In der vorliegenden Dissertationsarbeit wurden die kardialen Effekte des C-Typ natriuretischen Peptids (CNP) an wildtypischen Mäusen (Studie 1) und an einem neuen genetischen Mausmodell, mit einer Kardiomyozyten-spezifischen Deletion des Guanylyl-Cyclase B (GC-B) Rezeptors (Studie 2) untersucht. In Studie 1 wurden die Wirkungen von exogenem, synthetischem CNP auf eine durch Druckbelastung-induzierte Herzinsuffizienz in wildtypischen Mäusen (C57Bl6 Hintergrund) untersucht. Dafür wurde CNP parallel zu einer operativen transversen Aortenkonstriktion (TAC) über osmotische Minipumpen in einer Dosierung von 50 ng/kg/min über 14 Tage appliziert. Die 14 Tage TAC führten zu einer ausgeprägten Linksherzhypertrophie. Diese wurde durch exogenes CNP auf zellulärer (verringerte Kardiomyozytenflächen) und molekularer (verringerte BNP mRNA Expression) Ebene signifikant gehemmt. Auch die durch TAC-induzierte linksventrikuläre Dilatation wurde durch exogenes CNP fast vollständig verhindert. Diese kardialen protektiven Effekte von CNP traten ohne eine wesentliche Veränderung des arteriellen Blutdrucks auf. Mögliche mechanistische Ursachen für die schützende Wirkung von CNP könnte die PKG-abhängige Phosphorylierung des sarkomerischen Proteins Titin sein. Eine gesteigerte Phosphorylierung von Titin an der elastischen N2B-Domäne verringert die Steifigkeit der Kardiomyozyten und verbessert somit deren Relaxationsfähigkeit (Hudson 2011). Die erhöhten linksventrikulären Volumina nach TAC (end-diastolische und end-systolische Volumina) wurden möglicherweise durch eine erhöhte Steifigkeit der Kardiomyozyten provoziert. Dies könnte durch den akuten IL-6 mRNA Anstieg nach TAC begünstigt werden, da Kruger et al. einen Zusammenhang zwischen passiver Steifigkeit der Kardiomyozyten und IL-6-Expression postulierten (Kotter 2016, Kruger 2009). Diese Veränderungen wurden durch exogenes CNP verhindert. Es ist wahrscheinlich, dass die CNP-induzierte Phosphorylierung von Titin an Serin 4080 in die Relaxationsfähigkeit der Kardiomyozyten und somit die diastolische Funktion des linken Ventrikels verbesserte. Aufgrund dieser Beobachtungen wurde in Studie 2 untersucht, ob auch endogenes CNP als parakrines Hormon im Herzen eine TAC-induzierte Herzhypertrophie und die kontraktile Funktion von Kardiomyozyten bei einer hypertensiven Herzerkrankung beeinflussen kann. Dafür wurde ein neues genetisches Mausmodell mit einer Kardiomyozyten-spezifischen Deletion des GC-B Rezeptors generiert (CM GC-B KO). Da vorangegangene Studien in unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass die basale CNP-Expression im Herzen sehr gering ist, nach 3-tägiger TAC aber akut ansteigt und nach 14-tägiger TAC wieder abfällt, haben wir CM GC-B KO Mäuse und deren Geschwister-Kontrolltiere an beiden Zeitpunkten nach TAC untersucht. Die TAC führte Genotyp-unabhängig zu einem Anstieg der kardialen Nachlast nach 3 Tagen und weiter nach 14 Tagen. Diese Druckbelastung provozierte eine progressive, signifikante Linksherzhypertrophie. Allerdings reagierten die CM GC-B KO Mäuse im Vergleich zu den Kontrolltieren bereits nach 3-tägiger TAC mit einer ausgeprägten Kardiomyozyten-Hypertrophie. Zudem beobachteten wir nach 3-tägiger TAC in den Knockout-Mäusen eine Abnahme der Ejektionsfraktion und gleichzeitig eine signifikante Zunahme der beiden linksventrikulären Volumina (end-diastolische und end-systolische Volumen). Diese frühe linksventrikuläre Dilatation wurde in den Kontrolltieren nicht beobachtet. Daraus schlussfolgerten wir, dass endogenes kardiales CNP, dessen Expression zu frühen Zeitpunkten nach Druckbelastung ansteigt, das Herz vor kontraktiler Dysfunktion und Dilatation schützen kann. Um mögliche Mechanismen für die protektive Wirkung von endogenem CNP zu erklären, untersuchten wir die IL-6 mRNA Expression sowie die Titin-Phosphorylierung im Herzen. Der akute Anstieg der IL-6 mRNA Expression nach 3-tägiger TAC in den CM GC-B KO Mäusen korreliert mit der verminderten Phosphorylierung von Titin an der PGK-spezifischen Phosphorylierungsstelle (Serin 4080). Somit könnte der CNP/GC-B/cGMP-Signalweg zu einer Inhibition pro-inflammatorischer Gene beitragen, da der akute IL-6 mRNA Anstieg in den Kontrollen nicht beobachtet wurde. Auch die gesteigerte NOX4 Expression 3 Tage nach TAC, könnte zu der frühen dilatativen Kardiomyopathie in den Knockout-Mäusen beigetragen haben. Die verringerte STAT3 Aktivierung in den CM GC-B KO Mäusen würde laut Literatur zu vermehrter Apoptose führen, indem pro-apoptotische Gene wie Bcl oder Bax vermehrt transkribiert werden. Auch die erhöhte Cxcl-1 mRNA Expression in den Knockout-Mäusen deutet zusammen mit dem IL-6 Anstieg auf vermehrte Entzündungsreaktionen 3 Tage nach TAC hin. Zusammengenommen deuten die Ergebnisse dieser Dissertationsarbeit darauf hin, dass der CNP/GC-B/cGMP-Signalweg in frühen Stadien einer erhöhten kardialen Druckbelastung und der Entstehung einer dilatativen Kardiomyopathie entgegenwirken kann. Die Phosphorylierung des sarkomerischen Proteins Titin und die Hemmung der Expression pro-inflammatorischer Zytokine (speziell IL-6) könnten zu diesem protektiven Effekt beitragen. / Here we investigated cardiac effects of c-type natriuretic peptide (CNP) in wildtype mice (study 1) and in a newly generated mouse model with cardiomyocyte-specific deletion of the guanylyl cyclase B (GC-B) receptor (study 2). In study 1 the effects of exogenous, synthetic CNP were investigated in wildtype mice (C57Bl6 background) after heart failure induced by pressure overload. Therefore, additionally to transverse aortic constriction (TAC) CNP (50 ng/kg/min) was administered via osmotic minipumps for 14 days. TAC provoked progressive heart hypertrophy. The TAC-induced hypertrophy was accompanied by enlarged cardiomyocyte areas and increased left ventricular mRNA levels of BNP. CNP significantly reduced cardiomyocyte areas and mRNA levels of BNP. Also, the TAC-induced left ventricular dilatation was almost prevented through synthetic CNP. These cardiac protective effects of CNP were accompanied by increased phosphorylation of the sarcomeric protein titin. Titin plays a critical role in maintaining the sarcomere structure and elasticity and thereby influences myocyte contraction and especially relaxation. The left ventricular end-diastolic and end-systolic volumes were significantly increased after TAC. The increased left-ventricular (end-diastolic and end-systolic) volumes after TAC are maybe provoked by an increased cardiomyocyte stiffness. The acute rise in IL-6 mRNA levels after TAC may favour these change, since Kruger et al postulate a relationship between passive cardiomyocyte stiffness and IL-6 expression. These changes were prevented by exogeneous CNP. Presumably, the CNP induced phosphorylation of titin on Serin 4080 within its elastic domain improves the cardiomyocyte relaxation and therefore the left-ventricular diastolic function. Because of these observations, we investigated in study 2, whether endogenous CNP as a paracrine hormone can affect TAC-induced hypertrophy and contractile function of cardiomyocytes. Therefore, we generated a new genetic mouse model with a cardiomyocyte specific deletion of the GC-B receptor (CM GC-B KO). Since previous studies in our group demonstrated that cardiac baseline expression levels of CNP are very low, but they markedly increased 3 days after TAC and decline to baseline levels 14 days after TAC, CM GC-B KO mice and control littermates were investigated at both timepoints after TAC. TAC resulted in increased cardiac afterload after 3 days, and more after 2 weeks, which was similar in both genotypes. Pressure overload provoked a progressive and significant cardiac hypertrophy, shown by the increased heart weight/body weight ratios, and were confirmed by histology. More severe myocyte hypertrophy was shown 3 days after TAC in CM GC-B KO mice, compared with control mice. Left ventricular contractile functions were also investigated by invasive catheterization in anesthetized mice. Notably, while in control mice subjected to TAC the LV ejection fraction was only mildly decreased, the KO mice reacted with a very marked and early decrease of the ejection fraction at three days after TAC, which tend to improve later on. Even more, the left ventricular end-diastolic and end-systolic volumes were markedly increased in the KO mice 3 days after TAC, indicating left ventricular dilatation. Again, this acute dilatation seems to reverse or improve at later stages. Such changes were not observed in control mice. To clarify possible downstream signalling pathways mediating these protective effects of CNP, we investigated titin-phosphorylation and IL-6 expression after 3 days of TAC. The acute increased IL-6 mRNA expression correlates well with the diminished phosphorylation of titin (serin 4080) in CM GC-B KO mice. Also, the increased NOX4 expression 3 days after TAC, could be one of the reasons of the early dilatation in KO mice. The diminished phosphorylation of STAT3 in CM GC-B KO mice may induce apoptosis by transcription of Bcl or Bax genes. Also, the increased mRNA expression of Cxcl-1 and IL-6 after 3 days of TAC can lead to more inflammation the hearts of the KO mice. In summary, these results show, that the CNP/GC-B/cGMP pathway can prevent cardiac dilatation in early stages. The phosphorylation of titin and the inhibition of the pro-inflammatory cytokines can contribute to this protective effects of CNP in the heart.

In der vorliegenden Arbeit wurden 16 Parameter analysiert, die im Rahmen der Herzinsuffizienzdiagnostik eine wichtige Rolle spielen. Alle Bioproben waren an den KNHI-Standorten Würzburg und Göttingen gewonnen worden. Ein Teil der so gewonnenen Biomaterialien wurde lokal analysiert und bei -80°C eingelagert (Erstmessung oder Basismessung), ein Teil wurde nach Berlin versandt und dort unter standardisierten Bedingungen in der KNHI-Biobank bei -80°C eingelagert. Nach 6-8 Jahren wurden gezielt Samples aus der KNHI-Biobank angefordert, nach Würzburg versandt, aufgetaut, und zum zweiten Mal gemessen (Nachmessung). Die Messergebnisse aus Pärchen von Serum- und EDTA-Proben aus den lokalen und zentral gelagerten Bioproben wurden verglichen (insgesamt somit 4 Gruppen) und statistisch analysiert (Korrelation, Bestimmtheitsmaß R², Streudiagramme, Bland-Altman-Analysen, Regression, 95%-Übereinstimmungsintervalle, Confounderanalyse). Je nach Parameter wurden zwischen 103 und 322 Probenpaare in die Analyse eingeschlossen. Es konnte gezeigt werden, dass die Lagerung von Biomaterial bei -80°C sinnvoll ist, um in der Zukunft eine genügende Zahl an Patientenwerten für Studien und Analysen bezüglich des Krankheitsbilds Herzinsuffizienz zur Verfügung zu haben. Die Qualität gerade der prognostisch wichtigen Marker hsCRP und NT-proBNP ist als sehr gut zu bewerten, was es dem KNHI ermöglichen dürfte, fast alle eingelagerten Proben zu nutzen. Es wurden verschiedene Akzeptanzbereiche definiert, die sich bei allen Parametern mit Ausnahme von Natrium und Kalium aus den 95%-Übereinstimmungsintervallen der durchgeführten Bland-Altman-Analysen bilden. / In the present study, 16 parameters were analyzed which play an important role in heart failure diagnostics. All biomarkers had been obtained at the KNHI sites in Würzburg and Göttingen. Part of the biomaterial obtained was analyzed locally and stored at -80 ° C (initial measurement or basic measurement), a part was shipped to Berlin and stored there under standardized conditions in the KNHI biobank at -80 ° C. After 6-8 years, samples from the KNHI biobank were requested, sent to Würzburg, thawed, and measured for the second time (final or second measurement). The results from pairs of serum and EDTA samples from the local and centrally stored bioassays were compared (total of 4 groups) and analyzed statistically (correlation, coefficient of determination R², scatterplots, Bland-Altman analyzes, regression, 95% limits of agreement, confounder analyses). Depending on the parameter, between 103 and 322 sample pairs were included in the analyses. It has been shown that the storage of biomaterial at -80 ° C makes sense, in order to have a sufficient number of patient values ​​for studies concerning the disease heart failure available in the future. The quality of the prognostically important markers hsCRP and NT-proBNP is very good, which should allow the KNHI to use almost all stored samples. Various acceptance ranges have been defined for all parameters except sodium and potassium from the 95% limits of agreement of the Bland-Altman analyzes performed.

