On the role of superoxide dismutase and protein phosphatase type-2C beta in neuronal cell death

Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von Enzymen, den endogenen Sauerstoffradikalfängern Superoxiddismutase 1 und 2 (SOD1/2) sowie der Proteinphosphatase Typ 2C (PP2C), bei verschieden Modellen von neuronalem Zelltod zu beleuchten, um das Verständnis der zellulären Vorgänge nach neuronaler Schäd...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Grzeschik, Susanna Manuela
Beteiligte: Prof. Dr. Dr. J. Krieglstein (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2003
Pharmazie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von Enzymen, den endogenen Sauerstoffradikalfängern Superoxiddismutase 1 und 2 (SOD1/2) sowie der Proteinphosphatase Typ 2C (PP2C), bei verschieden Modellen von neuronalem Zelltod zu beleuchten, um das Verständnis der zellulären Vorgänge nach neuronaler Schädigung, wie Schlaganfall, Trauma oder neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Huntington, zu verbessern. Zwei verschiedene in vivo-Modelle, das Kälte-induzierte Hirntrauma (Cold injury-induced brain trauma, CIBT) und die intrastriatale Injektion des Toxins 3-Nitropropionsäure (3-NP), fanden Anwendung in Mäusen, um den Einfluss der Menge an SOD auf das Ausmaß von Hirnschädigung zu untersuchen. Die mögliche Rolle der PP2C bei der Induktion der Apoptose, eines Enzyms, welches an der reversiblen Phosphorylierung von Proteinen beteiligt ist, wurde an kultivierten Rattenneuronen beleuchtet. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde demonstriert, dass das zytosolische Enzym Cu/Zn- Superoxiddismutase (SOD1) den Verlauf der Schädigung nach intrastriataler Injektion von 3-NP beeinflusst. Vermehrte Expression von SOD1 in transgenen Mäusen wirkte in diesem überwiegend nekrotischen Schädigungsmodell neuroprotektiv, verkleinerte die Läsion und verminderte Ödembildung, während eine Verminderung dieses Enzyms in knock-out - Mutanten allein die Ödembildung signifikant verstärkte. Die Ergebnisse dieser Studie untermauern die Hypothese, dass auch im Modell der intrastriatalen Injektion die Bildung von freien Sauerstoffradikalen ein wichtiger Faktor der Intoxikation durch 3-NP ist. Dieses Model erlaubt durch Erkenntnisse über den Zelluntergang durch Energiemangel Einblicke in neurodegenerative Erkrankungen wie Chorea Huntington und erleichtert so die Suche nach therapeutischen Zielen zur Behandlung dieser Erkrankungen. Weiterhin wurde in dieser Arbeit die Rolle der mitochondrialen Mn-Superoxiddismutase (SOD2) anhand eines Modells von Hirntrauma durch Kälteschädigung (CIBT) untersucht. Die verminderte Expression von SOD2 in knock-out Mutanten beeinflusste den Schädigungsverlauf nach CIBT nicht. Dagegen wurde ein Anstieg der Produktion von freien Sauerstoffradikalen in der Läsion detektiert, welches Funde aus früheren Publikationen unterstützt, die postulieren, dass die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies eine wichtige Rolle in der Schädigung nach CIBT spielt. Da SOD2 in den Mitochondrien lokalisiert ist, erlaubt dieses Ergebnis den Rückschluss, dass entweder die Produktion von freien Radikalen nicht mit der SOD2 in den Mitochondrien kolokalisiert war, wobei SOD2 keinen Einfluss auf den Spiegel freier Sauerstoffradikale haben konnte, oder dass die Menge an freigesetzten Sauerstoffradikalen in Wildtyptieren schon zu schädigend war, um eine Verschlimmerung der Läsion nach Verringerung von SOD2 zuzulassen. Außerdem zeigte diese Studie durch Verfolgen der Ödementwicklung und den Befund von haemorrhagischen Veränderungen und Entzündungsreaktionen, dass CIBT ein reproduzierbares Modell für einen biphasischen Bluthirnschranken-Zusammenbruch ist. Biphasischer Zusammenbruch der Bluthirnschranke und Entzündungsreaktionen sind Faktoren, welche bei Schlaganfall oder Hirntrauma eine Rolle spielen. Das an diesen Modellen erarbeitete Wissen kann dazu beitragen, neue Therapien zu entwickeln, um die Prognose der Patienten zu verbessern. Die Untersuchung der Rolle der PP2C in der neuronalen Apoptose war der dritte Forschungsschwerpunkt dieser Arbeit. Proteinkinasen und Phosphatasen, darunter PP2C, üben durch reversible Proteinphosphorylierung eine entscheidende regulierende Funktion in vielen zellulären Mechanismen aus. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen die Hypothese, daß PP2C am programmierten neuronalen Zelltod (Apoptose) beteiligt sein könnte. Es wurde gezeigt, dass Aktivatoren der PP2C, wie Ölsäure oder Ginkgolsäuren, in kultivierten Rattenneuronen zeit- und konzentrationsabhängig Apoptose hervorrufen. Dagegen zeigte sich bei Verwendung des Enantiomers trans-Ölsäure (Elaidinsäure), welche PP2C in-vitro nicht aktiviert, keine Induktion von Apoptose. Ein möglicher apoptotischer Mechanismus, die Induktion durch Dephosphorylierung des proapoptotischen Proteins Bad mittels aktivierter PP2C, wurde durch Bestimmung der Menge an Ser155-phosphoryliertem Bad sowie von Gesamt-Bad (phosphoryliert + unphosphoryliert) in kultivierten Rattenneuronen beleuchtet, welche mit Ölsäure oder Ginkgolsäuren behandelt wurden. Veränderungen von unphosphoryliertem Bad konnten durch die hier eingesetzte Westernblot-Methode nicht bestimmt werden, denn für den Nachweis von unphosphoryliertem Bad standen keine Antikörper zu Verfügung. Die gemessenen Phospho-Bad/Gesamt-Bad-Veränderungen in behandelten Zellen liessen ohne die Kenntnis über das Verhältnis von Gesamt-Bad zu phosphoryliertem Bad in unbehandelten Zellen ebenfalls keinen indirekten Rückschluss auf unphosphoryliertes Bad zu.