Dokument: Molekulare und zellbiologische Untersuchungen zur Rolle von Nrf2 bei der Alterung humaner neuraler Progenitorzellen
| Titel: | Molekulare und zellbiologische Untersuchungen zur Rolle von Nrf2 bei der Alterung humaner neuraler Progenitorzellen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=26031 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20130617-153705-0 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Schuwald, Janette [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Gutachter] Prof. Dr. Rose, Christine R. [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Eine wahrscheinliche Ursache der ‚normalen’, physiologischen Alterung des Gehirns ist der Funk-tions¬verlust neuraler Progenitorzellen (NPC) im adulten Gehirn, der mit reduzierter NPC-Proli-feration sowie verminderter Neurogenese einhergeht. Tierexperimentelle Studien zeigten, dass diese verminderte regenerative Kapazität des Gehirns zur Beeinträchtigung von kognitiven Funk-tionen führt, die auch beim Menschen im Alter beobachtet werden. Im Einklang mit der bereits 1956 veröffentlichten ‚Free Radical Theory of Aging‘, welche postuliert, dass oxidativer Stress ursächlich an zellulären Alterungsprozessen beteiligt ist, entwickelte sich so die Hypothese, dass auch die Alterung von NPCs des Menschen durch vermehrte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) ge¬trig¬gert wird. Die molekularen Mechanismen, die solch einer NPC-Alterung zu Grunde liegen, sind jedoch weitestgehend unbekannt.
Daher waren es die Ziele der vorliegenden Dissertation, (i) ein humanes Zellmodell zu etablieren, welches Alterungsprozesse von NPCs in vitro abbildet, (ii) in diesem Zellsystem die antioxidativen Kapazitäten junger versus gealterter humaner NPCs zu untersuchen und (iii) die Rolle des Trans-kriptionsfaktors und Masterregulators der antioxidativen Abwehr Nrf2 bei der Alterung humaner NPCs aufzuklären. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass in Kultur gealterte hNPCs einen Alterungs-phänotyp aufweisen, welcher auch in vivo in gealterten Gehirnen beobachtet wird und mit der Akkumulation von β-Galaktosidase, einem etablierten Alterungsmarker, einhergeht. So haben gealterte NPCs eine verminderte Proliferationsrate, die von einer erhöhten Expression des Zellzyklusinhibitors p21 sowie einer verringerten Expression des Epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptors begleitet wird. Zudem ist die Differenzierungskapazität von gealterten NPCs zu Neu¬ronen und Oligodendrozyten reduziert. Diese gealterten NPCs waren zudem deutlich sensitiver gegenüber durch H2O2 und Tetrachlorohydrochinon (TCHQ) generiertem oxidativen Stress als junge NPCs, da sie bei niedrigeren Konzentrationen dieser Substanzen an Viabilität verloren. Real-Time-PCR-Analysen von jungen und gealterten NPCs, die mit nicht zytotoxischen Konzentrationen von H2O2 und TCHQ belastet wurden, ergaben, dass in den gealterten Zellen Genprodukte der anti¬oxidativen Abwehr, nämlich der Superoxiddismutase (SOD1), Catalase (CAT) und Glutathion¬peroxidase (GPx) nicht induziert werden. Dies entspricht der Reaktion der Neuroblastomzelllinie SH-SY5Y, welche auch nicht mit einer vermehrten Transkription dieser Genprodukte auf ROS reagiert und bereits bei niedrigeren Konzentrationen als junge NPCs den Weg des Zelltods beschreitet. Untersuchungen zur Expression und Funktion des Transkriptionsfaktors und Master¬regulators der antioxidativen Abwehr Nrf2, welcher die Expression von SOD1, CAT und GPx reguliert, bestätigten das Vorhandensein von Nrf2 in jungen und gealterten NPCs. Allerdings verloren die alten NPCs die Fähigkeit Nrf2 nach oxidativem Stress zu stabilisieren und somit dem proteasomalen Abbau zu entziehen. Dieser Verlust der posttranslationalen Regulation von Nrf2 ist zum Einen für die mangelnde Adaptation humaner NPCs gegenüber oxidativem Stress ver¬ant¬wortlich, zum Anderen vermittelt er auch den Funktionsverlust der NPCs, da ein Nrf2-Gen-Knockdown die Proliferation und die neuronale Differenzierung reduziert und somit den Alterungs¬phänotyp reproduziert. Die Daten dieser Arbeit zeigen also, dass (i) hNPCs in vitro altern und somit ein geeignetes Zellmo-dell darstellen, um molekulare Mechanismen von