Dokument: Regulation der hepatischen Bildung von Coeruloplasmin: Zur Bedeutung insulinresponsiver Signalkaskaden und der Rolle von FoxO-Transkriptionsfaktoren
| Titel: | Regulation der hepatischen Bildung von Coeruloplasmin: Zur Bedeutung insulinresponsiver Signalkaskaden und der Rolle von FoxO-Transkriptionsfaktoren | |||||||
| Weiterer Titel: | Regulation of the hepatic synthesis of ceruloplasmin: relevance of insulin responsive signaling cascades and the role of FoxO transcription factors | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=18592 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20110707-142508-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. rer. nat. Leyendecker, Martin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Lars-Oliver Klotz [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Georg Groth [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Coeruloplasmin, Insulin, FoxO | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Zusammenfassung
Der Phosphoinositid 3’-Kinase (PI3K)/Akt-Signalweg kontrolliert die Expression von Proteinen, die in der Abwehr gegen oxidativen Stress, im Glukosemetabolismus und in der Regulation des Zellzyklus involviert sind. Diese Signalkaskade wird nicht nur durch Insulin oder andere Wachstumsfaktoren aktiviert, sondern auch durch Stressimpulse wie reaktive Sauerstoffspezies (ROS). Die Stimulation des Insulinrezeptors induziert eine Phosphorylierungskaskade, die zur Aktivierung der Serin-/Threonin-Kinase Akt führt. Aktivierte Akt transloziert in den Zellkern und inaktiviert FoxO-Transkriptionsfaktoren, die unter anderem die Expression des hepatischen und antioxidativ wirkenden Plasmaproteins SeP regulieren. In der hier angefertigten Arbeit konnte die Insulin-induzierte Regulation von Coeruloplasmin (Cp), eines weiteren antioxidativen von der Leber produzierten Plasmaproteins, nachgewiesen und in Analogie zum SeP gezeigt werden, dass dies über den PI3K/Akt/FoxO-Signalweg erfolgt. So führte die Insulinbehandlung von Rattenhepatomzellen zur Abnahme der Cp-Expression, wobei dieser Effekt vollständig durch den spezifischen PI3K-Inhibitor Wortmannin blockiert wurde. Zudem bewirkte Insulin die Repression der Cp-mRNA-Spiegel in primären Rattenhepatomzellen, wodurch die Cp-Spiegel in den entsprechenden Zellkulturüberständen gesenkt wurden. Weiterhin resultierte die Aktivierung eines konstitutiv exprimierten und regulierbaren FoxO1-Konstrukts in der Steigerung der Cp-Expression in Rattenhepatomzellen. Dieser Effekt wurde durch gleichzeitige Behandlung mit Insulin unterbunden, wodurch Cp als FoxO-Zielgen bestätigt wurde. Im Gegensatz dazu zeigte weder die Insulinbehandlung noch die Überexpression der FoxO-Faktoren eine Wirkung auf die Cp-Expression in humanen HepG2-Hepatomzellen, was auf speziesspezifische Unterschiede in der Cp-Expression hindeutet. Die Belastung von Rattenhepatomzellen mit Cu(II) führte zudem zur Repression der Cp-mRNA-Spiegel. Dies geschah in PI3K/Akt-unabhängiger Weise. Unter hoher Fettzufuhr gehaltene Mäuse, die eine Insulinresistenz und Hyperglykämie aufwiesen, zeigten leicht gesteigerte hepatische Cp-mRNA-Spiegel und eine starke Zunahme der Cp-Spiegel im Serum. Zudem konnten wir erhöhte Mengen oxidierter Proteine in den Seren feststellen, was oxidativen Stress indiziert. Aufgrund der Daten dieser Arbeit wird postuliert, dass hauptsächlich eine durch Fettleibigkeit induzierte Insulinresistenz für die gesteigerten Cp-Spiegel in den Seren der mit hohen Fettkonzentrationen ernährten Mäuse verantwortlich ist. Die Behandlung von primären Rattenhepatozyten mit dem Antidiabetikum Metformin führte zu einer starken Unterdrückung der Cp-Synthese und einer transienten Abnahme des FoxO1 Proteinspiegels. Dies deutet darauf hin, dass dieser Arzneistoff neben der