Erstes Ziel der Arbeit war es Methoden aufzubauen, die die funktionellen Eigenschaften von peripheren Monozyten ermitteln sollten, um die Rolle dieser Zellen bei der essentiellen Hypertonie zu erfassen. Es wurde versucht, die immunologischen Mechanismen der Entzündung oder Voraktivierung dieser Zellen zu charakterisieren. Der Aktivierungsgrad der peripheren Monozyten von Patienten mit essentieller Hypertonie im Vergleich zu Normalkontrollen wurde anhand ihrer Zytokinsekretion untersucht. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass die peripheren Monozyten von essentiellen Hypertonikern im Vergleich zu normotensiven Probanden nach Stimulation vermehrt IL-1ß und TNF-alpha sezernieren, verursacht durch eine transkriptionelle Hochregulation. Neben spezifischen Mediatoren sezernieren aktivierte Monozyten eine Reihe unspezifischer toxischer Effektormoleküle wie z.B. Sauerstoffsuperoxid. Der Gipfel der Chemilumineszenzaktivität als Maß der Superoxidproduktion peripherer Monozyten von Hypertonikern war nach Stimulation signifikant höher im Vergleich zu den Kontrollen. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde die Hypothese generiert, dass den voraktivierten Monozyten von Hypertoniepatienten eine entscheidende Rolle bei der Initiierung von Gefäßwandläsionen zu kommen könnte, welche die frühen arteriosklerotischen Veränderungen bei diesen Patienten im Vergleich zur gesunden Normalbevölkerung mitbegründen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde daher die Adhäsion peripherer Monozyten von Hypertonikern an humane Endothelzellen im Vergleich zu Monozyten von normotensiven Gesunden überprüft. Die Adhäsion der Monozyten von Hypertonikern war signifikant erhöht. Interessanterweise führte die Vorinkubation mit einem AT1-Rezeptorantagonisten bei den Patientenmonozyten zu einer Reduzierung der Sekretion proinflammatorischer Zytokine und der Endothelzelladhäsion. Die vorgestellten Befunde sind für die Pathogenese der vorzeitigen sowie vermehrten atherosklerotischen Veränderungen essentieller Hypertoniker von Bedeutung und unterstützen die Hypothese einer inflammatorischen Genese der Atherosklerose. / Immunopathogenic mechanisms may be involved in the pathogenesis of atherosclerosis and hypertensive disease. The possible role of monocytes in the pathology of atherosclerosis in hypertension has been a matter of great interest. It was demonstrated that monocytes from hypertensive patients secrete significantly higher levels of proinflammatory cytokines after stimulation with lipopolysaccharide or angiotensin II compared with normotensive individuals. The upregulation of IL-1ß and TNF-alpha expression was also seen at the RNA-level. The increased secretion of these cytokines is considered to be a marker for activated circulating monocytes. To investigate the direct impact of these preactivated monocytes, the adhesion of monocytes from normal controls and hypertensive patients to vascular endothelial cells was determined spontaneously and after in vitro stimulation. Oxygen species release as a further activation marker was analyzed for monocytes by chemiluminescence. Spontaneous adhesion of monocytes from patients and the adhesion after stimulation were significantly increased compared with normal controls. Preincubation with an AT1 receptor antagonist diminished the cytokine secretion and the adhesion in both groups to comparable levels. In monocytes, peak levels of chemiluminescence after stimulation were significantly higher in patients. The data indicate that preactivated monocytes from hypertensives may be of pathogenic importance in atherosclerosis. Prevention of angiotensin II-mediated activation of monocytes from hypertensive patients by an AT1 receptor antagonist may be a novel therapeutic approach to prevent vascular alterations in hypertension.

