Die lösliche Guanylatzyklase (sGC)

Die Guanylatzyklasen (guanylyl cyclase, GC) und die Adenylatzyklasen (adenylyl cyclase, AC) stellen zusammen die Enzymgruppe der Nukleotidzyklasen dar. Ihre zelluläre Aufgabe ist es, die Umwandlung von Guanosintriphosphat (GTP) bzw. Adenosintriphosphat (ATP) zu zyklischem 3'-5'-Guanosinmonophosphat (cyclic guanosine monophosphate, cGMP) bzw. zu zyklischem 3'-5'-Adenosinmonophosphat (cyclic adenosine monophosphate, cAMP) zu katalysieren (Wingerter, 2005). Rall & Sutherland (1958) beschrieben als Erste cAMP als regulierenden Botenstoff diverser zellulärer Vorgänge. Fünf Jahre später be-schrieb Ashman (1963) die Entdeckung von cGMP.

Die Aktivität der GC konnte durch erhöhte cGMP-Level, sowohl in den membranständigen (partikulären), als auch in den löslichen Extrakten verschiedener Zellkulturen nachgewiesen werden (Ishikawa et al., 1969; Hardman & Sutherland, 1969), was die These zuließ, dass es zwei verschiedene Subtypen der GC gibt, die sich durch unterschiedliche Aktivität vonei-nander abgrenzen (Kimura & Murad, 1974). Daraufhin wurde die bis heutig gültige Eintei-lung der Guanylatzyklasen in zwei Gruppen, abhängig von ihrer Lokalisation innerhalb der Zelle, vorgenommen: Bei der GC wird unterschieden zwischen der partikulären Form (par-ticular guanylyl cyclase, pGC) und der löslichen Form (soluble guanylyl cyclase, sGC).

Die partikuläre Guanylatzyklase

Die pGC ist, wie der Name schon andeutet, ein membranständiges Enzym. Es besteht, ähn-lich seinem lösähn-lichen Pendant, aus verschiedenen Domänen: Einer extrazellulären (am N-Terminus), einer transmembranären und einer intrazellulären (katalytischen) Domäne. Be-kannte Liganden der pGC sind natriuretische Peptide, welche über ihre aktivierende Wir-kung auf die pGC an der Natriurese und der Beeinflussung des Renin-Angiotensin-Aldoste-ron-Systems (RAAS) beteiligt sind: Das Atriale-Natriuretische-Peptid (ANP), sowie das B- und C-Typ-Natriuretische-Peptid (BNP und CNP) (Lucas et al., 2000).

Die lösliche Guanylatzyklase Aufbau

Die sGC kommt im Zytoplasma beinahe aller Zellen von Säugetieren vor und ist an der Regulation diverser physiologischer Prozesse beteiligt.

Die sGC besteht aus einem Heterodimer mit einer α- (73 und 82 kDa) und einer β-Unterein-heit (70 kDa) (Kamisaki et al., 1986; Gerzer et al., 1981). Es wurden für jede dieser Un-tereinheiten bisher jeweils drei Subtypen identifiziert, wobei vor allem aber das α1/β1-He-terodimer von Interesse ist, da es beim Menschen mit Abstand am häufigsten identifiziert werden kann (Budworth et al., 1999) und in dieser Kombination am stärksten (v.a. durch NO) stimulierbar ist (Zabel et al., 1998; Evgenov et al., 2006).

Abgesehen von der N-terminalen Hämbindungsdomäne von H-NOX (s. unten), welche nur in der β1-Untereinheit vorkommt, sind α1- und β1-Untereinheit der sGC zu etwa 30 % se-quenzidentisch (Ma et al., 2010). Interessant ist hierbei, dass die Bindung von Liganden und somit die regulatorischen Eigenschaften der sGC vor allem von Strukturen der β1-Unterein-heit bestimmt werden (Wedel et al., 1994; Zhao et al., 1998). Allerdings ist auch die α1-Untereinheit an der Signalübertragung zur C-terminalen katalytischen Domäne beteiligt

(Wedel et al., 1995). Neuere Forschungsergebnisse beschreiben die sGC als hochdynami-sches Protein, welches in der gegenseitigen Regulierung durch seine unterschiedlichen Do-mänen extrem flexibel erscheint (Campbell et al., 2014; Seeger et al., 2014).

