Dokument: Interaction network and regulation of the human ABC transporter MDR3/ABCB4

Titel:	Interaction network and regulation of the human ABC transporter MDR3/ABCB4
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=61002
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20221031-082137-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kroll, Tim [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 142,32 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.10.2022 / geändert 24.10.2022
Beitragende:	Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter] Keitel-Anselmino, Verena [Gutachter]
Stichwörter:	ABCB4, MDR3, ABC transporter, hepatobiiary transporter
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Bile formation is mainly performed by the three ABC transporters of the bile triumvirate at the canalicular membrane. These are namely ABCB4, ABCB11 and the heterodimer ABCG5/G8. Each of these display a narrow but specific substrate spectrum, which is quite uncommon for ABC transporters. While ABCB4 specifically enriches the outer leaflet with PC lipids, ABCB11 transports conjugated bile acids across the canalicular membrane and ABCG5/G8 secretes cholesterol into the bile canaliculi. Since bile acids exhibit a harsh detergent activity, they would harm hepatocytes and cholangiocytes. However, ABCB4 transports a high amount of PC lipids to enriched microdomains within the outer leaflet, while bile acids pull off patches of these extra lipids and form mixed micelles. Thereby, ABCB4 protects the cells from the harsh detergent activity of bile acids. Furthermore, cholesterol secreted by ABCG5/G8 is incorporated into the mixed micelles to prevent crystallization at higher concentrations. Obviously, the role of ABCB4 in providing sufficient PC lipids is essential not only for bile equilibrium but also human health. ABCB4 deficiency leads to symptoms such as reduction or complete absence of PC lipids in bile and these ABCB4-related diseases are of high clinical relevance. Hence, research studies on ABCB4 involving the understanding of the transporter are imperative. ABC transporters are often considered as single entities but in case of the bile triumvirate, an interplay between the transporters and their substrates is assumed. For ABCB11 and ABCG5/G8, it was demonstrated that lipid composition, cholesterol content and presence of bile acid affects these transporters. In contrast, effect of bile acids or cholesterol on ABCB4 have not be directly demonstrated so far due to the difficulty in measuring lipid lifting in a lipid environment and because of bile acids acting as lipid extractors. Both are individual steps with their own kinetic parameters. However, a detergent-solubilized and purified ABCB4 presented a tool, which could be exploited further to investigate the modulation of ATPase activity of ABCB4 by bile acids and cholesterol. Additionally, the effect of bile acids in the presence of a substrate (DOPC) of ABCB4 and cholesterol was examined. In the current thesis, four essential findings on ABCB4 were obtained: 1) monomeric bile acids modulate ABCB4 in a concentration dependent manner; 2) maximal modulation by bile acids corelates with their cmc; 3) bile acid modulation of ABCB4 changes but persists in the presence of an actual substrate (DOPC), and 4) Nor-UDCA highly stimulates ABCB4 in the presence of DOPC (and cholesterol), revealing a new and medically-relevant mechanism of action. It also emphasized the importance to study Nor-urso versions of bile acids in further detail. Die Gallenbildung findet ausschließlich an der kanalikulären Membran der Leber-Hepatozyten durch die drei ABC Transporter des Gallen-Triumvirates statt. Diese sind die Transporter ABCB4, ABCB11 und der heterodimere ABCG5/G8. Jeder dieser Transporter besitzt ein kleines, jedoch sehr spezifisches Substratspektrum, was für ABC Transporter eher ungewöhnlich ist. Während ABCB4 spezifisch die äußere Lipidschicht der Membran mit PC-Lipiden anreichert, transportiert ABCB11 konjugierte Gallensäuren über die kanalikuläre Membran und ABCG5/G8 sekretiert Cholesterin in die Gallenkanalikuli. Da Gallensäuren eine starke Detergenzienwirkung aufweisen, würden diese die Membran der Hepatozyten und Cholangiozyten schädigen. Daher sorgt ABCB4 für einen starken Überfluss an PC-Lipiden in den angereicherten Mikrodomänen der äußeren Lipidschicht, sodass die Gallensäuren Stücke dieser überflüssigen Lipide extrahieren und gemischte Mizellen bilden können. Dementsprechend schützt ABCB4 die Zellen vor der Detergnzienwirkung der Gallensäuren. Außerdem werden das von ABCG5/G8 sekretierte Cholesterin in diese gemischten Mizellen eingebunden, um die Kristallisation des Cholesterins bei höheren Konzentrationen zu verhindern. Dementsprechend ist ABCB4 nicht nur für das Gleichgewicht der Gallenflüssigkeit, sondern auch die menschliche Gesundheit verantwortlich. Ein Ausfall von ABCB4 führt zu Symptomen wie Reduzierung oder Fehlen von PC-Lipiden in der Gallenflüssigkeit und deshalb sind ABCB4 verursachte Krankheiten von hoher klinischer Relevanz. Dementsprechend ist auch die nötige Forschung höchst relevant, um den Transporter besser zu verstehen. ABC Transporter werden oft einzeln betrachtet, aber im Falle des Gallentriumvirates wird ein Zusammenspiel der Transporter und jeweiligen Substrate vermutet. Für ABCB11 und ABCG5/G8 wurde bereits gezeigt, dass die Lipidkomposition, der Cholesterinanteil in der Membrane und Gallensäuren die Transporteraktivität beeinflussen. Im Gegensatz dazu, konnte bisher kein direkter Effekt von Gallensäuren oder Cholesterin auf ABCB4 nachgewiesen werden, da es besonders schwer ist, Lipid-Transport in einer Lipidumgebung zu messen, vor allem, wenn Gallensäuren diese zusätzlich extrahieren. Jedoch sind Transport und Extraktion von Lipiden zwei unterschiedliche Schritte mit ihren eignen kinetischen Parametern. Allerdings bietet ein in Detergenzien solubilsiertes und gereinigtes ABC4 die Möglichkeit, die Modulation der ATPase-Aktivität von ABCB4 durch Gallensäuren und Cholesterin zu untersuchen. Zusätzlich konnte auch der Effekt der Gallensäuren in Anwesenheit eins eigentlichen Substrats von ABCB4 (DOPC) und Cholesterin bestimmt werden. In dieser Arbeit konnten vier neue Erkenntnisse für ABCB4 aufgezeigt werden: 1) monomere Gallensäuren modulieren ABCB4 in Abhängigkeit ihrer Konzentration; 2) die maximale Modulation durch Gallensäuren korreliert mit ihrer entsprechenden kritischen Mizellenkonzentration (cmc); 3) der Effekt der Gallensäuren auf ABCB4 bleibt zwar in Anwesenheit eines eigentlichen Substrates (DOPC) bestehen, verändert sich jedoch deutlich und 4) Nor-UDCA stimuliert ABCB4 äußerst stark in Anwesenheit von DOPC (und Cholesterin), was einen neuartigen und medizinisch relevanten Mechanismus dieser Gallensäure beschreibt. Dies unterstreicht die Wichtigkeit Nor-urso-Versionen von Gallensäuren in Zukunft zu studieren.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Biochemie
Dokument erstellt am:	31.10.2022
Dateien geändert am:	31.10.2022
Promotionsantrag am:	05.10.2021
Datum der Promotion:	03.12.2021