Untersuchungen zum Einfluss von Selen und Vitamin E auf differentielle Genexpression, antioxidative Schutzmechanismen und Zellschädigungen bei der Ratte
Ziel und Gegenstand der Untersuchung
Selen und Vitamin E spielen eine bedeutende Rolle bei zahlreichen biologischen Prozessen, einschließlich antioxidativem Zellschutz,Modulation redox-sensitiver Enzymkaskaden und Zellwachstum. Über die molekularen Mechanismen, die diesen beobachteten Effektenzugrunde liegen, ist hingegen wenig bekannt. Die vorliegende Arbeit hatte daher zum Ziel, den Einfluss eines alimentären Selen- und/oderVitamin E-Mangels bei der Ratte auf differentielle Genexpression mit Hilfe eines cDNA Arrays in der Leber zu untersuchen. Darüber hinaussollten der Selen- und Vitamin E-Status sowie verschiedene Zellschädigungsparameter bestimmt werden.
Ergebnisse
Ein Selen- und Vitamin E-Mangel führte nach sieben Wochen zu einer signifikanten Reduktion der Lebendmasse und der Futterverwertung bei wachsenden Ratten. Ein alleiniger Vitamin E-Mangel führte in der Leber zu keiner signifikanten Änderung der Expression der untersuchten Gene. In der Leber der Selen-depletierten Ratten wurden insgesamt neun Gene differentiell exprimiert. Der alleinige Selen-Mangel führte zu einer Repression der zellulären Glutathionperoxidase (cGPx) und zu einer Induktion von Genen, welche an hepatischen Entgiftungsreaktionen beteiligt sind. In der Leber der Doppelmangelgruppe zeigten insgesamt 22 Gene eine differentielle Expression. Es kam zu einer weiteren Abnahme der cGPx-mRNA im Vergleich zum alleinigen Selen-Mangel und zu einer Induktion von Genen mit antioxidativen Eigenschaften. Der Doppelmangel war ferner durch eine signifikante Induktion von Genen charakterisiert, welche für Inflammation- und Apoptose-assoziierte Proteine codieren. Die Glutathion-Konzentration wurde durch den Vitamin E- und/oder Selen-Mangel in der Leber nicht signifikant beeinflusst. Darüber hinaus kam es zu einer erhöhten Aktivität der Glutathionreduktase im Selen-Mangel und zu einer Abnahme der Vitamin C-Konzentrationen. Der Vitamin E-Mangel führte zu einer signifikanten Lipidperoxidation in der Leber. Mit Hilfe des Comet Assays wurden keine signifikanten Unterschiede in der DNA-Schädigung zwischen den verschiedenen Behandlungsgruppen aufgezeigt. Ein Abfall der Aktivität der g-Glutaminsynthetase als ein Parameter einer Proteinschädigung wurde in der vorliegenden Untersuchung nicht beobachtet. Stattdessen kam es zu einem Anstieg der Aktivität in der Doppelmangel-Gruppe, was auf eine Stress-bedingte Induktion schließen lässt. Gemessen an dem Anstieg der Metallothionein-Konzentration und der Aktivität der Lactatdehydrogenase zeigte sich im Doppelmangel eine erhöhte inflammatorische Stoffwechsellage. Es kam darüber hinaus zu einer Abnahme der Blutparameter Hämoglobin und Hämatokrit. Die Vitamin E-Zulage führte im Selen-Mangel zu einer signifkanten Steigerung der Selen-Konzentration, der cGPx-mRNA sowie der cGPx-Aktivität in der Leber.
Damit konnten mit Hilfe der Microarray-Technologie in Abhängigkeit eines Selen- und/oder Vitamin E-Mangels differentiell exprimierte Gene in der Leber wachsender Ratten nachgewiesen werden. Änderungen auf Expressionsebene führten bei ausgewählten Parametern ebenfalls zu einer Änderung auf Proteinebene. Die vorliegende Studie bestätigt somit auch auf molekularer Ebene die lange bekannten synergistischen Effekte zwischen Vitamin E und Selen.
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