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Ziel dieser Arbeit war die Quantifizierung der Expression der NADPH-Oxidase-Isoformen in verschiedenen Organen der Maus sowie Zellkulturen aus HUVEC und VSMC von Maus, Ratte und Mensch mittels real-time RT-PCR. Darüberhinaus wurde der Einfluss von für die Pathophysiologie der Atherosklerose bedeutsamen Wachstumsfaktoren auf die Expression verschiedener NADPH-Oxidase-Untereinheiten in Gefäßmuskelzellen sowie die Bedeutung von Nox2 für die endotheliale Dysfunktion in einem Maus-Modell für renovaskuläre Hypertonie untersucht. Nox1 und Nox4 konnten bemerkenswerterweise in fast allen untersuchten Proben nachgewiesen werden, wobei sich große quantitative Unterschiede zwischen den verschiedenen Organen fanden. Für Nox1 und Nox4 betrugen diese Unterschiede bis zu drei Zehnerpotenzen, für Nox2-mRNA bis zu zwei Zehnerpotenzen. Sortiert man die verschiedenen Organe nach der Stärke ihrer Nox-Expression gilt rur Nox1 Colon> Milz> Niere> Aorta, für Nox2 Milz> Niere = Aorta> Colon und für Nox4 Niere> Milz> Colon> Aorta. Im der Aorta werden gleichzeitig drei verschiedene NADPH-Oxidase-Isoformen exprimiert: Nox1, Nox2 und Nox4. Das individuelle Expressionsmuster von Nox1, Nox2 und Nox4 in der Aorta variierte zwischen einzelnen Tieren zum Teil beträchtlich. Insbesondere Endothelzellen exprimieren alle drei Nox-Isoformen, während VSMC der Aorta nur Nox1 und Nox4 und Fibroblasten der aortalen Adventitia v. a. Nox2 exprimieren. Die in nicht-phagozytären Zellen exprimierten NADPH-Oxidasen unterscheiden sich von der Phagozyten-NADPH-Oxidase nicht nur in der maximalen ROS-Produktionskapazität und der intrazellulären Lokalisation, sondern auch in der Zusammensetzung des Enzymkomplexes aus den verschiedenen Untereinheiten. Sortiert man die verschiedenen Organe wiederum nach der Stärke der Expression der verschiedenen Untereinheiten ergibt sich für p67phox, Noxa1 und Noxo1 die gleiche Reihenfolge, Colon > Aorta > Niere. Die quantitativen Expressionsunterschiede betragen dabei für p67phox nur eine Zehnerpotenz, für Noxal drei Zehnerpotenzen und rur Noxol zwei Zehnerpotenzen. Die quantitative Untersuchung der Expression der Aktivatoruntereinheiten der NADPH-Oxidase in vaskulären Zellen ergab eine stärkere Noxa1-Expression in HUVEC als in VSMC während letztere mehr p67phox exprimieren als HUVEC. Überraschenderweise exprimierten menschliche VSMC der Aorta um ein Vielfaches mehr p67phox als murine VSMC der Aorta, während die quantitative Noxa1- und Noxo1-Expression in menschlichen und murinen, VSMC keine derart großen Unterschiede zeigten. Wahrscheinlich sind diese Expressionsunterschiede der NADPH-Oxidase-Untereinheiten Teil einer bedarfs- und situationsgerechten, zelltypspezifischen Regulation der Sauerstoffradikalproduktion durch die NADPH-Oxidase. So zeigt sich zum Beispiel in VSMC unter Stimulation mit PDGF ein Anstieg der p67phox-Expression und eine Reduktion der NoxalExpression, während Angiotensin II keinen signifikanten Effekt auf die Noxa1-Expression hat. PDGF, ein proliferationsfördernder Faktor für VSMC, unterstützt auf diese Weise eine durch Proteinkinase C-regulierte Aktivität der NADPH-Oxidase. Angiotensin II, das v. a. die Hypertrophie glatter Gefäßmuske1zellen induziert, fördert dagegen die Noxal-Expression, was eher für eine konstitutive NADPH-Oxidase-Aktivität förderlich ist. Anhand der hier gezeigten quantitativen Expressionsuntersuchungen lassen sich leider allenfalls Spekulationen über die möglichen Regulationsmechanismen der ROS-Produktion in VSMC anstrengen. Dennoch haben sich mit Hilfe der in dieser Arbeit gesammelten Ergebnisse, ähnlich einem Puzzle, dem großen Bild der NADPH-Oxidasen und ihrer Regulation ein paar kleine Teilchen hinzugefügt. An einem 2-Nieren-1-Clip-Modell für renovaskuläre Hypertonie wurde der Einfluss der NADPH-Oxidase-Aktivität und Expression auf die endotheliale Dysfunktion untersucht. In Aortenringen von geclippten Wildtyp-Mäusen kommt es zu einer erhöhten Elimination exogen zugeführten NOs sowie gestörter endothelvermittelter Relaxation der Gefäßmuskulatur auf Acetylcholin, was auch als endotheliale Dysfunktion bezeichnet werden kann. Die durch den Clip verursachte endotheliale Dysfunktion wird durch Entfernen des Endothels aus den untersuchten Gefäßabschnitten oder Elimination des Nox2-Gens aus dem Genom der Mäuse verhindert. Damit zeigt diese Untersuchung, dass die endotheliale Dysfunktion bei der renalen Hypertonie in Mäusen durch die Aktivierung der endothelialen NADPH-Oxidase verursacht wird. Die Erkenntnisse dieser Arbeit demonstrieren daher ein mögliches therapeutisches Potential von Isoform-spezifischen-NADPH-Oxidase-Hemmstoffen als wirksame Medikamente in der Behandlung vaskulärer Dysfunktionen, wie sie z. B. bei der renovaskulären Hypertonie vorkommen. Unabdingbare Vorraussetzung dafiir sind jedoch detailliertere Kenntnisse der komplexen Mechanismen der NADPH-Oxidase-Regulation im Gefßsystem.
