Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-27183
Titel: Der Einfluss von Nicotinamid Nukleotid Transhydrogenase und Pannexin 1 auf die Ausprägung einer früh-postnatalen hypoxischischämischen Gehirnläsion in der Maus
Verfasser: Wolf, Sandra
Sprache: Deutsch
Erscheinungsjahr: 2016
Erscheinungsort: Homburg/Saar
SWD-Schlagwörter: Hirnschädigung
Maus
Nicotinamid
Freie Schlagwörter: Nicotinamid Nukleotid Transhydrogenase
Pannexin 1
DDC-Sachgruppe: 610 Medizin, Gesundheit
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Zusammenfassung Die häufigste Ursache neuronaler Schädigung bei Neugeborenen ist der früh-postnatale hypoxisch-ischämische Insult des Gehirns. Als Folge eines Sauerstoffmangels im Gehirn werden zelluläre Mechanismen beschrieben, die initial eine gestörte Glutamat- und Calcium- Homöostase sowie die Bildung reaktiver Sauerstoffverbindungen (reactive oxygen species; ROS) beinhalten. Diese reaktiven Sauerstoffverbindungen, z.B. Superoxid-Anionen O2 -, induzieren Lipid- und Proteinoxidationen sowie oxidative DNA-Schäden. Unter physiologischen Bedingungen wird ROS u.a. mit Hilfe von Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) eliminiert. Bei der Generierung von NADPH spielt wiederum das Enzym Nicotinamid Nukleotid Transhydrogenase (Nnt) eine wichtige Rolle. Ein zweiter Aspekt der zellulären Reaktion auf eine Hypoxie-Ischämie ist die Änderung des intrazellulären Adenosintriphosphates (ATP)- Gehaltes. Zu den Kanälen, die hauptsächlich für den Efflux von ATP verantwortlich sind, zählen die Pannexin 1 (Panx1)-Kanäle. Ob und in welcher Weise das Enzym Nnt und das Kanalprotein Panx1 in der Pathogenese der perinatalen hypoxisch-ischämischen Hirnläsion beteiligt sind, ist bislang nicht bekannt. In dieser Dissertation liegt der Fokus daher auf der Untersuchung der Bedeutung dieser beiden Proteine bei früh-postnataler hypoxisch-ischämischer Schädigung in vivo – am Modell des früh-postnatalen hypoxisch-ischämischen Insultes in der Maus – und in vitro – an kultivierten primären Astrozyten, die einer „oxygen glucose deprivation“ (OGD) ausgesetzt waren. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass es durch das Fehlen des Nnt-Proteins zu einem Anstieg der ROS und somit zu einer stärkeren Ausprägung der frühpostnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion kommt. Die Analysen wurden in zwei Mausstämmen durchgeführt: einem Mausstamm mit und einem ohne funktionelles Nnt- Protein. Analysiert wurden die Parameter Apoptose, Aktivierung von Mikroglia sowie strukturelle Veränderungen aufgrund des hypoxisch-ischämischen Insultes. Wichtige Parameter der ROS-Bildung und des ROS-Abbaus wurden an Astrozyten in vitro nach OGD analysiert. Die Ergebnisse konnten erstmalig zeigen, dass es bei den Tieren mit Nnt in allen untersuchten Parametern zu einer stärkeren Ausprägung der früh-postnatalen hypoxischischämischen Gehirnläsion kam als bei den Tieren ohne funktionelles Nnt. Hingegen war das Ausmaß der ROS-induzierten DNA-Schädigung in den Tieren ohne funktionelles Nnt größer. Die in vitro Analysen zeigten einen deutlichen Einfluss des Nnt-Proteins auf das Überleben und den ATP-Gehalt der hypoxierten Astrozyten. Zusammenfassend konnte in diesem Teil der Arbeit gezeigt werden, dass die Deletion des Nnt-Proteins, entgegen der eingangs formulierten Hypothese, die Ausprägung einer früh-postnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion positiv beeinflusst. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass es durch Deletion von Panx1 zu einer verminderten Ausprägung einer früh-postnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion kommt. Auch hier wurde zunächst die Ausprägung der früh-postnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion untersucht. Anhand von Parametern des ROS-Gehaltes und des ROS-Abbaus wurde analysiert, inwiefern Panx1 eine Rolle im ROS-Signalweg spielt. In dieser Arbeit wurde erstmalig der Einfluss der Panx1-Deletion auf eine hypoxischischämische Gehirnläsion an früh-postnatalen Mäusen untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Deletion von Panx1 nur einen geringfügigen Einfluss auf die Ausprägung einer frühpostnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion hat. Allerdings wurde eine Veränderung bei der Expression mehrerer Proteine, wie z.B. dem Gap Junction Protein Connexin 43 (Cx43) in den Gehirnen der Panx1-transgenen Tiere beobachtet. Mittels der Analysen an primären Astrozytenkulturen, die einer OGD unterzogen wurden, konnte ein Einfluss von Panx1 auf die Generierung von ROS sowie den intrazellulären ATP-Gehalt detektiert werden. Zusammenfassend konnte im zweiten Teil der Arbeit erstmals gezeigt werden, dass Panx1 im verwendeten Modell nur einen geringfügigen Einfluss auf die Ausprägung einer frühpostnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion in vivo hat, jedoch einen deutlichen Effekt auf die beteiligten intrazellulären Funktionen zeigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Enzym Nnt sowie das Kanalprotein Panx1 eine Rolle bei der Pathologie des perinatalen hypoxisch-ischämischen Hirnschadens spielen. Die Deletion von Nnt zeigt einen stärkeren Einfluss auf die Ausprägung der früh-postnatalen hypoxisch-ischämischen Gehirnläsion als die Deletion von Panx1. Des Weiteren konnte sowohl ein Einfluss von Nnt als auch von Panx1 auf den ROS- und ATP-Gehalt an hypoxierten Astrozyten detektiert werden.