Von größter Wichtigkeit ist die Tatsache, dass für eine suffiziente Funktion der sGC stets beide Untereinheiten exprimiert werden müssen (sogenannte essentielle Heterodimerisie-rung), da voneinander getrennt exprimierte Untereinheiten keine katalytische Funktion mehr aufweisen (Zabel et al., 1999). Zwar kommen Homo- und Heterodimere in vivo in einem relativen Gleichgewicht zueinander vor, doch sind Homodimere oder singuläre Untereinhei-ten ohne einen gegensätzlichen Partner relativ instabil (Mergia et al., 2006, Ma et al., 2010).

Die physiologische Funktion von sGC-Homodimeren ist weiterhin unklar, doch sieht man-cher Forsman-cher in ihnen einen hemmenden Gegenspieler zu den Heterodimeren (Zabel et al., 1999).

Beide Untereinheiten weisen in ihrer Polypeptidkettenstruktur ähnliche Merkmale auf. So bestehen sie aus je vier ähnlichen Domänen (Campbell et al., 2014, Ma et al., 2010):

→ N-terminal

– H-NOX (auch H-NOB)

– PAS (auch H-NOXA oder H-NOBA)

– helikale Domäne (auch CC-Domäne, coiled coil) – katalytische Domäne

→ C-terminal

Abbildung 6: Schematischer Aufbau der sGC Domänen (Quelle: Camp bell et al., 2014)

Die sGC kann in zwei Module eingeteilt werden: Das erste Modul umfasst die H-NOX- und die PAS-Domäne. Sowohl die α- als auch der β-Anteile von H-NOX und PAS stehen durch ihre großen gemeinsamen Oberflächen in direkter Interaktion zueinander. Das zweite Modul bildet die katalytische Domäne (Campbell et al. 2014).

Die beiden Module sind über die helikale Domäne flexibel miteinander verbunden. Sie sind frei beweglich, was es der sGC erlaubt, diverse Konformationen anzunehmen. So steht H-NOX in engem Kontakt zur katalytischen Domäne, was einen möglichen kontrollierenden Mechanismus von H-NOX vermuten lässt (Campbell et al., 2014).

Seeger (2014) konnte nachweisen, dass die sGC durch die Bildung eines Heterodimers einen aktivierbaren Zustand erlangt und anschließend durch Ligandenbindung (z.B. NO oder CO) aktiviert werden kann. Beide Vorgänge, Heterodimerisierung und Ligandenbindung, sind für den Übergang in einen aktivierten Zustand essentiell.

Abbildung 7: 3D-Struktur der sGC und ihrer Domänen (Quelle: Campbell et al., 2014)

Die N-terminal gelegene, Fe²⁺-haltige Hämbindungsdomäne ist eine prosthetische Häm-gruppe, welche pro Gesamtenzym nur einmal an der β1-Untereinheit vorliegt (Wedel et al., 1994; Zhao et al., 1998). Die Hämgruppe besteht aus einem Porphyrinring mit zentralem Eisenatom (Fe²⁺) und ist an Histidin-105 gebunden (Wedel et al., 1994). Der Hämanteil kann als intrazellulärer Rezeptor für beispielsweise NO (aber auch CO oder O2) dienen (Lucas et al., 2000). NO kann an die sechste Position des Eisenatoms binden und somit zu einer Kon-formationsänderung der Domäne führen (Koesling, 1998), was die katalytische Aktivität der sGC um das bis zu 400-fache steigern kann (Humbert et al., 1990, Stone & Marletta, 1995).

Über den Mechanismus, der letztendlich zu dieser Konformationsänderung führt, exisitieren zwei unterschiedliche Theorien von Russwurm & Koesling (2004), welche sich bis heute

jedoch wissenschaftlich nicht vollständig durchsetzen konnten. So ist laut beider Theorien eine Bindung von zwei NO-Molekülen für die vollständige Aktivierung der sGC notwendig.

Laut des All-heme-site-Modells kommt es zur Bildung eines sechsfach-koordinierten Häm-Nitrosyl-Komplexes (NO-Fe²⁺-NO-Komplex). Dabei kommt es zum Aufbrechen der Histi-din-105-Bindung, wobei sich die Konformation ändert. Dabei entsteht ein fünffach-koordi-nierter Häm-Nitrosylkomplex (Koesling, 1998). Laut der zweiten Theorie, des sogenannten Non-heme-site-Modells, bindet nur das erste NO an den Hämkomplex (NO-Fe²⁺ -His-Kom-plex), woraufhin das zweite NO an den Nicht-Hämteil der sGC bindet und diese somit voll-ständig aktiviert (Russwurm & Koesling, 2004).