Der Sechs-Minuten-Gehtest (6-MGT) stellt eine einfache Methode zur Abschätzung der funktionellen Kapazität bei Patienten mit Herz- und Lungenerkrankungen dar. Um das Ausmaß der Belastungseinschränkung von Patienten angemessen beurteilen zu können, benötigt man populationsspezifische Referenzwerte der Sechs-Minuten-Gehstrecke (6-MGSTR), welche bisher nur unzureichend vorliegen. Zudem müssen bei der Interpretation der 6-MGSTR von der jeweiligen Erkrankung unabhängige Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Ziele der vorliegenden Arbeit waren die Ermittlung klinischer, laborchemischer und echokardiographischer Einflussfaktoren auf die 6-MGSTR in der Normalbevölkerung, das Erstellen von in Deutschland anwendbaren Referenzperzentilen der 6-MGSTR an Gesunden und die Untersuchung des Zusammenhangs des selbstberichteten Gesundheitszustands bzw. der selbstberichteten körperlichen Leistungsfähigkeit erhoben anhand des SF-12 (Short Form 12) Fragebogens mit der objektiven körperlichen Leistungsfähigkeit gemessen anhand der 6-MGSTR in der Normalbevölkerung. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen deutliche Zusammenhänge der 6-MGSTR mit objektiven und subjektiven Merkmalen des Gesundheitszustands. Außerdem wurden alters- und größenspezifische Referenzperzentile der 6-MGSTR ermittelt. Es handelt sich hierbei um die ersten in Deutschland anwendbaren Referenzperzentile der 6-MGSTR an gesunden Erwachsenen. / The Six-Minute Walk Test (6MWT) represents a simple method for assessing functional capacity in patients with heart and lung diseases. In order to adequately assess the extent of the patient's exercise limitation, population-specific reference values of the Six-Minute Walk Distance (6MWD) are required, which have so far been insufficient. Furthermore, when interpreting the 6MWD, factors independent of the respective disease must be taken into account. The aims of the present study were to determine clinical, laboratory, and echocardiographic factors influencing the 6MWD in the general population, to establish reference percentiles of the 6MWD applicable in Germany in healthy individuals, and to examine the association of self-reported health status and self-reported physical performance assessed by the SF-12 (Short Form 12) questionnaire with the objective physical performance measured by the 6MWD in the general population. The results of the study demonstrate clear associations of the 6MWD with objective and subjective health status characteristics. Additionally, age- and height-specific reference percentiles of the 6MWD were determined. These represent the first reference percentiles of the 6MWD applicable in Germany for healthy adults.

Diese retrospektive Studie an der Universitätsklinik Würzburg diente der Beurteilung der longitudinalen Funktion in Bezug auf die Gesamtmortalität bei Patienten mit HFmrEF und HFrEF. Die Gruppierung erfolgte anhand der jeweiligen Baseline LVEF. Eine weitere Unterteilung erfolgte in eine ischämische oder nicht-ischämische Genese der HF. Die Subgruppen wurden anhand der Baseline klinischen Charakteristika sowie der echokardiographischen Parameter verglichen. Hier ließ sich ein relativ ähnliches Patientenklientel mit vergleichbarem Alter, Geschlecht, BMI sowie kardialen Risikofaktoren zeigen. Signifikante Unterschiede ergab der Vergleich des NYHA-Stadiums, der Nierenfunktion sowie des Auftretens von Myokardinfarkten. Die Veränderung der LVEF über die Zeit hat einen zentralen Stellenwert zur Evaluation des Outcomes von Patienten mit HFmrEF und HFrEF. Eine Verbesserung der LVEF fand sich signifikant häufiger bei HFrEF Patienten als bei HFmrEF Patienten, welche über die Zeit signifikant häufiger eine stabile LVEF aufwiesen. Außerdem war nach Auswertung der Überlebenskurven nach Kaplan-Meier in HFmrEF Patienten eine verbesserte oder unveränderte LVEF über die Zeit mit einem besseren Überleben verbunden, vor allem bei Patienten mit ischämischer Ätiologie. In der HFrEF Gruppe konnte gezeigt werden, dass sowohl Patienten mit ischämischer als auch mit nicht-ischämischer Ätiologie bei Vorliegen einer verbesserten oder unveränderten LVEF über die Zeit ein besseres Outcome aufwiesen. Eine erniedrigte MAPSE bedeutete vor allem bei HFmrEF Patienten mit nicht-ischämischer Ätiologie ein schlechteres Outcome. Die Ergebnisse dienten unter anderem der weiteren Charakterisierung der HFmrEF und HFrEF Gruppe sowie der Identifikation von Faktoren zur Beurteilung der Veränderung der LVEF über die Zeit und der Prognose des Langzeitüberlebens beider Gruppen. Ziel für die Zukunft sollte sein, auch für HFmrEF Patienten evidenzbasierte Herzinsuffizienz Therapien zu etablieren. / This retrospective study at the University Hospital of Wuerzburg was designed to assess longitudinal function in relation to all-cause mortality in patients with HFmrEF and HFrEF. The grouping was based on the respective baseline LVEF. A further subdivision was made using coronary angiographic data into ischemic or non-ischemic genesis of HF. The subgroups were compared on the basis of baseline clinical characteristics and echocardiographic parameters. This revealed a relatively similar patient cohort with comparable age, gender, BMI and cardiac risk factors. Significant differences were found in the comparison of NYHA stage, renal function and the occurrence of myocardial infarction. The change in LVEF over time is of central importance for evaluating the outcome of patients with HFmrEF and HFrEF. An improvement in LVEF was significantly more common in HFrEF patients than in HFmrEF patients, who were significantly more likely to have a stable LVEF over time. Furthermore, according to the Kaplan-Meier survival curves in HFmrEF patients, improved or unchanged LVEF over time was associated with better survival, especially in patients with ischemic etiology. In the HFrEF group, it was shown that both patients with ischemic and non-ischemic etiology had a better outcome with improved or unchanged LVEF over time. A lower MAPSE was associated with a worse outcome, especially in HFmrEF patients with non-ischemic etiology. The results were used, among other things, to further characterize the HFmrEF and HFrEF groups and to identify factors for evaluating the change in LVEF over time and the prognosis of long-term survival in both groups. The aim for the future should be to establish evidence-based heart failure therapies for HFmrEF patients as well.

