Die Bedeutung der Rac1-GTPase und des Mineralocorticoid-Rezeptors für strukturelles Remodeling bei Vorhofflimmern

Abstract

Vorhofflimmern ist eine Erkrankung mit hoher Prävalenz in der Bevölkerung. Die Hintergründe des Remoldelings bei Vorhofflimmern sind jedoch bisher nur unzureichend erforscht. In dieser Arbeit wurde die Rolle des Mineralocorticoid-Rezeptors und von Rac1 bezüglich dem strukturellen Remodeling bei Vorhofflimmern untersucht. Bei transgenen Mäusen mit einer herzspezifischen Überexpression von konstitutiv aktivem Rac1 (RacET) zeigte sich eine altersabhängige Gewichtszunahme der linken Vorhöfe im Vergleich zum linken Ventrikel (5,4 +/- 0,5% beim Wildtyp im Vergleich zu RacET 12, 8,3 +/- 0,8% (p < 0,05)) sowie im Vergleich zur Tibialänge (0,3 +/- 0,02mg/mm beim Wildtyp im Vergleich zu RacET 12, 0,43 +/- 0,02mg/mm (p < 0,05)). 43% der 6 Monate alten RacET Mäuse (RacET 6) und 77% der 12 Monate alten RacET Mäuse (RacET 12) entwickelten supraventrikuläre Arrhythmien. Dies zeigt eine altersabhängige Prävalenz. Die RacET Mäuse wiesen vermehrte Fibrose in den Vorhöfen im Vergleich zu den Wildtyp-Kontrollmäusen auf (CTGF-Expression: 142 +/- 6,4%, p < 0,01 im Vergleich zum Wildtyp). Ebenso zeigte sich eine erhöhte CTGF-Expression auf RNA Ebene im linken Atrium bei RacET im Vergleich zum Wildtyp (RacET 12, 149 +/- 14%, p < 0,05). Der Mineralocorticoid-Rezeptor wurde weder im Ventrikel noch im Atrium im Vergleich zum Wildtyp vermehrt exprimiert. Es zeigte sich jedoch eine Überexpression der 11-β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase-Typ-2 im Atrium und Ventrikel (Atrium: RacET 12, 665 +/- 189%, p < 0,05, im Vergleich zum Wildtyp; Ventrikel: RacET 12, 452 +/- 120%, p < 0,05, im Vergleich zum Wildtyp). In Zellkulturexperimenten mit kardialen Fibroblasten kam es zu einer Aldosteron-abhängigen CTGF-Überexpression (1nM Aldosteron: 144 +/- 11% (p < 0,05), 10nM: 165 +/- 23% (p < 0,01) und 100nM: 183 +/- 10% (p < 0,001)). Durch Zugabe von Cortisol konnte die Aldosteron-induzierte CTGF-Überexpression bei Kardiomyozyten verhindert werden (Aldosteron: 141 +/- 12% vs. Aldosteron und Cortisol 72 +/- 8%, p < 0,01). Um die molekulare Interaktion zwischen Kardiomyozyten und kardialen Fibroblasten zu untersuchen, wurden die Fibroblasten mit dem Medium der Kardiomyozyten behandelt. Auch hier induzierte Aldosteron die Kollagenproduktion, welche durch Hydroxyprolin gemessen wurde (154 +/- 12%, p < 0,001). Der Effekt ließ sich durch die Vorbehandlung mit Cortisol aufheben (114 +/- 12%, p < 0,05). Die bei kardialen Fibroblasten erhöhte CTGF-Expression durch Aldosteron war auf Proteinebene durch die Behandlung mit dem Rac1-Inhibitor NSC23766 (39 +/- 2,8%, p < 0,05), den MR-Antagonisten Spironolacton und BR-4628 (Spironolacton: 51 +/- 15%, p < 0,05; BR-4628: 59 +/- 17%, p < 0,05) sowie durch den AT1-Rezeptorblocker Telmisartan verhinderbar (97 +/- 11%; p < 0,05). Aldosteron und Angiotensin II zeigten eine synergistische Wirkung auf die CTGFProteinexpression (175 +/- 21%, p < 0,001). In einer immunhistochemischen Färbung von Fibroblasten konnte durch die Behandlung mit Aldosteron eine Translokation des Mineralocorticoid-Rezeptors in den Zellkern gezeigt werden (Verhältnis Zellkern/Zellplasma: MR 0,84 +/- 19, p < 0,05 im Vergleich ohne Behandlung 0,07 +/- 0,02). Dies entspricht einer Aktivierung des Rezeptors. Dieser Effekt war durch Vorbehandlung mit Spironolacton oder NSC23766 verhinderbar (Aldosteron mit Spironolacton: 0,25 +/- 0,08, p < 0,05; Aldosteron mit NSC23766: 0,21 +/- 0,05, p < 0,05). Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Überexpression von Rac1 das Auftreten supraventrikulärer Arrhythmien prädisponiert und mit einer Überexpression von 11-β-HSD-Typ-2 sowie einer CTGF-Expression assoziiert ist. Die Aktivierung des Mineralocorticoid-Rezeptors führt Rac1- abhängig in kultivierten kardialen Fibroblasten zu strukturellem Remodeling. Die pharmakologische Inhibition von Rac1 und des Mineralocorticoid-Rezeptors stellen daher mögliche therapeutische Ansatzpunkte dar, um die Entstehung von strukturellem Remodeling, als Prädisposition für das Auftreten von Vorhofflimmern, zu verhindern.

