Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2576
Main Title: Die Rolle von p53 in der zellulären Antwort auf Natriumselenit und Selenomethionin
Translated Title: The role of p53 in the cellular response to sodium selenite and selenomethionine
Author(s): Klaus, Viola
Advisor(s): Hartwig, Andrea
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Für das Spurenelement Selen wird eine chemopräventive Wirkung postuliert, wobei die Ergebnisse epidemiologischer Studien hierzu nicht konsistent sind. Neben den antioxidativen Eigenschaften des Selens als Bestandteil von Selenoproteinen, wie der Glutathion-Peroxidase, besteht ein diskutierter Mechanismus in der Zinkfreisetzung aus Metallothionein durch die Oxidation von Thiolen. Damit wird jedoch auch die oxidative Freisetzung von Zink aus anderen zinkbindenden Strukturen, wie sie in Transkriptionsfaktoren, DNA-Reparaturproteinen und Tumorsuppressorproteinen zu finden sind, denkbar. Daraus könnte eine Schädigung von Proteinen resultieren, welche bedeutend für die Erhaltung der genomischen Stabilität sind. Daher wurde in dieser Arbeit der Einfluss von Natriumselenit und Selenomethionin auf das Tumorsuppressorprotein p53 sowie p53-abhängige zelluläre Effekte untersucht. P53 koordiniert in seiner DNA-Bindungsdomäne ein Zinkion, welche die native Konformation stabilisiert. In einem subzellulären Testsystem führte die reduzierbare Selenverbindung Natriumselenit zu einer Entfaltung des nativen p53, welche auf einer oxidativen Zinkfreisetzung beruhen könnte. Im Gegensatz dazu übte das vollständig reduzierte Selenomethionin keinen Einfluss auf die native Konformation aus. In der Zelle würde die Konformationsänderung zu einer Inaktivierung des Transkriptionsfaktors und damit zu einer gehemmten Expression von Genen führen, die nach DNA-Schädigung die Zellzykluskontrolle, DNA-Reparatur und Apoptose einleiten. Die Integrität dieser zellulären Schutzmechanismen wurde deshalb in p53-profizienten und p53-defizienten HCT116 Zellen verglichen. Dabei zeigte sich, dass die zelluläre Antwort nach Inkubation mit Natriumselenit stark p53-abhängig war. So reagierten die p53-profizienten Zellen sensitiver auf Natriumselenit als die p53-defizienten Zellen. Einhergehend mit der zytotoxischen Wirkung wurde nur in der p53-profizienten Zelllinie die Zellzykluskontrolle eingeleitet. Dies zeigte sich in Form eines G1-Phase-Arrests und der Induktion von p21. Daneben wurden p53-abhängig apoptotische Prozesse in Gang gesetzt, wie die Induktion von Bax, die Kernlokalisation von AIF und die Fragmentierung der DNA, die über die Bestimmung der Population im SubG1-Bereich ermittelt wurde. Zudem führte die Inkubation mit Natriumselenit bis in vergleichsweise hohe Konzentrationen in den p53-profizienten Zellen nicht zur Akkumulation von oxidativen DNA-Schäden, während in Abwesenheit von p53 bereits in nicht-zytotoxischen Konzentrationen vermehrt DNA-Strangbrüchen auftraten. Analysen zum Expressionsmuster von Genen der Basenexzisionsreparatur konnten die differierende Reparaturkapazität der beiden Zelllinien nicht klären. Erstaunlicherweise wurden Gene der Nukleotidexzisionsreparatur durch Natriumselenit p53-abhängig induziert. Dies könnte auf „Back up“-Mechanismen zwischen den beiden Reparaturwegen hinweisen. Im Vergleich dazu waren sowohl die von Selenomethionin hervorgerufenen Reaktionen als auch die induzierten DNA-Schäden weitestgehend unabhängig vom p53-Status der Zelle und traten jeweils erst in sehr viel höheren Konzentrationen als bei Natriumselenit auf. Insgesamt macht diese Arbeit deutlich, dass zwei Selenverbindungen, die in der Ernährung bzw. Nahrungsergänzung von Bedeutung sind, sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Inaktivierung von p53, zu der Natriumselenit im subzellulären System führte, kam im zellulären System nicht zum Tragen. Vielmehr wurde deutlich, dass p53 eine entscheidende Rolle bei der Schadensantwort der Zelle auf Natriumselenit spielt. Die Akkumulation von DNA-Strangbrüchen in den p53-defizienten Zellen bei gleichzeitiger Proliferation ist bedenklich. Dies könnte sich negativ auf prämalignen und malignen Gewebe auswirken, in denen p53 ein häufig mutiertes Gen darstellt.