Die systolische Ejektionszeit (SET) und die prä-Ejektionszeit (pET) sind Zeitintervalle, die sich zuverlässig mittels transthorakaler Echokardiographie erheben lassen und wichtige Aspekte in der kardialen Leistungsdiagnostik abbilden. Gleichwohl gibt es bislang für diese systolischen Zeitintervalle keine Normwerte. Die vorliegende Arbeit analysierte echokardiographische Daten von 4965 ProbandInnen der STAAB-Studie, einer umfänglich phänotypisierten populationsbasierten Kohortenstudie mit dem Ziel der Erstellung von Normwerten für die systolischen Zeitintervalle sowie der Identifizierung und Quantifizierung ihrer Determinanten mittels multivariable Regressionsanalysen. Aufgrund der starken Abhängigkeit der SET von der Herzfrequenz wurde die herzfrequenzkorrigierte SETc eingeführt, die in Anlehnung an die QTc-Zeit nach Fridericia berechnet wurde ("SET" /∛("RR-Intervall" )). Die Normwerte wurden anhand der gesunden Untergruppe (definiert durch Abwesenheit von kardiovaskulären Risikofaktoren oder Erkrankungen; N=966) aus STAAB generiert. Dem starken Einfluss von Geschlecht und Alter wurde dabei Rechnung getragen, indem für SET, SETc und pET alters- und geschlechtsspezifische Referenzwerte berechnet wurden. SETc war stark korreliert mit linksventrikulärer Ejektionsfraktion sowie enddiastolischem Volumen und Schlagvolumen. Zudem zeigte sich ein deutlicher Zusammenhang von SETc mit spezifischen Markern der Nachlast (Ea und Ees). Aus der großen Liste der klinischen Marker, die in STAAB erhoben wurden, ergab sich eine größere Anzahl von Einflussfaktoren. Bedeutsame Determinanten der systolischen Zeitintervalle waren insbesondere das metabolische Syndrom (sowie dessen Komponenten), das Rauchverhalten und die Einnahme von β Blockern. Die Ergebnisse zeigen, dass die systolischen Zeitintervalle, insbesondere SETc, reliable Informationen über das kardiale Kontraktionsverhalten liefern können. Derzeit werden neue Substanzklassen untersucht, die unter anderem über die Modifizierung von SET wirken sollen. Hier zu nennen sind insbesondere Myosin-Aktivatoren bei Herzinsuffizienz mit reduzierter Pumpfunktion wie zum Beispiel Omecamtiv Mecarbil oder Myosin-Inhibitoren bei Hypertropher Obstruktiver Kardiomyopathie. Die hierzu laufenden Studien betrachten auch die Effekte dieser Medikamente auf die systolischen Zeitintervalle als bedeutsame Surrogate der klinischen Effekte und letztlich der Prognose. Die nun vorliegenden Normwerte dieser Zeitintervalle erlauben es, die pathologisch veränderten Werte bei diesen spezifischen Krankheitsbildern und klinischen Studien besser einzuordnen und zu verstehen. / The systolic ejection time (SET) and the pre-ejection time (pET) are time intervals that can be reliably recorded using transthoracic echocardiography and represent important aspects in cardiac performance diagnostics. However, there are currently no standard values for these systolic time intervals. The present research paper analyzed echocardiographic data from 4965 subjects from the STAAB study, a comprehensively characterized population-based cohort study with the aim of establishing standard values for the systolic time intervals and identifying and quantifying their determinants using multivariable regression analyses. Due to the strong dependency of SET on heart rate, the heart rate-corrected SETc was introduced which was calculated based on the QTc-time according to Fridericia ("SET" /∛("RR-Intervall" )). The standard values were generated from the STAAB study based on the healthy subgroup (defined by the absence of cardiovascular risk factors or diseases; N=966). Regarding the strong influence of gender and age, specific reference values for SET, SETc and pET implying gender and age affection were calculated. SETc was strongly correlated with left ventricular ejection fraction as well as end-diastolic volume and stroke volume. In addition, there was a notable correlation between SETc and specific markers of afterload (Ea and Ees). The large list of clinical markers collected in STAAB resulted in a number of affecting factors. Significant determinants of the systolic time intervals were in particular the metabolic syndrome (and its components), smoking behavior and the use of β-blockers. The results show that the systolic time intervals, especially SETc, can provide reliable information about cardiac contraction. New classes of substances are currently being investigated, which are supposed to work, among other things, by modifying SET. In particular, myosin activators in heart failure with reduced ejection fraction such as Omecamtiv Mecarbil or myosin inhibitors in hypertrophic obstructive cardiomyopathy should be mentioned here. The current studies also consider the effects of these drugs on the systolic time intervals as important surrogates of the clinical effects and the prognosis. The standard values for these time intervals enable better classifiying and unterstanding pathologically changed values in these specific disease pattern and clinical studies.

