Regulation der ROS-Produktion in primär afferenten Neuronen der Ratte unter Hypoxie
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Zusammenfassung
Sauerstoff ist lebensnotwendig für alle Säugetierzellen und speziell Neurone reagieren besonders empfindlich selbst auf kurze Hypoxiephasen. Um sich vor Hypoxie zu schützen, kann jede Säugetierzelle Sauerstoff messen und mit verschiedenen adaptiven Mechanismen reagieren. Es wird angenommen, dass intrazellulär gebildete reaktive Sauerstoffspezies (ROS) eine zentrale Rolle innerhalb dieser adaptiven Mechanismen, wie z.B. einer veränderten Genexpression, spielen. Abhängig vom untersuchten Zelltyp und den experimentellen Bedingungen konnte in der Vergangenheit sowohl eine Hypoxie-induzierte Zunahme als auch eine Abnahme der intrazellulären ROS beobachtet werden. Die meisten dieser Untersuchungen fanden an isolierten nicht-neuronalen Zellen statt, wie z.B. an Hepatomzellen (Hep3B oder HepG2) oder Kardiomyozyten. Einige Untersuchungen erfolgten auch an neuronalen Zellen, wie z.B. an PC12-Zellen, einer Zelllinie aus einem Nebennierenmarkstumor der Ratte. Innerhalb dieser Studien konnten große Unterschiede der Regulation der ROS-Produktion in den einzelnen Zelltypen festgestellt werden. So kam es z.B. durch die Verwendung eines Hemmstoffes an Komplex I der mitochondrialen Atmungskette (Rotenon) zu einer sinkenden Produktion von ROS in nicht-neuronalen Zellen, aber zu einer steigenden Produktion in kultivierten neuronalen Zellen. Die Situation in intaktem neuronalen Gewebe ist bis jetzt unbekannt. Deshalb wurden in dieser Arbeit unter Verwendung des Fluoreszenzindikators 2´, 7´-Dichlorofluoreszein-Diazetat und der konfokalen Laserscanning-Mikroskopie (CLSM) Untersuchungen an neuronalen Vitalschnitten unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen durchgeführt. Die CLSM erlaubt eine genaue Unterscheidung einzelner Zellen. Mittels der CLSM konnte so spezifisch die neuronale ROS-Produktion gemessen werden. Um den nicht durch Synapsen vermittelten Einfluss von Hypoxie auf die neuronale ROS-Produktionzu analysieren und eine mögliche Überlagerung der Messergebnisse durchausgeschüttete Transmitter zu vermeiden, wurden in dieser Arbeit die Spinalganglien der Ratte (DRG) für die Versuche ausgewählt, da in ihnen keine synaptische Umschaltung erfolgt. Die Inkubation der Vitalschnitte mit dem Aktivator der Protein Kinase C (PKC), Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA), führte zu einer vermehrten Produktion von ROS in den Neuronen, welche sich in einer höheren Fluoreszenzintensität äußerte. PMA führt über eine Aktivierung der PKC zu einer Phosphorylierung der NADPH-Oxidase, welche für die Produktion von ROS verantwortlich gemacht wird. In primär afferenten Neuronen wird die ROS-Produktion folglich über einen PKC-abhängigen Mechanismus gesteigert. Die Inkubation der Vitalschnitte mit Rotenon, einem Hemmstoff des Komplexes I der mitochondrialen Atmungskette führte ebenfalls zu einem Anstieg der ROS-Produktion in den Neuronen. Die gleiche Reaktion auf Rotenon konnten Höhler et al. (1999) bei neuronalen PC12-Zellen beobachten, während es in den meisten nicht-neuronalen Zellen zu einer Abnahme der ROS-Konzentration unter Einfluss von Rotenon kam. Diese Ergebnisse weisen auf einen signifikanten Unterschied der mitochondrialen ROS-Bildung neuronaler und nicht-neuronaler Zellen hin. Rotenon blockiert den Elektronentransfer der mitochondrialen Atmungskette an Komplex I. In neuronalen Zellen verlassen die Elektronen die Elektronentransportkette noch vor der Rotenonbindungstelle, um in Verbindung mit O2 ROS zu bilden. Höhler et al. (1999) wiesen den Komplex I der mitochondrialen Atmungskette als Bildungsort von ROS in neuronalen PC12-Zellen aus, während Chandel et al. (2000) nachwies, dass ROS in nicht-neuronalen Hep3B-Zellen an Komplex III gebildet werden. Die Regulation der mitochondrialen ROS-Produktion ist zelltypspezifisch. In primär afferenten Neuronen der Ratte werden ROS an Komplex I der Atmungskette gebildet. Unter Hypoxie kam es im Vergleich zu den normoxisch inkubierten Vitalschnitten zu keinem signifikanten Anstieg der ROS-Produktion in den Neuronen. Andere Arbeitsgruppen konnten jedoch zeigen, dass es sowohl in neuronalen, als auch in nichtneuronalen Zelltypen zu einer veränderten ROS-Produktion unter Hypoxie kam. Einige Arbeitsgruppen waren sogar in der Lage, einen Zusammenhang zwischen der Hypoxie-induzierten ROS-Bildung und weiteren Zellreaktionen herzustellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen jedoch, dass Hypoxie in den Neuronen zu keiner veränderten ROS-Produktion führt. Folglich spielen ROS in primär afferenten DRG-Neuronen der Ratte im Signaltransduktionsmechanismus der Antwort auf Hypoxie keine Rolle.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen: http://www.dvg.net/ DVG Service, 2004