Einleitung: Die moykardiale Hypertrophie spielt eine wichtige Rolle in der Pathophysiolgie der Herzinsuffizienz. Dieser (mal)adaptive Mechanismus führt letztlich zum nekrotischen und apoptotischen Untergang von Herzmuskelgewebe, sowie zum bindegewebigen Umbau des Myokards mit Einschränkung der myokardialen Pumpleistung.
Einen wichtigen Beitrag zur myokardialen Hypertrophie leistet das Renin-Angiotensin-(Aldosteron)-System (RA(A)S), welches durch seine Effektorhormone Angiotensin II und Aldosteron zum einen zur Erhöhung des Blutdrucks und zum anderen zu myokardialen Umbauprozessen beiträgt. Dies bietet auch zahlreiche Angriffspunkte für die aktuelle medikamentöse Herzinsuffizienztherapie.
Für Renin, das Schlüsselenzym des RA(A)S, wurden mit dem spezifischen (Pro-)Renin-Rezeptor (PRR) und dem Mannose-6-Phosphat/Insulin-like growth factor II Rezeptor (M6P/IGFIIR) in den letzten Jahren mehrere Rezeptoren entdeckt. Über diese kann das Renin in die Zelle aufgenommen werden und auch hormonelle Wirkungen vermitteln. Auch die Renin-Vorstufe Prorenin kann an diese Rezeptoren binden, wird internalisiert und zum enzymatisch aktiven Renin umgewandelt. Die vorliegende Studie untersucht Wirkungen von Renin auf Kardiomyozyten der Ratte, welche unter prohypertrophem Stress stehen.
Methoden: Kardiomyozyten männlicher Wistar-Ratten wurden in Kurzzeitkultur genommen und mit Renin in verschiedenen Konzentrationen sowie den bekannt prohypertrophen Stimulanzien FCS und Endothelin-1 inkubiert. Nach Inkubation über Nacht wurden die Zellen unter dem Mikroskop in Länge und Breite vermessen. Zudem wurden Parameter der lastfreien Zellverkürung unter der Zeilenkamera erhoben.
Zur Übertragung der Ergebnisse auf ein Rattenmodell ex vivo wurden die Kardiomyozyten von Sprague-Dawley-Ratten, spontan hypertensiven Ratten und Renin-überexprimierenden transgenen Ratten des Typs TGR(mRen2)27 in Kurzzeitkultur genommen und den gleichen Untersuchungen unterzogen. Vor der Tötung der Tiere wurden zusätzlich deren Blutdruck- und Puls-Parameter erhoben und nach der Tötung die Herzmasse gemessen und auf die Tibialänge relativiert.
Ergebnisse: Der von Hinrichs et al. 2011 festgestellte elongierende Effekt von Renin auf Kardiomyozyten konnte bestätigt werden. Unter gleichzeitiger Stimulation mit FCS respektive Endothelin-1 und Renin kam es zur Reduktion eines bekannten zellverbreiternden Effekts von FCS und Endothelin auf die Kardiomyozyten. Diese Reduktion war abhängig von der Reninkonzentration und konnte durch Mannose-6-Phosphat und SB202190 inhibiert werden. Ein verbessernder Effekt der Inkubation mit Renin auf die Parameter der lastfreien Zellverkürzung konnte nicht aufgezeigt werden. Insbesondere im Vergleich der männlichen Tiere haben die reninüberexprimierenden transgenen Ratten signifikant kürzere und schmalere Kardiomyozyten als die vom Blutdruck weitgehend gleichen spontan hypertensiven Ratten. Nur die männlichen transgenen Ratten zeigen auch eine signifikant ausgeprägtere Zellverkürzung auf als die spontan hypertensiven Ratten, jedoch ohne signifikanten Unterschied in der Kontraktions- oder Relaxationsgeschwindigkeit.
Diskussion: In vitro zeigt sich ein antihypertropher Effekt von Renin auf Kardiomyozyten. In der Vermittlung dieses Effekts spielen möglicherweise sowohl der M6P/IGFII-Rezeptor als auch der Renin-Rezeptor eine Rolle. Auch die Aktivierung eines intrazellulären RAS nach M6P/IGFII-Rezeptor vermittelter Aufnahme in die Zelle scheint denkbar.
