoleküle E-Selectin, VCAM-1 und ICAM-1, die sowohl von luminalen, als auch von neovaskulären Endothelzellen exprimiert werden, vermitteln die Adhäsion von Leukozyten, die so durch die Endothel-Barriere hindurch an den Entzündungsort migrieren können. Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) sind ligand-aktivierte Kernrezeptoren, die als Transkriptionsfaktoren hauptsächlich an der Genregulation im Fett- und Glukosestoffwechsel beteiligt sind und zudem Wirkungen im kardiovaskulären System haben. In der vorliegenden Arbeit wurden die Effekte der PPAR-alpha-Liganden WY-14,643 und Fenofibrat und der PPAR-gamma-Liganden Troglitazon und Ciglitazon auf die Migration von Endothelzellen sowie die Beeinflussung der dabei involvierten Komponenten der Signaltransduktion und die Wirkung der PPAR-Liganden auf die Expression der endothelialen Adhäsionsmoleküle E-Selectin, VCAM-1 und ICAM-1 untersucht. PPAR-alpha- und PPAR-gamma-Liganden hemmten signifikant und konzentrationsabhängig die VEGF-induzierte Endothelzellmigration. Der Migrationsprozess wird sowohl durch die MAP-Kinase, als auch durch die Serin/Threonin-Kinase Akt vermittelt und ist durch pharmakologische Inhibitoren dieser Enzyme hemmbar. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, das die PPAR-Liganden den Migrationsprozess durch eine Inhibition der Phosphorylierung von Akt hemmen, während die Phosphorylierung der MAP-Kinase durch die PPAR-Liganden unbeeinflusst blieb. Die PPAR-alpha-Liganden WY-14,643 und Fenofibrat hemmten signifikant zeit- und konzentrationsabhängig die TNF-alpha-stimulierte Expression von VCAM-1. Fenofibrat hemmte außerdem die Expression von E-Selectin und ICAM-1. Die PPAR-gamma-Liganden Troglitazon und Ciglitazon hatten keine Wirkung auf die Expression der Adhäsionsmoleküle. / In atherosclerotic blood vessels migration of endothelial cells leads to neovascularisation of atherosclerotic Plaques. The adhesion molecules E-Selectin, VCAM-1 and ICAM-1, being expressed by luminal endothelial cells as well as by neovascular endothelial cells, mediate leucocyte-adhesion and transmigration through the endothelial-barrier to the atherosclerotic lesion. Peroxisome Proliferator-Acticated Receptors (PPARs) are ligand-activated nuclear receptors, which regulate gene expression in lipid and glucose metabolism and also exert several vascular effects. It was the aim of this study to examine the effect of the PPAR-alpha-ligands WY-14,643 and fenofibrate and the PPAR-gamma-ligands troglitazone and ciglitazone on endothelial migration and the involved signal transduction components and to examine the effect on the expression of the endothelial adhesion molecules E-Selectin, VCAM-1 and ICAM-1. PPAR-alpha- and PPAR-gamma-ligands significantly inhibited VEGF-induced endothelial cell migration in a concentration-dependent manner. This migratory process is MAP-Kinase- and Akt-dependent and can be blocked by pharmacologic inhibitors of these enzymes. This study is the first to show that PPAR-ligands inhibit endothelial cell migration by targeting Akt whereas MAP-Kinase phosphorylation was not affected by the PPAR-ligands. PPAR-alpha-ligands WY-14,643 and fenofibrate significantly inhibited TNF-alpha-induced expression of VCAM-1 in a time- and concentration-dependent manner. Furthermore, fenofibrate also inhibited the expression of E-Selectin and ICAM-1. PPAR-gamma-ligands troglitazone and coglitazone did not affect the expression of any of these adhesion molecules.

