Dokument: Einfluss von Kakao-Flavanolen auf den L-Argininstoffwechsel in humanen Endothelzellen und Erythrozyten

Titel:	Einfluss von Kakao-Flavanolen auf den L-Argininstoffwechsel in humanen Endothelzellen und Erythrozyten
Weiterer Titel:	Effect of cocoa-flavanols on the L-arginine metabolism in human endothelial cells and erythrocytes
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=12076
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20090714-104333-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Brossette, Tatjana [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,74 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 10.07.2009 / geändert 10.07.2009
Beitragende:	Prof. Dr. Stahl, Wilhelm [Gutachter] Prof. Dr. Jose, Joachim [Gutachter]
Stichwörter:	Kakao, Epicatechin, Flavanole, Arginase, eNOS, iNOS
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Epidemiologische Studien weisen darauf hin, dass der regelmäßige Verzehr von Kakaoprodukten mit einem verminderten Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen korreliert. Mit den protektiven Wirkungen werden insbesondere polyphenolische Inhaltsstoffe aus der Gruppe der Flavanole, wie z.B. (-)-Epicatechin, in Zusammenhang gebracht. Flavanole sind weit verbreitete Sekundärmetabolite in Pflanzen und Bestandteile unserer Nahrung. Unzureichend verstanden sind bisher die molekularen Mechanismen, die den Wirkungen beim Menschen unterliegen. Vermutet werden antioxidative Eigenschaften der Verbindungen und Einflüsse auf zelluläre Signalwege wie die Bereitstellung von Stickstoffmonoxid (NO). In der vorliegenden Arbeit konnte in Zellkulturexperimenten mit humanen venösen Endothelzellen der Nabelschnur (HUVEC) und Interventionsstudien am Menschen gezeigt werden, dass neben der NO-Synthese selbst, Enzyme des L-Argininstoffwechsels Zielstrukturen von Kakao-Flavanolen sind. L-Arginin ist Substrat der NO-Synthase und somit eine Schlüsselverbindung des NO-Stoffwechsels, gleichzeitig aber auch Substrat der Arginase und somit wichtig für die Bereitstellung von L-Ornithin und Folgeprodukten (wie Polyamine und L-Prolin). (-)-Epicatechin und seine Primärmetabolite vermindern in HUVEC die mRNA-Expression der Arginase und somit zeitversetzt die Arginase-Aktivität auf Proteinebene. Eine Inkubation mit Kakao-Flavanolen führt zu einer Aktivitätssteigerung der endothelialen NO-Synthase (eNOS), wobei die mRNA-Expression des Enzyms jedoch unverändert ist. Die NO-Bildung wurde neben der indirekten Nitrit-Methode auch mit Hilfe eines neuen Fluoreszenzfarbstoffs (4-Methoxy-2-(1H-naphtho[2,3-d]imidazol-2-yl)phenol, MNIP) nachgewiesen, der spezifisch intrazellulär gebildetes NO erfasst. Somit wurde die erhöhte, eNOS-abhängige NO-Bildung in HUVEC nach Inkubation mit (-)-Epicatechin erstmals direkt in Zellen gezeigt. Die Ergebnisse der Arbeit lassen vermuten, dass unter Behandlung mit Kakao-Flavanolen nach Hemmung des Konkurrenzenzyms mehr L-Arginin für die NO-Synthese verfügbar ist, was zudem mit einer gesteigerten eNOS-Aktivität einhergeht. Die so erhöhte Verfügbarkeit des vasoaktiven Mediators NO beeinflusst die Endothelfunktion und könnte einer endothelialen Dysfunktion entgegenwirken. Erythrozyten synthetisieren ebenfalls NO und spielen eine wichtige Rolle bei der lokalen Regulation des Gefäßtonus. Sie enthalten auch die L-argininmetabolisierenden Enzyme, Arginase und NOS. In einer Interventionsstudie mit 20 Probanden wurde der Effekt eines Flavanol-reichen und eines Flavanol-armen Kakaogetränkes auf die erythrozytäre Arginase-Aktivität untersucht. Nach Verzehr des Flavanol-reichen Kakaos war die Arginase-Aktivität in humanen Erythrozyten signifikant vermindert; kein Effekt wurde hingegen mit Flavanol-armem Kakao erzielt. In vitro und in vivo Ergebnisse lassen schlussfolgern, dass die Arginase eine Zielstruktur von Kakao-Flavanolen ist, die über eine Modulation des L-Argininstoffwechsels die NO-Verfügbarkeit und somit die Endothelfunktion beeinflussen. Entzündungreaktionen und endotheliale Dysfunktion werden zunehmend in der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen im Zusammenhang gesehen. Unter inflammatorischen Bedingungen ändert sich der L-Argininstoffwechsel und anstelle von eNOS und Arginase werden die induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS) sowie der kationische Aminosäuretransporter 2B (CAT-2B) exprimiert. NO wird in hoher Konzentration