Die mittlere Höhe des arteriellen Blutdruckes (AP) ist von zentraler Bedeutung für das kardiovaskuläre Risiko Hochdruckkranker. Zusätzlich zeigen neuere Untersuchungen, daß Änderungen der Blutdruckdynamik eine wichtige Rolle in der Entwicklung hypertonieassoziierten Endorganschäden zukommt. Die Blutdruckvariabilität scheint in diesem Zusammenhang sogar einen eigenständigen Risikofaktor zu bilden. Der Einfluß kurzfristiger Blutdruckschwankungen auf zentrale Mechanismen der Langzeitblutdruckregulation, wie beispielsweise die renale Elimination von Natrium und Wasser, ist weitgehend unbekannt. Unsere Untersuchungen zeigen, daß schnelle Blutdruckschwankungen (BPO) kaum von der renalen Autoregulation der Durchblutung (RBF) unterdrückt werden können und zu Oszillation im Harnzeitvolumen führen. Es ist daher wahrscheinlich, daß BPO intrarenale System der Blutdruckregulation (wie beispielsweise das Renin-Angiotensin-System oder die schubspannungsabhängige Freisetzung von Stickoxid) modulieren können. Um diese Hypothese zu testen wurde der Einfluß von 0,1Hz BPO auf die Entwicklung eines renovaskulären Hypertonus untersucht. BPO um 85mmHg senkten signifikant die Plasmareninaktivität, erhöhten die tägliche Ausscheidung von Wasser, Natrium und Kalium und induzierten einen transienten Anstieg der Nitratspiegel im Urin wobei eine deutliche Senkung des arteriellen Blutdruckes beobachtet wurde. / The average level of arterial blood pressure (AP) is a major determinant of future cardiovascular complications in hypertension. In addition, recent investigations demonstrate that the dynamic properties of BP are of significant importance for the development of hypertension - related end organ damage in patients. Thus, hypertension - related changes in blood pressure dynamics seem to establish an independent risk factor for cardiovascular complications. Little is known regarding the influence of such short - term changes in AP on kidney function, a crucial control element for long - term AP regulation. Our investigations show that fast blood pressure oscillations (BPO) are not effectively buffered by renal blood flow autoregulation and induce oscillations in urine flow. It seems, therefore, likely that AP fluctuations can modulate intrarenally located systems involved in blood pressure regulation (e.g., renin release or shear stress dependent release of endothelium derived nitric oxide). To test this hypothesis we investigated the impact of induced BPO with a frequency of 0.1Hz on the onset of renovascular hypertension. BPO around 85mmHg significantly decreased plasma renin activity, enhanced 24h fluid, sodium and potassium excretion, and induced a transient increase in urinary nitrate excretion, thereby, attenuating renovascular hypertension.

Wie sich in den letzten Jahren gezeigt hat, ist Fettgewebe nicht nur ein inerter Fettspeicher, sondern produziert auch eine Vielzahl endokrin wirksamer Substanzen, die unter anderem auch an der Blutdruckregulation beteiligt sind. Da Adipositas ein wichtiger Risikofaktor für die Entwicklung der Hypertonie ist, sollte im Rahmen dieser Dissertation ein System zur quantitativen Untersuchung der Genexpression in Primärkulturen humaner Adipocyten entwickelt werden und dessen Funktionalität am Beispiel der hormonellen Regulation der Gene des Renin-Angiotensin-Systems demonstriert werden. Dies beinhaltete die Etablierung der Adipocytenisolierung und -kultivierung, eines Stimulationsassays, die Entwicklung einer der besonderen Größe und dem hohen Fettgehalt der Zellen angepaßten Zellzahl- und Vitalitätsbestimmungsmethode, die Untersuchung vier verschiedener RNA-Extraktionsmethoden auf ihre Eignung für Adipocyten und die Etablierung eines besonders sensitiven RT-PCR Systems zur Untersuchung der Genexpression mittels einer fluoreszenzmarkierten Sonde. Exemplarisch konnte anhand der Renin-Angiotensin-System-Gene die Funktionalität der Methoden demonstriert werden, indem nicht nur die Genexpression aller Komponenten des Renin-Angiotensin-Systems in humanen Adipocyten nachgewiesen wurden, sondern auch gezeigt werden konnte, dass Hydrocortison sowohl die Genexpression als auch die Dichte des Angiotensin II Typ 1-Rezeptors in der Adipocytenmembran stimuliert. Dieser Aspekt könnte möglicherweise nicht nur bei der besonderen Adipositasform des Cushing-Syndroms, sondern auch für die Entstehung der zentralen Adipositas von Bedeutung sein. / Adipose tissue has functions above-and-beyond storing fat. It also produces a variety of different endocrine substances, some of which influence blood pressure regulation. Obesity is a well known risk factor for the development of hypertension Thus, the genes regulating expression of vasoactive molecules in adipose tissue, possibly contributing to an increase in blood pressure are of great interest. The aim of this work was to develope a system for quantitative gene expression analysis in primary cultured human adipocytes and to demonstrate its utility for studying the hormonal regulation of genes encoding the renin-angiotensin-system. We established procedures for the isolation and culture of human adipocytes, as well as a stimulatory assay. We also developed methods for the determination of cell number and vitality. Above this, four RNA extraction protocols were evaluated regarding their suitability for adipocytes, and a very sensitive RT-PCR system for gene expression analysis using fluorescent labeled probes was established. As an example for the functionality of these methods we showed that all genes of the renin-angiotensin-system are expressed in human adipocytes. We also demonstrated that hydrocortisone stimulates the gene expression as well as the density of the angiotensin II receptor type 1 on cultured human adipocytes. This finding may be of interest for the development of the obesity phenotype found in cushing syndrome, but could also contribute to the development of central obesity.

Die Entwicklung und der Verlauf einer Myokardhypertrophie (MH) und Herzinsuffizienz (HF) unterscheiden sich deutlich zwischen Frauen und Männern. Diese Geschlechterunterschiede können zumindest partiell auf Sexualhormone, insbesondere Östrogen, zurückgeführt werden. Östrogene wirken biologisch über zwei verschiedene Östrogenrezeptoren (ER): ERalpha und ERbeta. Viele Befunde weisen auf eine positiv modulierende Wirkung der Östrogene und speziell auf eine besondere Rolle des ERbeta bei der Entwicklung der druckinduzierten MH und HF hin. Diese Studie befasst sich mit der Untersuchung der Geschlechterunterschiede in der Ausprägung einer pathologischen MH und den myokardialen Veränderungen unter dem Einfluss des ERbeta. Grundlage der Arbeit bildete ein Mausmodell mit ERbeta-/-- und Wildtyp- Mäusen, denen durch eine transversale Aortenkonstruktion (TAC) eine artifizielle MH induziert wurde. Zur Dokumentation der Progression und den damit verbundenen Veränderungen wurden zwei Zeitpunkte gewählt, welche die adaptive und maladaptive kardiale Antwort darstellen. Die Entwicklung der Myokardhypertrophie wurde sowohl durch Echokardiographie als auch hämodynamischen Messungen charakterisiert und durch biochemische und molekulare Techniken sowie den Einsatz von Mikroarrays untersucht. Es konnte der Einfluss des Geschlechts auf die Entwicklung der MH bei andauernder Druckbelastung nachgewiesen werden. ERbeta modulierte dabei die kardiale Funktion sowie die molekulare Antwort in hypertrophie- assoziierten Prozessen, wie dem kardialen Metabolismus, der kardialen Fibrose und der Apoptose in weiblichen und männlichen Tieren. ERbeta trug in den weiblichen Tieren zum Erhalt des kardialen Energiehaushaltes bei und limitierte dadurch die Entwicklung einer kardialen Fibrose und Apoptose. Ein positiver Einfluss des ERbeta konnte in auch in den männlichen Tieren beobachtet werden: Ein starker Funktionsverlust des Herzens und apoptotische Prozesse wurden durch ERbeta verlangsamt oder inhibiert. / Development and progress of myocardial hypertrophy (MH) and the transition to heart failure (HF) differ between the sexes in humans. There is evidence that sex- related differences are mediated through sex hormones, especially the sex hormone estrogen. Effects of estrogen are mediated by two different estrogen receptors (ER): ERalpha und ERbeta. Many studies indicate a beneficial role of estrogen and particularly for ERbeta in the development of pressure overload induced MH and HF. This study investigates sex differences in the development of pathological MH and accompanying myocardial changes under the influence of ERbeta. For this purpose wildtype and estrogen receptor beta lacking (ERbeta-/-) mice were investigated. Myocardial hypertrophy was induced by using the method of transversal aortic constriction (TAC). To determine the progression of MH to HF two time points were studied, which describe the adaptive and the maladaptive response to cardiac pressure overload. The development of MH was characterized by echocardiography and hemodynamic measurements in vivo. Additionally microarrays, molecular and biochemical analyses were performed in left ventricles. We identified sex differences in the development of MH induced by chronic pressure overload. ERbeta modulated the cardiac function and the molecular response in hypertrophy associated processes like cardiac metabolism, fibrosis and apoptosis in female and male animals. ERbeta contribute to the maintenance of energy homeostasis in female mice and limits the development of maladaptive cardiac hypertrophy, fibrosis and apoptosis in female and in male mice and slows the progression to heart failure consequently down.

