Dokument: Die Expression und Aktivität von Matrix Metalloproteinase-1 wird durch Stickstoffmonoxid, reduzierte Thiole und Zytokine reguliert
| Titel: | Die Expression und Aktivität von Matrix Metalloproteinase-1 wird durch Stickstoffmonoxid, reduzierte Thiole und Zytokine reguliert | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3629 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20070220-091934-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Koch, Sabine [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Suschek, Christoph V. [Gutachter] Prof. Dr. Mehlhorn, Hans-Peter Heinz [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Matrix Metalloproteinase, MMP, Glutathion, Inhibition, Thiole, Nitrit, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Zytokine, UVAMatrix Metalloproteinase, MMP, glutathione, inhibition, thiol, nitrite, nitric oxide, nitric dioxide, cytokine, UVA | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Matrix Metalloproteinasen repräsentieren eine Familie von strukturverwandten, zinkabhängigen Endopeptidasen, die am Abbau der extrazellulären Matrix und an der Neustrukturierung beteiligt sind. Unter physiologischen Bedingungen werden MMPs sowohl auf transkriptioneller Ebene, als auch auf posttranskriptioneller Ebene, reguliert. Die Transkription von MMPs wird über den MAP-Kinasen und Serin/Threonin Kinasen mediiert und durch die Bindung der Transkriptionfaktoren AP-1 und Ets initiiert. Die Kontrolle auf posttranskriptioneller Ebene geschieht zum einen über ihre natürlichen Inhibitoren den TIMPs und zum anderen über die Regulation der Aktivierung der Proform der MMPs. In der Proform der MMPs ist ein Cystein aus der Pro-Domäne an das Zink im aktiven Zentrum koordiniert und zur Aktivierung der MMPs kommt es durch Aufspaltung dieser Koordination. In dieser Arbeit wurde ein weiterer und neuer Mechanismus zur Regulation der MMP-1-Aktivität gefunden. Dieser Mechanismus beruht auf einer Thiol-abhängigen Inhibition von MMP-1, die UVA- und Nitrit-abhängig kontrolliert werden kann. Es zeigt sich, dass niedrig-molekulare Thiole wie GSH, Cystein, Homocystein und N-Acetylcystein, die Aktivität von MMP-1 um bis zu 75 % reduziert. Die Effizienz der Inhibition nimmt in der Reihe von Cystein > GSH > Homocystein > N-Acetylcystein ab. Interessanterweise kann die GSH-vermittelte Inhibition von MMP-1 vollständig durch Bestrahlung der Proben in der Anwesenheit von Nitrit aufgehoben werden. Die Aufhebung der Inhibition geht einher mit einer vermehrten Oxidation von GSH. Nitrit ist ein natürlicher Bestandteil der humanen Haut und zerfällt durch UVA-Bestrahlung in NO und in diverse stark oxidierende Komponenten, wie z. B. .OH - und NO2-Radikale. Die UVA/Nitrit-induzierte Reaktivierung von MMP-1 und die Oxidation von GSH kann durch Natriumascorbat, einem effektivem NO2-Scavenger, unterdrückt werden. Die GSH-abhängige Inhibition der MMP-1-Aktivität kann auch in den Überständen von humanen Vorhautfibroblasten induziert werden. In den Überständen der Fibroblasten kann eine Reaktivierung durch den NO-Donor DETA/NO bewirkt werden. Bei dem an der Reaktivierung beteiligten Radikal handelt es sich wohl wie in vitro Messungen an rekombinaten MMP 1 zeigen um das Stickstoffdioxid-Radikal. Ein Einfluss des Stickstoffdioxid-Radikals auf die Aktivierung von proMMP-2 konnte schon früher gezeigt werden. Ein Einfluss von UVA-Strahlung, Zytokinen und durch iNOS produziertes NO auf die Expression von MMP-1 wurde in verschiedenen Zelltypen in der Literatur postuliert. Auch in den HVF regulieren die Zytokine IL-1, IFN und TNF- die MMP-1 und iNOS-Expression differenziell. So induzieren nur IL-1, TNF- und deren Kombinationen die MMP-1-Expression. Der iNOS-Inhibitor L-NIO hat aber keinen Einfluss auf die durch die Zytokine induzierte MMP-1-Expression. IFN- dagegen führt in allen Kombination zu einer erhöhten iNOS-Expression und zu einer erhöhten Nitrit-Konzentration im Überstand der HVF, aber zu keiner Erhöhung der MMP-1-Expression. In humanen Vorhautfibroblasten ist die durch Zytokine induzierte Expression von MMP-1 daher unabhängig von der iNOS-mediierten NO-Synthese. Die Erhöhung der MMP-1-Expression ist daher wahrscheinlich auf die während entzündlichen Prozessen gebildeten ROS zurückzuführen. Eine leichte Erhöhung des Anteils an aktivem MMP-1 nach Aktivierung mit IFN- ist dagegen zu beobachten. Die gebildeten RNS-Spezies führen daher vermutlich zu einer verstärkten Aktivierung von proMMP-1. