Dokument: Experimentelle Untersuchungen zur Bedeutung von Signalwegen der Apoptose für die Neurotoxizität von Lidocain

Titel:	Experimentelle Untersuchungen zur Bedeutung von Signalwegen der Apoptose für die Neurotoxizität von Lidocain
Weiterer Titel:	Experimental Investigations of Role of Apoptosis Signaling Pathways for the Neurotoxicity of Lidocaine
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=11131
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20090430-110005-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Werdehausen, Robert [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,40 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.04.2009 / geändert 27.04.2009
Beitragende:	PD Dr. Stevens, Markus Florian [Gutachter] Prof. Dr. med. Boege, Fritz [Gutachter]
Stichwörter:	Neurotoxizität, Apoptose, Lokalanästhetika
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Lokalanästhetika sind in Abhängigkeit von Konzentration und Einwirkdauer neurotoxisch. Klinisch können daher transiente neurologische Symptome, selten auch permanente neurologische Schäden nach Spinalanästhesie auftreten, insbesondere bei Verwendung von Lidocain. In vitro induzieren Lokalanästhetika Apoptose, hingegen ist der zugrunde liegende Mechanismus der Apoptoseinduktion durch Lidocain unbekannt. Anhand genetisch veränderter Zellen des Menschen wurde daher die Bedeutung verschiedener Signalwege der Apoptose auf die Toxizität von Lidocain untersucht. An Jurkat T-Lymphomzellen des Menschen wurde hierzu entweder der mitochondriale Signalweg der Apoptose (Bcl-2-Überexpression bzw. Caspase 9-Defizienz) oder der Todesrezeptorsignalweg (Caspase 8-Defizienz bzw. FADD-Defizienz) inhibiert. Die verschiedenen Zellstämme wurden mit Lidocain behandelt und mit den parentalen Wildtypzellen verglichen. Hierzu wurden die Zellvitalität (Trypan Blau-Methode), das mitochondriale Membranpotential (JC-1, Durchflusszytometrie), die Cytochrom C-Freisetzung (Western Blot Analysen), die Aktivierung von Caspase 3 (Substratspaltung) und die Externalisierung von Phosphatidylserin (Annexin V-Bindung) als früher Apoptosemarker gemessen. An humanen Neuroblastomzellen (Typ SHEP) wurden neben der Induktion von Apoptose durch Lidocain die Effekte eines Pancaspase-Inhibitors (Q-VD) sowie die Aktivierung des proapoptotischen Proteins Bax (konfokale Laser Scanning-Mikroskopie) als Bestandteil des mitochondrialen Signalweges untersucht. An Jurkat Zellen reduzierte Lidocain konzentrationsabhängig das mitochondriale Membran-potential und den Anteil vitaler Zellen. Lidocain in geringeren (3-6 mM), nicht hingegen in höheren Konzentrationen (10 mM), aktivierte Caspase 3 und setzte Cytochrom C aus Mitochondrien frei. Zellen, bei denen der mitochondriale Signalweg der Apoptose genetisch inhibiert war (Bcl-2-Überexpression bzw. Caspase 9-Defizienz), waren geschützt vor der Apoptose-induzierenden Wirkung von Lidocain. Hingegen führte eine Beeinflussung des Todesrezeptorsignalweges (Caspase 8-Defizienz bzw. FADD-Defizienz) nicht zu einem Schutz vor der toxischen Wirkung von Lidocain. Auch an neuronalen Zellen des Menschen induzierte Lidocain konzentrationsabhängig Apoptose. Der eingesetzte Caspase-Inhibitor konnte die Toxizität von Lidocain in Konzentrationen unter 12 mM erheblich reduzieren. Mit Hilfe eines konfokalen Laser Scanning-Mikroskops konnte zudem der Einbau von aktivierten Bax Proteinen in Mitochondrien nachgewiesen werden. Lidocain in niedrigen Konzentrationen, wie sie intrathekal nach Spinalanästhesien auftreten, induziert bei humanen neuronalen und nicht-neuronalen Zellen Apoptose. Höhere Konzentrationen führen dagegen zu primärer Nekrose. Erstmals wurde die Aktivierung des mitochondrialen Signalwegs der Apoptose an neuronalen und nicht-neuronalen Zellen des Menschen als der entscheidende Mechanismus der Lidocain-induzierten Apoptose identifiziert, während der Todesrezeptorsignalweg keinen Einfluss hat. Eine Inhibition des mitochondrialen Signalweges der Apoptose reduziert daher erheblich die Neurotoxizität von Lidocain. Local anesthetics, especially lidocaine, can lead to persistent cauda equina syndrome after spinal anesthesia. Recently, lidocaine has been reported to trigger apoptosis, although the underlying mechanisms remain unknown. To elucidate the pathway of lidocaine-induced apoptosis, the authors used genetically modified cells with overexpression or deficiencies of key regulators of apoptosis. Therfore, human Jurkat T-lymphoma cells overexpressing the antiapoptotic protein B-cell lymphoma 2 as well as cells deficient of caspase 9, caspase 8, or Fas-associated protein with death domain were exposed to lidocaine and compared with parental cells. Cell viability, mitochondrial alterations, cytochrome c release, caspase activation, and occurance of cells in early stages of apoptosis was evaluated. Apoptosis was in addition investigated in neuroblastoma cells. In Jurkat cells, lidocaine reduced viability, associated with a loss of the mitochondrial membrane potential. At low concentrations (3-6 mm) of lidocaine, caspase 3 was activated and release of cytochrome c was detected, whereas at higher concentrations (10 mm), no caspase activation was found. Apoptosis by lidocaine was strongly reduced by B-cell lymphoma-2 protein overexpression or caspase-9 deficiency, whereas cells lacking the death receptor pathway components caspase 8 and Fas-associated protein with death domain were not protected and displayed similar apoptotic alterations as the parental cells. Lidocaine also induced apoptotic caspase activation in neuroblastoma cells. In conclusion, apoptosis is triggered by concentrations of lidocaine occurring intrathecally after spinal anesthesia, whereas higher concentrations induce necrosis. The data indicate that death receptors are not involved in lidocaine-induced apoptosis. In contrast, the observation that B-cell lymphoma-2 protein overexpression or the lack of caspase 9 abolished apoptosis clearly implicates the intrinsic mitochondrial death pathway in lidocaine-induced apoptosis.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	30.04.2009
Dateien geändert am:	27.04.2009
Promotionsantrag am:	04.08.2007
Datum der Promotion:	27.04.2008