Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-1595
Authors: Lemcke, Susanne
Title: Der Wirkungsmechanismus von Neurosteroiden auf das Cytoskelett neuronaler Zellen
Online publication date: 8-Dec-2009
Language: german
Abstract: Neurosteroide können langsame genomische und schnelle nicht-genomische Effekte zeigen. Die Synthese und der Metabolismus von Neurosteroiden werden entwicklungsbedingt reguliert. In den letzten Jahren sind immer mehr schnelle Steroideffekte bekannt geworden, die sowohl über klassische als auch über nicht-klassische Rezeptoren laufen. Zum heutigen Stand der Forschung sind die morphologischen Effekte von Neurosteroiden auf das neuronale Cytoskelett und die involvierten Signalkaskaden noch weitgehend unerforscht. In diesem Zusammenhang stellen sich auch die Fragen nach den verantwortlichen Rezeptoren und dem Transportmechanismus sowie der subzellulären Lokalisation der Steroide. Die im Rahmen meiner Promotion erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Steroide DHEA und Testosteron eine Reorganisation des Aktincytoskeletts in neuronalen Zellen induzieren und dass diese Effekte diesen Steroiden und nicht ihren Folgemetaboliten zuzuordnen sind. DHEA bewirkt die Kontraktion der Zellen, eine erhöhte Ausbildung von Stressfasern und fokalen Adhäsionskomplexen sowie die Bildung von Filopodien. Der diesen Effekten zu Grunde liegende Signalweg konnte eindeutig identifiziert werden. DHEA induziert in neuronalen Zellen die Aktivierung des Rho-Signalwegs. Diese Aktivierung führt zu einem erhöhten Phosphorylierungsstatus der regulatorischen leichten Kette von Myosin II (MRLC) an Serin 19 und der damit verbundenen erhöhten Myosin-Aktin-Interaktion. Die Ausbildung von Filopodien wird vermutlich über eine Aktivierung der GTPase Cdc42 vermittelt. Testosteron induziert das Auswachsen langer Neuriten sowie eine Verminderung von Stressfasern in neuronalen Zellen. Diese Effekte sind abhängig von der Aktivität der PI3-Kinase. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Testosteron über die PI3-Kinase und FAK den Rac-Signalweg induziert, da es zu einer Inhibierung des Rho-Signalwegs kommt. Zahlreiche Erkenntnisse weisen darauf hin, dass DHEA und Testosteron die Aktivierung der beteiligten Signalwege über einen G-Protein gekoppelten Rezeptor induzieren. DHEA und Testosteron beeinflussen auch die Expression und die Lokalisation der regulatorischen leichten Ketten von Myosin II. Im Gegensatz zu DHEA (Lokalisation der MRLC in der kortikalen Region der Zelle), induziert Testosteron eine Umlokalisation der MRLC in den Zellkern. Daher ist es denkbar, dass die MRLCs, wie auch Aktin, als Transkriptionsfaktoren wirken können. Die Synthese eines funktionalen, fluoreszierenden DHEA-Derivats (DHEA-Bodipy) ermöglichte erstmals, den Transport und die subzelluläre Lokalisation von DHEA in neuronalen Zellen zu beobachten. DHEA-Bodipy wird in neuronalen Zellen in den Mitochondrien lokalisiert. Diese Lokalisation ergibt völlig neue Ansätze im Verständnis zellulärer Wirkungsorte von Steroiden und beteiligter Rezeptoren. Das in meiner Arbeit vorgestellte Verfahren zur Fluoreszenzmarkierung von Steroiden bietet vielfältige Möglichkeiten im Einsatz zellbiologischer Methoden. Nach diesem Verfahren hergestellte, fluoreszierende Steroide eignen sich aufgrund ihrer Stabilität sehr gut für die Untersuchung des Transports und der subzellulären Lokalisation von Steroiden an fixierten und lebenden Zellen sowie für Colokalisationsexperimente. Diese Methode grenzt somit auch die Anzahl möglicher molekularer Interaktionspartner ein. Für Testosteron konnte ebenfalls ein fluoreszierendes Testosteron-Derivat (Testosteron-Bodipy) synthetisiert werden. Die Aufklärung der Effekte von Steroiden auf das neuronale Cytoskelett und der beteiligten Signalkaskaden sowie die Identifizierung der zellulären Wirkungsorte ermöglichen therapeutische Ansätze zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen, deren Ursachen in Abnormitäten des Cytoskeletts oder fehlregulierter Neurosteroidogenese zu begründen sind.
Neurosteroids may show slow genomic and fast non-genomic effects. Both the synthesis and the metabolism of neurosteroids are regulated depending on the developmental state of the brain. In recent years an increasing number of fast steroid effects have become known which work both via classical as well as non-classical receptors. The current state of research does not provide much insight with regard to the morphological effects of neurosteroids upon the neuronal cytoskeleton and the signaling cascades involved. In this context also questions arise covering the critical receptors, the transport mechanisms involved and finally the subcellular localization of steroids. The results of my research described in my thesis indicate that both the steroids DHEA (Dehydroepiandrosterone) and Testosterone initiate a reorganization of the actin cytoskeleton in neuronal cells. Obviously these structural effects are related to these steroids and not to their metabolites. DHEA causes the contraction of the cells, the increased formation of stress fibers, focal adhesion complexes and filopodia. The underlying signaling pathway which includes these effects has been clearly identified. Within the neuronal cell line SH-SY5Y DHEA activates the Rho signaling cascade. This activation causes an increased phosphorylation of Ser19 of the myosin II regulatory light chain and leads to an enhancement of the myosin-actin-interaction. It is assumed that the formation of filopodia is initiated via the activation of the GTPase Cdc42. Testosterone causes the growth of long neurites and also the reduction of stress fibers in neuronal cells. These results are dependent upon the activity of the PI3-kinase. The findings of my study indicate that Testosterone activates the Rac signaling pathway via PI3-kinase and FAK. Furthermore an inhibition of the Rho signaling pathway is caused. Numerous findings point out that DHEA and Testosterone initiate their effects through a G-protein coupled receptor. DHEA and Testosterone also impact the expression and the localization of the regulatory light chain of myosin II (MRLC). Contrary to DHEA (localization of the MRLC in the cortical region of the cell) Testosterone induces the relocation of the MRLC into the nucleus. Therefore it is conceivable that the MRLCs as well as actin act like transcription factors. The synthesis of a functional, fluorescent DHEA derivative (DHEA-Bodipy) makes it possible, for the first time, to observe the transport and the subcellular localization of DHEA in neuronal cells. DHEA-Bodipy is found within the mitochondria of neuronal cells. This location leads to completely new approaches in the understanding of cellular action places of steroids and involved receptors. In my thesis a new procedure is presented to label steroids via fluorescent dyes and thus offers a variety of cellbiological methods. Fluorescent steroids which have been labeled this way are very stable and are well suited for the analysis of the transport and the subcellular localization of steroids in both fixed and live cells. This also holds true for colocalization experiments. My method also limits the number of possible molecular interacting partners. It was also possible to synthesize the fluorescent Testosterone derivative (Testosterone-Bodipy). The determination of the effects of steroids on the cytoskeleton and the participating signaling cascades as well as the identification of the cellular action centers facilitate therapeutical approaches to the treatment of neurodegenerative diseases which may be caused by anomalies of the cytoskeleton or deficiencies in the metabolism of neurosteroids.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1595
URN: urn:nbn:de:hebis:77-21347
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:JGU-Publikationen

Files in This Item:
  File Description SizeFormat
Thumbnail
2134.pdf7.43 MBAdobe PDFView/Open