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Investigation of different blood pressure regulating systems in kininogen-deficient BNK rats

Lukasova, Martina

German Title: Untersuchungen verschiedener blutdruckregulierender Systeme in Kininogen-defizienten BNK Ratten

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Abstract

The kininogen-deficient BNK rats were shown to progressively develop salt-sensitive hypertension by accumulation of Na+. It was believed that the kininogen-deficiency is responsible for the defective NaCl excretion leading to a cardiovascular damage. In addition to the kallikrein-kinin system (KKS), endothelin (ET) and aldosterone have important implications in the regulation of salt homeostasis. To precisely characterize the relations between the KKS, ET and aldosterone male BN and BNK rats were given standard or high salt diet in presence or absence of spironolactone for 10 days. Besides for experiments with metabolic cages the rats were characterized by tail-cuff measurements of blood pressure. Kininogens, bradykinin (BK), kallidin-like peptide (KLP), ET-1, deoxycorticosterone (DOC), corticosterone and aldosterone were measured by specific RIAs in plasma and 24h urine. Corticoids were additionally determined in brain tissue. Activity of plasma and urinary kallikrein was measured with chromogenic substrates. Expression analysis of adrenal steroidogenic enzymes 11ß-hydroxylase and aldosterone synthase was performed by real-time RT-PCR in LightCycler. Functional cardiac parameters were assessed in isolated hearts perfused according to Langendorff technique. Acute effects of 30min global ischaemia with or without previous ischaemic preconditioning (IPC) were investigated. Myocardial damage was judged by the creatine kinase activity in the coronary effluent measured with a specific kit. BNK rats are characterized by plasma kininogen deficiency that is reflected in lower levels of plasma kallikrein activity and consequently in lower plasma BK and KLP levels. The renal KKS of BNK rats was almost identical to that of wild type BN rats. Plasma and urinary KLP was found to be the major kinin responsible for most physiological effects mediated by the B2 receptor in both rat strains. We found that the deleterious effects of salt diet in BNK rats are in fact attributable to enhanced mineralocorticoid action. The renal mineralocorticoid receptor (MR) displayed an overexpression and several mutations that might be responsible for altered affinity and responses toward aldosterone and other ligands, e.g. DOC and corticosterone. Moreover, the BNK rats have increased levels of plasma and urinary ET-1, which may contribute to the deleterious effects of Na+ during high salt diet. In vitro investigation of ischaemic preconditioning in isolated hearts revealed no significant findings. Missing plasma components are necessary for the overall protective effects of IPC. Nevertheless, long-lasting effects like attenuation of plasma kinins or antagonism of the MR seemed to be of importance for the regulation of cardiac function. The absence of plasma KLP during high salt diet was found to be responsible for the enhanced deleterious effects of Na+ leading to cardiac hypertrophy. In BNK rat hearts aldosterone was found to be responsible for the higher heart rate and increased contractility besides for the impairment of coronary flow. Aldosterone is also involved in the acute response to ischaemia and consequently in response to IPC. In case of an enhanced mineralocorticoid action like in BNK rats aldosterone may account for the increased sensitivity to ischaemia whereby attenuating the protective effect of IPC. We conclude that in BNK rats the higher blood pressure, increased cardiac sensitivity to ischaemia and diminished effects of IPC are not attributable to the kininogen deficiency but rather caused by the enhanced mineralocorticoid action.

Translation of abstract (German)

