Medizinische Universität Graz

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Bibliografische Informationen

Titel

Aufnahme, Verstoffwechselung und Zelluläre Eigenschaften von Sphingolipiden und chlorierten Sphingolipid Spezies in Neuronen

Kurzfassung

Die intakte Funktion des Gehirns ist von der Balance der im Gehirn vorkommenden Lipide abhängig. Deswegen sind lang- oder kurzfristige Veränderungen in der Lipidzusammensetzung, ausgelöst durch Entzündungen und/oder oxidativen Stress, welche bei Patienten mit akuten oder chronischen neurologischen Erkrankungen (z. B. Alzheimer, Parkinson, Multiple Sklerose bzw. Insult oder traumatischen Hirnverletzungen) auftreten, häufig mit Störungen des Zentralnevensystems (ZNS) verbunden. Unter diesen zerebralen Lipiden kommt der Klasse der Sphingolipide eine besondere Bedeutung zu. Sphingolipide sind essentiell für die Gewährleistung neuronaler Funktionen. Daher ist es nicht überraschend, dass Störungen im Sphingolipid Metabolismus, die eine Veränderung des zellulären Sphingolipid-Musters zur Folge haben, bei der Entstehung und dem Verlauf von neurodegenerativen Erkrankungen eine zentrale Rolle spielen. Unter vielen Systemen die bei der Bildung von reaktiven Spezies bedeutsam sind, nimmt das Enzym Myeloperoxidase (MPO) von Phagozyten eine Sonderstellung ein. Das Enzym kann aus Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Cl- Ionen hypochlorige Säure (HOCl) generieren. Dieses starke Oxidationsmittel kann mit ungesättigten Lipiden interagieren, diese oxidieren und dabei chlorierte, lipotoxische Verbindungen bilden. Das Phospholipid Sphingomyelin (SM) aus der Klasse der Sphingolipide besitzt eine ungesättigte Seitenkette sowie eine Amid-Bindung und ist somit ein potentielles Target für HOCl. Ziel dieser Studie war es, die Aufnahme und Metabolisierung von SM in einer neuronalen Zelllinie (CATH.a) zu untersuchen. Weiters sollte geprüft werden, ob SM oder durch HOCl oxidiertes SM (HOCl-SM) cytotoxische Eigenschaften aufweisen. Dabei sollte nach Inkubation mit HOCl-SM nicht nur die Viabilität von PC12 Zellen, sondern auch deren mitochondriale Funktionalität sowie Änderungen im Proteom dieser Zellen untersucht werden.

In in vitro Experimenten konnte dabei gezeigt werden, dass differenzierte sowie undifferenzierte CATH.a Zellen effizient fluoreszierende SM- und Ceramid (Cer) Analoga über Caveolae-vermittelte Endozytose aufnehmen und diese rasch verstoffwechseln. Dabei wird das grün-fluoreszierende BODIPY-SM bereits an der Plasma Membran durch Sphingomyelinasen hydrolisiert. Das dabei entstandene BODIPY-Cer kann über Diffusion ins Zellinnere gelangen, wobei es sich im Golgi Apparat sowie im Endoplasmatischen Reticulum anhäuft, wohingegen BODIPY-SM vermehrt an der extrazellulären Seite der Plasma

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Membran zu finden ist. Endozytiertes Cer dient einerseits zur Synthese von SM, andererseits zur Synthese einer bis jetzt unbekannten, polaren Sphingolipid Spezies, welche umgehend von den Zellen sekretiert wird. Weiters konnte ich in dieser Arbeit zeigen, dass hypochlorit-modifiziertes SM, im Gegensatz zu SM, die Bildung reaktiver Sauerstoff-Spezies in PC12 Zellen bewirkt. Dabei konnte bewiesen werden, dass dieses modifizierte Lipid negative Auswirkungen auf die Viabilität und mitochondriale Funktion der Zellen aufweist und Apoptose sowie Änderungen im Proteom initiieren kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Generierung von HOCl-SM durch das Enzym MPO eine entscheidende Rolle bei Erkrankungen des ZNS spielen könnte. Um bei der Entstehung und dem Verlauf von akuten sowie neurodegenerativen Erkrankungen entgegenwirken zu können, bedarf es deshalb einer genauen Untersuchung der zytotoxischen Wirkunsweise von HOCl-SM.

Schlagwörter

apoptose, zytotoxizität, 2D-Gelelektrophorese, sphingolipide, sphingomyelin, myeloperoxidase, freie radicale, glykolyse, chlorhydrien, chlorohydrin, oxidativer stress, lipotoxizität

Anzahl Seiten

204

Publikationsjahr

2016

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