Background and objectives Perinatal hypoxia is one of the most important causes for hypoxic ischemic encephalopathy (HIE). The extention and the prognose of the cerebral damage depend on the gestational age of the newborn. Perinatal hypoxia also activates endogeneous processes of protection. The keyregulator of these cascades is the hypoxia-inducible factor (HIF). As a factor of transcription HIF regulates the expression of several genes limiting the toxic effects of hypoxia. The vascular endothelial growth factor (VEGF), erythropoietin and the inducible NO-synthetase (iNOS) are parts of these genes. The objective of the present study was to characterize cerebral vasoactive and neurotrophic HIF-regulated mechanisms following acute systemic hypoxia in the extreme premature brain. Actually there exists no specific neuroprotective therapy to treat the HIE. Another object was to analyse the influence of high-dose EPO injection on hypoxia-induced neurotrophic and vasoactive factors. Furthermore hypoxia-induced and HIF-regulated genes were examined for the ability to serve as placental indicators for a fetal cerebral damage. Methods Following expressions of genes in the mouse were examined by RT-PCR: 1. the placental and cerebral mRNA-expression of the hypoxia-induced HIF-dependend genes VEGF-A and iNOS and of not-HIF-dependend genes nNOS and eNOS under intrauterine hypoxic conditions (6% O2 for 6 hours), 2. the mRNA-expression of these genes 6 hours and 7 days after intrauterine hypoxic conditions (6% O2 for 6 hours) and 3. the influence of acute hypoxic conditions (8% O2 for 6 hours) and EPO (5000 IU/kg) on the expression of these genes. The data were statistically and graphically analysed by GraphPad PRISM version 4.0 Software. Results and observations Acute systemic hypoxia led to a significant increase of the mRNA-expression of VEGF-A in the brain (postnatal, after 6 hours and 7 days of reoxygenation) and placenta of the mouse and to a significant activation of cerebral mRNA-expression of iNOS after 7 days of reoxygenation. In contrast to this the mean concentrations of the mRNA of nNOS and eNOS in the mouse brain and placenta were not changed significantly under hypoxia. After treatment with EPO under hypoxia a significant increase of the mRNA-expression of VEGF-A as well as a significant decrease of the mean mRNA-concentrations of iNOS, nNOS and eNOS could be detected. Practical conclusion The present study shows that there is an activation of HIF-dependent factors under hypoxic conditions in the premature brain. Furthermore a correlation between the activation of VEGF-A-mRNA in placenta and the premature brain could be detected. VEGF-A may represent a possible early indicator in the placenta for cerebral hypoxia. A treatment with erythropoietin may be neuroprotective under systemic hypoxia by a significant activation of VEGF-A and an obvious decrease of iNOS, nNOS and eNOS. Further studies with variation in dose and time of intervention are required to receive an optimal therapeutical approach.

Hintergrund und Ziele Die perinatale Hypoxie ist eine der häufigsten Ursachen für eine hypoxisch-ischämische Enzephalopathie (HIE). Ausmaß und Prognose der zerebralen Schädigung hängen vom zerebralen Reifungsgrad der Neugeborenen ab. Als wichtigster Regulator in der Adaptation an eine zerebrale Hypoxie auf molekularer Ebene gilt die frühe Aktivierung des Transkriptionsfaktors HIF, der die Expression zahlreicher Gene reguliert. Dazu gehören der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF), Erythropoietin (EPO) und die induzierbare NO-Synthase (iNOS), die durch die reaktive Gefäßregulation in die Aufrechterhaltung der Sauerstoff- und Energiehomöostase involviert sind. Ziel vorliegender Arbeit war die Charakterisierung von zerebralen vasoaktiven und neurotrophen HIF-regulierten Mechanismen infolge akuter systemischer Hypoxie im extrem unreifen Gehirn der Maus. Zur Therapie einer HIE stehen bislang keine spezifischen neuroprotektiven Behandlungsoptionen zur Verfügung. In der vorliegenden Arbeit wurden Effekte einer hochdosierten EPO-Injektion auf auf die Hypoxie-induzierten neurotrophen und vasoaktiven Faktoren untersucht. Desweiteren wurden Hypoxie-induzierte und HIF-regulierte Faktoren auf die Möglichkeit untersucht, als plazentare Indikatoren für eine fetale zerebrale Schädigung dienen zu können. Methoden Mittels RT-PCR wurden am Mausmodell 1. die plazentare und zerebrale mRNA-Expression von den Hypoxie-induzierbaren HIF-abhängigen Genen VEGF-A und iNOS und HIF-unabhängigen Genen nNOS und eNOS unter intrauteriner akuter systemischer Hypoxie (6% O2, 6h), 2. die mRNA-Expression oben genannter Gene 6 Stunden und 7 Tage nach intrauteriner akuter systemischer Hypoxie (6% O2, 6h) sowie 3. der Einfluss von akuter systemischer Hypoxie (8% O2, 6h) und EPO (5000 IE/kg) am 7. Lebenstag auf die Expression oben genannter Gene analysiert. Die statistische Auswertung der ermittelten Daten erfolgte mit der GraphPad PRISM Version 4.0 Software. Ergebnisse und Beobachtungen Akute systemische Hypoxie führte zu einem signifikanten Anstieg der mRNA-Expression von VEGF-A in Gehirn (postnatal, nach 6 Stunden und 7 Tagen Reoxygenierung) und Plazenta der Maus sowie zu einer signifikanten Aktivierung der zerebralen mRNA-Expression von iNOS nach 7 Tagen Reoxygenierung. Im Gegensatz dazu wiesen die mittleren mRNA-Konzentrationen von nNOS und eNOS in Gehirn und Plazenta der Maus unter Hypoxie keine signifikanten Veränderungen auf. Unter Hypoxie zeigten sich nach Gabe von EPO signifikant erhöhte zerebrale mRNA-Konzentrationen für VEGF-A sowie deutlich reduzierte mRNA-Konzentrationen für iNOS, nNOS und eNOS. Praktische Schlussfolgerung Die vorliegende Arbeit zeigt, dass unter akuter systemischer Hypoxie im unreifen Gehirn der Maus endogene neuroprotektive Mechanismen, die durch HIF induziert sind, aktiviert werden. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass unter intrauteriner Hypoxie eine Aktivierung der mRNA-Expression von VEGF-A in Plazenta und im unreifen Gehirn der Maus korreliert und so möglicherweise als früher plazentarer Indikator einer zerebralen Hypoxie dienen kann. Erythropoetin wirkt unter akuter systemischer Hypoxie möglicherweise durch die signifikante Aktivierung von VEGF-A sowie die deutliche Reduktion aller NO-Synthasen neuroprotektiv. Weitere Analysen mit Variationen in Zeitpunkt der Intervention sowie Dosierung sind erforderlich, um einen optimalen Therapieansatz zu eruieren.