A rising percentage of women with risk factors for cardiovascular disease (CVD) reach menopause and experience postmenopausal symptoms. In consequence they require assessment concerning the appropriate combination and safety of a hormone replacement therapy. Clinical trials using the combination of equine estrogens and medroxyprogesterone acetate (MPA) reported an increased risk of thromboembolic events and no cardiovascular protective effects in women receiving this type of hormone replacement therapy. However unopposed estradiol and different regimes estrogens/progestins in vitro and in animal studies have proved to be beneficial for the cardiovascular system. Thus it is possible that the negative outcomes of the clinical trials are an exclusive feature of the regime equine estrogens plus MPA. The present study was initiated to evaluate the cardiovascular effects and possible mechanism of damage of the regime MPA plus 17ß-estradiol in comparison to unopposed 17ß-estradiol during cardiac disease. The role of 17ß-estradiol and MPA during left ventricular dysfunction and chronic heart failure was studied in female Wistar rats that received myocardial infarction. After 8 weeks of treatment the combination of MPA plus estradiol aggravated left ventricular remodelling and dysfunction as judged by increased heart weight, elevated left ventricular end diastolic pressure and decreased left ventricular fractional shortening, effects that were accompanied by increase left ventricular oxidative stress and expression of rac 1 and p67phox regulatory subunits of the NADPH oxidase. In contrast ovariectomy as well as 17ß- estradiol supplementation conferred neutral effects on cardiac function and remodelling post myocardial infarction. Suggesting that the aggravating symptoms of the regime MPA plus 17ß –estradiol are inherent to this pharmacological regime and are not a class effect of the progesterone receptor ligands and are neither due to inhibition of estradiol beneficial effects. Considering that aldosterone plays an important role in the development and aggravation of cardiovascular disease the cardiovascular effects of MPA plus 17ß –estradiol was studied in a model of mineralocorticoid receptor activation and compared to the effects of regimes based in drospirenone, a new progestin with antimineralocorticoid properties. The complex pattern of cardiovascular injury in ovariectomized Wistar rats induced by 8 weeks of continuous chronic aldosterone infusion and high-salt diet was significantly attenuated in sham-ovariectomized rats and by coadministration of 17 ß-estradiol in ovariectomized animals. The beneficial role of 17 ß-estradiol on blood pressure, cardiac hypertrophy, vascular osteopontin expression and perivascular fibrosis was completely abrogated by coadministration of MPA. In contrast, drospirenone was either neutral or additive to 17 ß-estradiol in protecting against aldosterone salt-induced cardiovascular injury and inflammation. Taking into account that the kidney plays a major role for the development and aggravation of hypertension a further characterization of fluid balance, renal morphology and renal gene expression in the aldosterone salt treated rats was conducted. Aldo-salt treatment resulted in remnant kidney hypertrophy without structural damage, effects that were not modified by 17 ß-estradiol. However combination of MPA with 17 ß-estradiol enhanced kidney hypertrophy, fluid turnover, renal sodium retention and potassium excretion and was associated with increased renal ENaC expression, extensive renal lesions, tubular damage and enhanced p67phox expression and protein tyrosin nitrosylation. Different to the protective effects of drospirenone that included a complete blockade of kidney hypertrophy and sodium retention and enhanced renal expression of angiotensin II type-2 receptors. Therefore the loss of 17 ß-estradiol cardiovascular beneficial effects and the renal harmful effects in the aldosterone salt treated rats receiving MPA can not be extrapolated to other progestins. Indeed drospirenone conferred protective effects due to its antimineralocorticoid properties. In conclusion, the choice of specific synthetic progestins has profound implications on the development of cardiovascular and renal injury; MPA aggravated cardiac disease, which contributes to explain the adverse outcomes of clinical trials on the prevention of cardiovascular disease by combined estrogen and MPA treatment. / Eine zunehmende Zahl postmenopausaler Frauen mit kardiovaskulären Risikofaktoren leidet unter menopausalen Beschwerden. Diese Patientinnen benötigen daher eine Beratung hinsichtlich der Sicherheit einer post-menopausalen Hormonersatz-THerapie da klinische Studien ein gehäuftes Auftreten thromboembolischer Ereignisse unter einer kombinierten Gabe von Östrogenen und Medroxyprogesteron Acetat (MPA) nachgewiesen haben. Zudem war eine Protektion gegen kardiovaskuläre Erkrankungen, die nach der Menopause gehäuft auftreten, nicht nachweisbar. Im Gegensatz hierzu belegt eine Vielzahl von experimentellen Studien eine günstige Wirkung einer alleinigen Östrogensubstitution. Es erscheint daher möglich, dass die ungünstigen Wirkungen einer Hormonersatz-Therapie im Wesentlichen auf die Progesteron Komponente zurückzuführen ist, welche bei Frauen mit intaktem Uterus jedoch erforderlich ist um einer Endometriumhyperplasie vorzubeugen. Wenige experimentelle Studien haben bislang die Wirkungen unterschiedlicher, synthetischer Progestine im Herz- Kreislaufsystem untersucht. In der vorliegenden Studie war es daher erstmalig die Wirkung einer alleinigen Gabe von Östradiol mit einer kombinierten Applikation von Östradiol und MPA nach experimentellem Myokardinfarkt bei weiblichen Ratten verglichen. Die Kombination von Östradiol und MPA, nicht jedoch Östradiol allein oder natives Progesteron, führte zu einer Verschlechterung myokardialer Umbauprozesse (remodeling) welches in einer weiteren Verschlechterung der linksventrikulären Pumpfunktion resultierte. Diese sehr ungünstigen funktionellen Effekte waren mit einer vermehrten Generierung freier Sauerstoffradikale durch NADPH Oxidasen verbunden. Diese Beobachtungen unterstützen die Hypothese, dass MPA möglicherweise einen wesentlichen Anteil an den ungünstigen Wirkungen einer Hormonersatz-Therapie hat. Hierbei handelt es sich nicht um einen Klassen-Effekt aller Progestine sondern um eine spezifische Eigenschaft von MPA. Mineralokortikoid-Rezeptoren, welche durch Aldosteron und durch MPA aktiviert werden, besitzen auch eine wesentliche Funktion für pathologische Umbauprozesse im Myokard und im Gefäßsystem. Daher wurde in einem weiteren Ansatz die Frage untersucht, ob Östrogene und unterschiedliche synthetische Progestine (MPA, Drospirenon) aldosteron-gesteuerte, pathologische Umbauprozesse im Herzkreislaufsystem möglicherweise gegensinnig beeinflussen. Nach 8-wöchiger Aldosteron-Salz Behandlung zeigten zuvor normotensive Wistar Ratten eine arterielle Hypertonie, eine Myokardhypertrophie sowie ausgeprägte, perivaskuläre inflammatorisch-fibrosierende Veränderungen im Myokard und der Aorta. Diese wurden durch eine Ovarektomie verstärkt und durch die Substitution von Östradiol gemindert. Die Kombination von Östradiol und MPA, nicht jedoch von Östradiol und Drospirenon führte zu einer massiven Verstärkung des kardiovaskulären remoidelings. Gleichsinnige Beobachtungen wurden auch an den Nieren der Tiere gemacht; MPA, nicht jedoch DRSP, induzierte eine massive Nephropathie mit extensiver Glomerulosklerose, inflammatorischen Infiltraten und einer stark ausgeprägten Tubulo- und Vaskulopathie. Die ungünstigen Effekte von MPA waren auch hier wiederum mit einer verstärkten Expression und Aktivität der NADPH Oxidase verbunden. An der Niere MPA behandelter Tiere wurde zudem eine verstärkte Expression des endothelialen Natrium Kanals (ENaC) nachgewiesen, welche als kausaler Mechanismus der unter MPA exzessiv gesteigerten Natriumresorption in Betracht kommt. Drospirenon, welches neben seiner Wirkung als Progestin auch eine starke anti-mineralokortikoide Wirkung besitzt, führte in Kombination mit Östradiol zu einer kompletten Normalisierung des kardiovaskulären und renalen Phänotyps. Zusammenfassend besitzt die Wahl eines spezifischen, synthetischen Progestins (MPA, DRSP) einen hohen Stellenwert für die Sicherheit und Effizienz einer Hormonersatz-Therapie bei Patientinnen mit bereits bestehenden Herz- Kreislauferkrankungen zu besitzen. Neuere Progestine (DRSP) mit einem genau definierten Wirkungsspektrum könnten auch klinisch zu einer besseren Verträglichkeit einer HRT führen und die protektiven Wirkungen von Östrogenen unterstützen. Hierzu sind weitere klinische und experimentelle Untersuchungen erforderlich.

Nuclear Faktor kappa B (NF-kB) ist ein ubiquitärer Transkriptionsfaktor für zahlreiche Proteine und wird durch viele verschiedene Reize aktiviert. Es wird angenommen, dass NF-kB auch bei der Progression der chronischen Herzinsuffizienz beteiligt ist. In dieser Arbeit wurde die Aktivität des NF-kB in peripherer Leukozyten von Patienten mit einer chronischen Herzinsuffizienz untersucht. Im Vergleich zu gesunden Probanden war bei Patienten mit einer stabilen Herzinsuffizienz und ohne offensichtlich andere Gründe für eine NF-kB-Aktivierung NF-kB vermehrt aktiv. Daneben zeigte sich eine negative Korrelation von NF-kB-Aktivität und den NYHA-Stadien. / Nuclear factor kappa B (NF-kB) is a ubiquitous transcription factor activated by various stimuli that are implicated in the progression of chronic heart failure. Therefore, we examined the activation of NF-kB in peripheral leukocytes, the only nucleated cell population noninvasively accessible in patients with heart failure. In patients with stable heart failure with no obvious other reason for NF-kB activation, NF-kB was significantly activated.

Einleitung: Ursprung dieser Studie ist die oftmals ungewisse Einschätzung des Krankheitsstadiums bei Patienten mit Aortenklappenstenose. Bisherige Strategien bedienen sich vor allem dreier Parameter: Geschwindigkeit des aortalen Blutflusses, Fläche der Aortenklappe (AÖF) und mittlerer Druckgradient über der Aortenklappe (MG). Dabei gilt: je kleiner die Aortenöffnungsfläche, und je höher der Gradient, desto schwerwiegender die Stenose. Es ist jedoch bekannt, dass diese Logik Inkonsistenzen birgt. Beobachtungen legen nahe, dass der Gradient in bestimmten Fällen entweder nicht zunimmt, oder nach einer Phase der Zunahme im Verlauf der Erkrankung mit abnehmender Auswurfleistung des Herzens einhergehend ebenfalls wieder abnimmt. Dies erschwert die Interpretation des Parameters, da Früh- und Spätstadium der Erkrankung bei isolierter Betrachtung nicht voneinander zu unterscheiden wären. Fragestellung: Ziel dieser Studie ist die Untersuchung des niedrigen Gradienten bezüglich Prognose und myokardialer Funktion anhand der Gewebedoppler-Parameter Strain und Strain Rate, sowie die Beleuchtung der Mitralklappenringbewegung als Parameter zur Einschätzung des Krankheitsstadiums. Methoden: 140 Patienten mit hoch- und mittelgradiger Aortenklappenstenose wurden untersucht. Dabei wurde eine konventionelle Echokardiographie durchgeführt und mittels Gewebedoppler die myokardiale Funktion quantifiziert. Zusätzlich wurde die longitudinale Bewegung des Mitralklappenringes gemessen. Nach einer Follow-Up-Zeit von 2 Jahren wurde der Zustand der Patienten bezüglich Symptomatik und den primären Endpunkten „kardial