Atherosklerose ist eine verbreitete Krankheit deren Pathogenese unzureichend erforscht ist. Bekannt ist jedoch, dass externe und interne Faktoren eine Rolle spielen. Die zugrunde liegenden Prozesse müssen genauer untersucht werden, um neue Therapieansätze zu entwickeln. Als Allroundtalent könnte Serotonin (5-HT) ein Kandidat sein, der eine entscheidende Rolle bei der atherosklerotischen Pathogenese spielt. Ob und wie dieses Hormon die Bildung atherosklerotischer Plaques, Makrophageninvasion, Verkalkung und Fibrose beeinflusst, war Gegenstand dieser Studie. Die vorliegende Studie ist die erste ihrer Art, die den neuartigen Ansatz von transgenen Doppel-Knockout-Mäusen verwendet, denen das Apolipoprotein E (ApoE) fehlt und, die das Schlüsselenzym für die periphere 5-HT-Synthese, Tryptophanhydroxylase 1 (Tph1), oder den primären 5-HT-Transporter (SERT) nicht bilden. Physiologie, Stoffwechselparameter und atherogene Prozesse wurden in ApoE/Tph1-/- und ApoE/Sert-/- Tieren mithilfe eines breiten Methodenspektrums untersucht und resultierten in einem umfassenden Überblick über die Wirkungsweisen von 5-HT auf Atherosklerose. Die 5-HT-Rezeptorverteilung ist unterschiedlich in Gefäßen von verschiedenen Mauslinien und in denen von Tieren mit Tph1-Defizienz, die in diesen Linien erzeugt wurden. Ferner weisen ApoE/Tph1-/- und ApoE/Sert-/- verschiedene Phänotypen auf: Tph1-Defizienz führt zu verminderter Zunahme des Körpergewichts, niedrigerem Plasmacholesterin und Leberparametern und erhöhtem Lebergewicht. Sert-Defizienz bedingt erhöhten Blutzucker, Plasmacholesterin und die Ausbildung größerer Plaques, sowie vermehrte Kollagenakkumulation. Die Langzeitgabe einer Western-Diät zeigte, dass Tph1-Defizienz schützende Wirkung auf den Lipidstoffwechsel hat, ein klarer Effekt auf die Atherogenese konnte nicht ermittelt werden. Zusammenfassend hebt diese Studie die komplexen Beziehungen vieler Faktoren während der Krankheit hervor. 5-HT spielt bei vielen dieser Faktoren eine Rolle, scheint jedoch nur eine schwache aber protektive Wirkung auf Atherogenese selbst zu haben. / Atherosclerosis is a common disease and its pathogenesis is only poorly understood. It’s known that external and internal factors play a role, but the exact processes need to be investigated more intensively to develop novel therapy approaches. As an all-round talent, serotonin (5-HT) might be a promising candidate to play a crucial role in atherosclerosis. If and how 5-HT affects atherosclerotic plaque formation, macrophage invasion, calcification and fibrosis was focus of this study. This study is the first of its kind using the novel approach of transgenic double knockout mice lacking the apolipoprotein E (ApoE, atherosclerosis model) and either the key enzyme in peripheral 5-HT synthesis, tryptophan hydroxylase 1 (Tph1) or the major 5-HT transporter, SERT. Physiology, metabolic parameters and atherogenic processes in ApoE/Tph1-/- and ApoE/Sert-/- animals were examined using a broad spectrum of methods and resulted in an extensive overview of how 5-HT might influence the pathogenesis of atherosclerosis. Most striking results of this study: 5-HT receptor distribution is altered in vessels of different background strains, and also in Tph1 deficient animals generated in these strains. Further, the examination of ApoE/Tph1-/- and ApoE/Sert-/- mice elucidated that both double knockouts exhibit different phenotypes: While Tph1 deficiency resulted in decreased bodyweight, plasma cholesterol and liver parameters and increased liver weight, Sert deficiency caused increases in blood glucose, plasma cholesterol, plaque size and collagen in plaques. Long term Western Diet application confirmed that Tph1 deficiency decreases weight gain and has protective effects on lipid metabolism, but a clear effect on atherogenesis could not be reported. Concluding, this study highlights the complex relationship between many factors acting on atherosclerotic pathogenesis. 5-HT plays a role in many of those factors, but seems to have only minor but protective effects on atherogenesis itself.

