Dokument: Regulation der hepatischen Biosynthese von Selenoprotein P

Titel:	Regulation der hepatischen Biosynthese von Selenoprotein P
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=13418
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20091217-095636-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Speckmann, Bodo [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,41 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.11.2009 / geändert 18.11.2009
Beitragende:	Prof. Dr. Dr. h.c. Sies, Helmut [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Stichwörter:	Selen, Diabetes, Metformin, Leber
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibung:	Selen ist ein essentielles Spurenelement und in Form der Aminosäure Selenocystein integraler Bestandteil der Selenoproteine. Die Mehrheit des im humanen Blutplasma zirkulierenden Selens ist in Form von Selenoprotein (SeP) enthalten, das hauptsächlich von der Leber synthetisiert wird und extrahepatische Organe mit Selen versorgt. Trotz der Bedeutung von SeP für die Selenhomöostase ist über Faktoren, die die Biosynthese von SeP regulieren, bisher nur wenig bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurden die transkriptionelle und die hormonelle Regulation von SeP in Hepatomzellen und Hepatocyten untersucht. Im Promotor des humanen SeP-Gens wurde eine Bindestelle für den gewebespezifisch exprimierten Transkriptionsfaktor HNF-4α identifiziert. Mittels Gelshift-Analyse wurde die direkte Bindung von endogenem und überexprimiertem HNF-4α an dessen Bindestelle im SeP-Promotor nachgewiesen. Die Inaktivierung der HNF-4α-Bindestelle durch ortsspezifische in-vitro Mutagenese resultierte in einer drastischen Verringerung der basalen und der induzierbaren Promotoraktivität von SeP in Hepatomzellen. HNF-4α wurde bei der Stimulation der SeP-Promotoraktivität durch das Protein PGC-1α koaktiviert, das als ein weiterer Faktor der transkriptionellen Regulation von SeP identifiziert wurde. In Hepatomzellen mit hoher endogener HNF-4α-Expression wurde der SeP-Promotor durch Überexpression von PGC-1α aktiviert. In einer Neuroblastom-Zelllinie mit minimaler Expression von SeP und HNF-4α resultierte die Überexpression von PGC-1α zusammen mit HNF-4α in der Aktivierung des SeP-Promotors. Eine maximale Aktivierung des SeP-Promotors wurde durch die Überexpression von PGC-1α und HNF-4α in Kombination mit dem Transkriptionsfaktor FoxO1a erreicht, der über eine in der Nähe der HNF-4α-Bindestelle gelegene Zielsequenz mit dem SeP-Promotor interagiert. Durch Inaktivierung der benachbarten Bindestellen von HNF-4α und FoxO1a einzeln und in Kombination wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass die Regulation der Promotoraktivität von SeP durch die Interaktion der beiden Transkriptionsfaktoren mit dem Koaktivator PGC-1α erfolgt. In primären Hepatocyten der Ratte bewirkte die Stimulation der endogenen PGC-1α-Expression durch das Glucocorticoid Dexamethason und einen Aktivator der Adenylatcyclase, Forskolin, eine Steigerung der Transkription und Sekretion von SeP. Die glucocorticoid-induzierte Biosynthese von SeP wurde durch Insulin reprimiert. In Kontrollexperimenten wurde eine analoge Regulation der Glucose-6-phosphatase (G6Pase), eines Schlüsselenzyms der Gluconeogenese, beobachtet. Die Modulation der hepatischen Biosynthese von SeP durch Hormone des Kohlenhydratstoffwechsels via PGC-1α weist somit auf eine Wechselwirkung des Selen- und des Kohlenhydratstoffwechsels hin. In diesem Zusammenhang wurde Glucose als Stimulator der SeP-Biosynthese in Hepatocyten identifiziert. Die Kultivierung von Hepatocyten in Medium mit erhöhter Glucosekonzentration (25 mM vs. 11 mM) resultierte in einer verstärkten Transkription und Sekretion von SeP, was wiederum von einer erhöhten Expression der G6Pase und von PGC 1α begleitet wurde. Hyperglykämie bei Patienten mit Typ 2 Diabetes kann mit dem Medikament Metformin behandelt werden, das u.a. eine Verringerung der Glucoseproduktion in der Leber bewirkt. Die Inkubation von Hepatocyten mit Metformin bewirkte neben einer Inhibierung der Expression der G6Pase auch eine dosisabhängige Unterdrückung der durch Glucose sowie der durch Dexamethason stimulierten SeP-Biosynthese. Im Unterschied zu Insulin verursachte Metformin neben dem Effekt auf die mRNA-Expression von SeP auch dessen Inhibierung durch einen posttranskriptionellen Mechanismus. So zeigte sich, dass durch Metforminbehandlung von Hepatocyten die mRNA-Expression eines für die Translation von Selenoproteinen essentiellen Enzyms, der Selenophosphatsynthetase-2 (SPS 2), inhibiert wird. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit resultierten in einem detaillierten Modell der Regulation der Biosynthese von SeP. Das Modell ist dazu geeignet, die Ursachen gewebespezifischer Unterschiede der SeP-Expression zu verstehen ebenso wie eine Modulation der Biosynthese von SeP durch hormonelle Stimuli (e.g. Glucocorticoide, cAMP-Induktoren, Insulin) erklärt werden kann. Die Regulation des Selentransporters SeP durch Hormone des Kohlenhydratstoffwechsels und durch Glucose selbst kennzeichnet einen physiologischen Zusammenhang des Kohlenhydratstoffwechsels und der Selenhomöostase. Auf Grundlage dieses in vitro Modells kann die in klinischen Studien beobachtete Korrelation des Serumselengehaltes und der Plasmaglucosekonzentration erklärt werden. Weiterhin wurde erstmals gezeigt, dass das Antidiabetikum Metformin die Expression der Selenoproteine SeP und SPS-2 vermindert. Demzufolge wird ein erweitertes Spektrum der metabolischen Wirkungen von Metformin durch Beeinflussung der Selenhomöostase postuliert, was eine Verringerung erhöhter Selenspiegel zur Folge hätte, die gegenwärtig als Risikofaktor des Typ 2 Diabetes diskutiert werden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Biochemie und Molekularbiologie I
Dokument erstellt am:	17.12.2009
Dateien geändert am:	18.11.2009
Promotionsantrag am:	13.10.2009
Datum der Promotion:	16.11.2009