bedingter Tod“ und „Aortenklappenersatz“ (AKE) kontrolliert. Ergebnisse: Alle Patienten wurden in sechs Gruppen aufgeteilt und dabei auf Basis der AÖF grundsätzlich nach mittelgradigen (Gruppe 1, n=36) und hochgradigen (Gruppe 2 bis 5) Stenosen unterschieden. Die hochgradigen Gruppen wurden ferner nach MG (≥40 mm Hg) und Ejektionsfraktion (EF; ≥50%) differenziert: Gruppe 2: hoher MG (n=25); Gruppe 3: niedriger MG, hohe EF (n=23); Gruppe 4: niedriger MG, niedrige EF (n=26). Gruppe 5 erhielt alle Patienten mit extrem kleiner AÖF (≤6 cm²; n=9), Gruppe 6 erhielt alle Patienten mit ischämisch bedingter Wandbewegungsstörung. Zum Untersuchungszeitpunkt waren Patienten mit zunehmender Gruppenzahl häufiger symptomatisch und wiesen höhere NYHA-Klassen auf. Echokardiographisch imponierten alle Gruppen mit kardialer Hypertrophie. Die Gewebedoppler-Parameter Strain und Strain Rate zeigten eine kontinuierliche Abnahme der longitudinalen Funktion für die ersten vier Gruppen. Unabhängig von der EF lagen bei niedrigem MG signifikant niedrigere Werte vor als bei mittelgradigen Stenosen und hochgradigen Stenosen mit hohem MG. Die Mitralklappenringbewegung präsentierte sich als Maß der longitudinalen Funktion und nahm ebenfalls über die Gruppen kontinuierlich ab. Sie stand in starker Korrelation zum myokardialen Strain (τ = 0,77; p<0,0001). Die Gruppen mit niedrigem MG hatten signifikant niedrigere Werte als die mit hohem MG oder mittelgradiger Stenose. Die Mitralklappenringbewegung kann folglich behilflich sein, diese Gruppen voneinander zu differenzieren. Eine Ringbewegung ≥10 mm wirkte prognostisch günstig. Das Risiko, nach aktueller Behandlungsroutine während der Studiendauer kardial bedingt zu versterben, war für Patienten mit maximal stenosierter AÖF am höchsten und für mittelgradige sowie hochgradige Patienten mit hohem MG am geringsten. Ein niedriger Gradient verdoppelte das Risiko gegenüber einem hohen Gradienten. Allerdings wurden Patienten mit hohem MG auch doppelt so häufig einer AKE-OP zugeführt (80%). Diese seltenere Indikationsstellung bei niedrigem Gradienten erscheint vor dem Hintergrund des großen Benefits (relative Risikoreduktion für den kardial bedingten Tod durch AKE: 39% (Gruppe 3) bzw. 82% (Gruppe 4)) fragwürdig. Die Betrachtung des natürlichen Verlaufs (kein AKE) offenbart, dass hochgradige Stenose-Patienten mit niedrigem aortalen Druckgradienten eine schlechte Prognose haben. Die Betrachtung aller Patienten mit niedrigem MG über der Aortenklappe zeigte, dass dieser sowohl mit einer besonders guten als auch einer besonders schlechten Prognose einhergehen kann, und dass die Mitralklappenringbewegung in beiden Fällen unterschiedlich ausfällt. Sie kann daher die Interpretation eines niedrigen MG erleichtern. Fazit: Die herkömmliche Bestimmung des Schweregrads von Aortenklappenstenosen wird der Komplexität der möglichen Verläufe nicht gerecht: Nach dieser geht der Schweregrad der Erkrankung grundsätzlich mit einer Zunahme des aortalen Druckgradienten einher. Eine Beurteilung auf Basis dieser Annahme übergeht jedoch offenbar eine gewichtige Gruppe von Patienten. Diese ist durch ein fortgeschrittenes Krankheitsstadium mit schlechter myokardialer Funktion, starker Symptomatik und ungünstiger Prognose trotz eines niedrigen Gradienten charakterisiert. Diese Diversität eines niedrigen Gradienten gewinnt durch die Schwierigkeiten bei der genauen Bestimmung der Aortenöffnungsfläche noch an Bedeutung. Besonders in Fällen mit niedrigem kardialem Auswurf läuft der Untersucher Gefahr, eine zu niedrig bemessene Aortenöffnungsfläche anzunehmen. In diesen Fällen besteht die Chance auf die Existenz einer kontraktilen Reserve, die bei adäquater Therapie einen positiven Einfluss auf die Prognose haben könnte. Eine Fokussierung auf den aortalen Druckgradienten zur Klärung einer Indikation zum Aortenklappenersatz birgt darüber hinaus die Gefahr, einer Fehleinschätzung zu unterliegen. Ein niedriger Gradient muss dann sehr differenziert betrachtet werden, da durchaus Patienten existieren, die trotz eines niedrigen Gradienten von einem Klappenersatz profitieren können. Die Mitralklappenringbewegung ist ein klinisch leicht zu messender Parameter zur Einschätzung der longitudinalen Funktion und erleichtert durch seine prognostische Aussagekraft die Interpretation eines niedrigen aortalen Druckgradienten. / The conventional estimation of the severity of aortic valve stenosis fails to cope with the complexity of diverse types of progression: so far, the severity of the disease is generally associated with an increase in aortic valve pressure gradient. But an assessment based solely on this assumption obviously disregards an important group of patients. This group is characterized by an advanced stage of disease with poor myocardial function, severe symptoms and poor prognosis despite a low gradient. This diversity of a low gradient yet gains importance by the difficulty in accurately determining the aortic valve area. Especially in cases with low cardiac output, the examiner may assume a too low dimensioned aortic valve area. In these cases there might be a myocardial contractile reserve, which could have a positive impact on prognosis if recognized and handled accordingly. Focussing on aortic valve pressure gradient in order to clarify indication for aortic valve replacement entails risk of misjudgement. In these cases a low gradient particularly must be interpreted carefully, since there are certain patients who may benefit from valve replacement despite a low gradient. The mitral ring displacement is an easily measured parameter to assess longitudinal function and facilitates by its prognostic significance the interpretation of a low aortic valve pressure gradient.

MicroRNAs are endogenous ≈22 nt long non coding RNA molecules that modulate gene expression at the post transcriptional level by targeting mRNAs for cleavage or translational repression. MicroRNA-mRNA interaction involves a contiguous and perfect pairing within complementary sites usually in the 3’ UTR of the target mRNA. Heart failure is associated with myocyte hypertrophy and death, due to compensatory pathological remodeling and minimal functional repair along with microRNA deregulation. In this study, we identified candidate microRNAs based on their expression strength in cardiomyocytes and by their ability to regulate hypertrophy. Expression profiling from early and late stages of heart failure showed several deregulated microRNAs. Of these microRNAs, miR-378 emerged as a potentially interesting microRNA that was highly expressed in the mouse heart and downregulated in the failing heart. Antihypertrophic activity of miR-378 was first observed by screening a synthetic miR library for morphologic effects on cardiomyocytes, and validated in vitro proving the tight control of hypertrophy by this miR. We combined bioinformatic target prediction analysis and microarray analysis to identify the targets of miR-378. These analyses suggested that factors of the MAP kinase pathway were enriched among miR-378 targets, namely MAPK1 itself (also termed ERK2), the insulin-like growth factor receptor 1 (IGF1R), growth factor receptor bound protein 2 (GRB2) and kinase suppressor of ras 1 (KSR1). Regulation of these targets by miR-378 was then confirmed by mRNA and protein expression analysis. The use of luciferase reporter constructs with natural or mutated miR-378 binding sites further validated these four proteins as direct targets of miR-378. RNA interference with MAPK1 and the other three targets prevented the prohypertrophic effect of antimiR-378, suggesting that they functionally relate to miR-378. In vivo restoration of disease induced loss of miR-378 in a pressure overload mouse model of hypertrophy using adeno associated virus resulted in partial attenuation cardiac hypertrophy and significant improvement in cardiac function along with reduced expression of the four targets in heart. We conclude from these findings that miR-378 is an antihypertrophic microRNA in cardiomyocytes, and the main mechanism underlying this effect is the suppression of the MAP kinase-signaling pathway on four distinct levels. Restoration of disease-associated loss of miR-378 through cardiomyocyte-targeted AAV-miR-378 may prove as an effective therapeutic strategy in myocardial disease. / MicroRNAs sind ca. 22 Nukleotide lange endogene, nicht-kodierende RNA-Moleküle, die die Expression von Genen posttranskriptionell regulieren, indem sie den Abbau der Ziel-mRNA herbeiführen oder deren Translation hemmen. Die Interaktion von microRNA und mRNA erfolgt durch perfekt komplementäre Bindung in der 3’-untranslatierten Region der Ziel-mRNA. Eine Deregulation der Expression verschiedener microRNAs lässt sich bei Herzinsuffizienz beobachten. Im insuffizienten Herzen laufen kompensatorische pathologische Remodellingprozesse ab und es kommt unter anderem zu Hypertrophie und Apoptose von Kardiomyozyten. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir Kandidaten-microRNAs nach folgenden Kriterien identifiziert: 1) Expr e s s ions s t ä rke in Ka rdiomyozyt en, 2) Fähigke i t zur Regul a t ion von Kardiomyozytenhypertrophie im Screening einer synthetischen microRNA-Bibliothek auf Kardiomyozytengröße und 3) Regulation ihrer Expression in frühem und späten Stadium eines murinen Herzinsuffizienzmodells. Aus den resultierenden Kandidaten-microRNAs wurde im folgenden miR-378 näher untersucht. MiR-378 war im gesunden Mausherz stark exprimiert. Die Expression nahm bei Herzinsuffizienz ab. Weiterhin hatte die Überexpression von miR-378 in neonatalen Kardiomyozyten einen antihypertrophen Effekt. Im Gegenzug führte die Expression von antimiR-378 zu einer verstärkten Hypertrophie. Zur Target-Suche wurden zum einen bioinformatische Vorhersage-Datenbanken verwendet und zum anderen ein Microarray durchgeführt. Diese Analysen zeigten eine Anreicherung von Faktoren des MAP-Kinase- Signalweges: Mitogen-aktivierte Proteinkinase 1 (MAPK1, auch als ERK2 bezeichnet), Insulinähnlicher Wachstumsfaktorrezeptor 1 (IGF1R), Wachstumsfaktorbindeprotein 2 (GRB2) und Kinasesuppressor von Ras 1 (KSR1). Die Regulation dieser Targets durch miR-378 wurde durch Bestimmung der mRNA- und Proteinexpression nach Überexpression bzw. Inhibition von miR-378 bestätigt. Durch Luziferaseassays mit Reporterkonstrukten, die jeweils die exakten oder mutierte Bindungsstellen der vier Targets enthielten, konnte gezeigt werden, dass die mRNAs der vier Faktoren direkte Targets von miR-378 darstellen. Durch siRNA-mediierte Herabregulation der Zielproteine konnte der prohypertrophe Effekt von antimiR-378 inhibiert werden. Daraus lässt sich schließen, dass der Hypertrophie-Phänotyp direkt auf miR-378 zurückzuführen ist. Schließlich wurde der Effekt von miR-378 im murinen Herzinsuffizienzmodell (Konstriktion der Aorta, TAC) untersucht. TAC führte zu einer Abnahme der Expression von miR-378 im Herzen. Durch Adenoassoziierten Virus (AAV) vermittelte exogene Expression von miR-378 wurde das Expressionslevel des gesunden Herzens im TAC-Modell wiederhergestellt und die Expression der vier Targets herabgesetzt. Dies resultierte in weniger ausgeprägten Kardiomyozytenhypertrophie sowie in einer signifikanten Verbesserung der Herzfunktion. Aus diesen Daten schließen wir, dass miR-378 einen antihypertrophen Effekt auf Kardiomyozyten hat, der wesentlich durch die Suppression des MAP-Kinase-Signalweges an vier Angriffspunkten vermittelt wird. Die Wiederherstellung des “gesunden” Expressionsniveaus von miR-378 im kranken Herzen durch Kardiomyozyten-spezifische Expression mit AAV-miR-378 könnte eine Therapieoption bei Herzerkrankungen sein.

Diese Arbeit untersucht die Relevanz des Transkriptionskofaktors Eya4 in der Entstehung und Entwicklung von Herzkrankheiten. Hierzu wurde, neben adenoviralen Transfektionsarbeiten in neonatalen Rattenkardiomyozyten, ein transgenes Mausmodell etabliert, wodurch die Identifikation von Downstreamtargets des Transkriptionskofaktors Eya4 im Sinne eines Signalweges ermöglicht wurde. Der Transkriptionskofaktor Eya4 wirkt als Suppressor des cyclinabhängigen Kinaseinhibitors p27, während die trunkierende Mutante des wildtypischen Proteins (E193) die Suppression auf p27 aufhebt.Phänotypisch entwickeln E193-überexprimierende Mäuse eine altersabhängig einsetzende DCM während die Eya4-überexprimierenden Tiere eine konzentrische Myokardhypertrophie entwickeln. / This work researches the significance of the transcriptional coactivator Eya4 and its involvement in cardiac disease. By adenoviral transfection of neonatal rat cardiomyocytes as well as creation of a transgenic mouse model, different downstream targets of Eya4 could be identified working in a complex signaling cascade to regulate development of myocardial hypertrophy. Consecutively Eya4-transgenic animals developed a cardiac phenotype with concentric hypertrophy while E193-overexpressing mice developed a DCM-phenotype, mimicing the human disease known in E193-affected humans.