Dokument: Modulation der zellulären Eisen- und Hämhomöostase durch die mitochondrialen Proteine ATAD-3 und Frataxin in Caenorhabditis elegans
| Titel: | Modulation der zellulären Eisen- und Hämhomöostase durch die mitochondrialen Proteine ATAD-3 und Frataxin in Caenorhabditis elegans | |||||||
| Weiterer Titel: | Modulation of cellular iron and heme homeostasis by mitochondrial proteins ATAD-3 and Frataxin in Caenorhabditis elegans | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64884 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20240207-084200-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Müting, Gesine Friederike [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. med. Distelmaier, Felix [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. rer. nat. Reichert, Andreas [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Eisen, Hämin, ATAD-3, Frataxin, Mitochondrien, Caenorhabditis elegans | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Zusammenfassung der Arbeit
Hintergrund dieser molekularbiologischen Untersuchungen zum Eisenstoffwechsel sind die beim Menschen selten vorkommenden, meist genetisch bedingten Mitochondriopathien. Diese Stoffwechselerkrankungen sind durch eine Fehlfunktion der Mitochondrien bedingt, deren Ursache in fehlenden oder fehlerhaft ausgebildeten mitochondrialen Proteinen liegt. Durch molekularbiologische Methoden ist das Wissen um die Funktionsweise und das Zusammenwirken mitochondrialer Proteine in den letzten Jahren enorm gewachsen. Mit Frataxin ist ein humanes mitochondriales Protein gefunden worden, das durch Ausfall oder Fehlfunktion ursächlich für die Friedreich-Ataxie ist, eine angeborene neurodegenerative Erkrankung. Frataxin spielt eine wichtige Rolle im mitochondrialen Eisenstoffwechsel, ein Fehlen dieses Proteins führt zu einer Eisenüberladung der Zellen. ATAD3 ist ein weiteres humanes mitochondriales Protein, bei dem eine Beteiligung am mitochondrialen Eisenstoffwechsel vermutet wird. Beide Proteine zeigen eine mitochondriale Lokalisation. In der Literatur wurde zudem eine mögliche Beeinflussung des Häm-Metabolismus durch diese Proteine für das humane System beschrieben. Caenorhabditis elegans, ein erstmals 1974 durch S. Brenner beschriebener und gut untersuchter Modellorganismus, weist eine hohe Sequenzidentität verschiedener Proteine zu ihren Homologa beim Menschen auf. Er ist für das Studium einzelner Proteine und ihrer Wirkungsweise gut geeignet. In der vorliegenden Arbeit wurden die homologen Proteine ATAD-3 und Frataxin unter den Fragen (1.) welche Rolle sie im Eisen- und Hämstoffwechsel spielen und (2.) ob Eisenchelatoren oder Flavonoide eine Wirkung auf erhöhte Eisenspiegel in C. elegans haben, studiert. Mit Hilfe der Ribonukleinsäure vermittelten Interferenz (RNAi) wurden die Proteine in C. elegans ausgeschaltet. Die Eisenaufnahme der so modifizierten Würmer wurde – im Vergleich zu einer Kontrollgruppe unveränderter Würmer – mit Zn(II)-MesoporphyrinIX (ZnMp), einem fluoreszenzmarkierten Häminanalogon in Kurzzeit- (6h) und Langzeit-Studien (1d) untersucht und durch Messung der Fluoreszenz quantifiziert. Mit dem Iron Colorimetric Assay Kit K 390 (BioVision, Inc.) und dem Hemin Assay Kit, Kat. Nr. MAK036 (Sigma-Aldrich, St. Louis, USA) wurden direkte Eisen- und Häminmessungen durchgeführt und untersucht, ob die Ausschaltung der Proteine zu erhöhten Eisenkonzentrationen in den Nematoden führte. In Fecundity-Assays wurde die Fertilität und Entwicklung studiert. Bei den ZnMp-Assays zeigten sich sowohl im Kurzzeit (6h) als auch im Langzeitversuch (1d) bei den frh(RNAi) eine Erhöhung der Fluoreszenz gegenüber der Kontrollgruppe, für atad-3(RNAi) konnte dies nicht analog gezeigt werden. Die direkte Messung von Eisen im Wurmlysat hatte ihre methodischen Limitationen und ergab keine verwertbaren Ergebnisse. In den Häminassays konnte eine signifikante Erhöhung des Hämins bei atad-3(RNAi) im Wurmlysat nachgewiesen werden. Die Entwicklung der atad-3 defizienten Würmer ist deutlich reduziert, sie verharren