In vivo zeigt sich ein ausgeprägter Unterschied zwischen männlichen und weiblichen Tieren. Dies kann einerseits mit der Beeinflussung des RA(A)S durch verschiedene Sexualhomone zusammenhängen, andererseits ist aufgrund seines X-chromosomalen Genlocus auch eine unterschiedliche Expression des PRR denkbar. Die myokardiale Hypertrophie der männlichen transgenen Ratten ist trotz vergleichbarer hämodynamischer Belastung der Herzen weit geringer als die Hypertrophie der spontan hypertensiven Ratten.
Weder in vitro durch Stimulation mit Renin noch ex vivo durch erhöhte Reninexpression ließ sich ein wesentlicher positiver Effekt auf die myokardiale Kontraktilität feststellen. Eine Erhöhung der Kontraktions- und Relaxationsgeschwindigkeit bei spontan hypertensiven und transgenen Ratten verglichen mit der Kontrollgruppe aus Sprage-Dawley-Ratten kann auch auf die unterschiedlichen hämodynamischen Bedingungen zurückgeführt werden.Introduction: Myocardial hypertrophy plays a crucial role in the pathophysiology of heart failure. This primarily adaptive mechanism ends in necrosis as well as in apoptotic destruction of myocardial and replacement by connective tissue resulting in a loss of contractile function.
A major part in the regulation of myocardial hypertrophy is played by renin-angiotensin (aldosterone) system (RA(A)S). With its hormonal effectors angiotensin II and aldosterone it provokes hypertension and myocardial remodelling. Due to this fact there are many targets for pharmacological therapy of heart failure.
In the last decade, several receptors were identified matching the key enzyme of the RA(A)S. By binding to the specific (pro-)renin receptor (PRR) and the mannose-6-phosphat/insulin-like growth factor II receptor (M6P/IGFIIR) the renin can be taken up into the cell and is able to mediate hormonal effects. Also prorenin, the precursor of renin, is able to bind the receptors being internalized and activated to enzymatical activity consecutively.
This study examines effects of renin on cardiomyocytes of the rat experiencing prohypertrophic stress.
Methods: Cardiac myocytes of male Wistar rats were isolated and taken into short term culture. They were incubated with renin in different concentrations and treated with the known prohypertrophyc stimuli FCS and endothelin-1. After overnight incubation, the length and width of the cells was mesured under the microscope. Furthermore several parameters of cell shortening were collected.
To match the results with a rat model ex vivo cardiac myocytes of sprague-dawley rats, spontaneously hypertensive rats (SHR) and transgenic rats TGR(mRen2)27 overexpressing the murine Ren-2 gene were taken into short term culture and subjected to the same mesurements. Before being put to death, the blood pressure and pulse data of the animals were collected. Also the wight of the rats hearts in comparrison to the length of their tibia were mesured.
Results: The extending effect of renin on cardiac myocytes shown by Hinrichs et al. in 2011 was confirmed. Under stimulation with FCS and endothelin-1 respectively on the one hand and renin on the other hand there was shown a reduction of the brodening effect of FCS and endothelin on cardiac myocytes caused by renin. This reduction was dependent on the concentration of renin and was inhibited by mannose-6-phosphat and SB202190. An ameliorating effect on the parameters of cell shortening could not be shown.
Especially regarding male animals the renin overexpressing transgenic rats showed significantly shorter and slimmer cardiac myocytes than the SHR in spite of a comparable blood pressure. Male transgenic rats also showed a greater extend of cell shortening than SHR. There was no significant difference in velocity of contraction and relaxation.
Discussion: A antihypertrophic effect of renin on cardiac myocytes is shown in vitro. M6P/IGFIIR as well as PRR may play a role in mediating this effect. Also the activation of an intracellular RAS after M6P/IGFIIR mediated endocytosis of renin or prorenin may be a possible way leading to this effect.
There is a distinct difference between male and female animals in vivo. This may be due to the influence of different sexual hormones on RA(A)S but also due to a different expression of the PRR because of ist X-chromosomal locus. Myocardial hypertrophy in male transgenic rats is considerably less developed than in SHR despite comparable hemodynamical stress.
A positive effect on the contractility of cardiomyocytes could neither be shown by stimulation by renin in vitro nor by overexpression of renin ex vivo. A higher velocity of contraction and relaxation equally in SHR and transgenic rats compared to sprague-dawley rats may be caused by different hemodynamic conditions
