Replikationsstress, oxidativer Stress und DNA-Reparaturmechanismen bei Schistosoma mansoni Infektion

Abstract

Schistosomiasis zählt zu den häufigsten parasitären Erkrankungen der Welt mit schätzungsweise 250 Millionen Infizierten. Durch Migration, Globalisierung und die damit verbundene Mobilität breitet sich die früher Bilharziose genannte Infektionserkrankung auch in Europa aus. Sowohl medizinisch als auch sozioökonomisch ist die Infektion eine große Belastung für die Bevölkerung in den endemischen Gebieten. In zahlreichen Studien zeigen sich Korrelationen zwischen der Infektion mit S. mansoni und dem Hepatozellulären Karzinom sowie ein gesteigertes Karzinogenese Risiko bei Koinfektionen mit Hepatitis B und C. Die Aktivierung diverser Karzinogenese-assoziierter Signalwege, sowie erhöhte Proliferations- und Apoptosemarker in Hamsterlebern deuten auf eine Beeinträchtigung der Zellzyklusregulation durch Schistosomiasis hin. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, den Zusammenhang des oxidativen Stresses und der Karzinogenese-assoziierten molekularbiologischen Mechanismen der S. mansoni Infektion aufzuklären. Dazu wurden in vivo und in vitro Versuche mit HepG2 Zellen und S. mansoni infizierten Hamsterlebern durchgeführt. In den Zellkulturversuchen wurden die Auswirkungen von löslichen S. mansoni Ei-Antigenen auf die Zellzyklusveränderungen und DNA-Schädigung untersucht mit Augenmerk auf den oxidativen Stress als potentiellen Auslöser. Als anti-oxidatives Agens (proof of principle) wurde reduziertes Glutathion in Zellkultur eingesetzt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass SEA in HepG2 Zellen DNA-Schäden induziert. Durch Zugabe von GSH wurde oxidativer Stress reduziert und die SEA-induzierten DNA- Schäden minimiert. Vergleicht man den oxidativen Stress in vivo und in vitro mittels MDA Marker, waren die MDA Spiegel der SEA stimulierten HepG2 Zellen und des Lebergewebes aus S. mansoni infizierten Hamstern gegenüber den Kontrollgruppen erhöht. Die Inhibition von JNK sowie die Zugabe des Reduktionsäquivalents GSH führte in SEA stimulierten HepG2 Zellen zu normalen MDA Spiegeln. Die Aktivität der enzymatischen Antioxidans Katalase war in Lebern S. mansoni infizierter Hamster gegenüber der Kontrollgruppe erhöht und korrelierte mit dem Infektionsgrad der Hamster. p-H2AX, ein Protein zur Aktivierung der DNA-Reparaturmechanismen, war in SEA stimulierten Zellen und in S. mansoni infizierten Hamsterlebern aktiviert. In Gewebeschnitten S. mansoni infizierter Hamster wurde simultan MCM2 und p-H2AX detektiert, wie auch Ki67 und p-H2AX. Die proliferierenden Hepatozyten mit DNA- Schädigung der Hamstergewebeschnitte deuten Replikationsstress in perigranulomatösen Zellen an. Unsere explorativen Versuche deuten auf eine Normalisierung der durch SEA induzierten Karzinogenese-assoziierten Signalwege, DNA-Replikationsmarker und Zellzykluskontrollen durch reduziertes Glutathion hin. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass S. mansoni hepatischen oxidativen Stress in vivo und in vitro induziert. In Zellkulturversuchen wird in Abwesenheit von Zellen des Immunsystems durch SEA eine oxidative Schädigung und damit DNA- Schädigung verursacht. Während der S. mansoni Infektion wird folglich hepatischer oxidativer Stress neben den Immunzellen zusätzlich direkt durch SEA ausgelöst. GSH kann SEA-stimulierte Zellen vor DNA-Schäden, Zellzyklusveränderungen und der Aktivierung Karzinogenese-assoziierter Signalwege schützen. Unsere Ergebnisse dienen der Aufklärung der Pathologie der S. mansoni Infektion und ihrer molekularbiologischen Prozesse. Diese Erkenntnisse können als Grundlage zum Verständnis des erhöhten Karzinogenese Risikos bei S. mansoni Infektion und zur Vorbereitung therapeutischer Ansätze dienen. In weiteren Studien sollte der Einsatz von Reduktionsäquivalenten als Karzinogenese-reduzierendes Agenz weiter vertieft werden.