Um den Einfluss von C16:1 auf die FOXO-Zielgeninduktion näher erfassen zu können, wurde das Genexpressionsprofil von p21, einem weiteren FOXO3a-Zielgen, mittels qRT-PCR untersucht. Während sich die FOXO3a-Zielgene MuRF1 und Atrogin-1 als nicht durch C16:1 reguliert erwiesen, ließ sich ein signifikanter Anstieg der p21 mRNA-Menge nach 24- sowie 48-stündiger C16:1 Stimulation darstellen. Ursprünglich wurde eine Reduktion der
FOXO3a-Zielgenexpression durch C16:1 Stimulation erwartet. Um die physiologische Relevanz der C16:1-vermittelten p21-Induktion genauer verstehen zu können, muss die Funktion des Gens p21 veranschaulicht werden.
Das Gen p21 gehört zu der Cip/Kip-Familie der CDK-Inhibitoren, welche maßgeblich an der Zellzyklus-Kontrolle beteiligt sind [229]. Die primäre Funktion von p21 ist die negative Regulation der Zellzyklus-Progression durch die Inhibierung des Cyclin/CDK2-Komplexes [230]. Demnach unterbindet p21 den Übergang des Zellzyklus von der G1- in die S-Phase, was darin resultiert, dass die Zellteilung bzw. die Zellproliferation gehemmt wird [231].
Aufgrund seiner anti-proliferativen Wirkung, wird p21 in der Literatur auch als
„Tumorsuppressorgen“ bezeichnet [232]. Darüber hinaus wurde die differentielle Genexpression von p21 in der Vergangenheit bereits von zahlreichen Autoren beschrieben.
Bislang konnte festgestellt werden, dass die Herunterregulation von p21 Zellproliferation und kanzerogene Zellentartung fördert [205]. Ferner konnte von diversen Forschungsgruppen aufgezeigt werden, dass die Induktion von p21 den Zellzyklusarrest bedingt und zelluläre Apoptose unterbindet [233,234].
Wenngleich der erwartete Effekt der C16:1-vermittelten FOXO3a-Zielgenrepression in dieser Arbeit nicht am Beispiel von p21 demonstriert werden konnte, widerspricht dieses Resultat keineswegs dem in dieser Arbeit untersuchten Hypertrophiemodell. Denn obwohl die expressionsregulatorischen Mechanismen der C16:1-vermittelten p21-Induktion aktuell noch unklar bleiben, erscheint diese Beobachtung im Kontext PCH von physiologischer Relevanz zu sein. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass HL-1 Zellen nicht proliferieren dürfen, um hypertrophieren zu können. Es besteht ein allgemein akzeptierter wissenschaftlicher Konsens darüber, dass sich Zellwachstum bzw. zelluläre Hypertrophie nur manifestieren kann, solange sich eine Zelle nicht teilt bzw. nicht proliferiert [235]. Vor diesem Hintergrund erscheint die beobachtete Hochregulation des Zellzyklusinhibitors p21 durch die prohypertroph wirkende Fettsäure C16:1 plausibel. Die beobachtete p21-Geninduktion validiert demzufolge die bisherigen Ergebnisse unserer Arbeitsgruppe bezüglich C16:1-induzierter kardialer Hypertrophie. Dieses Resultat steht nicht nur im Einklang mit den bereits gewonnenen Daten zu C16:1 und PCH, sondern es suggeriert darüber hinaus, dass die C16:1-vermittelte PCH womöglich auf vielfältigen molekularen Mechanismen basiert. Die von unserer Arbeitsgruppe bislang beschriebene Aktivierung der
PI3K-AKT-Wachstumskaskade ist daher vermutlich nur eine von mehreren zugrundeliegenden biochemischen Prozessen. Die Inhibition der zellulären Kardiomyozyten-Proliferation via p21 scheint demnach einen weiteren wichtigen Mechanismus darzustellen, durch welchen C16:1 PCH in HL-1 Zellen vermittelt.