Die chronisch ischämische Herzkrankheit und der Myokardinfarkt (MI) sind die häufigsten Gründe für schwere Krankheit und vorzeitigen Tod in den entwickelten Ländern. Langfristig kommt es als Folge des Infarktes zur Kollateralgefäßbildung und zur Entwicklung einer kompensatorischen Herzhypertrophie. Eine Vielzahl von adaptativen Veränderungen in diesem Prozess konnte identifiziert werden. Wir konnten zeigen, dass in der akuten Phase nach MI Kontraktions- und Relaxationsgeschwindigkeit des Myokards erhöht waren. Die Expression der Hitzeschockproteine (HSP) 25 und 72 war verstärkt und korrelierte mit der Relaxationsgeschwindigkeit. In der chronischen Phase nach MI entwickelte sich eine signifikante Herzhypertrophie, die mit verminderter Kontraktions- und Relaxationsgeschwindigkeit einherging. Für die verlangsamte Relaxation war die verminderte Aktivität der Ca2+-ATPase des sarkoplasmatischen Retikulums (SERCA) als entscheidender Faktor anzusehen. Bei transgener Überexpression von Renin / Angiotensinogen ist die Relaxationsgeschwindigkeit des Myokards war wie auch nach MI durch geringere SERCA- Protein Expression vermindert. Die Empfindlichkeit der kontraktilen Funktion gegenüber Sauerstoffmangel und Reoxygenierung war nach MI gegenüber dem Kontrollmyokard geringer. Dafür konnten die verstärkte Expression der antioxidativ wirksamen HSPs und die erhöhte Aktivität der Glutathionperoxidase und der Superoxiddismutase, eine Verschiebung des Kreatinkinase (CK)- Isoenzymmusters und eine verminderte SERCA- Aktivität verantwortlich gemacht werden. Die Repolarisation der Aktionspotentiale der Kardiomyozyten war nach MI gegenüber den Kontrolltieren signifikant verlangsamt. Bereits eine 10-fach geringere artifizielle Dehnung des Gewebes führte nach MI im Vergleich zu Kontrolltieren zum Auftreten von Nachdepolarisationen und Extra-Aktionspotentialen. Ausschließlich in MI ließ sich durch die artifizielle Dehnung Vorhofflimmern auslösen, d.h. nach Myokardinfarkt war der mechano- elektrische Feedback Mechanismus empfindlicher. Die dehnungsinduzierten Veränderungen konnten durch Gadolinium unterdrückt werden, was auf eine Beteiligung von dehnungsaktivierten Ionenkanälen an den beobachteten Phänomenen schließen ließ. Auch kardiale Fibroblasten zeigten nach MI signifikante Änderungen ihrer elektrophysiologischen Eigenschaften, was zur Arrhythmieentstehung beitragen kann. Mittels molekularer Analysen konnten wir zeigen, dass der unter Sauerstoffmangel stabilisierte Transkriptionsfaktor Hif-1alpha in der Lage ist, den Promoter des Wilms' Tumor Suppressor Gens 1 (WT1) direkt transkriptionell zu aktivieren. Das führte zu verstärkter Expression von WT1 in den Herzen nach Myokardinfarkt, und zu verstärkter Expression von WT1 in Herz und Niere bei systemischer normobarer Hypoxie. Die WT1 Expression im Herzen nach MI ließ sich in den Koronargefäßen lokalisieren. Koexpression mit Proliferations- und Vaskulogenesemarkern ließ vermuten, dass WT1 nach MI eine wichtige Rolle für die Neovaskulogenese spielt. Die gewonnenen Ergebnisse tragen zum Verständnis der pathophysiologischen Veränderungen bei kardialer Hypertrophie nach Myokardinfarkt bei und eröffnen möglicherweise langfristig neue therapeutische Ansätze. / Chronic ischemic heart disease and myocardial infarction are the most common causes for morbidity and mortality in industrialized countries. A survived myocardial infarction (MI) results in a long run in collateral formation and the development of cardiac hypertrophy. A variety of adaptive responses in this process had been identified. We could show that in the acute phase after Mi in rats, contraction- and relaxation rates of the myocardium are increased. The higher relaxation rate correlates to an increased expression of heat shock proteins. In the chronic phase after MI, with the development of cardiac hypertrophy, contraction and relaxation rates decrease. The decrease in the relaxation rate could be attributed to a reduced activity of the Ca- ATPase of the sarcoplasmic reticulum (SERCA2). Transgenic overexpression of renin / angiotensinogen also resulted in a reduced SERCA2 expression and, consequently, lower relaxation rate. The susceptibility of contractile function to hypoxia - reoxygenation was reduced after MI compared to sham operated control animals. The lower susceptibility to hypoxia - reoxygenation could be attributed to an increased expression of heat shock proteins, higher activities of the antioxidant enzymes glutathionperoxidase and superoxiddismutase, shifts in the isoenzyme distribution of the creatine kinase, and a reduced SERCA2 activity. Repolarization of cardiomyocyte action potentials was found to be delayed after MI. A 10-fold lower artificial stretch of the tissue after MI than after sham operation caused afterdepolarizations and extra action potentials. Higher artificial stretch caused atrial fibrillation only after MI suggesting an intensified mechano-electrical feedback mechanism after MI. Stretch- induced electrical abnormalities could be suppressed by gadolinium suggesting the involvement of stretch-activated ion channels in the electrical abnormalities. Also electrophysiological properties of cardiac fibroblasts were significantly altered after MI, which may contribute to the increased risk for arrhythmia after infarction. Furthermore, we could show that the Hif-1alpha transcription factor, which is stabilized under hypoxic conditions is capable to directly activate the Wilms'' tumor suppressor 1 (WT1) transcriptionally. This leads to an increased expression of WT1 in the heart after MI and in heart and kidneys after systemic hypoxia. After MI, WT1 is expressed mainly in coronary vessels. Co-expression of WT1 with markers of proliferation and vasculogenesis suggests a role of WT1 in neovasculogenesis. These findings contribute to our understanding of pathophysiological alterations in the development of cardiac hypertrophy after MI and may contribute to the development of new therapeutic approaches.

