Sebastian Knauer

• Die Mechanismen, die den Tonus glatter Gefäßmuskelzellen im Organismus regulieren, sind noch nicht vollständig verstanden. Diese Arbeit beschäftigt sich im speziellen mit der Rolle der sarkolemmalen Kalzium-ATPase PMCA (plasma membrane calmodulin-dependent calcium ATPase), die Kalziumionen aus der Zelle pumpt. Insbesondere ihre physiologische Relevanz neben dem sehr effektiven Na+/Ca2+-Austauscher ist spekulativ. Transgene Mäuse, die die humane Isoform 4b der Pumpe unter Kontrolle des für arterielle glatte Gefäßmuskelzellen spezifischenDie Mechanismen, die den Tonus glatter Gefäßmuskelzellen im Organismus regulieren, sind noch nicht vollständig verstanden. Diese Arbeit beschäftigt sich im speziellen mit der Rolle der sarkolemmalen Kalzium-ATPase PMCA (plasma membrane calmodulin-dependent calcium ATPase), die Kalziumionen aus der Zelle pumpt. Insbesondere ihre physiologische Relevanz neben dem sehr effektiven Na+/Ca2+-Austauscher ist spekulativ. Transgene Mäuse, die die humane Isoform 4b der Pumpe unter Kontrolle des für arterielle glatte Gefäßmuskelzellen spezifischen SM22alpha Promotors überexprimieren, wurden auf Expression des Proteins untersucht. Isolierte Aortenringe der transgenen Tiere zeigten eine stärkere Kontraktionsantwort in KCl-Lösung verglichen mit Wildtypmäusen. Die endothel-abhängige Relaxationsantwort auf Acetylcholin nach Vorkontraktion mit Noradrenalin war nicht unterschiedlich verglichen mit Kontrolltieren (76 +/- 8% versus 79 +/- 8% der maximalen Relaxation; n = 12, n.s.).Deendothelialisierte Aortenringe transgener Tiere zeigten eine stärkere maximale Kontraktion auf KCl (100 mmol/l) im Vergleich zu Kontrollmäusen (86 +/- 6% versus 68 +/- 7% des zu Beginn des Experiments eingestellten Referenzwertes in KCl; p<0,05; n=6). Inkubation der deendothelialisierten Gefäßringe mit L-NAME (L-N(G)-Nitroarginin-Methyl-Ester; 10-5 mol/l) resultierte in einer insgesamt stärkeren Kontraktion auf KCl-Stimulus verglichen mit der Kontraktionsantwort ohne L-NAME Vorinkubation (p<0,05; n=5). Effekte einer basalen NO-Produktion konnten so demaskiert werden. Die maximale Kontraktion auf KCl-Stimulus nach Vorbehandlung mit L-NAME zeigte keine Unterschiede zwischen transgenen und Wildtyp-Tieren. Analog zu diesen Ergebnissen zeigten deendothelialisierte Aortenringe von nNOS-knockout Mäusen verglichen mit solchen von Kontrolltieren eine signifikant höhere Kontraktion in KCl-Lösung (151 +/- 5% versus 131 +/- 6% des Referenzwerts in KCl-Lösung; p <0.05; n=5). In einem Modell zusammengefasst legen diese Ergebnisse eine Funktion der Plasmamembran-Kalzium-ATPase nahe in der sie die Aktivität der glattmuskulären Ca2+/Calmodulin-abhängigen neuronalen NO-Synthase inhibiert. Die physikalische Interaktion beider Proteine konnte in dieser Arbeit gezeigt werden. Die PMCA stellt damit ein weiteres regulatorisches Agens des glattmuskulären Gefäßtonus dar.…
• The mechanisms governing vascular smooth muscle tone are incompletely understood. In particular, the role of the sarcolemmal calcium pump PMCA (plasma membrane calmodulin-dependent calcium ATPase), which extrudes Ca2+ from the cytosol, and its importance compared to the sodium/calcium exchanger remain speculative. Chraracteristics of PMCA were examined in transgenic mice overexpressing the human PMCA4b under control of the arterial smooth muscle-specific SM22alpha promoter after verification of the expression of PMCA4b in smooth muscle cells ofThe mechanisms governing vascular smooth muscle tone are incompletely understood. In particular, the role of the sarcolemmal calcium pump PMCA (plasma membrane calmodulin-dependent calcium ATPase), which extrudes Ca2+ from the cytosol, and its importance compared to the sodium/calcium exchanger remain speculative. Chraracteristics of PMCA were examined in transgenic mice overexpressing the human PMCA4b under control of the arterial smooth muscle-specific SM22alpha promoter after verification of the expression of PMCA4b in smooth muscle cells of these animals. This resulted in increased smooth muscle contraction in aortic rings compared to littermate controls. In PMCA-overexpressing mice, endothelium-dependent relaxation of norepinephrine-preconstricted aortic rings to acetylcholine did not differ from wild type controls (76 +/- 8% versus 79 +/- 8% of maximum relaxation; n = 12, n.s.). De-endothelialized aortas of transgenic mice exhibited stronger maximum contraction to KCl (100 mmol/l) compared to controls (86 +/- 6% versus 68 +/- 7% of reference KCl contraction at the beginning of the experiment; p <0.05; n=6). Preincubation of de-endothelialized vessels with the nitric oxide synthase (NOS) inhibitor l-NAME (l-N(G)-nitroarginine methyl ester) (10-5 mol/liter) resulted in a stronger contraction to KCl (p <0.05 versus without l-NAME; n=5), thus unmasking vasodilatory effects of inherent NO production. Maximum contraction to KCl in PMCA mice did not differ from controls after preincubation with l-NAME. In analogy to the results in PMCA-overexpressing mice, contractions of de-endothelialized aortas of neuronal NOS-deficient mice to KCl were significantly increased compared to controls (151 +/- 5% versus 131 +/- 6% of reference KCl contraction; p <0.05). In conclusion, this data suggest a model in which the sarcolemmal Ca2+ pump down-regulates activity of the vascular smooth muscle Ca2+/calmodulin-dependent neuronal NOS by a functionally relevant interaction. Physical interaction of both proteins was shown by coprecepitation Therefore, the PMCA represents a novel regulator of vascular tone.…