Der beobachtete Effekt von C16:1 auf die Expression des FOXO3a-Zielgens p21 steht zudem in Kongruenz mit Daten anderer Arbeitsgruppen hinsichtlich FOXO3a und Proliferationsregulation. Brunet et al. beschrieben bereits 1999, dass AKT den Zellzyklusfortgang unterbricht, in dem FKHRL1 (FOXO3a) phosphoryliert und somit inhibiert wird [166]. Ferner demonstrierten Birkenkamp et al., dass FOXO durch die differentielle Expression spezifischer Zielgene an der Regulation zellulärer Proliferation beteiligt ist [236].
Die exakte Interaktion von FOXO und p21 ist jedoch momentan im Kontext von kardialem Wachstum, Atrophie und Proliferation noch nicht ausreichend erforscht. Konsistent mit den hier dargelegten Ergebnissen, zeigten Sengupta et al., dass die Stimulation primärer Rattenkardiomyozyten mit IGF-1 eine Inhibierung des Transkriptionsfaktors FoxM1 sowie eine Induktion der Zellzyklusinhibitoren p21 und p27 bewirkt [237]. Sengupta et al. konnten folglich anhand einer Stimulation mit IGF-1, dem primären Liganden der PI3K-AKT-Wachstumskaskade, einen negativ-regulatorischen Effekt auf die Kardiomyozyten-Proliferation beobachten [237]. Dieses Resultat deckt sich mit dem hier dargelegten Effekt von C16:1 auf p21 und Zellzyklusproliferation. Hervorzuheben ist allerdings, dass lediglich der Transkriptionsfaktor FoxM1 von Sengupta et al. betrachtet wurde, anstatt den primär in dieser Arbeit analysierten FOXO-Proteinen 1 und 3a. Evans-Anderson et al. untersuchten primäre embryonale murine Kardiomyozyten in Hinblick auf die FOXO-Transkriptionsfaktoren. Hierbei konnte demonstriert werden, dass eine gesteigerte FOXO1-Aktivität eine erhöhte Genexpression von p21, p27 und p57 bedingt und somit Proliferation negativ reguliert [238]. Obwohl diese Beobachtung mit unseren Ergebnissen partiell übereinstimmt, fällt trotzdem eine Kontroverse hinsichtlich FOXO auf. Während Evans-Anderson et al. durch eine Steigerung der FOXO1-Aktivität die Induktion von p21 beobachteten, wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass C16:1 sowohl FOXO1 als auch FOXO3a inaktiviert. Dennoch ließ sich dieselbe Feststellung hinsichtlich der gesteigerten p21-Geninduktion sowie der negativen Zellzyklus-Regulation in beiden Arbeiten konstatieren.
Diese Kontroverse könnte womöglich der Tatsache geschuldet sein, dass Evans-Anderson
et al. primäre embryonale Kardiomyozyten aus E14.5 FVBN Mäusen anstatt der in dieser Arbeit utilisierten HL-1 Kardiomyozyten für Ihre Forschungszwecke verwendeten [238].
Zumal der Vergleich von embryonalen, primären Kardiomyozyten mit adulten, differenzierten HL-1 Kardiomyozyten allenfalls nur begrenzt aussagekräftig sein könnte. Dazu kommt, dass laut Literatur die Genexpression des Zellzyklusinhibitors p21 nicht nur durch FOXO, sondern ebenfalls durch eine Vielzahl weiterer Transkriptionsfaktoren reguliert wird [239].
Demzufolge wirft sich die Frage auf, inwiefern die Aktivität von FOXO tatsächlich von Relevanz für die Genexpression von p21 ist. Diese Fragestellung bedarf daher, zusammen mit den zugrundeliegenden expressionsregulatorischen Mechanismen der C16:1-vermittelten p21-Induktion, zukünftig noch weiterer Abklärung.
Zusammenfassend zeigen die in diesem Abschnitt diskutieren Daten, dass der beobachtete Effekt von C16:1 auf p21 ein erstes Indiz dafür darstellt, dass C16:1 nicht nur Hypertrophie, sondern auch Proliferation von HL-1 Kardiomyozyten reguliert. Der genaue molekulare Mechanismus der mutmaßlichen C16:1-induzierten anti-proliferativen Wirkung ist momentan jedoch noch nicht hinreichend geklärt und sollte daher zukünftig genauer erforscht werden.