In der vorliegenden Arbeit sind Untersuchungen vorgestellt, die sich mit Wirkungen und Interaktionen von zwei ubiquitär im menschlichen Körper vorkommenden Gasen befassen, i.e. Sauerstoff und Stickstoffmonoxid. Im Falle beider Substanzen ermöglicht die geringe Größe der Moleküle eine freie Diffusion über Membranen hinweg, eine Eigenschaft, die für die Funktion der Signaltransduktion geradezu prädestiniert. Aus den vorgelegten Untersuchungen lassen sich die folgenden Folgerungen ableiten: * Stickstoffmonoxid wirkt in-vitro selektiv bakteriostatisch auf Bakterien, die üblicherweise Früh- und Neugeborene besiedeln. Dabei hängt die Selektivität von den jeweiligen bakteriellen Verteidigungsmechanismen ab, die bakteriostatische Wirkung liegt in einem Konzentrationsbereich, der außerhalb desjenigen liegt, der derzeit klinisch angewendet wird. * Hyperoxie führt im Ganztiermodell der unreifen Ratte zu einer zerebralen Hochregulation von iNOS und damit zur Synthese von NO. Soweit dies anhand der Synthese von Peroxynitrit als definitivem Schädigungsmechanismus beurteilbar ist, wird trotz entsprechender iNOS-Expression wenig bis gar kein Peroxynitrit gebildet. Da das Zusammentreffen von NO und Sauerstoff sonst regelhaft zur Entstehung von Peroxynitrit führt, müssen im Gehirn der unreifen Ratte ausreichende antioxidative Schutzmechanismen präsent sein, die diese Reaktion verhindern. * Im in-vitro-Modell der Gasäquilibrierung von Nabelschnur-PMN zeigte sich unter Hyperoxie das ausgeprägteste Aktivierungsmuster aller verglichenen Sauerstoffkonzentrationen. Dies stand im Gegensatz zur Exposition adulter Zellen, hier fand sich eine größere Hyperoxietoleranz bei gleichzeitig stärkster Aktivierung unter Hypoxiebedingungen. Welche Bedeutung diesen Ergebnissen im klinischen Umgang mit Neugeborenen zukommt muß derzeit noch offen bleiben. Allerdings häufen sich Hinweise aus experimentellen Studien, die darauf hindeuten, daß ein restriktiver Umgang mit hohen Sauerstoffkonzentrationen auch im klinischen Umfeld gerechtfertigt sein könnte. / The present investigations deal with the effects and interactions of gases, which are ubiquitous in the human body i.e. oxygen and nitric oxide. Both substances are small enough to freely diffuse across biological membranes. This ability predestines both molecules for the function of signal transduction. The results of our investigations lead to conclusions as follows: * Nitric oxide has selective bacteriostatic effects in-vitro on some bacterial strains typically isolated from preterm and term newborn infants. Selectivity depends on the presence of bacterial defense mechanisms. The bacteriostatic effect takes place at concentrations above those currently used in clinical practice. * Hyperoxia leads to upregulation of iNOS and subsequent NO production in an animal model of the immature rat. Despite this upregulation of iNOS synthesis there is no increased production of peroxynitrite which is known to cause cellular and DNA damage. Since the combination of NO and high concentrations of oxygen lead to peroxynitrite formation on a regular basis, effective antioxidant mechanisms appear to prevent peroxynitrite formation in the brain of the immature rat. * The most pronounced activation of cord blood polymorphonuclear cells (PMN) during conditions of hyperoxia, normoxia, and hypoxia was found for exposure towards high oxygen concentrations in an in-vitro model of gas equilibration. As opposed to that, hypoxia was the most potent trigger for adult PMN. It remains to be determined which clinical implications must be derived from these results. However, increasing experimental evidence indicates that exposure towards high oxygen concentrations should be restricted also in clinical practice and not only in preterm infants, but also in term newborns.