Regulation der BDNF-Expression in Endothelzellen

Das Neurotrophin BDNF ist ein protektiver Faktor, der das Wachstum, die Differenzierung und das Überleben neuronaler Zellen fördert. Neben der neuronalen Expression wird BDNF auch peripher exprimiert, so auch in Endothelzellen. Dort stimuliert BDNF die Angiogenese und fördert das Endothelzellüberleben. Eine Regulation der BDNF-Expression unter pathologischen Bedingungen wie Epilepsie, M. Alzheimer, M. Parkinson, Depression und Ischämie ist bereits mehrfach beschrieben worden. Literaturdaten zeigen veränderte BDNF-Expressionen unter pathologischen Bedingungen zeitgleich mit einem erhöhten Spiegel des Tumornekrosefaktors (TNF-a) bzw. einer Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). Ob ein erhöhter TNF-a-Spiegel bzw. die Aktivierung der PKC Ursache der veränderten BDNF-Expression ist, ist bisher noch nicht bekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl TNF-a als auch eine Aktivierung der PKC in peripheren Endothelzellen die BDNF-Expression konzentrations- und zeitabhängig reduziert. Im Fall von TNF-a wird diese Reduktion über den TNF-a-Rezeptor 1 (TNFR1) vermittelt und auf dem Niveau der Transkription reguliert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass BDNF die Angiogenese-Aktivität von humanen Umbilikalvenen-Endothelzellen (HUVEC) in Abhängigkeit der BDNF-Rezeptoren TrkB und p75NTR stimuliert. TNF-a hingegen reduziert die Angiogenese in HUVEC. Bei der Regulation der BDNF-Expression durch den PKC-aktivierenden Phorbolester Phorbol-12-Myristat-13-Acetat (PMA) konnte eine Beteiligung der PKC-Isoformen d gezeigt werden. Die Verminderung der BDNF-Expression durch PKC-Aktivierung konnte durch Inhibitoren der PKC d aufgehoben werden. PMA hatte keine destabilisierende Wirkung auf die BDNF-mRNA. Auch hier wird BDNF durch PMA auf dem Niveau der Transkription reguliert. Weiterhin ist bisher eine pharmakologische Regulation der BDNF-Expression noch nicht näher untersucht worden. Erstmalig konnte eine Wirkung des b1-Adrenorezeptorblockers Nebivolol auf die BDNF-mRNA-Expression beobachtet werden. Nebivolol erhöht die BDNF-Expression in zerebralen Endothelzellen in vitro und im Mäuseherzen in vivo. Hierbei handelt es sich um eine substanzspezifische Wirkung von Nebivolol, die NO-unabhängig verläuft und nicht über den b3-Adrenozeptor vermittelt wird. Teile der klinisch beobachteten protektiven Wirkungen von Nebivolol könnten auf eine erhöhte BDNF-Expression zurückgeführt werden.

The neurotrophin BDNF is a protective factor which stimulates the growth, survival and differentiation of neuronal cells. Besides its neuronal expression, BDNF is also expressed in endothelial cells. There, BDNF stimulates angiogenesis and promotes endothelial cell survival. A regulation of BDNF expression during several diseases like epilepsy, ischemia, depression, Parkinson and Alzheimer disease is being well described. Several studies show a regulation of BDNF expression under these pathological processes, and at the same time an increase in the concentration of the tumor necrosis factor-a (TNF-a) or an activation of protein kinase C (PKC). The question if an increased TNF-a concentration or activation of PKC is the reason for a changed BDNF expression has not being further investigated. The present study shows for the first time that PKC activation as well as TNF-a leads to a time- and concentration-dependent reduction of BDNF expression in peripheral endothelial cells. The reduction of BDNF expression by TNF-a was mediated through the TNF-a receptor 1 (TNFR1) and was regulated on transcriptionel level. Furthermore it could be shown that BDNF can stimulate tube formation of human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), which was mediated through the BDNF receptors TrkB and p75NTR. In contrast, treatment of HUVEC with TNF-a reduced tube formation in the MatrigelTM angiogenesis assay. For the regulation of BDNF expression by activation of PKC with the phorbol ester phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA), an involvement of the PKC isoform d could be shown. Using inhibitors of the PKC isoform d, the reducing effect of PMA on BDNF expression was completely blocked. Furthermore it could be shown that PMA had no destabilizing effect on BDNF mRNA, the regulation of BDNF expression by PMA is at the level of transcription. Until now, there is no pharmacological regulation of BDNF expression known. For the first time, the present data show that the b1-adrenoreceptorblocker Nebivolol has an effect on BDNF mRNA expression. Nebivolol increases BDNF expression in cerebral endothelial cells in vitro and in mice heart in vivo. The effect of Nebivolol on BDNF expression was substance specific, NO-independent and not mediated through binding to b3-adrenoreceptors. Parts of the clinical known protective effects of Nebivolol could be caused by an upregulation of BDNF expression.