Summary Neonate hypoxic-ischemic insult is one of the most common causes of neuronal damage in newborn. It is known that, as a consequence of this lack of oxygen, cellular mechanisms are activated which result in disturbed homeostasis of glutamate and calcium and in the formation of reactive oxygen species (ROS). These oxygen compounds, i.e. the superoxide anion O2 -, induce oxidations in lipids and proteins as well as oxidative DNA-damage. Under physiological conditions, the elimination of ROS is achieved for instance by nicotinamide - adenine dinucleotide phosphate (NADPH). The enzyme nicotinamide nucleotide transhydrogenase (Nnt) plays an important role in the generation of NADPH. Another cellular effect that occurs during hypoxia-ischemia is the change of the intracellular content of adenosine triphosphate (ATP). One of the channels responsible for the efflux of ATP is the Pannexin 1 (Panx1) channel. So far it is not known whether and in which manner the enzyme Nnt and the channel protein Panx1 are involved in the pathogenesis of perinatal hypoxicischemic brain damage. The main focus of this dissertation is therefore analyzing the role of these two proteins in the early-postnatal hypoxic-ischemic damage in vivo – using the model of the early-postnatal hypoxic ischemic insult in mice – and in vitro – using cultured primary astrocytes, which were exposed to an “oxygen glucose deprivation” (OGD). In the first part of this study, it was hypothesized that the absence of Nnt protein leads to an increase in ROS and thus to a more severe manifestation of perinatal hypoxic-ischemic brain damage. The analyses were performed in two mouse strains: one mouse strain with a functional Nnt protein and one without. The parameters apoptosis, activation of microglia as well as structural modifications due to a hypoxic-ischemic insult were analyzed. Important parameters for the formation and degradation of ROS were analyzed on astrocytes in vitro after OGD. The results have shown for the first time that the extent of perinatal hypoxicischemic brain damage is much greater in mice with a functional Nnt protein than in those without. However, the animals without a functional Nnt protein showed a greater extent of ROS-induced DNA-damage. In vitro analyses showed a noticeable impact of the Nnt protein on the survival rate and on the content of ATP in astrocytes with OGD. In summary, this part of the study shows for the first time that the deletion of Nnt protein, contrary to the hypothesis, has a positive effect on the manifestation of the early-postnatal hypoxic-ischemic brain damage. In the second part of this study, it was hypothesized that the deletion of Panx1 leads to a diminished manifestation of perinatal hypoxic-ischemic brain damage. Here, too, the manifestation of early-postnatal hypoxic-ischemic brain damage was investigated. The importance of Panx1 in the ROS-pathway was analyzed with parameters for the formation and degradation of ROS. In this study, the influence of Panx1 deletion on hypoxic-ischemic brain damage in early postnatal mice was investigated for the first time. The results show that the deletion of Panx1 only leads to a marginal change in the manifestation of early-postnatal hypoxic-ischemic brain damage. However, changes of various proteins, i.e. the gap junction protein Connexin 43 (Cx43) have been detected in the brains of the Panx1-transgenic mice. By means of analysis on primary astrocytes that underwent OGD, an influence of Panx1 on the generation of ROS, as well as on the content of ATP was observed. In summary, this section of the study demonstrates for the first time that Panx1 merely has a marginal impact on the manifestation of perinatal hypoxic-ischemic brain damage in vivo, but a clear effect on the implicated intracellular functions. The results of this study show that the enzyme Nnt as well as the channel protein Panx1 play a role in the pathology of the early-postnatal hypoxic-ischemic brain damage. The deletion of Nnt reveals a greater impact on the manifestation of the early-postnatal hypoxic ischemic brain lesion than the deletion of Panx1. Furthermore, an influence of Nnt as well as of Panx1 could be detected on the content of ROS and ATP in astrocytes after OGD.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271831
hdl:20.500.11880/27038
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27183
Erstgutachter: Meier, Carola
Tag der mündlichen Prüfung: 1-Dez-2016
SciDok-Publikation: 14-Mai-2018
Fakultät: M - Medizinische Fakultät
Fachrichtung: M - Anatomie und Zellbiologie
Fakultät / Institution:M - Medizinische Fakultät

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