The trace element selenium has been proposed to be cancer preventive, although results from epidemiological studies are inconsistent. Both antioxidative effects of certain selenoproteins, e.g. the glutathione peroxidase, as well as prooxidative effects such as the zinc release from metallothionein via oxidation of thiol groups have been suggested as underlying mechanism. Thus, an oxidative release of zinc from other zinc-binding proteins, e.g. transcription factors, DNA repair proteins or tumor suppressors, could be possible. This would imply that proteins, which maintain the genomic integrity, could be damaged. In the present study the impact of sodium selenite and selenomethionine on the tumor suppressor protein p53 and p53-dependent cellular processes was investigated since the native conformation of p53 is stabilised by a zinc ion coordinated in the DNA-binding domain. In a subcellular test system the reducible sodium selenite provoked an unfolding of p53, which could be due to an oxidative zinc release. In comparison, the fully reduced selenomethionine had no effect. In a cellular context an unfolding of p53 would be expected to cause an inactivation of the transcription activity, regulating genes involved in DNA repair, cell cycle control and apoptosis. Thus, the impact of selenium compounds on these functions was determined by comparison of p53-proficient and p53-deficient HCT116 cells. It was shown that sodium selenite induced a p53-dependent cellular response. For example, the p53-proficient cells were more sensitive against sodium selenite than the p53-deficient cells. Moreover, sodium selenite provoked a p53-dependent G1 cell cycle arrest accompanied by the up-regulation of p21 gene expression. Similarly, p53 played a crucial role in the induction of apoptotic processes, e.g. the induction of Bax, the nuclear localisation of AIF or the fragmentation of DNA measured as SubG1-peak. Furthermore, in the p53-proficient cell line no accumulation of oxidative DNA damage could be detected up to cytotoxic concentrations of sodium selenite. In the absence of p53 the cells accumulated DNA strand breaks even at non-cytotoxic concentrations. The expression pattern of the base excision repair genes could not explain this discrepancy between the cell lines. Interestingly, sodium selenite induced p53-dependent genes of the nucleotide excision repair, pointing towards backup mechanisms between the DNA repair pathways. In contrast, the cellular response to selenomethionine as well as the induced DNA damage were mostly independent of the p53 status of the cells and appeared only in comparatively high concentrations. Altogether, the results demonstrate that different selenium species present in nutrition or provided by dietary supplements exhibit distinct properties. Furthermore, the inactivation of p53 by sodium selenite seen in a subcellular test system appears to be not relevant in this cellular system. Rather, the results point out the important role of p53 in the cellular response to sodium selenite. The accumulation of DNA strand breaks induced by sodium selenite in the absence of p53 could be critical for example in premalignant or malignant tissues, since p53 is a frequently mutated gene in tumors.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-27848
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2873
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2576
Exam Date: 5-Jul-2010
Issue Date: 24-Sep-2010
Date Available: 24-Sep-2010
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Apoptose
Oxidative DNA-Schäden
Selen
Tumorsuppressorprotein p53
Zellzykluskontrolle
Apoptosis
Cell cycle controll
Oxidative DNA damage
Selenium
Tumor suppressor protein p53
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