Die Plaqueruptur in der Koronararterie ist nach heutiger Vorstellung Ursache des akute Koronarsyndrom. Ziel der Arbeit war die Optimierung der koronaren Plaquedarstellung in der Magnetresonanztomographie. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden zwei spezifische Probleme der koronaren Plaquedarstellung bearbeitet: Erstens die ateminduzierte Herzbewegung und zweitens die hohe Auflösung, die erforderlich ist, um Plaques in den Koronarien darstellen zu können. Die prospektive Navigator-Gating-Technik wird eingesetzt, um ateminduzierte Artefakte der Herzbewegungen zu korrigieren. Die Herzbewegung wird dabei anhand der craniocaudalen Bewegung des Diaphragmas korrigiert. Durch Unterschiedliche Lagerung des Probanden wurde versucht, die Bewegung des Herzens während der Atmung zu minimieren und die anteroposteriore Komponente der Atmung, die nicht korrigiert werden kann, zu unterdrücken. Die Bewegungsmessungen wurden mit Navigatoren durchgeführt. Die extrem hohen Auflösungen die für eine Plaquedarstellung erforderlich sind erzeugen, durch das geringe Volumen was pro Voxel angeregt wird, sehr wenig Signal. Durch den Einsatz der Spiral-Technik kann theoretisch mehr Signal erzeugt werden. Es wurden Plaquedarstellung der Karotiden und der Koronarien in konventioneller Technik und in Spiral -Technik durchgeführt und das Signal und Kontrast zu Rauschverhältnis verglichen. Das Ergebnis der Bewegungsmessung des Herzens war, dass die Rückenlage die beste Lagerungsmethode für die prospektive Navigator-Gating-Technik ist. Die Plaquedarstellung in den Karotiden zeigte ein statistisch signifikant höheres Signal und Kontrast zu Rauschverhältnis in Spiral-Technik als in konventioneller Technik. Eine Plaquedarstellung in den Koronarien war mit einer Auflösung von 0,273mm mal 0,273mm bei einer Schichtdicke von 0,2mm nur in Spiraltechnik möglich. / The main cause of the acute coronary syndrome is plaque rupture. The aim of the study was to optimize magnetic resonance coronary plaque imaging. To achieve this goal tow specific problems of coronary plaque imaging were investigated. First the heart motion during breathing and second the high spatial resolution, which is necessary to display coronary plaque. The prospective navigator gating technique is used in cardiac magnetic resonance to suppress respiratory motion of the heart. The respiratory heart motion is corrected on the basis of the feed to head motion of the diaphragm. Different patient position were tested to suppress the anterior posterior breathing motion of the heart, because this motion component can not be corrected for. The motion measurements were done with navigators. High spatial resolutions result in a low signal. The spiral technique acquires theoretical more signal than standard techniques. Plaque imaging of the carotid arteries and the coronary arteries were done in spiral and in standard technique. The signal to noise were compared for both techniques. The results of the motion measurements of the heart were: the supine position should be preferred in cardiac magnetic resonance imaging. The spiral technique in the carotid arteries had a significant higher signal to noise ration compared to the standard technique. Coronary plaque imaging was only possible in spiral technique, with a resolution of 0.273 times 0.273mm and slice thickness of 0.2mm.

