Dokument: Proteomic analysis of differentially expressed proteins in the heart following desflurane preconditioning

Titel:	Proteomic analysis of differentially expressed proteins in the heart following desflurane preconditioning
Weiterer Titel:	Proteomanalytische Untersuchungen differentiell regulierter Proteine im Herzen nach Desfluran-Präkonditionierung
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=17681
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20110328-105646-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dyballa, Nadine [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,43 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.03.2011 / geändert 25.03.2011
Stichwörter:	Proteomics, 2-DE, volatile Anästhetika, Präkonditonierung, Kardioprotektion
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	In the last 20 years it was shown that a group of structurally diverse pharmacological agents pre‐condition the heart toward ischemia‐reperfusion injury through a variety of biochemical mechanisms. Pharmacological preconditioning with volatile anesthetics emerged as effective cardioprotective intervention in a multitude of experimental settings, but the cellular and molecular mechanisms are still incompletely elucidated. The purpose of this study was to gain deeper insight into the underlying signaling pathways of anesthetic‐preconditioning on the protein level. Using a proteomic approach, the combination of two‐dimensional gel electrophoresis (2‐DE) and mass spectrometry was applied to investigate differentially expressed proteins in the myocardial proteome of in vivo desflurane‐preconditioned rats. In an effort to overcome the limitations of 2‐DE separation and to substantially increase the overall proteome coverage, initial experiments were performed to refine protein extraction, solubility and resolution. Based on the comparative analysis of high‐resolution 2‐DE gels, 40 protein spots were found to be differentially expressed during desflurane preconditioning (DES‐PC) (1.2‐fold; P<0.02 vs. control). Among the identified proteins, 11 out of 12 were involved in various metabolic processes. These include methylmalonate‐semialdehyde dehydrogenase and aspartate aminotransferase 1 and 2 (amino acid metabolism), NADH‐ubiquinone oxido‐reductase 75kDa subunit and ubiquinol‐cytochrome c reductase core protein 1 (electron transport chain), and carbonic anhydrase 1 and 2 (one‐carbon compound metabolism). Other metabolic proteins are associated with oxidative phosphorylation (NADH dehydrogenase ubiquinone flavoprotein 1), glycolysis (lactate‐dehydrogenase B), polyphosphate catabolism (inorganic pyrophosphatase 2) and the Krebs cycle (aconitase‐2). The only nonmetabolic active protein takes part in transport (albumin). Except for the aspartate aminotransferases, all proteins were down‐regulated indicating that the trigger phase of DES‐PC seems to be partially associated with a decrease in metabolic active enzymes. This in turn might evoke an adaptive mechanism of the heart to reduce energy dissipation under a subsequent condition of hypoxia like during ischemia. A finding of note was that proteins represented in a spot chain (aminotransferase‐2 (AST‐2), aconitase‐2 (Aco‐2) and ubiquinol‐cytochrome c reductase core protein 1 (UQCRC1)) showed expression changes only for distinct pI variants, suggesting post‐translational modifications. AST‐2 seems to translocate during DES‐PC, Aco‐2 was demonstrated to circumvent oxidative modification, and UQCRC1 was found to be differentially phosphorylated. In addition, three proteins with altered molecular weight and pI significantly decreased in abundance (AST‐1, albumin and NADH‐ubiquinone oxidoreductase 75 kDa subunit), possibly indicating reduced protein degradation in response to DES‐PC. These findings support the paradigm that protein modifications play a more important role in the triggering phase of preconditioning than cellular protein turnover. In den letzten 20 Jahren konnte gezeigt werden, dass eine Vielzahl pharmakologischer Substanzen die Fähigkeit besitzt das Herz gegen die Folgen eines Ischämie‐ Reperfusionsschaden zu schützen. Interessanterweise können auch volatile Anästhetika, welche seit Jahrzehnten als Narkosemittel zum Einsatz kommen, eine solche pharmakologische Präkonditionierung hervorrufen. Während das Phänomen an sich gut beschrieben ist, sind die zugrunde liegenden Signalwege bislang noch nicht vollständig geklärt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher, die Kenntnisse auf protein-biochemischer Ebene zu erweitern. Mit Hilfe der zwei‐dimensionalen Gelelektrophorese und der Massenspektrometrie wurde das kardiale Proteom Desfluran‐präkonditionierter und unbehandelter Ratten verglichen, wobei zunächst umfangreiche Optimierungsschritte zur Herstellung qualitativ hochwertige Trenngele durchgeführt wurden. Auf Grundlage dieser konnten letztlich 40 Proteinspots detektiert werden, welche im Verlauf der Desfluran‐Präkonditionierung (DES‐PC) auffällige Veränderungen aufwiesen (1.2‐fache Expressionsänderung; P<0.02 vs. Kontrolle). Insgesamt wurden 12 Proteine massenspektrometrisch identifiziert, von denen elf in metabolischen Prozessen involviert sind. Die Liste der durch DES‐PC veränderten Proteine umfasst die Methylmalonat‐Semialdehyd Dehydrogenase, Aspartat‐Aminotransferase, die Ubiquinol‐Cytochrome c Reduktase, NADH‐Ubiquinon Oxido-reduktase und NADH Dehydrogenase Ubiquinon Flavoprotein, sowie die Carboanhydrase, Laktatdehydrogenase, Inorganische Pyrophosphatase und Aconitase. Das einzige nichtmetabolische Protein war Serumalbumin. Auffällig war hierbei, dass alle Proteine außer der Aspartat‐Aminotransferase eine verringerte Expression aufwiesen. Dies lässt vermuten, dass DES‐PC eine repressive Wirkung auf metabolische Prozesse ausübt. In diesem Zusammenhang könnte ein reduzierter Energieverbrauch einen Adaptionsmechanismus an zukünftige Ischämie‐Reperfusions-schäden darstellen. Während der vergleichenden Analyse fiel auf, dass post‐translationale Modifikationen eine entscheidende Rolle zu spielen scheinen. Einige der angesprochenen Proteine wiesen multiple pI Varianten auf, jedoch zeigten nicht alle Varianten eine Veränderung im Verlauf der DES‐PC. So scheint die Ubiquinol‐Cytochrome c Reduktase selektiv durch Proteinphosphorylierung beeinflusst zu werden, die Aconitase vor oxidativer Modifikation geschützt zu werden und die Aminotransferase‐2 verstärkt zu translozieren. Desweiteren wurden Albumin, NADH‐Ubiquinon Oxidoreduktase und Aminotransferase‐1 an veränderten Positionen im Gel nachgewiesen, möglicherweise aufgrund von Proteindegradation. Diese Hinweise deuten darauf hin dass DES‐PC bedingte Änderungen in der Proteinexpression zum Großteil durch post‐translationale Modifikationen vermittelt werden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Bezüge:	Die Arbeiten zu dieser Dissertation wurden im Zeitraum von 2005 bis 2010 durchgeführt. Die Experimente fanden in den Laboren der experimentellen Anästhesiologie (Klinik für Anästhesiologie) und im Analytischen Zentrallabor des Biologisch-Medizinischen Forschungszentrum statt. Die Arbeit wurde von Frau Dr. Metzger und Frau Dr. Nina Hauck-Weber betreut.
Fachbereich / Einrichtung:	Zentrale Einrichtungen
Dokument erstellt am:	28.03.2011
Dateien geändert am:	28.03.2011
Promotionsantrag am:	02.06.2010
Datum der Promotion:	14.07.2010