| Zusammenfassung: | AGAT is the responsible enzyme for the formation of the cardiovascular risk marker homoarginine. Moreover, AGAT catalyzes the first and rate-limiting step of creatine synthesis, which is essential for cardiac energy metabolism. AGAT-/- mice exhibit a cardiac dysfunction, which was corrected in part by creatine and totally by homoarginine supplementation. So far, data on the underlying transduction... AGAT is the responsible enzyme for the formation of the cardiovascular risk marker homoarginine. Moreover, AGAT catalyzes the first and rate-limiting step of creatine synthesis, which is essential for cardiac energy metabolism. AGAT-/- mice exhibit a cardiac dysfunction, which was corrected in part by creatine and totally by homoarginine supplementation. So far, data on the underlying transduction pathways are scant.
The aim of the present study was to gain insights into the molecular signatures on mRNA and miRNA level linking AGAT, homoarginine and creatine deficiency with CVD. Comprehensive investigations in an AGAT-/- mouse model delivered information about AGAT-related molecular changes. On the gene expression level, the results reveal that AGAT deficiency led to significant differential gene expression, mainly influencing cardiac energy metabolism and contractility pathways. In addition, candidate genes were identified in AGAT-/- mice, which can be linked to cardiovascular changes. Basis for this was a known association to CVD (Scn4a, Scn4b, Hcn2, Hcn4, Ctgf, Nppa, Ucp2) or restored gene expression by homoarginine (Ccl11, Ccbe1, Cdkn1a, Pip5k1b, B4galt6). The importance of these genes regarding CVD could be confirmed in an experimental MI mouse model, in silico and in vivo. On miRNA expression level, differentially expressed miRNAs between WT and AGAT-/- mice with a role in the cardiovascular system were identified (miR-30b, miR-30d, miR-125b, miR-210, let-7i), which might also influence the expression of regulated candidate genes (B4galt6, Scn4a, Scn4b, Ucp2).
Studies on AGAT-/- mice demonstrated a normalization of cardiac parameters by homoarginine and not creatine. However, on gene expression level, creatine, but not homoarginine, was able to rescue the expression towards the WT. Therefore, the question why homoarginine leads to a normalization of the cardiovascular phenotype still remains to be answered. Apart from changes in the gene expression or associated miRNA regulations, the positive effects of homoarginine might be found elsewhere, such as in direct interactions with proteins thereby regulating their function.
Das Enzym AGAT ist für die Synthese des kardiovaskulären Risikomarkers Homoarginin verantwortlich. Darüber hinaus ist AGAT an der Bildung von Kreatin beteiligt, das für den kardialen Energiestoffwechsel von großer Bedeutung ist. AGAT-/- Mäuse zeigen einen veränderten kardiovaskulären Phänotyp, welcher teilweise durch Kreatin und vollständig durch Homoarginin normalisiert werden konnte. Die zugrund... Das Enzym AGAT ist für die Synthese des kardiovaskulären Risikomarkers Homoarginin verantwortlich. Darüber hinaus ist AGAT an der Bildung von Kreatin beteiligt, das für den kardialen Energiestoffwechsel von großer Bedeutung ist. AGAT-/- Mäuse zeigen einen veränderten kardiovaskulären Phänotyp, welcher teilweise durch Kreatin und vollständig durch Homoarginin normalisiert werden konnte. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen sind bislang nicht bekannt.
Ziel dieser Arbeit war es, die AGAT-abhängigen molekularen Veränderungen auf mRNA- und miRNA-Ebene und deren Einfluss auf das kardiovaskuläre System zu evaluieren. Dafür wurden umfassende Untersuchungen in einem AGAT-/- Mausmodell durchgeführt. Auf mRNA-Ebene konnte gezeigt werden, dass AGAT-Mangel zu einer signifikant veränderten Genexpression führt, welche insbesondere molekulare Pathways des kardialen Energiestoffwechsels als auch der Kontraktilität des Herzmuskels betrifft. Zudem konnten kardiovaskuläre Kandidaten-Gene in AGAT-/- Mäusen identifiziert werden. Grundlage hierfür war eine bekannte Assoziation zum Herz-Kreislauf-System (Scn4a, Scn4b, Hcn2, Hcn4, Ctgf, Nppa, Ucp2) oder eine normalisierte Genexpression durch Homoarginin (Ccl11, Ccbe1, Cdkn1a, Pip5k1b, B4galt6). In silico und in vivo Analysen in einem MI-Mausmodell konnten bestätigen, dass diese Gene eine wichtige Rolle in kardiovaskulären Erkrankungen spielen. Auf miRNA-Ebene wurden potentielle regulatorische Einflüsse auf die Genexpression untersucht. Es zeigten sich differentiell exprimierte miRNAs zwischen WT und AGAT-/- Mäusen, welche in der Literatur bereits im Rahmen kardiovaskulärer Pathologien beschrieben wurden (miR-30b, miR-30d, miR-125b, miR-210, let-7i). Interessanterweise scheinen diese miRNAs auch einige der zuvor identifizierten Kandidaten-Gene (B4galt6, Scn4a, Scn4b, Ucp2) zu regulieren.
Die Studien an AGAT-/- Mäusen zeigten eine vollständige Normalisierung der Herzfunktion durch Homoarginin. Auf Genexpressions-Ebene konnte jedoch Kreatin, nicht Homoarginin, die Expression in Richtung WT angleichen. Die Frage, warum Homoarginin zu einer Normalisierung des kardiovaskulären Phänotyps führt, bleibt daher weiterhin offen. Abgesehen von Veränderungen auf RNA-Ebene, könnte Homoarginin auch durch direkte Protein-Interaktion Einfluss auf das kardiovaskuläre System nehmen. |