Die autosomal-dominant vererbte Familiäre Hypercholesterinämie ist durch eine exzessive Erhöhung der LDL-Serumcholesterinspiegel gekennzeichnet und bedingt aufgrund einer prämaturen Atherosklerose den frühzeitigen Tod der Patienten. Da ursächlich ein defekter LDL-Rezeptor (LDL-R) zugrundeliegt, der durch Mutationen im Bereich des LDL-R-Gens hervorgerufen wird, kommt der Gentherapie als potentieller Behandlungsmöglichkeit ein besonderer Stellenwert zu. Diese Arbeit untersuchte den Einfluß einer Virusdosiseskalation auf Cholesterinsenkung und Langzeitexpression im adenoviral vermittelten LDL-R-Gentransferversuch im Kaninchenmodell. Hierfür wurden 7 Watanabe Heritable Hyperlipidemic Kaninchen, welche an einer vergleichbaren kongenitalen Hypercholesterinämie durch einen LDL-R-Defekt leiden, mit unterschiedlichen Dosierungen eines Adenovirus des Serotyps 5 therapiert, der die Gensequenz für den humanen LDL-R enthielt. Vor und nach Therapie wurden Bestimmungen der Serumcholesterinkonzentrationen und LDL-Stoffwechselkinetiken mit 125I-LDL sowie semiquantitative szintigraphische Auswertungen durch 111In-LDL-Scans durchgeführt. Hierbei mußte festgestellt werden, dass die adenoviral vermittelte transgene Expression des LDL-R durch die Bestimmung des Serumcholesterins nicht korrekt wiedergegeben wird. Denn zum einen konnte bei der Bestimmung des Serumcholesterins ein dosisabhängiger Effekt beobachtet werden, dieser zeigte sich bei den Stoffwechselkinetiken mit 125I-LDL und bei den Scanuntersuchungen mit 111-In-LDL jedoch nicht. Zum anderen kam es innerhalb von 12-18 Tagen nach Gentransfer zu einem Wiedererreichen der Serumcholesterinausgangswerte, wohingegen die in vivo-Stoffwechselkinetiken eine erhöhte Abbaurate radiomarkierter LDL und die Szintigraphie eine LDL-R-Expression über die gesamte Dauer des Experimentes von 120 Tagen belegten. / Familial hypercholesterolemia is an autosomal dominantly inherited disease characterized by an exzessive elevation of serum LDL cholesterol which leads to premature atherosclerosis and an early death of the patients. As the reason is a defective LDL receptor (LDLR) caused by mutations in the gene encoding LDLR, gene therapy plays an increasingly important role as a treatment possibility. This paper examined the influence of an escalation of the virus dose on the cholestorol reduction and long-term expression in the adenovirally mediated LDLR gene therapy experiment using a rabbit animal model. To facilitate this 7 Watanabe Heritable Hyperlipidemic rabbits, suffering from an equivalent congenital hypercholesterolemia due to a LDLR defect, were treated with different doses of a serotype 5 adenovirus which contained the gene sequence of the human LDLR. Pre and post gene therapy measurements of the serum cholesterol levels and kinetics of LDL metabolism with 125I-LDL were performed, as well as semiquantitative scintigraphic analysis of 111In-LDL scans. The finding was that the adenovirally mediated transgene expression of the LDLR was not correctly reflected by the measurement of the serum cholesterol levels. This was because of a dose dependant effect concerning the measurements of the serum LDL cholesterol levels, which did not appear regarding the kinetics of LDL metabolism with 125I-LDL and the scans with 111In-LDL. Moreover, the serum cholesterol levels reached their initial value within 12-18 days post gene transfer whilst the in vivo-kinetics of LDL metabolism showed an increased catabolic rate of radiolabeled LDL and the scintigraphy indicated a LDLR expression for the whole period of the experiment lasting 120 days.

