Der Einfluss des Polyaminstoffwechsels auf die Funktion und Apoptose des postischämischen Rattenherzes

Abstract

Die Unterbrechung des koronaren Blutflusses führt zum Myokardinfarkt. Die am erfolgreichsten durchzuführende Intervention stellt die frühzeitige Reperfusion von Blut dar. So kann es zu einem Überleben der Zellen und einer Funktionserhohlung kommen. Trotz der erneuten Perfusion und dem Überleben des Myokards, welches durch Kontraktionsaktivität gemessen werden kann, kommt es zu neuem Stress: Der sogenannte Reperfusionsstress. Dieser ist charakterisiert durch ein Missverhältnis von Ionen, z.B. einer Anhäufung von H+ und Ca2+, sowie einer Neuregulation zellulärer Gene wie z.B. das pro-apoptotische Gen bax und das anti-apoptotische bcl-2. Diese Prozesse führen u.a. zu hypertrophem Wachstum und myokardialer Fibrose und werden als Remodeling bezeichnet. Es ist bekannt, dass Polyamine in der Funktionserhohlung des post-ischämischen Herzens eine wichtige Rolle einnehmen.Die Aufgabe dieser Studie bestand darin, den Effekt einer Aktivierung und Inhibiereung der Ornithinedecarboxylase (ODC), welche das geschwindigkeitsbestimmende Enzym der Polyaminbiosynthese darstellt, bezogen auf die Funktionserhohlung sowie die frühe Induktion von Apoptose oder hypertrophem Wachstum in Kardiomyozyten zu untersuchen. Aus diesem Grund wurden Rattenherzen einer 45 minütigen Nullfluss-Ischämie mit anschließender 120 minütiger Reperfusion unterzogen. Die Kontrollen wurden für 165 min konstant unter normoxen Bedingungen perfundiert. Die ODC wurde durch die 10 minütige Zugabe von Isoprenalin (10nM), 30 min nach erfolgter Reperfusion aktiviert und durch Difluoromethylornithin (DFMO) inhibiert. Als Funktion des Herzens wurde der linksventrikulär entwickelte Druck angenommen. (LVDP). Die Expression der ODC, bcl-2, bax sowie ANF beider Ventrikel wurde durch die real-time-PCR nach 120 min erfolgter Reperfusion bestimmt.Diese Studie konnte verifizieren, das die Inhibition der ODC Aktivität die Funktionserhohlung der ischämisch-reperfundierten Herzen verschlechterte, wohingegen sich bei den normoxisch perfundierten Herzen keine Änderungen zeigten. Die Induktion der ODC hatte keinen Effekt auf die Funktionserhohlung. Obwohl es zu einer Steigerung der Expression des pro-apoptotischen Gens bax im post-ischämischen Herzen kam (nicht bei den normoxen Herzen), überwog die anti-apoptotische Genexpression durch bcl-2. Darüberhinaus führte die Induktion der ODC zu einer Zunahme von ANF unter post-ischämischen Bedingungen. Diese Ergebnisse zeigten sich in beiden Ventrikeln, wohingegen die Induktion von bcl-2 und ANF im rechten Ventrikel weniger von der ODC Aktivierung abhängig war. Die Resultate dieser Studie belegen den vielversprechenden Ansatz neuer protektiver Strategien des post-ischämischen Herzens, wie den hier untersuchten Einfluss des Polyaminstoffwechsels. Diese Erkenntnisse könnten für neue Wege in der Kardiologie oder Herzchirurgie sorgen. Interruption of coronary perfusion results in myocardial infarction. The early reperfusion of blood flow is the most successful intervention leading to cell survival and functional recovery. However, in spite of the restoration of blood flow and thus the myocardial survival, which is measurable by its contractile activity, the heart is confronted by new stress: The so-called reperfusion injury. This is characterized by a cytosolic disproportion of ions like an accumulation of H+ or Ca2+ and a change concerning the regulation of cellular genes such as the pro-apoptotic gene bax or anti-apoptotic gene bcl-2. These conditions lead among other things to hypertrophic growth and myocardial fibrosis which is termed remodeling. Polyamines are known to play an important role in the functional recovery of the post-ischemic heart.The aim of this study was to investigate the effect of an activation or inhibition of ornithine decarboxylase (ODC), which is the rate-limiting enzyme for polyamines, on the functional recovery and the early induction of apoptotic or hypertrophic pathways in rat cardiomyocytes. For this reason rat hearts were exposed to 45 min no-flow ischemia and 120 min reperfusion, whereas controls were constantly perfused for 165 min under normoxic conditions. ODC was activated by application of isoprenaline (10nM) ,starting 30 min after the onset of reperfusion and lasting for 10 min, and inhibited by application of difluoromethyl ornithine (DFMO). The heart function was determined as left ventricular developed pressure (LVDP). The expression of ODC, bcl-2, bax and ANF were measured by real time RT-PCR in both ventricles at the end of 120 min reperfusion.This study could verified that inhibition of ODC activity worsened the functional recovery of the ischemia-reperfused hearts but did not modify basal function of normoxic perfused hearts. Induction of ODC had no effect on the functional recovery. Although it induced the expression of the pro-apoptotic gene bax in post-ischemic hearts (not in normoxic hearts) the anti-apoptotic gene expression of bcl-2 was leading. Furthermore the induction of ODC lead to an increase of ANF in post-ischemic conditions. These findings could be demonstrated in both vebtricles, whereas the induction of bcl-2 and ANF was less dependent on ODC activation in the right ventricle. The results of this study shows that taking influence of polyamine metabolism is a promising approach concerning new protctive strategies for the post-ischemic heart. These findings could modify new approaches in cardiology or in cardiac surgery.