Senkung des Blutzuckerspiegels auch mögliche prooxidative Effekte von Cp bei Typ 2 Diabetes mellitus vermindern könnte. In der hier vorliegenden Arbeit wurde die Regulation der hepatischen Cp-Expression durch Insulin über die PI3K/Akt/FoxO-Kaskade nachgewiesen und eine ausgeprägte Steigerung der Cp-Konzentrationen im Serum unter hoher Fettzufuhr gehaltener Mäuse festgestellt. Künftige Untersuchungen müssen klären, inwieweit dies für die Eignung von Cp als Biomarker zur Früherkennung diabetischer Komplikationen spricht.Summary The phosphoinositide 3’-kinase (PI3K)/Akt pathway controls the expression of a number of proteins involved in the defense against oxidative stress, glucose metabolism and cell cycle progression. This signaling cascade is not only activated by insulin or other growth factors but also by stressful stimuli such as reactive oxygen species (ROS). Stimulation of the insulin receptor induces a phosphorylation cascade resulting in the activation of the serine-/threonine-kinase Akt. Activated Akt shuttles into the nucleus and inactivates FoxO transcription factors which regulate the expression of target genes such as that of the hepatic and antioxidative plasma protein, selenoprotein P (SeP). In this work, I identified the expression of ceruloplasmin (Cp), an antioxidative plasma protein produced and secrected by the liver like SeP, as being regulated by insulin via the PI3K/Akt/FoxO-signaling pathway. Thus, insulin treatment of rat hepatoma cells resulted in a downregulation of Cp expression, and this process was completely blocked by the specific PI3K-inhibitor, wortmannin. In addition, insulin lowered Cp mRNA levels in primary rat hepatocytes, resulting in a decrease of Cp protein levels in the corresponding cell culture supernatants. Furthermore, the activation of a constitutively expressed regulatable version of FoxO1 increased Cp expression in rat hepatoma cells. This effect was counteracted by exposure to insulin, indicating that the Cp gene is a target gene of FoxO transcription factors. In contrast, neither insulin treatment nor the overexpression of FoxO factors had an effect on Cp expression in human HepG2 hepatoma cells, indicating differences in the regulation of Cp expression between species. Furthermore, exposure to Cu2+ attenuated Cp expression in a PI3K/Akt-independent manner in rat hepatoma cells. High fat-fed mice, for which insulin resistance and hyperglycemia had been demonstrated previously, had slightly upregulated hepatic Cp mRNA levels and strongly elevated Cp protein levels in the serum relative to control mice. Moreover, we observed increased amounts of oxidized proteins in the sera of these mice, indicating oxidative stress. Based on the data of this work, I postulate that the elevated serum Cp protein levels in high fat-fed mice were mainly due to obesity-induced insulin resistance. Treatment of primary rat hepatocytes with metformin resulted in a strong decrease of Cp levels and a transient decay of FoxO1 protein levels. This indicates that this antidiabetic drug, in addition to lowering blood glucose levels, may diminish potential prooxidative effects of Cp under conditions of a type 2 diabetes mellitus. This work provides evidence for the regulation of hepatic Cp expression by insulin via the PI3K/Akt/FoxO cascade. Moreover, it is demonstrated that Cp levels are strongly elevated in sera of mice held under a high fat diet. Whether or not this renders Cp a suitable biomarker for early detection of diabetic complications remains to be elucidated. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU | |||||||
| Dokument erstellt am: | 07.07.2011 | |||||||
| Dateien geändert am: | 07.07.2011 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.05.2011 | |||||||
| Datum der Promotion: | 27.06.2011 |
