Die lösliche Guanylatcyclase als mögliches intraerythrozytäres Ziel im systemischen NO-Metabolismus

Die losliche Guanylatcyclase (sGC) ist ein Rezeptor von Stickstoffmonoxid (NO) und vermittelt mit der Regulation von Blutdruck und Homoostase wichtige kardiovaskulare Funktionen. Eine verminderte Aktivitat der sGC (z.B. durch oxidativen Stress) oder eine verringerte Verfugbarkeit von NO spielen eine masgebliche Rolle bei der Progression pathologischer Zustande, wie Bluthochdruck oder Atherosklerose. Erythrozyten waren bisher nur dafur bekannt, die Halbwertszeit von NO durch eine schnelle Reaktion mit (oxygeniertem) Hamoglobin zu verringern und NO-Metaboliten zu erzeugen, die vermeintlich keinen physiologischen Zweck erfullen. Neuere Ergebnisse konnten aber zeigen, dass Erythrozyten unter hypoxischen Bedingungen an der Reduktion zu NO beteiligt sind und dieses exportiert oder auch intraerythrozytar wirken kann. Die Anwesenheit eines NO-Rezeptors wurde dabei kontrovers diskutiert und konnte nicht zweifelsfrei belegt werden, Anderungen des sekundaren Botenstoffes cGMP konnten aber nichtkanonische Eigenschaften der Erythrozyten steuern (Verformbarkeit, Initiation des Abbaus gealterter Erythrozyten, Export von vasoaktiven Substanzen etc.). Die Zielsetzung dieser Studie bestand darin, dass „Schicksal“ von NO in Gefaswand und Erythrozyten zu ermitteln. Dabei sollte untersucht werden, welche Aufgaben die Erythrozyten im systemischen NO-Metabolismus erfullen, ob NO auch wieder exportiert werden kann und/oder intraerythrozytare Zielproteine vorliegen. Des Weiteren sollte (anhand eines Mausmodells) untersucht werden, welche Auswirkungen eine chronische Adaption an oxidativen Stress auf die vaskulare Funktion hat. Die Hauptaussagen sind: 1. In einem murinen Modell, das durch genetische Defizienz des Transkriptionsfaktors Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2) eine chronische Adaption an oxidativen Stress darstellt, wurde ein erniedrigter systemischer Blutdruck gefunden, der im Rahmen dieser Studie durch eine kompensatorisch erhohte Expression der eNOS erklart werden konnte. 2. Erythrozyten nehmen durch Aufnahme von NO am systemischen NO-Metabolismus teil, ein Export von NO nach Hypoxie-induzierter Reduktion aus NO-Metaboliten konnte aber nicht beobachtet werden. Die direkte Addition von Spin Traps (Fe(DETC)2 oder Fe(MGD)2) zur Akkumulation von NO und Quantifizierung mittels Elektronenspinresonanz-Spektroskopie fuhrte aus unbekannten Grunden zu einem (fast) vollstandigen Verlust des Signals. Ein Zwei-Kammer-System zur raumlichen Trennung vom Ort der Freisetzung und des Trapping von NO wurde aber erfolgreich etabliert und kann fur weitere Experimente verwendet werden. 3. Ein mogliches intraerythrozytares Ziel stellt die sGC dar, die durch Verwendung mehrerer Methoden zweifelsfrei in der katalytisch aktiven Isoformzusammensetzung α1β1 identifiziert wurde (GC 1), wahrend es keine Anhaltspunkte fur die Anwesenheit einer α2 Untereinheit gab. Durch die pharmakologische Gabe von sGC-Stimulatoren, Aktivatoren, Inhibitoren und NO-Donoren wurden PDE-abhangige cGMP-Anderungen detektiert und die spezifische Aktivitat mit 44 pmol/min/mg Protein bestimmt. Die Aktivierbarkeit der sGC war dabei in Erythrozyten von Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) vollstandig konserviert. Die nachgeschaltete Aktivierung der Proteinkinase G (PKG) fuhrte zur Phosphorylierung von Vasodilatator-stimuliertem Protein (VASP). Wahrend es keine Hinweise fur eine cGMP-abhangige Anderung der Erythrozytenverformbarkeit gab, zeigten erste Versuche im isoliert perfundierten Herzen nach Langendorff, dass die Stimulation der intraerythrozytaren sGC (und Applikation dieser Erythrozyten in die Koronarien) zu einer signifikant verbesserten Funktion nach Ischamie und somit einer Kardioprotektion fuhrte. Zusammenfassend darf gesagt werden, dass die intraerythrozytare sGC moglicherweise eine neuartige Rolle im systemischen NO-Metabolismus spielt und nichtkanonische Funktionen regulieren konnte. Die genauen Mechanismen bieten die Grundlage weiterer Studien und konnten wichtige Ziele einer pharmakologischen Intervention darstellen.