Beschreibung:Prostaglandin F2α, pharmazeutisch als Carboprost bezeichnet, ist ein natürlich vorkommendes Prostaglandin, das in der Medizin als Geburtshelfer und Abtreibungsmittel verwendet wird. Bei einheimischen Säugetieren wird es durch die Gebärmutter produziert, wenn es durch Oxytocin stimuliert wird, falls während der Lutealphase keine Implantation stattgefunden hat. Es wirkt auf den Gelbkörper, um eine Luteolyse zu bewirken, indem es einen Corpus albicans bildet und die Produktion von Progesteron stoppt. Die Wirkung von PGF2α ist abhängig von der Anzahl der Rezeptoren auf der Gelbkörpermembran. Die Isoform 8-iso-PGF2α von PGF2α wurde in signifikant erhöhten Mengen bei Patientinnen mit Endometriose gefunden und stellt somit einen potentiellen ursächlichen Zusammenhang bei endometriose-assoziiertem oxidativem Stress dar.Verwendung:Wenn PGF2α in den Körper oder in die Fruchtblase injiziert wird, kann es je nach der verwendeten Konzentration entweder Wehen auslösen oder einen Abort verursachen. In kleinen Dosen (1-4 mg/Tag) wirkt PGF2α zur Stimulation der Gebärmuttermuskelkontraktionen, was den Geburtsvorgang unterstützt. Während des ersten Trimesters und in höheren Konzentrationen (40 mg/Tag) kann PGF2α jedoch einen Schwangerschaftsabbruch verursachen, indem es den Gelbkörper, der den Fötus in der Gebärmutter ernährt, abbaut. Da der Fötus zu diesem Zeitpunkt außerhalb der Gebärmutter nicht lebensfähig ist, verhungert der Mangel an Nahrung und führt nach ein oder zwei Tagen zum Abbruch des Fötus.Verwendung im Bodybuilding:Das Wachstum der Skelettmuskulatur erfordert mehrere Schritte, um große vielkernige Muskelzellen zu bilden. Moleküle, die das Muskelwachstum stimulieren, können therapeutisch bei Muskelverlust im Zusammenhang mit Alterung, Verletzung oder Krankheit eingesetzt werden. Es sind jedoch nur wenige Faktoren bekannt, die die Größe der Muskelzellen erhöhen. Wir zeigen, dass Prostaglandin F2α (PGF2α) sowie zwei Analoga die Größe von Muskelzellen in vitro erhöhen. Diese erhöhte Myotube-Größe ist nicht darauf zurückzuführen, dass PGF2α die Zellfusion, die anfänglich Myotubes bildet, verbessert, sondern vielmehr darauf, dass PGF2α die Fusion von Zellen mit bereits vorhandenen mehrkernigen Zellen rekrutiert. Dieses Wachstum wird durch den PGF2α Rezeptor (FP-Rezeptor) vermittelt. Da der FP-Rezeptor den intrazellulären Kalziumspiegel erhöhen kann, wurde die Beteiligung des kalziumregulierten Transkriptionsfaktor-Kernfaktors aktivierter T-Zellen (NFAT) an der Vermittlung des PGF2α verstärkten Zellwachstums untersucht. Wir zeigen, dass NFAT durch PGF2α aktiviert wird und die Isoform NFATC2 für PGF2α-induziertes Muskelzellwachstum und Kernakkretion erforderlich ist, was die erste Schnittmenge zwischen der Aktivierung des Prostaglandin-Rezeptors und der NFAT-Signalisierung zeigt. Angesichts dieser für PGF2α neuartigen Rolle für das Wachstum von Skelettmuskelzellen geben diese Studien Anlass zur Vorsicht, dass eine längere Einnahme von Medikamenten, die die PG-Produktion hemmen, wie z.B. nicht-steroidale Antirheumatika, für das Muskelwachstum schädlich sein könnte.Die Skelettmyogenese folgt einer geordneten Reihe von zellulären Ereignissen, die den Zellzyklus von Myoblasten, ihre anschließende Differenzierung und die Fusion zu vielkernigen Myofasern in vivo oder Myotuben in vitro umfassen. In den meisten Fällen erfordert das Muskelwachstum bei Säugetieren die Fusion von differenzierten Muskelzellen mit der wachsenden vielkernigen Muskelzelle.1 Durch die Zugabe zusätzlicher Kerne zu den Muskelzellen während des Wachstums wird eine erhöhte Anzahl von Kernen in einem Zytoplasma enthalten, so