Kininogen-defiziente BNK Ratten entwickeln einen progressiven salz-sensitiven Bluthochdruck und ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko, das durch eine verminderte NaCl Ausscheidung verursacht wird. Neben dem Kallikrein-Kinin System (KKS) sind auch Endothelin (ET) und Aldosteron an der Regulation der Salz-Wasserhomöostase beteiligt. Um die Wechselwirkung zwischen den KKS, ET und Aldosteron genauer zu untersuchen, wurden männliche BN und BNK Ratten 10 Tage lang mit einer Standard- oder Hochsalz-Diät gefüttert und gleichzeitig mit oder ohne Spironolacton behandelt. Vor und nach Beendigung der Behandlungsperiode wurde der Blutdruck gemessen und die Ratten 24h auf Stoffwechselkäfige gesetzt. Wir bestimmten Kininogene, Bradykinin (BK), Kallidin-like Peptid (KLP), ET-1, Deoxykortikosteron (DOC), Kortikosteron und Aldosteron im Plasma und im 24h Urin mit spezifischen RIAs sowie die enzymatische Aktivität von plasmatischem und urinärem Kallikrein. Ferner konnten zusätzlich Kortikoide im Gehirn bestimmt werden. Expressionsanalysen der adrenalen 11ß-Hydroxylase und Aldosteronsynthase führten wir mit Hilfe von real-time RT-PCR im LightCycler durch. Mittels Langendorff Technik wurden im Modell des isoliert-perfundierten Rattenherzen primäre kardiale Parameter und Akuteffekte nach 30min Ischämie mit und ohne ischämische Präkonditionierung untersucht. Die Aktivität der Kreatinkinase in koronaren Perfusaten diente zur Evaluierung myokardialer Schäden. BNK Ratten weisen eine Kininogen-Defizienz im Plasma auf, verbunden mit einer geringeren Kallikreinkonzentration und deutlich verminderten BK und KLP Konzentrationen. Das renale KKS von BNK Ratten zeigte im Vergleich mit BN Kontrollratten beinahe identische Werte. In beiden Rattenstämmen erwies sich das Kallidin-Äquivalent, KLP, als primäres Kinin, das für die meisten physiologischen Effekte verantwortlich ist, die über den B2 Rezeptor vermittelt werden. Die negativ Effekte von Hochsalzdiät in BNK Ratten wurden vor allem durch eine verstärkte mineralokortikoide Antwort verursacht. Wir konnten zeigen, dass in BNK Ratten der Mineralokortikoid Rezeptor (MR) überexprimiert wird und mehrere Mutationen besitzt, die eine veränderte Affinität für Aldosteron und andere Liganden, wie z.B. DOC und Kortikosteron, nach sich zieht. Daher zeigten BNK Ratten auch höhere plasmatische und urinäre ET-1 Spiegel, die an den negativen Effekten der Hochsalzdiät beteiligt sind. In vitro Untersuchung der ischämische Präkonditionierung zeigte keine signifikante Unterschiede zwischen den beiden Rattenstämmen. Wir führen das auf das Fehlen plasmatischer Komponenten zurück, die eine wichtige Rolle bei der Vermittlung der protektiven Effekte bei der IPC spielen. Dennoch war durch die unterschiedliche Vorbehandlung die Ausgangssituation der isolierten Herzen unterschiedlich, da die kardiale Funktion durch die niedrigere plasmatische Kininkonzentration oder den Antagonismus des MR beeinflusst wird. Während eine Hochsalzdiät erhöhte der Mangel an KLP das Risiko des negativen Salzeffektes und führte zu einer kardialen Hypertrophie. Bei den BNK Ratten stand Aldosteron im Zusammenhang mit einer erhöhten Herzrate, erhöhten Kontraktilität und einem verringerten Koronarfluss. Es konnte gezeigt werden, dass Aldosteron an der Akutantwort der Ischämie und der IPC beteiligt ist. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass in BNK Ratten nicht primär die Kininogen-Defizienz, sondern die verstärkte mineralokortikoide Wirkung für den erhöhten Blutdruck, die erhöhte kardiale Sensitivität bei Ischämie und die verminderte Protektion infolge einer ischämischen Präkonditionierung verantwortlich ist.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hilgenfeldt, Prof. Dr.r Ulrich
Date of thesis defense: 22. February 2006
Date Deposited: 01. Mar 2006 13:36
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Institute of Pharmacy and Molecular Biotechnology
Subjects: 570 Life sciences
Controlled Keywords: Ischämische Präkonditionierung, Kallikrein-Kinin-System, Aldosteron, Endothelin
Uncontrolled Keywords: Salzdiät
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