Auch CO kann nachweislich an die β1-Untereinheit binden und somit die katalytische Akti-vität der sGC steigern. Dabei kommt es zur Ausbildung eines Häm-Carbonyl-Komplexes (CO-Fe²⁺-His-Komplex), bei welchem die Histidin-105-Bindung intakt bleibt. Trotz nach-gewiesenen Effekts scheint eine Stimulation der sGC mit CO im Vergleich zu NO deutlich schwächer auszufallen: Die katalytische sGC-Aktivität lässt sich durch CO maximal um das vier- bis sechsfache steigern, was einer Theorie nach vor allem daran liegt, dass der Eisen-Häm-Komplex sehr instabil ist (Koesling, 1998; Brüne et al, 1990).

Unabhängig davon, über welchen Auslöser die Konformationsänderung der N-terminalen Hämbindungsdomäne herbeigeführt wird, ist jedoch der dabei ausgelöste Effekt derselbe, nur eben in unterschiedlicher Intensität. An der C-terminalen katalytischen Domäne kommt es nun zur Umsetzung von GTP zu cGMP unter Abspaltung von Pyrophosphat (Lucas et al., 2000). Voraussetzung ist jedoch, wie bei allen Nukleotidzyklasen, die Komplexierung der Nukleotidtriphosphate mit zweiwertigen Ionen. Im Falle der sGC gilt dies für das Metallion Mg²⁺, experimentell auch für Mn²⁺, ohne welches die benötigten Substrate (GTP, cGMP) nicht an der C-terminalen Region binden können (Wolin et al., 1982; Gerzer et al., 1981).

sGC-cGMP-Signalwege

Diverse Signalwege und deren Effekte sind für sGC und cGMP beschrieben worden. Die meisten Veröffentlichungen beziehen sich dabei auf den relaxierenden Effekt von glatter Muskulatur durch cGMP und die damit verbundene Vasodilatation. Auch andere Effekte werden über die sGC vermittelt (s.u.), wirken dabei jedoch teilweise an denselben zellulären Angriffspunkten, sodass hier zunächst der Fokus auf dem Signalweg von cGMP in Bezug auf Relaxation und Vasodilatation liegen soll.

Einleitend ist zu sagen, dass cGMP in erster Linie drei aktivierende Effekte innerhalb der Zelle vermittelt. So aktiviert es cGMP-abhängige Proteinkinasen (PKG I und II) (Lohmann

et al, 1997), diverse Ionenkanäle (CNG, cyclic nucleotid-gated channels) (Zagotta & Siegel-baum, 1996; Horowitz et al., 1996) und durch cGMP regulierte Phosphodiesterasen (PDE) (Degerman et al., 1997; Houslay & Milligan, 1997).

Zum Verständnis der grundlegenden Mechanismen der Relaxation glatter Muskulatur ist wichtig zu wissen, dass eine Muskelkontraktion über das Auslösen des Querbrückenzyklus nur zustande kommen kann, wenn nach Aufspaltung von Adenosintriphosphat (ATP) in A-denosindiphosphat (ADP) unter Abspaltung eines Phosphatrestes, dieser Phosphatrest auf die regulatorische Leichtkette des Myosins übertragen wird, d.h. die Kraft von glatter Mus-kulatur ist abhängig vom Phosphorylierungsstatus der Myosinleichtkette (Kim et al., 2008;

Schmidt, 2010).

Die cGMP-abhängigen Proteinkinasen werden durch cGMP aktiviert und phosphorylieren diverse Zielproteine, was Einfluss auf verschiedene zelluläre Kaskaden nimmt. Die PKG wird durch cGMP allosterisch aktiviert (Schmidt, 2010). Dies hat in der Regel zwei Effekte auf den Ca²⁺-Haushalt der glatten Muskelzelle: Eine Senkung der myoplasmatischen Ca²⁺ -Konzentration, sowie ein Absenken der Ca²⁺-Sensitivität. Die somit ausgelöste Anreiche-rung dephosphorylierten Myosins führt zu einer Relaxation der glatten Muskulatur - selbst bei hohen zytosolischen Ca²⁺-Konzentrationen (Somlyo & Somlyo, 2003; Schmidt, 2010).

