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Main Title: Wirkung von Hemmstoffen und Antioxidantien in Gliazellen bei Anoxie/Reoxygenierung und in der hepatischen Enzephalopathie
Translated Title: The effect of inhibitors and antioxidants in glial cells in anoxia/reoxygenation and hepatic encephalopathy
Author(s): Widmer, Rebecca
Advisor(s): Grune, Tilman
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Mikroglia und Astrozyten spielen als gliale Zellen neben Neuronen in der Pathogenese neurodegenerativer Krankheiten eine bedeutende Rolle und gelten daher als therapeutische Targets. Die Untersuchung dieser Zellen auf oxidativen Stress, dessen intrazelluläre Lokalisation und die potentielle protektive Wirkung diverser Enzymhemmstoffe und Antioxidantien auf dem pathophysiologischen Hintergrund der Anoxie/Reoxygenierung und der hepatischen Enzephalopathie war Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Die Anoxie bewirkte bei Mikroglia ein Absinken der Vitalität, der ATP-Produktion und der Apoptose. Die Reoxygenierung ließ die Vitalität und die ATP-Produktion ansteigen, wobei die Apoptose nur kurzfristig erhöht war. Die Anoxie/Reoxygenierungs-Inkubation erzeugte in der Reoxygenierung eine Produktion von reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies, die einen oxidativen Schaden vor allem an Proteinen verursachten. Die Hemmstoffe Oxypurinol, Indomethacin, L-NAME und Diphenyleniodoniumchlorid, die jeweils für die Hemmung der Xanthinoxidase, Cyclooxygenasen, NO-Synthase, und NAD(P)H-Oxidase eingesetzt wurden, und die Antioxidantien MitoQ und Trolox® konnten die Proteinoxidation deutlich vermindern. Die Lipidperoxidation, obwohl nicht bedeutend erhöht, wurde durch Oxypurinol und Indomethacin gesenkt. Die Vitalität wurde durch die beiden Inhibitioren gesteigert, wobei die Apoptose lediglich durch die Antioxidantien gemindert werden konnte. Protektive Wirkungen der Enzymhemmstoffe und der Antioxidantien wurden nachgewiesen. Die Xanthinoxidase und die Cyclooxygenasen konnten als dominierende Produzenten des oxidativen Stresses identifiziert werden. Pathologische Ammoniakkonzentrationen verminderten geringfügig die Vitalität von Astrozyten und verursachten gleichzeitig ein Anschwellen der Zellen und eine Induktion der Apoptose. Die Produktion reaktiver Oxidantien, die Proteinoxidation und die proteasomale Proteolyse wurden ebenfalls durch erhöhte Ammoniakkonzentrationen induziert. Alle drei Parameter wurden sowohl durch die Hemmstoffe L-Methionin-Sulfoximin und 6-Diazo-5-Oxo-L-Norleucin jeweils für die Glutamin-Synthetase und die Glutaminase I als auch durch Trolox® und L-Ascorbinsäure gesenkt. Die Wirkstoffe konnten folglich als protektive Enzymhemmstoffe und Antioxidantien ermittelt werden. Durch den Einsatz der Inhibitoren wurde der Ammoniakmetabolismus als Ursache des oxidativen Stresses identifiziert. Die Produktion reaktiver Oxidantien konnte durch Ammoniakbelastung in einer Mitochondrien-defizienten Zelllinie nicht induziert werden. Der Ammoniakbelastung isolierter Mitochondrien folgte eine Produktion reaktiver Oxidantien. Mitochondrien wurden daher als Quelle des Ammoniak-induzierten, oxidativen Stresses identifiziert.
Microglia and astrocytes play as glial cells besides neurons an important role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases and hence count as therapeutical targets. The investigation of these cells on oxidative stress, its intracellular localization and the potential protective effect of diverse enzyme inhibitors and antioxidants on the pathophysiological background of anoxia/reoxygenation and hepatic encephalopathy was the matter of the present work. Anoxia caused in microglia a decrease of viability, ATP-production and apoptosis. Reoxygenation led to an increase of viability and ATP-production whereas apoptosis was enhanced only for a short time. The anoxia/reoxygenation incubation generated in the reoxygenation a production of reactive oxygen- and nitrogen species that caused an oxidative damage particularly of proteins. The inhibitors oxypurinol, indomethacin, L-NAME, and diphenyleneiodoniumchloride that were applied for the inhibition of xanthineoxidase, cyclooxygenases, NO-synthase, and NAD(P)H-oxidase, respectively, and the antioxidants MitoQ and Trolox® could notably attenuate proteinoxidation. Lipidperoxidation, although not enhanced significantly, was attenuated by oxypurinol and indomethacin. Viability was enhanced by both inhibitors whereas apoptosis could be decreased only by the antioxidants. Protective effects of the inhibitors and the antioxidants were proved. Xanthineoxidase and cyclooxygenases could be identified as major producers of oxidative stress. Pathological ammonia concentrations attenuated the viability of astrocytes marginally and caused a swelling of cells and an induction of apoptosis, concomitantly. The production of reactive oxidants, proteinoxidation and proteasomal proteolysis were induced by elevated ammonia concentrations, as well. All three parameters were attenuated by the inhibitors L-methionine-sulfoximine and 6-diazo-5-oxo-L-norleucine for glutamine-synthetase and glutaminase I, respectively, as well as by Trolox® and L-ascorbic acid. The substances could hence be determined as protective enzyme inhibitors and antioxidants. By application of the inhibitors, ammonia metabolism was identified as cause for the oxidative stress. The production of reactive oxidants could not be induced in a mitochondria-deficient cell line. Ammonia exposure of isolated mitochondria was followed by production of reactive oxidants. Mitochondria were hence identified as source of ammonia-induced oxidative stress.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-15041
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1839
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1542
Exam Date: 9-Feb-2007
Issue Date: 23-Feb-2007
Date Available: 23-Feb-2007
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Anoxie/Reoxygenierung
Astrozyten
Hepatische Enzephalopathie
Mikroglia
Oxidativer Stress
Anoxia/reoxygenation
Astrocytes
Hepatic encephalopathy
Microglia
Oxidative stress
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