Proline-rich tyrosine kinase 2 (PYK2) can be activated by angiotensin II (Ang II) and reactive oxygen species. We report that in endothelial cells, Ang II enhances the tyrosine phosphorylation of endothelial NO synthase (eNOS) in an AT1-, H2O2-, and PYK2-dependent manner. Low concentrations (1–100 µmol/liter) of H2O2 stimulated the phosphorylation of eNOS Tyr657 without affecting that of Ser1177, and attenuated basal and agonist-induced NO production. In isolated mouse aortae, 30 µmol/liter H2O2 induced phosphorylation of eNOS on Tyr657 and impaired acetylcholine-induced relaxation. Endothelial overexpression of a dominant-negative PYK2 mutant protected against H2O2-induced endothelial dysfunction. Correspondingly, carotid arteries from eNOS–/– mice overexpressing the nonphosphorylatable eNOS Y657F mutant were also protected against H2O2. In vivo, 3 wk of treatment with Ang II considerably increased levels of Tyr657-phosphorylated eNOS in the aortae of wild-type but not Nox2y/– mice, and this was again associated with a clear impairment in endothelium-dependent vasodilatation in the wild-type but not in the Nox2y/– mice. Collectively, endothelial PYK2 activation by Ang II and H2O2 causes the phosphorylation of eNOS on Tyr657, attenuating NO production and endothelium-dependent vasodilatation. This mechanism may contribute to the endothelial dysfunction observed in cardiovascular diseases associated with increased activity of the renin–angiotensin system and elevated redox stress.
Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a common, highly heritable neurodevelopmental disorder. Genetic loci have not yet been identified by genome-wide association studies. Rare copy number variations (CNVs), such as chromosomal deletions or duplications, have been implicated in ADHD and other neurodevelopmental disorders. To identify rare (frequency ≤1%) CNVs that increase the risk of ADHD, we performed a whole-genome CNV analysis based on 489 young ADHD patients and 1285 adult population-based controls and identified one significantly associated CNV region. In tests for a global burden of large (>500 kb) rare CNVs, we observed a nonsignificant (P=0.271) 1.126-fold enriched rate of subjects carrying at least one such CNV in the group of ADHD cases. Locus-specific tests of association were used to assess if there were more rare CNVs in cases compared with controls. Detected CNVs, which were significantly enriched in the ADHD group, were validated by quantitative (q)PCR. Findings were replicated in an independent sample of 386 young patients with ADHD and 781 young population-based healthy controls. We identified rare CNVs within the parkinson protein 2 gene (PARK2) with a significantly higher prevalence in ADHD patients than in controls (P=2.8 × 10(-4) after empirical correction for genome-wide testing). In total, the PARK2 locus (chr 6: 162 659 756-162 767 019) harboured three deletions and nine duplications in the ADHD patients and two deletions and two duplications in the controls. By qPCR analysis, we validated 11 of the 12 CNVs in ADHD patients (P=1.2 × 10(-3) after empirical correction for genome-wide testing). In the replication sample, CNVs at the PARK2 locus were found in four additional ADHD patients and one additional control (P=4.3 × 10(-2)). Our results suggest that copy number variants at the PARK2 locus contribute to the genetic susceptibility of ADHD. Mutations and CNVs in PARK2 are known to be associated with Parkinson disease.