Die Proteinkinasen G (cGMP-abhängig) und A (cAMP-abhängig) können zudem Phos-pholamban durch Phosphorylierung hemmen, was die sarkoplasmatische Retikulum-Ca²⁺ -ATPase (SERCA) aktiviert. Diese führt unweigerlich zu einer Sequestration (Zurückhal-tung, Einbehaltung) von Ca²⁺ (Nguyen et al., 1991) mit darauffolgender Relaxation von glat-ter Muskulatur.

Darüber hinaus greift die cGMP-abhängige PKG über die Phosphorylierung des Proteins IRAG (Inositoltriphosphat(IP3)-Rezeptor-assoziiertes cGMP-Kinase-Substrat) in den Ca²⁺ -Stoffwechsel der Zelle ein (Hofmann et al., 2000). Das phosphorylierte IRAG hemmt die IP3-vermittelte Freisetzung von Ca²⁺ aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR), was ebenfalls zu einer erniedrigten intrazellulären Ca²⁺-Konzentration führt (Lincoln et al., 1995).

Zyklisches GMP hat, wie einleitend erwähnt, neben der allosterischen Aktivierung der Pro-teinkinasen auch die Fähigkeit, regulierend auf Ionenkanäle zu wirken. So kann cGMP auf Ca²⁺-abhängige Kaliumkanäle in der Zellmembran glatter Muskulatur einwirken. Der dadurch vermittelte K⁺-Einstrom bewirkt eine Hyperpolarisation der Zellmembran, was zu

Senkung der zytosolischen Ca²⁺-Konzentration und einer ebenfalls gesenkten Ca²⁺ -Freiset-zung aus der SERCA führt. Dieser Effekt kann durch direkte Aktivierung der K⁺-Kanäle (Bolotina et al., 1994), als auch indirekt über Aktivierung der PKG I (Sausbier et al., 2000), vermittelt werden.

Darüber hinaus wirkt cGMP an cGMP-abhängigen Ionenkanälen (CNG). CNG sind Katio-nenkanäle, welche wie eine Pore in der Plasmamembran fungieren und vor allem den Ca²⁺- und Na⁺-Einstrom regulieren. CNG, die nachweislich in der Retina und in Riech- und Ge-schmacksepithelien vorkommen, weisen große strukturelle Ähnlichkeiten mit spannungsab-hängigen Kationenkanälen auf, werden jedoch, wie der Name vermuten lässt, über zyklische Nukleotide reguliert (Zagotta & Siegelbaum, 1996).

Eine weitere Enzymklasse, welche über zyklische Nukleotide reguliert wird, sind die Phos-phodiesterasen (PDE), welche die Hydrolyse der Ringstruktur von cGMP bzw. cAMP zu 5'-GMP bzw. 5'-AMP durch Aufbrechen der Phosphodiesterbindung katalysieren (Maurice et al., 2003). Somit stellen die Phosphodiesterasen, welche folglich am Abbau von zyklischen Nukleotiden beteiligt sind, laut Wingerter (2005) einen natürlichen Gegenpart zu den Nuk-leotidzyklasen dar. Die PDE5, PDE6 und PDE9 werden als cGMP-substratspezifisch be-zeichnet. Als gemischt-spezifisch, also sowohl über cGMP als auch über cAMP aktivierbar, werden die PDE 1-3, sowie die PDE 10 und 11 bezeichnet (Ahmad et al., 2015). Die Phos-phodiesterasen sind aufgrund ihrer gefäßrelaxierenden Eigenschaften interessante pharma-kologische Ziele. Als bekannteste Beispiele gelten dafür die PDE-5-Inhibitoren Sildenafil (Viagra®) und Vardenafil (Levitra®), welche über eine Hemmung der PDE-5 und ernied-rigten cGMP-Abbau zur Gefäßrelaxation des Schwellkörpers und somit zur Verbesserung der erektilen Dysfunktion beitragen. Aktuelle Publikationen empfehlen auch therapeutische Anwendungen dieser Medikamente bei pulmonaler Hypertonie oder Herzinsuffizienz (Hoff-mann & Chen, 2014).