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass MMP-1 auf vielen Ebenen reguliert wird. So repräsentiert die Aktivitätskontrolle durch Thiole und durch den UVA-abhängigen Nitrit-Zerfall ein neues Konzept in der Regulation von MMP-1. Generell zeigen die Ergebnisse, dass die Expression und Aktivität von MMPs immer im nativem Umfeld betrachtet werden muß, da die MMP-mRNA und -Proteinkonzentration nicht direkt mit der Aktivität korreliert werden kann. Insbesondere während entzündlichen Prozessen spielt der hier beschriebene Regulationsmechanismus aufgrund des auftretenden oxidativen und nitrosativen Stress eine entscheidende Rolle.Matrix metalloproteinases (MMPs) represent a family of structurally related, zinc-dependent proteinases participating in degradation and remodeling of the extracellular matrix. Under physiological conditions the activity of MMPs is regulated at the transcriptional as well as at the posttranslational level. The transcription is mediated via MAP-kinases or via serine/threonine-kinases and initiated via the transcription factors AP-1 and Ets. Posttranscriptionally, MMPs are on the one hand controlled through the naturally occurring inhibitors, the tissue inhibitors of MMPs (TIMPs) and on the other hand by the activation of proMMPs. In the inactive enzyme a cysteine of the pro-domain is conjugated to a zinc ion in the active center. MMPs become activated when this coordination breaks open and the active center becomes accessible. Here, a new mechanism, which regulates MMP-activity depending on thiols and UVA-mediated photolysis of nitrite, was demonstrated. Low molecular thiols such as glutathione (GSH), cysteine, homocysteine and N-acetyl-cysteine reduce MMP-1 activity by up to 75 % with an efficiency of cysteine > GSH > homocysteine > N-acetyl-cysteine. In contrast, S-derivatized thiols completely lack this inhibitory activity. Interestingly, GSH-mediated inhibition of MMP-1-activity is completely abrogated by UVA-irradiation of the samples in the presence of nitrite a GSH oxidation to GSSG occurs. Nitrite is a natural constituent of human skin and upon UVA-challenge decomposes to nitric oxide and several strongly oxidizing compounds such as hydroxyl and nitrogen dioxide radicals. The aforementioned UVA/nitrite-induced reactivation of MMP-1 and simultaneous GSSG formation is significantly inhibited by ascorbic acid an effective NO2 radical scavenger. The GSH-dependent inhibition of MMPs can also be found in supernatants of human foreskin fibroblasts cultures. In these supernatants MMP-1 can be reactivated by adding DETA/NO, a NO-donor molecule. The reactivation as shown in vitro with recombinant MMP-1 appears to be mediated by the nitrogen dioxide radical. Indeed an activating effect of nitrogen dioxid had been shown with proMMP-2. A number of publications have previously dealt with the influence of UVA irradiation, cytokines and iNOS-derived NO on the MMP-1 expression had been shown previously. Here, in human foreskin fibroblasts a differential regulation of MMP-1 and iNOS by the proinflammatoric cytokines IL-1, IFN- and TNF- can be observed. IL-1 and TNF- and their combination up regulate as well the mRNA as the protein expression of MMP-1. However, iNOS inhibitor L-NIO has no influence on the cytokine-mediated induction of MMP-1 expression. In contrast, IFN and its combinations lead to an up-regulation of the iNOS-mRNA expression and to an enhanced nitrite concentration in the supernatants, but not to an induction of MMP-1 expression. Therefore, in primary human foreskin fibroblast the induction of MMP-1 expression is independent of the iNOS-derived NO-formation. The enhanced expression of MMP-1 by the cytokines is maybe a result of a changed redox state after a proinflammatoric stimulus. However IFN- leads to an enhanced amount of active MMP-1 and therefore a shift in the ratio of active to the complete MMP-1 amount. In conclusion, MMP-1 is regulated on several different levels. The control of MMP-1-activity based on the inhibitory effect of reduced thiols and reactivation by a mechanism comprising light-induced decomposition of nitrite, as described here, represents a new concept in MMP-1 activity regulation. Therefore, the activity of MMPs has to be considered in their environmental conditions and cannot be directly correlated neither with the amount of MMP-1 mRNA nor protein. Especially, during inflammatory conditions where oxidative or nitrosative stress occurs this mechanism appears of primary importance. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.01.2007 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.01.2007 | |||||||
| Datum der Promotion: | 24.01.2007 |