Für die Ätiopathogenese der Atherosklerose spielen eine Vielzahl von Mediatoren eine Rolle. Dabei werden durch das Endothel sowohl protektive als auch schädliche Mediatoren sezerniert. High Density Lipoproteine (HDL) stellen einen bedeutenden protektiven Marker für das kardiovaskuläre Risiko dar, u.a. durch die Aktivierung der endothelialen NO-Synthase (eNOS). HDL besteht zu 50 % aus Proteinen und zu 50 % aus Lipiden. Welche Komponenten des HDL für die eNOS Aktivierung verantwortlich sind, ist nicht bekannt gewesen. Im ersten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte erfolgreich gezeigt werden, dass die Lysophospholipide, Sphingosin-1-Phosphat (S1P) und Sphinsosylphosphorylcholin (SPC), die strukturelle Bestandteile der Lipidfraktion von HDL darstellen, für einen Teil der HDL induzierten eNOS Aktivierung durch Stimulation des S1P3-Rezeptors verantwortlich sind. Diese eNOS Aktivierung wird durch den intrazellulären Einstrom von Calcium und durch die Aktivierung der Akt-Kinase induziert. Im zweiten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte nachgewiesen werden, dass das oral verfügbare Lysophospholipid-basierte Medikament, FTY720, das ein strukturelles Analogon des S1P ist, den HDL induzierten Signaltransduktionsweg der eNOS Aktivierung in gleicher Weise induziert. Im dritten Abschnitt dieser Promotionsarbeit konnte ein neuartiges endothelabhängig sezerniertes gemischtes Dinukleosidpolyphosphat, Uridin-Adenosin-Tetraphosphat (Up4A), identifiziert werden. Up4A ist ein Agonist an den P2X- und P2Y-Purinrezeptoren. Up4A induziert bei Applikation in eine isoliert perfundierte Rattenniere hauptsächlich über die Aktivierung des P2X1-Rezeptors und des P2Y2/P2Y4-Rezeptors eine starke Vasokonstriktion im renalen Perfusionsgebiet mit einhergehender Erhöhung des mittleren renalen Perfusionsdrucks. Die direkte Infusion von Up4A in vivo in eine WKY-Ratte führt zu einer signifikanten Erhöhung des mittleren arteriellen Blutdrucks. / In the pathogenesis of atherosclerosis many mediators are included. Therefore the endothelium plays a crucial part by secreting protective but also deleterious factors. High density lipoproteins are an established protective factor in the risk profile of cardiovascular events especially by activating the endothelial NO synthase (eNOS). HDL is composed of 50 % proteins and 50 % lipids. Which component of HDL is responsible for the eNOS activation was not known. In the first part of this dissertation it could be shown, that the lysophospholipids, sphingosine-1-phosphate (S1P) and sphingosylphosphorylcholine (SPC), which are structural compounds of the lipid fraction of HDL, are responsible for a significant part of the HDL induced eNOS activation by stimulating the specific S1P3 receptor. In the signal transduction mechanism the activation of Akt kinase and an influx of calcium is involved. In the second part of this dissertation it could be shown, that the orally active lysophospholipide based drug FTY720, which is a structural analogue of S1P, is able to induce the same signal transduction mechanism activated by HDL including the stimulation of the S1P3 receptor. In the last part of this dissertation a new endothelium dependent vasoconstrictor, the dinucleoside polyphosphate uridine-adenosine-tetraphosphate (Up4A), could be for the first time identified. Up4A is a potent agonist of the P2X- and P2Y-purinoceptors. Via activating the P2X1 receptor and the P2Y2/P2Y4 receptor Up4A induce a strong vasoconstriction in the renal perfusion system in the model of the isolated perfused rat kidney with an adjacent increase of the mean perfusion pressure. By injection of Up4A in vivo in a Wistar Kyoto rat the mean arterial pressure also increase significantly.