Betrachtet man das weite Feld der Signaltransduktion durch cGMP ist es wichtig zu beach-ten, dass es zwischen cGMP und cAMP eine Art „Crosstalk“ zu geben scheint (Browner et al., 2004). Steigende cGMP-Spiegel bedeuten demnach sowohl direkte Aktivierung der PKA, als auch indirekte Hemmung der cAMP-abhängigen Phosphodiesterasen, was in der Folge beides zu steigenden cAMP-Konzentrationen führt (Lucas et al., 2000). Erhöhtes cAMP führt zu einer Aktivierung der PDE-5, was in einem Abbau von cGMP resultiert (Denninger & Marletta, 1999; Murthy, 2004). Dieser Feedback-Mechanismus, der für PKG und PKA, sowie für GC und AC gilt, sorgt somit für eine Regulation der cGMP- und

cAMP-Konzentrationen (Murthy, 2004). Abschließend lässt sich festhalten, dass die lösliche Gua-nylatzyklase nicht nur direkt über NO oder CO beeinflusst wird, sondern auch über zelluläre Konzentrationen der second messenger cGMP/cAMP bzw. GTP/ATP.

Wirkungen der sGC und mögliche Einsatzgebiete

Die über die sGC vermittelte gefäßrelaxierende und somit vasodilatative Wirkung, hat die sGC als Zielmolekül im Rahmen von Krankheiten, welche eine Blutdruckregulation benöti-gen, immer stärker in den Mittelpunkt des Interesses gerückt (Buys & Sips, 2014). Ein Au-genmerk der heutigen Forschung liegt auf dem Einsatz von sGC-Aktivatoren zur Behand-lung der pulmonalen Hypertonie. In diesem Kontext wurde die Wirksamkeit des oralen sGC-Stimulators Riociguat (BAY 63-2521) schon in klinischen Studien untersucht (Shanmugam et al., 2015). In mehreren klinischen Studien konnten positive Effekte von Riociguat auf den Outcome von Patienten mit diagnostizierter pulmonaler Hypertonie nachgewiesen werden.

In den PATENT-1 (Pulmonary Arterial Hypertension Soluble Guanylate Cyclase–Stimula-tor Trial 1) und CHEST-1-Studien (Chronic Thromboembolic Pulmonary Hypertension So-luble Guanylate Cyclase–Stimulator Trial -1) von Ghofrani und Kollegen (2013 a; 2013 b), zwei Studien in Phase III, konnte einen verbesserten Outcome für Patienten mit symptoma-tischer pulmonaler Hypertonie nachgewiesen werden. Eine signifikante Verbesserung der Werte des Herzinsuffizienzmarkers NT-proBNP (B-type natriuretic peptide), einem Hor-mon welches von Herzmuskelzellen bei der Dehnung der Herzkammern gebildet wird, wurde für Riociguat in beiden Studien nachgewiesen. Riociguat wurden im Rahmen der PA-TENT-1-Studie außerdem weitere Effekte nachgewiesen: Senkung des pulmonalen vasku-lären Widerstandes (PVR), zeitliches Herauszögern der Symptomverschlechterung, sowie Verbesserung der Dyspnoe nach der Borg-Skala (Said, 2014).

Im Rahmen der LEPHT-Studie (Bonderman et al., 2013), einer Phase-IIb-Studie, konnte für Patienten mit linksventrikulärer Dysfunktion aufgrund einer pulmonalen Hypertonie zwar keine signifikante Senkung des pulmonalarteriellen Drucks, jedoch eine Erhöhung des Schlagvolumens (SV), sowie eine Senkung des PVR nachgewiesen werden, wobei beide Effekte durch die über den sCG-cGMP-Signalweg vermittelte Vasodilatation zu erklären sind.

Nicht nur im Hinblick auf einen Einsatz bei der Behandlung der pulmonalen Hypertonie scheinen die über die sGC vermittelten Effekte von Bedeutung zu sein. So gibt es Hinweise auf ein Zusammenspiel der sGC mit dem Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS),

die über Möglichkeiten eines Einsatzes von sGC-Aktivatoren bei der Therapie der systemi-schen Hypertension nachdenken lassen (Buys & Sips, 2014). Buys und Kollegen (2012) un-tersuchten zuvor schon den Zusammenhang zwischen einem Defekt der α1-Untereinheit der sGC und dem Auftreten von Hypertension an sGC-α1-Knockout-Mäusen. Hierbei normali-sierte sich der Blutdruck der Mäuse bei Gabe von RAAS-Inhibitoren (Buys et al., 2012).

