Dokument: Funktionen der alternsrelevanten Proteine Thioredoxin-1 und Telomerase Reverse Transkriptase in umweltinduzierten Prozessen

Titel:	Funktionen der alternsrelevanten Proteine Thioredoxin-1 und Telomerase Reverse Transkriptase in umweltinduzierten Prozessen
Weiterer Titel:	Function of the aging relevant proteins Thioredoxin-1 and Telomerase Reverse Transkriptase in environmentally induced processes
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=16274
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20101103-094114-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Büchner, Nicole [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,81 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.10.2010 / geändert 02.10.2010
Beitragende:	PD. Dr. Judith Haendeler [Gutachter] Prof. Dr. Martin, William [Gutachter]
Stichwörter:	Trx-1, TERT, altern
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Es existieren drei bedeutende Theorien des Alterns. Die Theorie der Telomerverkürzung, die Theorie des oxidativen Stresses und die mitochondriale Theorie des Alterns. Die von ihnen beschriebenen Phänomene zeigen, dass die Telomere der Chromosomen, in den Zellen entstehende reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und dysfunktionale Mitochondrien im Alternsprozess eine wesentliche Rolle spielen. Eine Verkürzung der Telomere unter eine kritische Länge führt zu replikativer Seneszenz. Kommt es durch eine Störung des Redoxgleichgewichtes zu einer erhöhten ROS Produktion werden Makromoleküle in der Zelle geschädigt. Ist die Mitochondrienfunktion beeinträchtigt, führt dies ebenfalls zu einer erhöhten ROS Produktion und trägt zu einer Anhäufung von schädlichen ROS in der Zelle bei. Es existiert eine Vielzahl von Schlüsselproteinen, die in Alternsprozessen eine wesentliche Rolle spielen. In dieser Arbeit sind zwei Proteine in den Vordergrund gestellt deren Wirkung sich in umweltinduzierten Prozessen bemerkbar macht. Das redoxaktive Protein Thioredoxin-1 (Trx-1) und die katalytische Untereinheit der Telomerase, die Telomerase Reverse Transkriptase (TERT). Trx-1 ist ein 12 kDa großes, redoxaktives Protein, das sowohl in einem im antioxidativen Thioredoxinsystem eine Rolle spielt, als auch durch Interaktion mit anderen Proteinen, wie zum Beispiel Transkriptionsfaktoren, zelluläre Prozesse beeinflussen kann. Im Prozess der Lichtalterung kann Trx-1 durch Einflussnahme auf mehr als einen Signalweg dem Prozess des Kollagenabbaus in Folge von strahlungsinduzierter Lichtalterung, entgegenwirken. Von der Telomerase war seit langem bekannt, dass sie durch den Schutz der Chromosomenenden einer vorzeitigen Alterung entgegenwirkt. Neu ist jedoch der Befund, dass die katalytische Untereinheit dieses Enzyms, Telomerase reverse Transkriptase (TERT), auch in den Mitochondrien lokalisiert ist. In meinen Untersuchungen konnte ich die Lokalisation von TERT in den Mitochondrien von primären Endothelzellen (HUVECs) nachweisen und neue telomerunabhängige Funktionen dieses Proteins aufzeigen. TERT hat einen protektiven Effekt auf die mtDNA, beeinflusst die Aktivität von Komplex I der Atmungskette positiv und wirkt der Bildung von mitochondrialen ROS und apoptotischen Prozessen entgegen. Da noch keine Regulationsmechanismen von mitochondrialem TERT Protein bekannt sind, beschäftigte ich mich mit der TERT-Regulation unter Bedingungen des oxidativen Stresses und konnte hierbei zeigen, dass die im Zellkern an TERT-Regulationsprozessen beteiligten Kinasen Src und Akt auch bei der mitochondrialen TERT-Regulation eine entscheidende Rolle spielen. Zusammen mit unseren Kooperationspartnern konnte ich in meinen Untersuchungen zudem zeigen, dass positive Effekte von körperlichem Training auf das kardiovaskuläre System, die Alternsprozessen entgegen wirken, über TERT vermittelt werden. In der hierbei beeinflussten Signalkaskade wirkt eine, durch körperliches Training erzielte, höhere Enzymaktivität der endothelialen Stickstoffoxidsynthase (eNOS) auf die Stickstoffmonoxid (NO)-Bioverfügbarkeit ein und bewirkt über einen TERT-regulierten Prozess