Defining the role of the tissue-specific Renin-Angiotensin-System

Das Renin-Angiotensin-System (RAS) ist ein Peptid-Hormon-System, welches eine zentrale Rolle in der Salz-, Flüssigkeits- und Blutdruckregulation einnimmt. Ein dereguliertes RAS, gekennzeichnet durch eine Verschiebung der klassischen und alternativen RAS-Achse, wird mit Bluthochdruck, Herz- und Nierenversagen, Diabetes und sogar Krebs in Verbindung gebracht, und stellt daher ein attraktives Ziel für diverse Therapeutika dar. Eines der größten Probleme im Bereich der angewandten RAS-Forschung ist die extreme Varianz der publizierten RAS-Peptide-Konzentration, wodurch der biochemische Hintergrund des Systems verschleiert wird. Der Mangel an reproduzierbaren und genauen Methoden für die Bestimmung der Effektorpeptide und Enzyme des RAS erschwert deren Untersuchung und kann als das bislang größtes Hindernis in der RAS-Forschung betrachtet werden. Der Eckpfeiler dieser Dissertation war die Entwicklung einer neuen Methode, mit welcher das RAS auf Peptid- und Enzymebene in Geweben untersucht werden kann. Die neu zu entwickelnde Methode basiert auf der bereits bewährten LC-MS/MS Methode für die Plasma-Angiotensin-Messung und wurde im Mensch und Nager angewandt. Die zentrale Studie untersuchte das alternative RAS in der Niere und konnte zeigen, dass dessen Aktivierung nicht über ACE2, wie allgemein angenommen, sondern über NEP geschieht. Dies könnte großen Einfluss auf das neu zugelassene Herzmedikament LCZ696 haben, welches unter anderem NEP-Aktivität blockiert. Da herzinsuffiziente Patienten oftmals an Nierenerkrankungen leiden, könnten die therapeutischen Effekte im Herzen durch Nebenwirkungen in renal beeinträchtigten Patienten zunichte gemacht werden. Weiters konnten gewebsspezifische Unterschiede in humanen Nieren- und Herzbiopsien gezeigt werden. Während in der Niere das klassische RAS durch ACE gesteuert wird, zeigte sich in Herzbiopsien, dass dies durch Chymase geschieht, wodurch das RAS im Herzen insensitiv gegenüber den klinisch verwendeten ACE Inhibitoren ist. Im Gegensatz dazu konnte aber gezeigt werden, dass ACE Inhibitoren das alternative RAS besser aktivieren als Angiotensin-Rezeptor-Blocker, was möglicherweise Unterschiede beim Behandlungserfolg der Medikamente erklärt. Neben dem wertvollen Tool für weitere Forschungen liefert diese Dissertation auch neue Erkenntnisse über das gewebsspezifische RAS und seine medikamentöse Modulierung.The Renin-Angiotensin-System (RAS) is a proteolytic peptide cascade, which is ubiquitously present and primarily responsible for salt retention as well as involved in the regulation of blood pressure and fluid homeostasis. It has been suggested that a dysregulated RAS, indicated by an imbalance of the classical and alternative RAS axis, could be an essential pathogenic factor in various disease states including arterial hypertension, heart and kidney failure, diabetes and even cancer, making the system an attractive target for therapeutic intervention. One of the major issues in the fields of basic and clinical RAS research is the wide variance of reported levels of effector peptides, so-called angiotensins, leading to contradictory results and an incompletely understood molecular background of the RAS. The lack of reliable and reproducible methods to accurately quantify RAS enzymes and peptides makes the dissection of RAS in alternative and classical axis impossible and could be considered as one of the central drawbacks in RAS research in general. The cornerstone of this PhD thesis was the development of more accurate and state-of-the-art methods for RAS analysis of angiotensins and enzymes in tissue samples on the basis of the approved LC-MS/MS assay for plasma angiotensin measurements. The novel assays were employed in clinical and rodent tissue samples. The central study of the thesis revealed that NEP, but not ACE2, as previously assumed, activates the alternative RAS in the kidney. This could be highly relevant in regard of the novel heart failure drug LCZ696 which inhibits NEP activity. The LCZ696-mediated breakdown of the alternative RAS and its beneficial effects in the kidney might cause harmful effects, especially in heart failure patients suffering from renal comorbidities. Enzymatic tissue-specificities could also be observed in human renal and and cardiac biopsies. While the classical RAS axis is driven by ACE in the kidney, cardiac classical RAS activation is maintained by chymase, making the RAS in the heart insensitive to clinically used ACE inhibitors. In contrast, molecular investigation of RAS metabolism could visualize specific alternative RAS modulation by clinically used drugs, showing superiority of ACE inhibitors over angiotensin receptor blockers, which could explain the known differences in treatment outcomes. Apart from the valuable tool for further studies, this thesis also deepens our knowledge about the tissue specificity of the RAS and its potential therapeutic modulation.submitted by Oliver Domenig, BSc MScZusammenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Univesität Wien, Dissertation, 2016OeB