Auch wurden weitere Hinweise auf ein Zusammenspiel zwischen dem RAAS und dem sGC-Signalweg gefunden. So wurde zum einen bei Untersuchungen festgestellt, dass die renale Expression von (Pro-)Renin-Rezeptoren bei Absinken des Na+-Spiegels über den cGMP/PKG-Signalweg vermittelt wird (Huang & Siragy, 2012), zum anderen, dass die über Angiotensin III vermittelte Natriurese ebenfalls vom sGC-Signalweg abhängig ist (Kemp et al., 2012).

Der hemmende Einfluss der sGC auf die Plättchenaggregation ist, wie deren vasodilatative Effekte, schon seit längerem bekannt (Nguyen et al, 1991). Mendes-Silverio (2012) zeigte auf, dass der sGC-Aktivator BAY 60-2770 für einen Anstieg des cGMP-Spiegels und eine Senkung des intrazellulären Ca2+ sorgt und dabei gerinnungshemmend wirkt. Eine Aktivie-rung der sGC bewirkt dabei eine gehemmte Plättchenadhäsion an der Gefäßwand und hemmt die Aggregation der Blutplättchen. Ebenso wurde eine hemmende Wirkung auf Kollagen und Fibrin nachgewiesen, was die Autoren der Studie zu dem Fazit kommen lässt, dass der sGC-cGMP-Signalweg ein möglicher zellulärer Angriffspunkt gegen thrombotische Kom-plikationen sein könnte (Mendes-Silverio et al., 2012).

Erdmann (2013) zeigt in diesem Zusammenhang auf, dass Fehlfunktionen im NO-sGC-cGMP-Signalweg mit einem gesteigerten Risiko für thrombembolische Ereignisse assoziiert sind. In diesem Zusammenhang wurden zwei Gene identifiziert: GUCY1A3 (kodiert für α1-Untereinheit) und CCT7 (kodiert für CCTη, das als Teil eines Polypeptidringes zur Stabili-sierung der sGC beiträgt). Defekte dieser beiden Gene führen zu erniedrigter sGC-Expres-sion bzw. -Aktivität, die wiederum mit erhöhter Thrombenbildung korreliert. Defekte GUCY1A3- oder CCT7-Gene können daher in sGC-α1-Knockout-Mäusen nachgewiesen werden, welche verstärkt an Thrombenbildung in der Mikrozirkulation leiden (Erdmann et al., 2013).

In vitro wurde bisher die Aktivierung der sGC in Thrombozyten durch direkte Thrombinin-hibitoren (Hirudin und Lepirudin (Refludan®)) beschrieben. Nach deren Gabe kann eine reduzierte Formation von Thromben beobachten werden (Kobsar et al., 2012).

Bachiller (2013) untersuchte den Einfluss von sGC/cGMP auf die Entwicklung von Lungen-gewebe. Dabei zeigte sich, dass terminale Lungenstrukturen von sGC-α1-Knockout-Mäusen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen schwächer ausgebildet sind und ein verringertes Lungen-volumen zeigen. Als Grund dafür sehen die Autoren die erschwerte Alveolarisation bei den KO-Mäusen, welche sie auf den Einfluss von sGC und cGMP bei der Differenzierung der glatten Muskulatur in der Lunge zurückführen. Bei Induktion eines hyperoxischen Lungen-schadens durch 70 %igen Sauerstoff in der Einatemluft zeigt sich eine weitere Verschlim-merung des Lungenschadens im Vergleich zum Wildtyp. Diese Beobachtungen machen den sGC-cGMP-Signalweg bei der Erforschung neonataler Lungenschäden interessant (Bachil-ler et al., 2013).

Hemmung der Apoptose

Eine weitere über die sGC und den cGMP-Signalweg vermittelte Eigenschaft ist deren hem-mende Wirkung auf die Apoptose. Die antiapoptotische Wirkung durch Aktivierung dieses Signaltransduktionsweges ist durch intensive Forschung in den letzten Jahren in verschiede-nen Gewebe- und Zellarten nachgewiesen worden. Wang-Rosenke (2011) zeigt, dass sich in Nierenzellen von Ratten, welche durch unilaterale Uretherobstruktion geschädigt werden, eine gleichzeitige Gabe des sGC-stimulierenden Stoffes BAY 41-8543 positiv auswirkt. So reduzieren sich mit erhöhten cGMP-Spiegeln im Plasma bei Gabe von BAY 41-8543 auch die tubuläre Atrophie und Apoptose, sowie die häufig mit Zelltod einhergehende Fibrose des renalen Gewebes. Ebenso reduziert sich im Gegensatz zur Kontrollgruppe die Infiltration durch tubulointerstitielle Makrophagen (Wang-Rosenke et al., 2011).

