Die Bedeutung Östrogen-responsiver Vitellogenine für die angeborene Immunität des Nematoden Caenorhabditis elegans und ihre Beeinflussung durch Phytoöstrogene

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2011

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-10198

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Vitellogenine (VITs) sind eine Klasse Cholesterol-transportierender Eidotter-Proteine, deren Homolog im Menschen das Apolipoprotein B-100 ist und die im Zusammenhang mit der Langlebigkeit diskutiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Fadenwurm Caenorhabditis elegans als Modellorganismus verwendet, um Einflüsse der Vitellogenine auf Stressresistenz und Lebensspanne zu untersuchen. Als Stressfaktoren wurden die Exposition gegenüber dem Nematoden-pathogenen Bakterium Photorhabdus luminescens, sowie ein Knock-down der Zinkmetalloprotease-2 (ZMP-2) verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass beide Stressoren die Lebensspanne von C. elegans signifikant reduzierten. Eine durch RNA-Interferenz (RNAi) bewirkte verminderte Expression der VITs erhöhte hierbei die Sensitivität gegenüber P. luminescens. Während die meisten für die angeborene Immunität des Nematoden wichtigen Signalwege als unbedeutend für eine Resistenz gegenüber P. luminescens beschrieben werden konnten, erwies sich der im Insulin-IGF-Signalweg lokalisierte Transkriptionsfaktor DAF-16 und seine cytosolische Lokalisation auf intestinaler Ebene als essentiell für den Vitellogenin-vermittelten Schutz. Darüber hinaus konnte erstmals ein Einfluss des durch Cholesterolmetabolite aktivierten Steroid-Signalweges identifiziert werden, indem seine Mitglieder DAF-9 und DAF-12 als entscheidend für die Vitellogenin-verursachte Lebenzeitverlängerung in Gegenwart der pathogenen Bakterien charakterisiert wurden. Dem immun-stimulatorischen Einfluss des Steroid-Signalweges entsprechend, führte ein Cholesterol-Mangel zur Reduktion der Lebensspanne unter P. luminescens-Exposition. Die erhöhte Gabe von Cholesterol bedingte zwar ebenfalls eine reduzierte Lebensspanne, dies war jedoch auf die unter diesen Bedingungen deutlich verminderte Expression der VITs zurückzuführen. Aufgrund der nachgewiesenen starken Östrogen-Responsivität der VIT Expression verursachte 17& #946; Östradiol eine erhöhte Resistenz gegenüber P. luminescens, die unter vit-RNAi nicht mehr beobachtet werden konnte. Eine Beteiligung des NHR-14, einem als Östrogen-Rezeptor postulierten nukleären Hormonrezeptors in C. elegans, an den durch 17& #946;-Östradiol induzierten protektiven Mechanismen konnte ausgeschlossen werden. Das Phytoöstrogen Genistein verursachte im Gegensatz zum 17& #946;-Östradiol eine Verkürzung der Lebensdauer in Gegenwart von P. luminescens, die mit reduzierter Expression der VITs in Verbindung zu bringen war und anti-östrogene Wirkungen des Genisteins in C. elegans belegt.Im Hinblick auf den durch zmp-2-RNAi verursachten Stress erwiesen sich die VITs interessanterweise gegenteilig wirksam als in bakteriell gestressten Nematoden. Ein Knock-down der VITs führte zum vollständigen Ausbleiben der durch zmp-2-RNAi bewirkten Lebenszeitverkürzung. Nachgewiesen werden konnte eine erhöhte Akkumulation oxidativ veränderter Proteine in C. elegans, die darauf schließen lässt, dass sich unter zmp-2-RNAi extrazellulär oxidierte Lipoproteinaggregate ansammeln, die in Abwesenheit von VITs nicht mehr internalisiert werden können. Bestätigt wurde diese Vermutung in der rme-2-Mutante, die einen Defekt der Rezeptor-vermittelten Endozytose von Vitellogeninen aufweist und unter zmp-2-Defizienz keine Lebenszeitverkürzung zeigte. Allerdings erwies sich eine marginale Cholesterolversorgung in Abhängigkeit des Steroid-Signalweges als Lebensspanne-verlängernd, was durch eine Verkürzung der Lebensspanne durch Cholesterolmangel unter zmp-2-RNAi belegt werden konnte. DAF-16 konnte unter zmp-2-Defizienz erstmals auch als ein die Lebensspanne vermindernder Faktor identifiziert werden, dessen Wirkungen über eine Rückkopplungshemmung der die Lebensspanne erhöhenden Faktoren DAF-9 und DAF 12 erklärbar wurden. Während Genistein, über seine anti-östrogenen Wirkungen, die Lebenspanne in Nematoden mit verminderter ZMP-2 Funktion erhöhte, ließen sich die Lebenszeit-verlängernden Aktivitäten des 17& #946;-Östradiols unter diesen Bedingungen nicht über die beeinflusste Funktionalität der VITs erklären. Die Schutzwirkungen des Östrogens in zmp-2-RNAi behandelten Würmern schien vielmehr durch dessen antioxidativen Wirkungen und einer damit einhergehenden verminderten Entstehung oxidativ modifizierter Lipoproteinaggregate ableitbar.Zusammenfassend lässt sich eine erstmals nachgewiesene, bedeutsame Rolle der VITs im Rahmen von Resistenzmechanismen gegenüber unterschiedlichen Stressoren beschreiben. Hierbei sind DAF-9 und DAF-12, Mitglieder des Steroid-Signalwegs, entscheidend für eine Lebensverlängerung, während DAF-16 in Abhängigkeit des Stressors divergente Effekte erzielt. Die Aktivierung von Schutzmechanismen gegenüber P. luminescens bedingen VITs, indem sie über den Steroid-Signalweg ihre eigene Synthese veranlassen und somit verstärkt antioxidativ wirksam werden können. Liegen allerdings extrazellulär vermehrt oxidierte Lipoproteinaggregate vor, wie unter funktioneller Einschränkung von ZMP-2, wirken VITs über den Transport der oxidierten Verbindungen Lebenszeit-verkürzend.

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