gebildet, was bei fehlender Gegenregulation zu Gewebeschäden führen kann. In der vorliegenden Arbeit beschriebene Zellkulturversuche zeigten, dass (-)-Epicatechin und seine Metabolite unter inflammatorischen Bedingungen die mRNA-Expression von iNOS und CAT-2B vermindern, was eine Abnahme der überhöhten NO-Konzentration zur Folge hat. Der Transkriptionsfaktor NF-kappa B ist ein zentraler Schalter bei Immunantworten und im Entzündungsgeschehen. Experimente in Zellkultur belegten, dass (-)-Epicatechin und Epicatechinmetabolite die Aktivität des Transkriptionsfaktors NF-kappa B senken. Eine verminderte iNOS und CAT-2B mRNA-Expression in HUVEC ist somit auf die Abnahme der NF-kappa B-Aktivität zurückzuführen. Epidemiological studies have shown that a regular consumption of cocoa products is correlated with diminished risk for cardiovascular diseases. Cardioprotective effects have been attributed to flavanols such (-)-epicatechin. These polyphenolic compounds are ubiquitous secondary metabolites of plants and thus part of our nutrition. The molecular mechanism underlying flavanol-mediated effects are not completely understood yet. It is assumed that antioxidant properties and modulation of cellular signal pathways e.g. the supply of nitic oxide (NO) are involved. Cell culture experiments with human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and human intervention studies demonstrate that cocoa flavanols influence enzymes of the L-arginine metabolism. L-Arginine is the substrate of the endothelial NO-synthase (eNOS) and plays a pivotal role in NO-metabolism. However, it is also the substrate of arginase and serves as a precursor of L-ornithine and thereof derived products (e.g. polyamine and L-proline). (-)-Epicatechin and its metabolites decrease arginase mRNA-expression in HUVEC, consequently leading to decreased enzyme activity at the protein level. On the contrary, eNOS activity is increased, whereas its mRNA- expression is unchanged. The NO-synthesis was detected using an indirect method (determining nitrite) and in parallel with a new fluorescent dye (4-Methoxy-2-(1H- naphtho[2,3-d]imidazol-2-yl)phenol, MNIP), specific for intracellular synthesized NO. For the first time, an increased eNOS-dependent NO-production in HUVEC exposed to (-)-epicatechin was directly shown. The data suggest that repeated intake of cocoa flavanols down-regulates arginase gene expression, thus improves the availability of the substrate arginine for eNOS, and increases eNOS activity. The elevated NO-availability modulates endothelial function and counteracts endothelial dysfunction. Erythrocytes also produce NO and play an important role in the regulation of vasculare tone. They contain both L-arginine metabolising enzymes, arginase and NOS. The effect of the consumption of a high-flavanol versus a low-flavanol cocoa beverage on erythrocyte arginase activity was investigated in a group of 20 healthy volunteers in a study with cross-over design. Intake of the high-flavanol cocoa was associated with a decrease in erythrocyte arginase activity. In contrast, the ingestion of the low-flavanol cocoa berverage did not change arginase activity. The results of these in vitro and in vivo studies suggest that arginase is a target molecule of cocoa flavanols and that modulation of the L-arginine metabolism influences NO-availability and consequently endothelial function. Inflammation and endothelial dysfunction are associated with the pathogenesis of cardiovascular diseases. Under inflammatory conditions the L-arginine metabolism is modified. Instead of eNOS and arginase the inducible NO-synthase (iNOS) and the cationic amino acid transporter 2B (CAT-2B) are expressed. NO is produced in high amounts leading to tissue damage. Cell culture experiments show that (-)-epicatechin and its metabolites lower mRNA-expression of iNOS and CAT-2B under inflammatory conditions, lowering NO-levels. The transcription factor NF-kappa B plays a pivotal role in immune response and inflammation. Cell culture experiments demonstrate that (-)-epicatechin and its metabolites diminish NF-kappa B activity. A reduced iNOS and CAT-2B mRNA-expression can be attributed to the decreased NF-kappa B activity.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie I
Dokument erstellt am:	14.07.2009
Dateien geändert am:	10.07.2009
Promotionsantrag am:	28.05.2009
Datum der Promotion:	06.07.2009