eine veränderte Expression von antiapoptotischen und zellzyklusregulatorischen Proteinen. In weiteren Untersuchungen konnte ich den schädlichen Einfluss einer in Druckertoner verwendeten Sorte von Nanopartikeln (Printex 90/Carbon Black ultrafein) auf Zellen nachweisen. Hierbei untersuchte ich den Zustand der zellulären Seneszenz, der mit Alterungsprozessen in Verbindung steht. Es zeigte sich, dass die Nanopartikel nicht nur die zelluläre Seneszenz induzieren, sondern auch die TERT-Aktivität in primären Endothelzellen negativ beeinflussen. Zusammenfassend zeigen die Arbeiten dieser Doktorarbeit, dass sowohl die Mitochondrienfunktion als auch die nicht-mitochondriale Redoxregulation für das Verständnis der zellulären Alterungsprozesse wichtig sind. Im Hinblick auf eine „Healthy-Aging“-Therapie ist es daher von entscheidender Bedeutung bei einer pharmakologischen Intervention die zelluläre Kompartimentierung spezifischer Proteine, insbesondere von Trx-1 und TERT, zu berücksichtigen. The basic mechanisms of aging have been explained by three main theories: the theory of telomere shortening, the oxidative stress theory and the mitochondrial theory of aging. The respective theories state that the telomeres of chromosomes, endogenously generated reactive oxygen species (ROS) or dysfunctional mitochondria play a critical role in the aging process. Telomere shortening below a critical length results in replicative senescence. A similar consequence has been proposed for the dysbalance of oxidative and antioxidative systems during aging leading to an increased ROS production. Impairment of mitochondrial function also results in elevated, harmful ROS levels. Numerous molecules play key roles in the aging process. In this thesis two proteins have been highlighted, the impact of which is noticeable in environmentally induced processes: Thioredoxin-1 (Trx-1) and the catalytic subunit of telomerase, Telomerase Reverse Transcriptase (TERT). Trx-1 is a 12 kDa redox active protein, which can also modify cellular functions by direct protein-protein interactions, e.g. with transcription factors. In the process of photoaging Trx-1 has protective properties by influencing different signaling pathways involved in the light-induced disturbance of the collagen equilibrium of the extracellular matrix in the skin. Telomerase was long known to avert premature aging by preventing telomere shortening. Recent reports have revealed that its catalytic subunit TERT is also present in mitochondria. In my investigations I could demonstrate mitochondrial localization and new telomere independent functions of TERT. It protects mitochondrial DNA, improves respiratory chain function through complex I, counteracts mitochondrial ROS production and prevents apoptosis. Under conditions of oxidative stress mitochondrial TERT is regulated by the kinases Src and Akt, which determine the fate of nuclear TERT and are also present in the mitochondria. Together with our cooperation partners I could show that the anti-aging effects of physical exercise on the cardiovascular system are mediated by TERT. Increased activity of the endothelial nitric oxide (NO) synthase and elevated NO-bioavailability result in a TERT-dependent inhibition of apoptotic and cell cycle regulatory processes. In another line of experiments I could show that ultra fine carbon particles present in printer toner downregulate TERT activity and induce senescence in endothelial cells providing a potential explanation for the hazardous influence of nanoparticles on the cardiovascular system. Taken together, my work demonstrates that mitochondrial functions and non-mitochondrial redox regulation have to be considered when trying to understand cellular aging. Therefore, any pharmacological intervention aimed at a "healthy-aging" therapy has to take into account the subcellular compartmentalization of specific proteins, in particular of Trx-1 and TERT.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	03.11.2010
Dateien geändert am:	02.10.2010
Promotionsantrag am:	26.05.2010
Datum der Promotion:	14.07.2010