im Larvenstadium L1 bis L2 und zeigen keine Fortpflanzungstendenz. Die Gabe von Deferoxamin und der Flavonoide Quercetin und Myricetin zeigt keinen Rescueeffekt bei atad-3(RNAi). Die Ergebnisse zeigen, dass ATAD-3 und Frataxin eine wichtige Rolle im Eisen- und Hämin-Stoffwechsel von C. elegans spielen. Ihre Ausschaltung führt zu einer Erhöhung von Eisen im Wurm mit Hinweisen auf Toxizität. Deferoxamin, Quercetin und Myricetin als Eisenbinder zeigen in diesem Modell allerdings keinen „therapeutischen“ Effekt.Abstract The background to this molecular biological research on the iron metabolism are mitochondrial diseases, which rarely occur in humans and are mostly of genetical origin. These metabolic diseases occur due to a malfunction of mitochondrial respiration, the cause of which lies in missing or defectively formed mitochondrial proteins. Molecular biological methods have led to an increase in knowledge about the functioning and interaction of mitochondrial proteins in recent years. Amongst others, human frataxin is a mitochondrial protein whose failure or malfunction can cause Friedreich's ataxia, a congenital neurodegenerative disease. Frataxin plays a critical role in mitochondrial iron metabolism. A lack of this protein leads to cellular iron overload. ATAD3 is another human mitochondrial protein that is suspected to be involved in the mitochondrial iron metabolism. Both proteins have a mitochondrial localization. In addition, possible influence on hem metabolism in the human system was postulated for both proteins. Caenorhabditis elegans is a well-established model organism that was first described by S. Brenner in 1974. Several of its proteins show a high level of sequence identity with their homologous counterparts in humans. It is suitable for studying singular proteins and their mode of action. In the present work, the homologous proteins ATAD-3 and Frataxin were studied with regard to the questions of (1.) which role they play in the iron and hem metabolism and (2.) whether iron chelators or flavonoids have an effect on increased iron levels in C. elegans. RNA-mediated interference (RNAi) was used to inactivate the proteins in C. elegans. The iron uptake of modified worms – compared to a control group of unmodified worms – was examined with Zn(II)-MesoporphyrinIX (ZnMp), a fluorescently labelled hemin analogue, in short-term (6h) and in long-term (1d) studies and quantified by measuring fluorescence. Additionally, direct iron and hemin measurements were performed with Iron Colorimetric Assay Kit K 390 (BioVision, Inc.) and Hemin Assay Kit, Kat. Nr. MAK036 (Sigma-Aldrich, St. Louis, USA). It was examined whether inactivation of the proteins led to higher concentrations of iron in the nematodes. Fecundity assays were used to study fertility and development of the RNAi-worms. In both the short-term (6h) and long-term (1d) experiments, ZnMp assays indicated an increase in fluorescence for frh(RNAi) compared to the control group, but this could not be shown analogously for atad-3(RNAi). The direct measurement of iron in the worm lysate had its methodological limitations and did not yield any usable results. In the hemin assays, a significant increase in hemin for atad-3(RNAi) in the worm lysate was detected. The development of the worms that are atad-3-deficient was significantly reduced. They remain in larval stage L1 to L2 and show no reproductive tendency. Adding deferoxamine and the flavonoids quercetin and myricetin showed no rescue effect in atad-3(RNAi). These results indicate that both proteins play an important role in the iron and hemin metabolism of C. elegans. Disabling them leads to an increase in iron in the worm with signs of toxicity. Deferoxamine, quercetin and myricetin as iron binders show no therapeutic effect. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 07.02.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 07.02.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 06.06.2023 | |||||||
| Datum der Promotion: | 01.02.2024 |
