Abstract
Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Funktion von SIRT1 und Peroxisome proliferator- activated receptor γ (PPARγ) coactivator 1α (PGC-1α) in der Atherosklerose zu erforschen. Atherosklerose ist eine chronisch inflammatorische Erkrankung die aus einem komplexen Zusammenspiel der Gefässwand mit Makrophagen, T Zellen und oxidierten LDL (Lipoprotein niederer Dichte) entsteht. Die Ruptur eines atherosklerotischen Plaques kann zur Bildung eines Thrombus führen und das Gefäss ganz verschliessen, was im schlimmsten Fall zu einem Herzinfarkt oder Schlaganfall führen kann. SIRT1 und PGC-1α sind Enzyme die wichtige metabolische und anti-inflammatorische Eigenschaften besitzen. SIRT1 ist ein Sirtuin (Klasse III Histone-Deacetylase), welches in der Lebensverlängerung durch eine niedrige Kaloriendiät sowie in metabolischen Schaltkreisen in verschiedenen Organismen beteiligt ist. PGC-1α ist ein transkriptioneller Kofaktor der die mitochondriale Biogenese und ebenfalls metabolische Prozesse reguliert. Die Deacetylierung von PGC-1α durch SIRT1 führt zur Aktivierung dieses nicht DNA-bindenden Kofaktors. Um die Rolle dieser Moleküle in der Atherosklerose zu untersuchen, haben wir SIRT1+/- oder PGC-1α-/- mit atherosklerotischen ApoE-/- Mäusen gekreuzt, um dann ApoE-/- SIRT1+/+ mit ApoE-/- SIRT1+/- bzw. ApoE-/- PGC-1α+/+ mit ApoE-/- PGC-1α-/- Mäusen zu vergleichen. Wir haben herausgefunden, dass haploinsuffiziente ApoE-/- SIRT1+/- Mäuse mehr Atherosklerose als die ApoE-/- SIRT1+/+ Mäuse haben. Desweiteren konnten wir zeigen, dass die Supprimierung des NF-κB Signalwegs durch SIRT1 die Endothelzellaktivierung reduziert, die Lox-1 Expression und Schaumzellbildung der Makrophagen inhibiert, sowie die endotheliale Expression von Thromboplastin (Faktor III, tissue factor) supprimiert. ApoE-/- PGC-1α+/+ und ApoE-/- PGC-1α-/- Mäuse bilden in etwa gleich viel Atherosklerose. Allerdings sind die ApoE-/- PGC-1α-/- Mäuse leichter und haben einen deutlich geringeren epididymalen Fettanteil, weniger Triglyceride im Plasma und eine differentielle Expression von wichtigen pro- und anti-inflammatorischen Molekülen. Eine Balance dieser Effekte könnte dazu führen, dass wir keinen atherosklerotischen Unterschied in diesen Mäusen beobachten können.
Während PGC-1α sowohl pro- als auch anti-atherosklerotische Eigenschaften besitzt, zeigen unsere Ergebnisse, dass SIRT1 vor allem protektive anti-atherosklerotische sowie anti-thrombotische Eigenschaften aufweist. Daher stellt SIRT1 ein vielversprechendes Zielgen für pharmakologische Therapieansätze für Patienten mit kardiovaskulären Erkrankungen dar.
Abstract
The aim of this PhD thesis was to investigate of the role of SIRT1 and Peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) coactivator 1α (PGC-1α) in atherosclerosis. Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease resulting from the interaction of the vessel wall with macrophages, T cells and oxidized low-density lipoproteins (oxLDL). Rupture of an atherosclerotic plaque may result in thrombus formation and complete vessel occlusion, the primary cause of myocardial infarction and stroke. SIRT1 and PGC-1α are enzymes with important functions in various metabolic and anti-inflammatory processes. SIRT1 is a class III histone deacetylase that mediates the effects of caloric restriction on lifespan and metabolic pathways in various organisms. PGC-1α is a transcription coactivator involved in mitochondrial biogenesis and metabolic processes; it is a target protein of SIRT1. To study the role of these molecules in atherosclerosis, we crossed SIRT1+/- or PGC-1α-/- with atherosclerosis-prone ApoE-/- mice, and compared ApoE-/- SIRT1+/+ with ApoE-/- SIRT1+/- mice as well as ApoE-/- PGC-1α+/+ with ApoE-/- PGC-1α-/- mice, respectively. We found that haploinsufficient ApoE-/- SIRT1+/- mice developed more atherosclerotic lesions than ApoE-/- SIRT1+/+ mice. Using in vitro, ex vivo and in vivo approaches, we showed that the atheroprotective effects of SIRT1 are mediated via suppression of NF-κB signaling: SIRT1 prevents the expression of endothelial adhesion molecules and reduces the expression of the scavenger receptor Lox-1 as well as macrophage foam cell formation. We further demonstrated that suppression of NF-κB signaling diminishes the expression of tissue factor (coagulation factor III) in human aortic endothelial cells. ApoE-/- PGC-1α+/+ and ApoE-/- PGC-1α-/- mice did not differ in the amount of their atherosclerotic lesions. ApoE-/- PGC-1α-/- mice had markedly reduced body and epididymal white adipose tissue (WAT) weight, less plasma triglycerides, and differential expression of various pro and anti-atherogenic factors. A balance of these anti- and pro-atherogenic factors may explain the unchanged atherosclerotic phenotype of ApoE-/- PGC-1α-/- mice. Taken together, our data reveal that the role of PGC-1α in atherogenesis remains to be clarified. On the other hand, SIRT1 has both anti-atherogenic and anti-thrombotic functions. Our findings suggest that SIRT1 activation may be a promising therapeutic approach to impede atherosclerosis.
Stein, Matthias Alexander Sokrates