Auch in Thrombozyten kann eine antiapoptotische Wirkung durch Aktivierung des sGC-cGMP-Signalweges nachgewiesen werden. In dem Wissen, dass Plättchenaktivierung im-mer irreversibel mit Apoptose und Nekrose der Plättchen einhergeht, kann in plättchendefi-zienten Knockout-Mäusen mit erhöhter Plättchenaggregationsneigung eine erniedrigte sGC-Expression und cGMP-Produktion gemessen werden. Auch kann eine Hemmung der Apoptose von Thrombozyten über den sGC-cGMP-Signalweg in Plättchen nachgewiesen werden, welche durch Thrombin/Convulxin einer induzierten Plättchenaktivierung zuge-führt werden. Dabei kann gemessen werden, dass erhöhte sGC-Expression und höhere cGMP-Spiegel mit einem Rückgang an Markern der Plättchenapoptose einhergehen (Ruko-yatkina et al., 2011).

Speziell für Herzzellen ist ein vor Zelltod schützender Effekt der sGC-Stimulation gut be-legt. In mehreren Arbeiten mit vergleichbarem Studiendesign wurde an Mäuseherzen durch

Abklemmen der linken Koronararterie (LCA, left coronary artery) ein Infarktschaden durch Ischämie und Reperfusion (I/R) verursacht, welcher bildgebend mittels MRI (magnetic re-sonance imaging) und PET (positron emission tomography) quantifiziert wurde. So konnte Methner (2013) durch Gabe von Riociguat vor und nach I/R-Schaden eine signifikante Re-duktion der Infarktgröße messen. Auch senkt sich in den mit oralem sGC-Stimulator behan-delten Mäusen das Troponin im Serum, ebenso wie sich eine Verbesserung der systolischen linksventrikulären Funktion zeigt (Methner et al., 2013). Auch bei Gabe der sGC-stimulie-renden Substanzen BAY 41-2272 (Bice et al., 2014) und Cinaciguat (BAY 58-2667) (Salloum et al., 2012) kann eine Senkung der Infarktgröße am Herzen nach I/R-Schaden gemessen werden.

Abu-Amara (2012) untersuchte Veränderungen in Leberzellen nach I/R-Schaden. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine Aktivierung der sGC und damit einhergehend gestiegenes cGMP den Schaden in hepatischen Zellen zu senken vermag. Der hepatische Blutfluss in der Mikrozirkulation verbessert sich und die Transaminasen werden bei Aktivierung des sGC-cGMP-Signalweges im Vergleich zur Kontrollgruppe erniedrigt (Abu-Amara et al., 2012).

Neuroprotektive Wirkung

Die zytoprotektive bzw. antiapoptotische Wirkung einer aktivierten sGC und von erhöhten cGMPs auf Neurone in vivo wurde in diversen Studien nachgewiesen. Atochin (2010) ver-glich Knockout-Mäuse mit defekter sGC-α1-Untereinheit mit Wildtyp-Mäusen. Bei den Tie-ren wurde durch Okklusion und Reperfusion der Arteria cerebri media (MCA, middle ce-rebral artery) ein I/R-Schaden ausgelöst, woraufhin das entstandene Infarktvolumen und die neurologischen Defizite der Tiere verglichen wurden. Die sGC-α1-KO-Mäuse zeigten nach

Die zytoprotektive bzw. antiapoptotische Wirkung einer aktivierten sGC und von erhöhten cGMPs auf Neurone in vivo wurde in diversen Studien nachgewiesen. Atochin (2010) ver-glich Knockout-Mäuse mit defekter sGC-α1-Untereinheit mit Wildtyp-Mäusen. Bei den Tie-ren wurde durch Okklusion und Reperfusion der Arteria cerebri media (MCA, middle ce-rebral artery) ein I/R-Schaden ausgelöst, woraufhin das entstandene Infarktvolumen und die neurologischen Defizite der Tiere verglichen wurden. Die sGC-α1-KO-Mäuse zeigten nach