dass jeder Kern mehr Zytoplasma regulieren kann.2 Diese Fusionsereignisse ermöglichen eine erhöhte Proteinsynthese und eine Zunahme der Zellgröße. Das Verständnis der molekularen Pfade, die das Muskelwachstum regulieren, ist wichtig für die Behandlung von Muskelstörungen und den Verlust von Muskelmasse während des Alterns. Es sind jedoch nur wenige Moleküle bekannt, die eine verstärkte Muskelzellfusion und ein verstärktes Wachstum der Skelettmuskulatur stimulieren.Prostaglandine (PGs) sind parakrine Signalmoleküle, die als Reaktion auf Zytokine, Zellschäden oder Wachstumsfaktoren aus Arachidonsäure synthetisiert werden.3 Die Synthese von PGs beinhaltet den Metabolismus von Arachidonsäure durch Cyclooxygenase-Enzyme zu einem intermediären PG. Spezifische PG-Synthasen wandeln dieses Zwischenprodukt-PG in die primären PG-Moleküle (PGE2, PGF2α, PGI2 und PGD2) um. Einmal hergestellt, werden die PGs sezerniert und vermitteln die Signalisierung durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, die für jedes PG unterschiedlich sind. Die Aktivierung von PG-Rezeptoren führt zu einer Reihe von Wirkungen in einer Reihe von Zell- und Gewebetypen, einschließlich der Skelettmuskulatur.PGs sind in das Wachstum der Skelettmuskulatur involviert. Damit ein Skelettmuskel wachsen kann, muss eine Population von Myoblasten zur Verfügung stehen, die sich differenzieren und mit der Myofaser verschmelzen. Verschiedene PGs können die Proliferation4, die Differenzierung5 sowie die Fusion von Myoblasten kontrollieren.6 Sobald die Myotuben gebildet sind, nimmt die Größe der Muskelzellen durch eine verbesserte Proteinsynthese weiter zu. PGs regulieren diese Wachstumsphase, indem sie sowohl den Proteinabbau als auch die Proteinsynthese in den Myotuben verändern.7 Entsprechend der allgemeinen Rolle der PGs beim Wachstum der Skelettmuskulatur blockiert die Hemmung der PG-Produktion das Wachstum der Myofasern in vivo.8 Diese Daten legen nahe, dass PGs das Muskelzellwachstum durch die Beeinflussung mehrerer Schritte der Myogenese regulieren.Signalwege, die durch Kalzium aktiviert werden, sind wichtig für das Wachstum der Skelettmuskulatur.9 Es hat sich gezeigt, dass PGs den Anstieg des intrazellulären Kalziums innerhalb einer Vielzahl von Muskelzelltypen aktivieren.10 Insbesondere PGF2α und PGE2 können über ihre Rezeptoren, den PGF2α Rezeptor (FP) bzw. EP1/EP3, den Anstieg des intrazellulären Kalziums aktivieren.11 Ein kalziumregulierter Weg, der am Wachstum der Skelettmuskulatur beteiligt ist, ist die Familie der Transkriptionsfaktoren, der Kernfaktor aktivierter T-Zellen.12 Mehrere NFAT-Isoformen werden im Skelettmuskel exprimiert, und die Regulation der einzelnen NFAT-Isoformen scheint auf der Ebene der Kerntranslokation zu erfolgen. 13 Beispielsweise wird die NFATC2-Isoform nur in neu gebildeten oder im Entstehen begriffenen Myotubes aktiviert, nicht aber in anderen Stadien der Myogenese.14 Wir haben bereits gezeigt, dass die NFATC2-Isoform für das Wachstum der Skelettmuskulatur wichtig ist15 , aber die vorgeschalteten Aktivatoren dieses Weges wurden nicht aufgeklärt.Da PGF2α das intrazelluläre Kalzium erhöhen kann und die Kalzium-Signalwege für zahlreiche Stadien der Myogenese wichtig sind, die zum Muskelwachstum beitragen, haben wir die Hypothese aufgestellt, dass PGF2α das Wachstum der Skelettmuskulatur regulieren kann. Obwohl PGF2α die Endstadien des Muskelwachstums durch Induktion der Proteinsynthese16 regulieren kann, versuchten wir, die Rolle von PGF2α in anderen Schritten der Myogenese zu untersuchen, die Kalzium benötigen, wie z.B. Differenzierung17 und Fusion.18 Wir zeigen, dass PGF2α die