Giessener Elektronische Bibliothek

GEB - Giessener Elektronische Bibliothek

Hypoxia-dependent mechanisms in the pulmonary circulation : Role of dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 (DDAH-1) in acute, sustained and chronic hypoxia

Hypoxia-abhängige Mechanismen im Lungenkreislauf : Die Rolle der Dimethylarginin-Dimethylaminohydrolase 1 (DDAH-1) in akuter, prolongierter und chronischer Hypoxie

Gaber Mohammed Bakr, Adel


Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (1.986 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-82105
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/8210/

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us


Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Department of Internal Medicine
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 14.06.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 27.06.2011
Kurzfassung auf Englisch: Hypoxia is a prominent factor for induction of pulmonary vasoconstriction and pulmonary
hypertension (PH). Hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV) can be induced by alveolar
hypoxia lasting seconds to minutes (= acute HPV) or minutes to hours (= sustained HPV).
Both phases of HPV play an important role in matching local perfusion to ventilation, thus
optimizing pulmonary gas exchange. However, the irreversible increase of pulmonary arterial
pressure (PAP) induced by sustained HPV might also facilitate development of PH. PH is a
fatal disease characterized by increased pulmonary vascular resistance. The pathophysiology
of PH can include endothelial dysfunction and pulmonary arterial smooth muscle cell
hypertrophy and proliferation. Nitric oxide (NO) is a well-known vasodilator controlling a
diverse range of pulmonary functions such as regulation of PAP. Asymmetric omega - NG, NG-
dimethylarginine (ADMA) is a potent inhibitor of all three nitric oxide synthase (NOS)
isoforms, resulting in impaired NO production. ADMA is degraded by dimethylarginine
dimethylaminohydrolase (DDAH) 1 and 2, both expressed in the lung.
Therefore, the current study investigated the effects of DDAH1 on acute and sustained HPV
as well as on hypoxia-induced PH in isolated, ventilated and perfused mouse lungs, and in a
whole animal model. PH was quantified by measurement of right ventricular systolic
pressure, right-to-left heart ratio and vascular morphometry. Concentration of ADMA and
cyclic 3´, 5´-guanosine monophophate (cGMP) was determined by enzyme linked
immunosorbent assay (ELISA). NO was measured by a chemiluminescence analyzer.
DDAH1 overexpression had no effects on acute HPV. However, in sustained HPV (3 hours of
hypoxia), DDAH1 overexpression abolished the increase in PAP almost completely and
concomitantly decreased levels of ADMA, and significantly increased levels of NO and
cGMP compared to wild-type (WT) mice. Sustained HPV could be restored by application of
the NOS inhibitor N omega -Nitro-L-arginine (L-NNA), and the soluble guanylyl cyclase (sGC)
inhibitor 1H-[1, 2, 4]oxadiazolo-[4, 3-a]quinoxalin-1-one (ODQ). Chronic hypoxic exposure
(10% O2, 3 weeks) induced PH in WT and DDAH1tg mice without a difference in the degree
of PH in both mouse strains.
This study revealed, that DDAH1 regulates ADMA concentration, NO bioavailability and
vessel tone specifically in sustained HPV. Therefore, getting insight into DDAH1-dependent
mechanisms may help find new strategies for treatment of diseases with impaired ventilationperfusion
matching due to decreased sustained HPV.
Kurzfassung auf Deutsch: Hypoxie ist einer der häufigsten Faktoren, die zu pulmonaler Vasokonstriktion und
pulmonaler Hypertonie (PH) führen. Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion (HPV) wird
durch alveoläre Hypoxie induziert, die einige Sekunden bis Minuten (= akute HPV) oder
Minuten bis Stunden (= prolongierte HPV) dauern kann. Beide Phasen der HPV spielen eine
wichtige Rolle für die Anpassung der lokalen Perfusion an die alveoläre Ventilation und
optimieren somit den pulmonalen Gasaustausch. Der Anstieg des pulmonalarteriellen Druckes
(PAP), der durch die prolongierte HPV induziert wird, steht jedoch in der Diskussion, auch
die Entwicklung von chronischer PH zu fördern. PH ist eine häufig tödlich verlaufende
Erkrankung, die durch einen permanent erhöhten pulmonalvaskulären Widerstand
charakterisiert ist. Die Pathophysiologie kann endotheliale Dysfunktion und Hypertrophie und
Proliferation von pulmonalarteriellen glatten Muskelzellen umfassen. Stickstoffmonoxid
(NO) ist ein bekannter Vasodilatator, der eine Vielzahl pulmonaler Funktionen kontrolliert
und unter anderem in die Regulation des PAP involviert ist. Asymmetrisches Dimethylarginin
(ADMA) ist ein hochpotenter Inhibitor von allen Isoformen der NO Synthase (NOS), und
schränkt somit die NO Produktion ein. ADMA wird von den Dimethylarginin
Dimethylaminohydrolasen (DDAH) 1 und 2 abgebaut, die beide in der Lunge exprimiert
werden.
Vor diesem Hintergrund untersuchte die vorliegende Studie die Effekte der DDAH1 auf die
akute und prolongierte HPV und hypoxie-induzierte PH in der isolierten, ventilierten und
perfundierten Mäuselunge, bzw. im intakten Tier. Die PH wurde mittels Messung des
rechtsventrikulären systolischen Druckes, des Gewichtsverhältnisses von rechtem zum linkem
Ventrikel und der vaskulären Morphometrie quantifiziert. Die Konzentration von ADMA und
zyklischem Guanosinmonophosphat (cGMP) wurde mittels enzymgekoppeltem
Immunadsorptionstest (EIA) bestimmt. NO wurde mit einem Chemilumineszenz-Analysator
gemessen.
DDAH1-Überexpression hatte keine Effekte auf die akute HPV. Allerdings war in
prolongierter HPV nach 3 Stunden Hypoxie die Erhöhung des PAP bei DDAH1
Überexpression komplett aufgehoben und gleichzeitig waren die Perfusatspiegel von ADMA
erniedrigt und von NO und cGMP signifikant erhöht. Die prolongierte HPV konnte durch die
Applikation des NOS Inhibitors N omega -Nitro-L-arginine (L-NNA), und den Inhibitor der
löslichen Guanylatcyclase (sGC), 1H-[1, 2, 4]oxadiazolo-[4, 3-a]quinoxalin-1-one (ODQ),
wiederhergestellt werden. Exposition chronischer Hypoxie (10% O2, 3 Wochen) führte zur
Entwicklung von PH in WT und DDAH1tg Mäusen, ohne einen Unterschied in der
Ausprägung der PH in beiden Mauslinien.
Die Studie zeigte, dass die DDAH1 die ADMA Konzentration, die NO Bioverfügbarkeit und
den Gefässtonus spezifisch während der prolongierten HPV reguliert.
Ein besseres Verständnis des DDAH1 Stoffwechselweges könnte dabei helfen, neue
therapeutische Möglichkeiten bei Erkrankungen mit eingeschränkter Ventilations-Perfusions-
Anpassung aufgrund erniedrigerter prolongierter HPV zu finden.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand