Essenzielle Rolle des Komplexes II der Atmungskette bei der hypoxie-induzierten ROS-Produktion in den Gefäßwandzellen der Lungenstrombahn

Abstract

Bei der hypoxischen pulmonalen Vasokonstriktion (HPV) verengen sich die intrapulmonalen Arterien als Reaktion auf eine alveoläre Hypoxie und leiten das Blut in besser ventilierte Lungenbereiche um, es findet also eine Anpassung der Perfusion an die Ventilation statt. Weder die molekulare Natur des Sauerstoffsensors noch der Signalweg, der zu einer HPV führt, waren zu Beginn dieser Arbeit vollständig entschlüsselt, wobei aber Hinweise auf eine Beteiligung von Stickstoffmonoxid (NO) oder vermutlich in den Mitochondrien gebildeten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) vorlagen. Ziel der Arbeit war daher die quantitative Erfassung zellulärer NO- und ROS-Produktion in pulmonalarteriellen Gefäßen unter Norm- und Hypoxie. Dazu wurden 200 µm dicke lebende Schnitte von Mauslungen in Gegenwart der fluoreszierenden Indikatoren DCF-DA (Nachweis von ROS) bzw. DAF-2DA (Nachweis von NO) unter normxischen bzw. hypoxischen Bedingungen kultiviert und anschließend die positiven Zellen und ihre Signalstärke in den Wänden der Gefäße fluoreszenzmikroskopisch quantifiziert. Die Succinatdehydrogenase-Aktivität (SDH-Aktivität) des mitochondrialen Komplexes II wurde mittels eines histochemischen Verfahrens quantitativ analysiert. Während die Anzahl NO-produzierender Zellen in der Gefäßwand durch Hypoxie nicht verändert wurde, war die Anzahl der ROS-generierenden Zellen signifikant erhöht. Die Zugabe spezifischer Inhibitoren (DPI zur Hemmung von Flavoproteinen, Rotenon zur Hemmung von Komplex I, 3-NPA und TTFA von Komplex II, Antimycin A von Komplex III und NaN3 von Komplex IV) ergab, dass die mitochondriale Atmungskette die Quelle von ROS war. Die Beteiligung der einzelnen Komplexe unterschied sich in der normoxischen und hypoxischen ROS-Bildung. Während für die normoxische ROS-Erzeugung die Komplexe I und III erforderlich waren, erforderte die hypoxische ROS-Bildung zusätzlich den Komplex II. Die histochemisch nachweisbare SDH-Aktivität von Komplex II in Zellen der intrapulmonalen Arterien nahm unter Hypoxie ab. Die Hemmung der umgekehrten enzymatischen Reaktion der SDH, d.h. die Fumarat-Reduktase, durch Zugabe von Succinat verhinderte spezifisch die hypoxische, nicht aber die normoxische ROS-Bildung. Somit spielt Komplex II eine wesentliche Rolle bei der hypoxischen ROS-Produktion. Vermutlich wechselt seine katalytische Aktivität bei verringertem Sauerstoffpartialdruck von SDH zu Fumarat-Reduktase, wodurch die Richtung des Elektronenflusses moduliert wird.