myonukleare Akkretion nach der anfänglichen Bildung von Myotuben verstärkt, was zu einer Zunahme der Myotubengröße führt. Darüber hinaus erfolgt das durch PGF2α induzierte Wachstum über einen NFAT-abhängigen Pfad. Diese Daten implizieren nicht nur eine neue Funktion von PGF2α beim Skelettmuskelwachstum, sondern auch eine neue Kreuzung zwischen Prostaglandin und NFAT-Signalwegen.Um die Hypothese zu testen, dass PGF2α eine Rolle beim Wachstum von Skelettmuskelzellen spielt, wurden differenzierende primäre Muskelkulturen mit verschiedenen Dosen von PGF2α oder mit einem stabilen synthetischen Analogon von PGF2α, 17-Phenyltrinor PGF2α (17-phPGF2α), behandelt. Nach 24 h ist die Mehrheit der Zellen differenziert und hat einige wenige vielkernige Zellen gebildet. Obwohl nach 24 Stunden kein Unterschied zwischen der Vehikel- und der medikamentenbehandelten Gruppe zu erkennen ist, sind die medikamentenbehandelten Myotuben nach 48 Stunden größer als das Vehikel, was darauf hindeutet, dass PGF2α das Muskelwachstum regulieren kann.Die Bildung einer vielkernigen Zelle erfordert mehrere zelluläre Prozesse, einschließlich der Bildung einer angemessenen Anzahl von Myoblasten durch Zellproliferation, ihre Differenzierung und die anschließende Membranfusion. Um festzustellen, ob PGF2α die Zellproliferation und/oder das Überleben der Zellen in unserem Assay erhöht, wurde der DNA-Gehalt quantifiziert. Es besteht kein Unterschied im DNA-Gehalt zwischen PGF2α und den mit dem Vehikel behandelten Zellen. Die Differenzierung wurde in Vehikel- und PGF2α-behandelten Kulturen nach 24 und 48 Stunden durch Immunfärbung der Kulturen mit der embryonalen schweren Myosinkette (EMyHC), einem Marker der Differenzierung, und durch Zählen der Anzahl der in EMyHC-positiven Zellen enthaltenen Kerne beurteilt. Der Prozentsatz der differenzierten Zellen unterscheidet sich nicht zwischen den mit Vehikel- oder PGF2α behandelten Kulturen nach 24 oder 48 h. Zusätzlich wurde der Fusionsindex bestimmt. Der Prozentsatz der Kerne in Myotubes unterscheidet sich nicht zwischen den mit Vehikel- oder PGF2α behandelten Kulturen. Diese Daten deuten darauf hin, dass PGF2α die Proliferation oder das Überleben, die Differenzierung oder die Fusion der Myoblasten, die zum Muskelwachstum führen, nicht beeinflusst.Nach der anfänglichen Fusion von Myoblasten, die eine vielkernige Zelle bilden, erfolgt das Zellwachstum durch die Fusion differenzierter Muskelzellen mit dem entstehenden Myotube, um die Anzahl der Myonkerne und die Zellgröße zu erhöhen.19 Obwohl der Fusionsindex den Prozentsatz der gesamten Zellpopulation bestimmt, der innerhalb der Muskelkulturen fusioniert ist, ist er kein Maß für die Anzahl der Myonkerne innerhalb der einzelnen Myotubes. Durch die Analyse der Myonuklearzahl innerhalb einzelner Myotubes kann die Zellfusion, die zum Muskelwachstum beiträgt, bestimmt werden. Um zu bestimmen, ob PGF2α die Muskelzellgröße durch verstärkte Zugabe von Myonuklei zu bestehenden Myotuben erhöht, wurde die Anzahl der Kerne in einzelnen Myotuben in Kulturen bestimmt, die mit Vehikel und PGF2α für 48 h behandelt wurden. Bei der Vehikelbehandlung sind Myotuben mit zwei bis vier Kernen zu gleichen Teilen vorhanden wie solche mit fünf oder mehr Kernen. Bei einer 10-6 M PGF2α Behandlung tritt jedoch eine signifikante Erhöhung des Prozentsatzes der Myotubes mit fünf oder mehr Kernen auf, bei gleichzeitiger Abnahme des Prozentsatzes der Myotubes mit zwei bis vier Kernen. Es hat sich gezeigt, dass diese Dosis von PGF2α in Assays mit Herz- und Glattmuskelzellen maximale Wirkungen erzielt.20 Andere getestete Dosen von PGF2α unterscheiden sich nicht signifikant vom Vehikel. In ähnlicher Weise erhöht die Behandlung von Zellen mit 17-phPGF2α ebenfalls die Anzahl der Myonuklei im gleichen Umfang wie PGF2α, jedoch bei niedrigeren Dosen, was mit seiner höheren Affinität und größeren metabolischen Stabilität übereinstimmt. 