GERMANY

Y

DEPARTMENT OF PHARMACOLOGY

“Erste Befunde zu den Effekten einer NTG- oder PETN-Behandlung auf die totalgenomische

Genexpression im Herzen – Evidenz für kardiotoxische bzw. kardioprotektive

Wirkungen?“ Prof. Dr. H. Kleinert

Die Genexpression bestimmt den Phänotypoder

Eine Dysregulation der Genexpression resultiert in Krankheiten

mRNA / Protein /(zumeist)

Gerszten & Wang, “The search for new cardiovascular biomarkers”, Nature 2008; 451: 949-952.

Alle Zellen Zell-spezifisch Zell-spezifisch

Zell-spezifisch

DNA Microarray-Analysen

from Clarke et al. Biochemical Pharmacology 62, 2001, 1311–1336

Analyse der totalgenomischen Genexpression bei dilatativer Cardiomyopathie (DCM)

(Microarray-Analsen)

Vergleich der Genexpression in Herzproben von

Kontrolprobanden (NF) und Patienten mit DCM

Rot = erhöhte ExpressionGrün = erniedrigte Expression

Deutlich unterschiedliche Genexpressions-Muster !

Barrans et al. Am. J. Path. 2002, 160: 2035-2043

• Die Analyse des Expressionsprofils von Organen/Zellen kann für die Diagnose/Therapie eine wichtige Bedeutung haben.

• Diese Analyse kann auch für die Prognose Aussagen treffen.

Liew, “Expressed genome molecular signature of heart failure”, Clin. Chem. Lab. 2005; 43:462 -469

Wirkungen von NO / organischen Nitraten

Regulation der Genexpression durch organische Nitrate

Nitrat Gen Hoch/Tief MechanismusNTG gp91phox ?NTG -CGRP iNOS-InduktionNTG Tropoelastin, -globin,

gelsolin, Ray Ras-like GTPAse

?

NTG MMP 2, 7, 9 ?NTG TIMP-1 ?NTG sGC ?NTG PDE1A1 ?NTG eNOS ?NTG STAT3, CBPTP, NBC,

Cortactin-BP, p27, Mxi1, vitronectin

?

NTG GTP-CH, I-FBP,

HMW-Kinogen, stanin, TTF-1, myr5,

?

Nicorandil eNOS ?PETN HO-1, Fehc ?

DNA Microarray TechnikRNA from controlRNA from treated

Alexa 647

Alexa 546

Oligonucleotidescovering the whole

transcriptome

Alexa 647

Alexa 546

control

trea

ted

NTG: 6.6 µg/kg/min; control: EtOH 1 µl/h;

PETN: 10.5 µg/kg/min; control: DMSO 1 µl/h

Normalization(TIGR-MIDAS)

SAM analysis(TIGR-MEV)

Gene annotation(Panther software)

Scanning (ScanArray 4.0)

Plot log2 (Intensität NTG) versus log2 (Intensität EtOH)

11 13 15 17 19 21 2311

13

15

17

19

21

23

log2 (intensity EtOH)

log

2 (intensity NTG)

Ratio (NTG/EtOH) = 1

Ratio (NTG/EtOH) = 2

Ratio (NTG/EtOH) = 0.5

Plot log2 (Intensität PETN) versus log2 (Intensität DMSO)

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

log2 (intensity DMSO)

log

2 (intensity PETN)

• Die Expression der meisten Gene wird durch die Behandlung mit NTG oder PETN nicht verändert.

• Die Expression von nur 68 Genen wurde sowohl durch NTG wie PETN verändert -> das durch PETN induzierte Genexpressionsmuster ist von dem durch NTG induzierten deutlich verschieden.

NTG532

501 > 2-fach31 < 0.75-fach

PETN1215

1133 > 2-fach82 < 0.75-fach

NTG&PETN

68

Ergebnisse der Microarray-Analysen

• NTG und/oder PETN verändern die Expression von etwa 1650 Genen in Rattenherzen.

• NTG (aber nicht PETN) erhöht die Expression von Genen, die als Marker für cardiotoxische Prozesse beschrieben wurden.

• PETN -> Scheint die Aktivität eines cardioprotektiven Transkriptionsfaktor(TF)-Netzwerks zu erhöhen.

• NTG -> Scheint die Aktivität eines cardiotoxischen TF-Netzwerks zu erhöhen.

Zusammenfassung

The peopleThe peopleThe peopleThe people

Who is who ?

Hartmut Kleinert

A. PautzK. LinkerN. SchmidtJ. Art

I. Ihrig-Biedert K. MaschM. Göllner

A. DaiberP. WenzelT. JansenM. Oelze

T. MünzelU. Förstermann