Atrial fibrillation has a high prevalence in the population. The backgrounds of structural remodeling in atrial fibrillation are still not completely understood. The aim of this study was to analyse the role of the mineralocorticoid-receptor and of Rac1 concerning the structural remodeling in atrial fibrillation. In transgenic mice with a cardial overexpression of constitutive active Rac1 (RacET) there was an age-dependant weight gain of the left atria compared to the left ventricle (5.4 +/- 0.5% wild type versus RacET 12, 8.3 +/- 0.8% (p < 0.05)) and to the length of the tibia (0.3 +/- 0.02 mg/mm wild type versus RacET 12, 0.43 +/- 0.02 mg/mm (p < 0.05)). 43% of the 6 month old RacET mice (RacET 6) and 77% of the twelve month old RacET mice (RacET 12) developed supraventricular arrhythmia. This shows an age-dependant prevalence. The RacET mice had an increase of fibrosis in the atria compared to the wild type mice (CTGF expression: 142 +/- 6.4%, p < 0.01 versus wild type mice). Also an elevated CTGF gene expression was detected in the left atria of the RacET mice (RacET 12, 149 +/- 14%, p < 0.05 versus wild type). There was no higher expression of the mineralocorticoid-receptor, neither in the ventricle nor in the atria compared to the wild type. An upregulation of 11-β-HSD-type-2 could be shown in the ventricle and in the atria (Atria: RacET 12, 665 +/- 189%, p < 0.05 versus wild type; ventricle: RacET 12, 452 +/- 120%, p < 0.05). In cell culture experiments with cardiac fibroblasts an aldosterone dependent CTGF expression could be detected (aldosterone dependent CTGF expression: 1nM aldosterone: 144 +/- 11%, p < 0.05, 10nM: 165 +/- 23%, p < 0.01, 100nM: 183 +/- 10%, p < 0.001). The overexpression of CTGF through aldosterone in cardiomyocytes was diminished by cortisol (Aldosterone: 141 +/- 12% versus aldosterone and cortisol 72 +/- 8%, p < 0.01). To analyse the molecular interaction between cardiomyocytes and cardiac fibroblasts, the fibroblasts were treated with the medium of the cardiomyocytes. Also here a higher production of collagen in form from hydroxyproline was shown in the presence of aldosterone (154 +/- 12%, p < 0.001). The effekt was diminished through the preincubation with cortisol (114 +/- 12%, p < 0.05). Cardiac fibroblasts showed an increased CTGF protein expression when they were stimulated with aldosterone. This effect could be inhibited with the Rac1 inhibitor NSC23766 (39 +/- 2.8%, p < 0.05), with the MR antagonists spironolactone und BR-4628 (spironolactone: 51 +/- 15% p < 0.05; BR-4628: 59 +/- 17%, p < 0.05) or with the AT1- receptor blocker telmisartan (97 +/- 11 %, p < 0.05). Aldosterone and angiotensin II showed a synergistic effect concerning the CTGF protein expression (175 +/- 21%, p < 0.001). In the immunofluorescence staining of fibroblasts a translocation of the MR into the core of the cell occured in the presence of aldosterone (relation core/plasma: MR 0.84 +/- 19, p < 0.05 versus no treatment: 0.07 +/- 0.02). This equals the activation of the receptor. This effect could be avoided through preincubation with spironolactone or NSC23766 (aldosterone with spironolactone: 0.25 +/- 0.08, p < 0.05; aldosterone with NSC23766: 0.21 +/- 0.05, p < 0.05). These results show that an overexpression of Rac1 promotes supraventricular arrhythmia and is associated with an upregulation of 11-β-HSD-type-2 and a higher CTGF expression. The activation of the mineralocorticoid-receptor leads to structural remodeling in cardiac fibroblasts via Rac1. The pharmacological inhibition of Rac1 and the mineralocorticoidreceptor may represent potential therapeutic targets to prevent structural remodeling as a predisposition of artial fibrillation.