21 Diese Daten deuten darauf hin, dass PGF2α die Zellfusion mit den Myotubes erhöht, um die Vergrößerung der Muskelzellen zu erleichtern.Um die Wirkung von PGF2α auf die Erhöhung der Myonuklearzahl weiter zu untersuchen, wurden differenzierende Muskelzellen in verschiedenen Stadien der Fusion mit PGF2α behandelt. Um festzustellen, ob PGF2α in den Anfangsstadien der Zellfusion wirken kann, wurden die Zellen erst zu Beginn der Differenzierung um 0 h in Differenzierungsmedien (DM) mit PGF2α behandelt. Um zu bestimmen, ob PGF2α während späterer Fusionsereignisse wirkt, wurden die Zellen erst nach 24 h behandelt, einem Zeitpunkt, an dem die Zellen zu fusionieren beginnen und einige wenige vielkernige Muskelzellen vorhanden sind. In beiden Fällen wurde die Kernanzahl der einzelnen Myotuben um 48 h analysiert. Wenn PGF2α zu Beginn der Differenzierung (0 h) verabreicht wird, besteht kein signifikanter Unterschied im Prozentsatz der Myotuben mit fünf oder mehr Kernen im Vergleich zu den mit Vehikel behandelten Kulturen. Wenn PGF2α jedoch nach 24 Stunden verabreicht wird, ist der Prozentsatz der Myotubes mit fünf oder mehr Kernen signifikant höher als bei den Vehikel-behandelten Zellen. Dieser Unterschied ist vergleichbar mit dem Anstieg der Kernzahl, wenn PGF2α sowohl bei 0 als auch bei 24 h verabreicht wird. Diese Daten bestätigen weiterhin, dass PGF2α in späteren Stadien der Muskelzellfusion wirkt, um eine Zunahme der Muskelzellgröße zu ermöglichen.Nebenwirkungen:Bei 17 Patienten mit kardialen Extrasystolen zeigte Prostaglandin (PG) F2a (= alpha), intravenös verabreicht bei konsekutiven Infusionsraten von 25 bis 100 Mikrogramm/min, dosisabhängig folgende Wirkungen: Verlängerung der elektromechanischen Gesamtsystole, der Prä-Ejektionszeit und der linksventrikulären Ejektionszeit, was auf eine negative inotrope Aktivität, einen Anstieg des systolischen und diastolischen Blutdrucks und das Auftreten von Nebenwirkungen hinweist. Weitere 2 Patienten wurden von der einheitlichen Bewertung ausgeschlossen, weil die PGF2a-Dosierung aufgrund einer deutlichen antiarrhythmischen Wirkung bei dem einen und schweren Nebenwirkungen bei dem anderen Patienten geändert wurde. Die Ergebnisse ergänzen die klinisch-pharmakologischen Befunde mit PGF2a.1 Darr and Schultz, 1989; Rosenblatt and Parry, 1992; Phelan and Gonyea, 1997; Barton-Davis et al., 1999; Horsley et al., 2001; Mitchell and Pavlath, 20012 Allen et al., 19993 Funk, 20014 Zalin, 19875 Schutzle et al., 19846 Zalin, 1977; David and Higginbotham, 1981; Entwistle et al., 1986; Rossi et al., 19897 Rodemann and Goldberg, 1982; Palmer, 1990; Vandenburgh et al., 19908 Templeton et al., 1986; McLennan, 19879 Abbott et al., 1998; Dunn et al., 1999; Musaro et al., 1999; Semsarian et al., 1999; Delling et al., 2000; Friday et al., 2000; Horsley et al., 2001; Mitchell et al., 200210 Asboth et al., 1996; Chen et al., 1997; Yew et al., 1998; Yousufzai and Abdel-Latif, 199811 Breyer et al., 200112 NFAT; Horsley and Pavlath, 200213 Abbott et al., 199814 Abbott et al., 199815 Horsley et al., 200116 Vandenburgh et al., 199017 Shainberg et al., 1969; Morris and Cole, 197918 Shainberg et al., 1969; Knudsen and Horwitz, 197719 Bate, 1990; Horsley et al., 200120 Adams et al., 1996; Griffin et al., 1998; Kunapuli et al., 1998; Yew et al., 1998; Katsuyama et al., 200221 Lake et al., 1994; Pierce et al., 1997
