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Herz-Kreislauf-Erkrankungen (HKE) sind primäre Komplikationen, die mit einer signifikanten Mortalität bei Menschen mit chronischer Nierenerkrankung (englisch "chronic kidney disease; CKD") verbunden sind, und Gefäßverkalkungen in der Media (englisch "medial vascular calcification; VCm") ist ein Hauptrisikofaktor für HKE bei Patienten mit CKD. Bei abnehmender Nierenfunktion ist Hyperphosphatämie eine Schlüsselkomponente bei der Entwicklung von VCm. Immer mehr Daten deuten darauf hin, dass VCm keine einfache degenerative Veränderung ist, sondern ein hochgradig kontrollierter Ossifikationsprozess. Die Transdifferenzierung von vaskulären glatten Muskelzellen (englisch "vascular smooth muscle cells; VSMCs") in osteoblastenähnliche Zellen ist ein wichtiger Bestandteil in diesem Prozess. In vitro und in vivo Experimente haben gezeigt, dass, wenn VSMCs mit hohen Phosphatkonzentrationen stimuliert werden, die Expression von Osteogenese-bezogenen Genen wie CBFA1, MSX2, SOX9 und ALPL zunimmt, ebenso wie die Aktivität der Gewebe-unspezifischen alkalischen Phosphatase (englisch "tissue non-specific alkaline phosphatase; TNSALP").
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass, wenn VSMCs einer osteogenen Transdifferenzierung unterzogen werden, ihre basale zytosolisches Ca2+ ([Ca2+]i) zunimmt. SGK1 ist essenziell für die VSMCs-Transdifferenzierung und VCm, die durch hohe Phosphatkonzentrationen induziert werden, was teilweise über NF-κB erreicht wird. In anderen Zellen wirkt sich SGK1 positiv auf ORAI1 aus. ORAI1 bildet den Kanal, der den speicher-gesteuerten Ca2+-Eintritt (englisch "store-operated calcium entry; SOCE") vermittelt. Parallel wird STIM1 stimuliert, wodurch die SOCE-Aktivität erhöht wird. NF-κB hat eine ähnliche Wirkung. Eine erhöhte SOCE-Aktivität führt zu einem nachhaltigen Anstieg von [Ca2+]i. Ziel dieser Arbeit war es, zu bestimmen, ob ein hoher Phosphatgehalt ORAI1, STIM1
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und dementsprechend die SOCE-Funktion hochreguliert und ob der Anstieg von [Ca2+]i alternative Kalziumeintrittsmechanismen einschließt.
Zu diesem Zweck wurde der Phosphatdonator β-Glycerophosphat als Verkalkungsstimulator zur Behandlung von humanen glatten Muskelzellen der Aorta (englisch "human aorta smooth muscle cells; HAoSMCs") eingesetzt. Die Gentranskriptwerte wurden durch quantitative PCR bestimmt, die Proteinexpressionsniveaus wurden durch Immunoblotanalyse bewertet, die TNSALP-Aktivität wurde durch Kolorimetrie gemessen, [Ca2+]i wurde durch Fura-2-Fluoreszenz gemessen und SOCE wurde als Anstieg von [Ca2+]i nach Zugabe von extrazellulärem Ca2+ nach Thapsigargin-induzierter Speichererschöpfung berechnet. Zusätzlich wurden HAoSMCs in K+-reichem Medium kultiviert, um spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle (englisch "voltage operated calcium channels; VOCCs") über eine erhöhte extrazelluläre K+-Konzentration zu aktivieren. Die Behandlung mit β-Glycerophosphat verbesserte die Transkript- und Proteinexpressionsniveaus von ORAI1 und STIM1 und erhöhte SOCE in HAoSMCs. Eine zusätzliche Behandlung mit den ORAI1-Inhibitoren MRS1845 und 2-APB sowie dem SGK1-Inhibitor GSK650394 beseitigte effektiv die Wirkungen von β-Glycerophosphat auf SOCE. Die Behandlung mit ORAI1-Antagonisten und die ORAI1-Stummschaltung hemmten signifikant die β-Glycerophosphat-induzierte Expression osteogener Marker in HAoSMCs und unterdrückten die extrazelluläre Verkalkung. Darüber hinaus beeinflusste die Aktivierung von VOCCs die osteogene Signalgebung in HAoSMCs.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass erhöhte Phosphatspiegel die ORAI1- und STIM1-Expression hochregulieren und SOCE verstärken, die zusammen mit VOCCs eine Rolle bei der Orchestrierung der osteo/ chondogenen Signalgebung in VSMCs spielen. |
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