Einführung - Periphere Blutmonozyten spielen eine Rolle in der Pathogenese der Arteriosklerose. Bei spontan hypertensiven Ratten wurden im Vergleich zu normotonen Wistar-Kyoto-Ratten signifikant erhöhte Zahlen aktivierter Monozyten beobachtet [Liu 1996]. Wir untersuchten Monozyten von Patienten mit essentieller Hypertonie und von gesunden Probanden hinsichtlich möglicher Unterschiede in der Aktivierung anhand ihrer Adhäsion an von uns kultivierte (HAEC) und isolierte (HSVEC, HUVEC, HUAEC) humane Endothelzellen. Wir bestimmten die Adhäsionsmoleküle ICAM-1, VCAM-1 sowie E-Selektin und analysierten die Superoxidfreisetzung von humanem Endothel und Monozyten. Methoden - Humane periphere Blutmonozyten wurden mittels Dichtegradienten-zentrifugation und Plastikadhärenz isoliert und mit LPS, Angiotensin II (Ang II), und Ang II nach Vorinkubation mit dem AT1-Antagonisten Eprosartan stimuliert. Die Monozyten wurden auf einschichtigem Endothel ausgesät und die Adhäsion als Prozentsatz der initial gesäten Zellen erfasst. Die durch PMA induzierte Superoxidfreisetzung des Endothels oder der Monozyten wurde mittels Chemilumineszenz bestimmt. Ergebnisse - Monozyten von Patienten mit essentieller Hypertonie hefteten sich im Vergleich zu gesunden Probanden spontan und nach Stimulation mit Ang II signifikant verstärkt an HAEC und HUVEC-Monolayer an. Die Spiegel von ICAM-1 und VCAM-1 waren bei Patienten mit arterieller Hypertonie im Vergleich zu den gesunden Kontrollpersonen signifikant erhöht. Die Chemilumineszenzaktivität postkonfluenter Endothelzellen erhöhte sich nach Stimulation mit Ang II im Vergleich zur Messung ohne vorherige Stimulierung. Nach Stimulation mit PMA oder mit Ang II wurden bei Hypertonikern signifikant höhere Werte für die Chemilumineszenzaktivität der Monozyten gemessen als bei gesunden Kontrollpersonen. Schluss - Mit diesen Versuchen an humanen Monozyten und Endothelzellen wurde ein weiterer Beweis für die Aktivierung der Monozyten von Patienten mit essentieller Hypertonie erbracht. Meine Ergebnisse unterstützen die Sicht einer Monozytenbeteiligung an der Pathogenese atherosklerotischer Läsionen, die mit arterieller Hypertonie in Zusammenhang stehen. / Introduction - Peripheral blood monocytes are involved in the pathogenesis of atherosclerosis. Significantly elevated numbers of activated monocytes were observed in spontaneously hypertensive rats compared to those in normotensive Wistar-Kyoto rats [Liu 1996]. We isolated and cultivated human endothelial cells and examined monocytes from patients with arterial hypertension and healthy volunteers to identify possible differences in their adhesion behavior to human endothelial cells (HAEC, HSVEC, HUVEC, HUAEC). We determined the levels of ICAM-1, VCAM-1 and E-selectin, and we analyzed superoxide release by human endothelium and human monocytes. Methods - Peripheral blood monocytes were isolated by density gradient centrifugation and plastic adherence. Subsets of the samples were stimulated with LPS, Angiotensin II, Angiotensin II following preincubation with the AT1-antagonist eprosartan or left without a stimulant. After incubation, monocytes were seeded onto confluent monolayers of human aortic endothelial cells and the adhesion was determined as the percentage of the initially seeded cells. Oxygen species release induced by PMA was analyzed for endothelium and monocytes in suspension by chemiluminescence. Results - Peripheral blood monocytes of patients with essential hypertension performed a significantly increased spontaneous adhesion and adhesion following stimulation with Angiotensin II to HAEC- and HUVEC-monolayers. Levels of human soluble adhesion molecules ICAM-1 and VCAM-1 were significantly raised in hypertensive patients. Chemiluminescence activity of post confluent endothelial cells was increased after stimulation with Angiotensin II compared to the measurement before stimulation. Following stimulation with PMA or Angiotensin II, significantly higher chem-iluminescence levels were measured in hypertensive patients compared to healthy volunteers. Conclusion - These data indicate that monocytes of patients with essential hypertension may be preactivated. My results support the view of a monocyte involvement in the pathogenesis of atherosclerotic lesions that are related to arterial hypertension.