Alterungsprozessen zu untersuchen, (ii) gealterte hNPCs ROS-detoxifizierende Kapazitäten verlieren und (iii) der Funktionsverlust der Nrf2-Regulation an der Alterung humaner NPCs beteiligt ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Neurosphärenmodell ein vielversprechendes in vitro Al¬terungsmodell ist, welches klare Vorteile gegenüber anderen verfügbaren Modellen aufweist.A probable reason of ‚normal‘ physiological brain aging is the loss of function of neural progenitor cells (NPC) in the adult brain, which is attended by a reduced NPC profileration as well as a reduced neurogenesis. Animal experimental studies demonstrated that this reduced regenerative capacity of the brain leads to an impairment of cognitive functions, which is also observed in aged humans. In accordance with the 1956 published „Free Radical Theory of Aging“ asserting that oxidative stress is causatively involved in cellular aging processes, the hypothesis evolved that the aging of the humans NPC is triggered by increased reactive oxygen species (ROS) as well. However, the molecular mechanisms that underlie this NPC aging are mainly unknown. Therefore the aims of this dissertation were to (i) establish a human cell model which mimics aging processes of NPC in vitro, (ii) to analyze the antioxidant capacities of young versus aged human NPC in this cell system and (iii) to elucidate the role of Nrf2, a transcription factor and master regulator of the antioxidant resistance, in the aging of human NPC. The results of this thesis demonstrate that hNPC aged in culture possess an aging phenotype that is also visible in vivo in aged brains and that is associated by the accumulation of β-galaktosidase, an established aging marker. Thus, aged NPC have a reduced proliferation rate accompanied by an increased expression of the cell cycle inhibitor p21 as well as a reduced expression of the epidermal growth factor receptor. Furthermore the differentiation capacity of aged NPC to neurons and oligodendrocytes is reduced. In addition these aged NPC were significantly more sensitive to oxidative stress generated by H2O2 and tetrachlorohydrochinon (TCHQ) as young NPC as they showed a loss of cell viability at lower concentrations of these substances than the young ones. Real-Time-PCR-analyses of young and aged NPC exposed to non-cytotoxic concentrations of H2O2 and TCHQ revealed that gene products of the antioxidant defence, namely of superoxide dismutase (SOD1), catalase (CAT) and glutathion peroxidase (GPx), are not induced in aged NPCs. This correlates with the reaction of the neuroblastoma cell line SH-SY5Y which also does not react with an increased transcription of these genes after ROS and already undergoes apoptosis at even lower concentrations than the young NPC. Studies about the expression and function of the transcription factor and master regulator of the antioxidant defence Nrf2 that regulates the expression of SOD1, CAT and GPx, confirm the existence of Nrf2 in young and aged NPC. However, the old NPCs lost their capability to stabilize Nrf2 after oxidative stress and consequently to withdraw it from proteasomal degradation. This loss of the posttranslational regulation of Nrf2 is on the one hand responsible for the inadequate adaption of human NPC to oxidative stress and on the other hand it mediates the functional loss of the NPC as a Nrf2 gene knockdown reduces the proliferation and the neuronal differentiation of NPC and hence reproduces the aging phenotype. Thus, the data of this thesis demonstrate that (i) hNPC age in vitro and therefore are a suitable cell model to research molecular mechanism of aging processes, (ii) that aged hNPC lose ROS detoxification capacity and (iii) that the functional loss of the Nrf2 regulation is involved in the aging of human NPCs. In conclusion, it can be stated that the neurosphere model is a promising in vitro aging model that features clear advantages compared to other available models | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU | |||||||
| Dokument erstellt am: | 17.06.2013 | |||||||
| Dateien geändert am: | 17.06.2013 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 14.12.2012 | |||||||
| Datum der Promotion: | 19.02.2013 |
