Bereich: Grundlagenforschung Herzkreislauf

Dr. Thierry Pedrazzini Lausanne

Einleitung
Das Neuropeptid Y (NPY) ist ein 36Aminosäuren langes Peptid. Es ist eines der am häufigst vorkommenden Neuropeptide im zentralen und peripheren Nervensystem. NPY wird zusammen mit Noradrenalin in peripheren sympathischen Neuronen gespeichert, zusammen mit Noradrenalin ausgeschüttet und hat grundlegende Auswirkungen auf das Herz-Kreislaufsystem: Durch seine Wirkung auf die glatte Muskulatur bewirkt NPY eine Kontraktion der Blutgefässe und steigert so den Blutdruck. Dieser Effekt kann direkter Natur oder das Resultat einer Potenzierung des Effekts von Noradrenalin sein. Diese Beobachtungen sind auch der Grund dafür, dass das Interesse an diesem Peptid weit verbreitet ist. Im besonderen könnte das NPY in pathosphysiologischen Situationen wichtig sein, in denen das sympathische Nervensystem aktiviert wird. Es könnte z.B. eine Rolle bei der Antwort auf Stress und körperlicher Belastung spielen. Das sympathische Nervensystem wird auch für den konstanten Bluthochdruck bei Patienten verantwortlich gemacht. In die gleiche Sparte fallen auch strukturelle Änderungen am Herz-Kreislaufsystem wie sie bei Personen mit Bluthochdruck vorkommen. Insbesondere die kardiale Hyperthrophie wird auf Bluthochdruck zurückgeführt. Zudem ist sie längerfristig gesehen ein wichtiger Risikofaktor für Mortalität und Morbidität.

Futterverhalten, Energiehaushalt und Körperfett
Unter Homeostase des Energiehaushalts versteht man den Gleichgewichtsprozess, über welchen das Fettgewebe, eine Energiereserve des Körpers, über die Zeit hinweg konstant gehalten wird. Das Futterverhalten spielt hier offensichtlich eine wichtige Rolle. Um ein konstantes Energiegleichgewicht zu erreichen, sollte die Energieaufnahme (Essen) gleich dem Energieverbrauch (Bewegung, Arbeit etc.) sein. Eine Vielzahl humoraler Faktoren ist daran beteiligt, den Ernergiebedarf des Körpers weiterzumelden, um die Nahrunsgsaufnahme anzupassen. Zu diesen Hormonen zählt auch das Leptin, welches proportional zum Körperfett ausgeschüttet wird. Dieses kleine Protein wirkt im Zentralnervensystem, wo es die Aktivität und Expression diverser Neurotransmitter regelt und so auf den Energiehaushalt einwirkt. NPY spielt eine Schlüsselrolle bei der Modulation des Leptinsignals. Im Speziellen bewirkt es eine Gewichtszunahme durch die Stimulation der Nahrungsaufnahme im Hypothalamus. Zusätzlich existieren Hinweise, dass NPY auch an spezifischen Zielorganen in der Peripherie wirkt und so auf die Fettspeicher einwirkt.

Gen-Mäuse statt pharmakologisches Grundwerkzeug
Zu den oben genannten Effekten werden dem NPY eine Reihe weiterer regulativer Stoffwechselaufgaben zugeschrieben. Unter anderen sind dies seine neuroendokrine Aktivität, wie die Stimulation der kortikotropen Antwort auf Stress, oder die Hemmung der Reproduktionsfunktionen. Hormone wie NPY wirken über die Aktivierung von spezifischen Rezeptoren auf Zielzellen. Wenigstens sechs verschiedene NPY-Rezeptoren wurden bislang identifiziert: Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, und Y6. Es wird postuliert, dass jedem dieser Rezeptoren eine besondere Funktion zukommen könnte. Die spezifische Wirkweise des NPY in einem bestimmten Gewebe könnte so auf die Aktivierung eines dieser Subtypen zurückgeführt werden. Der NPY Y1 Rezeptor könnte so z.B. an den kardiovaskulären Effekten des Peptids beteiligt und wichtig zur Regulation der Nahrungsaufnahme sein. Da jedoch insbesondere spezifische Rezeptor Antagonisten (= pharmakologisches Grundwerkzeug) fehlen, bereiten weitergehende Untersuchungen dieser Rezeptoren Schwierigkeiten. Aus diesem Grund haben wir uns für genetisch veränderte Tiere entschieden, um die Wichtigkeit der NPY Y1 Rezeptoren zu untersuchen.

