Neuroprotektion und Verbesserung der zerebralen Durchblutung stellen die beiden zentralen therapeutischen Ansätze für den ischämischen Schlaganfall dar. In dieser Arbeit stellen wir ein neues experimentelles Konzept vor, welches das neuronale und endotheliale Zytoskelett als therapeutisches Target zur Schlaganfallbehandlung identifiziert. Ungebremster intrazellulärer Kalziumeinstrom durch aktivierte N-methyl-D-aspartat (NMDA)-Rezeptoren und spannungsabhängige Ca++-(VDCC)-Kanäle ist ein entscheidender Trigger für den Zelltod nach Schlaganfall. Die Aktivität dieser Kanäle wiederum wird dynamisch durch Veränderungen des Aktin-Zytoskeletts modifiziert, welches u.a. durch das aktindegradierende Protein Gelsolin vermittelt wird. Neurone, denen Gelsolin fehlt (Gelsolin-Null), zeigen einen vermehrten Zelltod und erhöhten Ca++-Einstrom nach Sauerstoff/Glukose Deprivation und weiterhin erhöhte zytosolische Ca++-Spiegel in den Nervenendigungen nach Depolarisation in vitro. Nach transienter zerebraler Ischämie wiesen Gelsolin-Null Mäuse deutlich größere Infarkte im Vergleich zu den Kontrollen auf. Eine akute Behandlung mit Cytochalasin D, einem Pilztoxin, das spezifisch Aktinfilamente depolymerisiert, reduzierte das Schlaganfallvolumen in Gelsolin-Null und Wildtypmäusen auf das gleiche Volumen. Gelsolinaktivierung und Aktindepolymerisierung schützen somit vor Exzitotoxizität und Zelltod nach zerebraler Ischämie. Ein entscheidender Regulator des zerebralen Blutflusses ist die endotheliale NO Synthase (eNOS). Mäuse, denen dieses Enzym fehlt (eNOS-Null Mäuse), entwickeln grössere Infarkte nach fokaler zerebraler Ischämie. In unserer Arbeit zeigen wir, daß das G-Protein Rho Veränderungen im Zytosklett von Endothelzellen bewirkt, die zur eNOS Herunterregulierung führen. Die Behandlung von Mäusen mit Rho Inhibitoren, wie Statinen (HMG-CoA Reduktasehemmern), C3 Transferase von C. botulinum, oder aber mit dem (oben genannten) aktindepolymerisierenden Toxin Cytochalasin D führten zu einer höheren eNOS Aktivität, vermehrtem zerebralem Blutfluß und kleineren Infarkten nach zerebraler Ischämie. Diese neuroprotektiven Effekte konnten nicht in eNOS-Null Mäusen erzielt werden, was dieses Enzym als den entscheidenden Effektor dieses prophylaktischen Ansatzes identifiziert. Zusammenfassend stellen sowohl das neuronale Zytoskelett (durch Schutz vor Ca++-Influx) als auch das endotheliale Zytoskelett (über einen eNOS-abhängigen Mechanimus) ein neurartiges Target zur Schlaganfalltherapie dar. Diese ermöglichen neuartige Behandlungsstrategien sowohl in der Akutphase als auch zur Prophylaxe. Insbesondere die Tatsache, daß mit den Statinen bereits zugelassene spezifische Therapeutika zur Verfügung stehen, unterstreicht die unmittelbare klinische Relevanz der Untersuchungen. / Neuroprotection and reperfusion are the basic therapeutic concepts for the treatment of ischemic stroke. Here, we present a novel strategy which identifies both the neuronal and endothelial cytoskeleton as potential therapeutic targets. Increased Ca++ influx through activated NMDA receptors and voltage-dependent Ca++ channels (VDCC) is a major determinant of cell injury after brain ischemia. The activity of these channels is modulated by dynamic changes in the actin cytoskeleton, which may occur in part through the actions of the actin filament-severing protein gelsolin. We show that gelsolin null neurons have enhanced cell death and rapid, sustained elevation of Ca++ levels after glucose/oxygen deprivation as well as augmented cytosolic Ca++ levels in nerve terminals after depolarization in vitro. Moreover, major increases in infarct size are seen in gelsolin null mice after reversible middle cerebral artery occlusion compared to controls. In addition, treatment with cytochalasin D, a fungal toxin that depolymerizes actin filaments, reduced the infarct size of both gelsolin null and control mice to the same final volume. Hence, enhancement or mimickry of gelsolin activity may be neuroprotective during stroke. Cerebral blood flow is regulated by endothelium-derived nitric oxide (NO), and endothelial NO synthase-deficient (eNOS-/- "knockout") mice develop larger cerebral infarcts following middle cerebral artery (MCA) occlusion. We report that the small G-protein rho mediates disruption of the endothelial actin cytoskeleton that leads to upregulation of eNOS. Mice treated with Rho inhibitors like statins (HMG-CoA reductase inhibitors), C3 transferase from C. botulinum, or with the actin cytoskeleton disruptor cytochalasin have higher eNOS expression and activity, increased cerebral blood flow and smaller ischemic lesions following MCA occlusion. No neuroprotection was observed with these agents in eNOS-/- mice. These findings suggest that therapies which target the endothelial actin cytoskeleton may have beneficial effects in ischemic stroke. Both the neuronal and the endothelial actin cytoskeleton were identified as novel therapeutic targets following cerebral ischemia stroke. This may have implications for the treatment and prophylaxis of ischemic stroke in man.

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.

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