Das Experiment
Wir haben eine Kombination von molekularbiologischen und physiologischen Techniken angewendet, um Mäuse zu schaffen und charakterisieren, bei welchen der NPY Y1 Rezeptor nicht ausgebildet wird. Das genetische Material einer Maus derart zu verändern, Mutationen an präzisen Stellen einzuführen, wurde in der Tat erst in den letzten Jahren möglich und die Funktion von Genen in vivo erforschbar. Als erstes macht sich diese Technik, welche im Englischen gene targeting genannt wird, unsere Fähigkeit zu Nutzen, embryonale Stammzellen in einem pluripotenten Zustand zu kultivieren. Diese Zellen in der Kultur behalten ihre Fähigkeit, sich in einen normalen Embryo und zu jedem Gewebe einschliesslich der Keimbahn weiterentwickeln zu können. Zweitens macht diese Technik von der Möglichkeit Gebrauch, artfremde DNA in Zellen einzubringen, welche mit endogenen homologen Sequenzen rekombinieren kann. So können modifizierte Fragmente gebraucht werden um Mutationen an spezifischen Stellen ins Genom der embryonalen Stammzellen einzubringen. Diese Mutationen wiederum können auf die Keimbahn einer chimären Maus übertragen werden, indem man die manipulierten embryonalen Stammzellen in sich entwickelnde Embryonen einbringt. Im Fall des NPY Y1 Rezeptors brauchte man das gene targeting um eine Null Mutation in das Gen einzubringen, welches für den NPY Y1 Rezeptor codiert, um seine Funktion abzuschalten.

Resultate
Eine sorgfältige physiologische Analyse der Mäuse mit fehlendem NPY Y1 Rezeptor ergab eine komplette Abwesenheit einer Blutdruckantwort auf NPY, während man eine normale Antwort auf andere Vasokonstriktoren immer noch festellen konnte. Interessanterweise zeigten diese Mäuse auch eine verminderte Fressantwort auf Hungerperioden. Sie assen tatsächlich weniger als Mäuse mit normal exprimierten NPY Y1 Rezeptoren. Diese Resultate zeigen deutlich die Wichtigkeit des NPY Y1 Rezeptors in den NPY vermittelten kardiovaskulären Effekten und der Regulation des Fressverhaltens.

Schlussfolgerungen
Wie bereits erwähnt wurde könnte NPY aufgrund seiner vasokonstriktorischen Aktivität eine wichtige Rolle in der kardiovaskulären Homeostase und somit auch auf die sekundären hemodynamisschen Auswirkungen (Herzmuskel Hypertrophie) spielen. So haben wir erst kürzlich gezeigt, dass NPY auch einen wachstumsfördernden Effekt auf den Herzmuskel haben könnte. Interessanterweise bewirkt NPY einen Blutdruckanstieg über den NPY Y1 Rezeptor, hat aber einen anabolen Effekte auf die Herzzellen via einen anderen Rezeptor nämlich den NPY Y5 Rezeptor. Zusammengefasst legen diese Untersuchungen den Schluss nahe, dass NPY eine Hermuskelveränderung über die Aktivierug von zwei verschiedenen Rezeptortypen bewirkt, wobei jeder dieser Rezeptoren verschiedene Effekte produziert.

Abschliessend lässt sich sagen, dass die oben beschriebenen Resultate Hinweise für die wichtige Rolle des NPY Y1 Rezeptors in der kardiovaskulären Homeostase und der Regulation der Nahrungsaufnahme liefern. Sie legen nahe, dass NPY und der NPY Y1 Rezeptor auch therapeutische Ziele für die Behandlung von kardiovaskulären Erkrankungen und Adipositas darstellen könnten und somit die Grundlage für die Suche nach selektiven NPY Y1 Rezeptor Antagonisten.

Pedrazzini T, Seydoux J, Künstner P, Aubert JF, Grouzmann E, Beermann F, Brunner HR. Cardiovascular response, feeding behaviour, and locomotor activity in NPY Y1 receptor-deficient mice.
Nat Med. 1998;4:722-6

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Die Forschungsarbeit
Kleines Peptid - grosse Wirkung	10 Kb