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Authors: Cheng, Fei
Title: Pathogenetische Bedeutung der Glutathionperoxidase-1 in der arteriellen Gefäßwand
Online publication date: 30-Oct-2012
Language: german
Abstract: Die antioxidative Aktivität des Enzyms Glutathionperoxidase-1 (GPx-1) schützt vor Atherosklerose und ihren Folgeerkrankungen. In einer Vorstudie konnten wir zeigen, dass der Mangel an GPx-1 die Atheroskleroseentwicklung in Apolipoprotein E defizienten (ApoE-/-) Mäusen beschleunigt und modifiziert. Allerdings sind die Verteilung der GPx-1 in atherosklerotischen Läsionen und die Mechanismen für den erhöhten Makrophagengehalt in der Läsion noch nicht geklärt. Deshalb haben wir (1) die in-situ Expression der GPx-Isoformen in atherosklerotischen Läsionen von GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Mäusen und (2) den Einfluss der GPx-1 Defizienz auf die Schaumzellbildung und Proliferation der Peritonealmakrophagen in ApoE-/- Mäusen untersucht. Die GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Weibchen wurden für 6 und 12 Wochen auf einer atherogenen „Western-type“ Diät gehalten. Die in situ-Hybridisierung zeigte, dass die verschiedenen Isoformen der GPx (GPx-1, GPx-3, GPx-4) vorwiegend in Makrophagen, nicht jedoch in glatten Muskelzellen der atherosklerotischen Läsionen von ApoE-/- Mäusen exprimiert wurden. Für die in vitro Untersuchungen wurden 5 Monate alte, GPx-1 defiziente und Wildtyp-Mäuse, gehalten auf Normaldiät, verwendet. Die Öl-Rot-O Färbung zeigte, dass die GPx-1 Defizienz die OxLDL (oxidiertes LDL) - und E-LDL (enzymatisch modifiziertes LDL) - induzierte Schaumzellbildung förderte. Darüber hinaus war die OxLDL-induzierte Cholesterinakkumulation (zellulärer Cholesterinester/ Cholesterin-Gehalt) in GPx-1 defizienten Makrophagen verstärkt, sodass ein Mangel an GPx-1 die Aufnahme von OxLDL durch Monozyten und damit die Umwandlung in Schaumzellen beschleunigt. Hinsichtlich der Proliferation zeigte sich, dass MCSF (Macrophage Colony-Stimulating Facotr) ein stärkerer Stimulus als OxLDL ist. Ein Mangel an GPx-1 fördert die Proliferation zusätzlich. Daran ist die ERK1/2 (extracellular-signal regulated kinase 1/2) - Kaskade beteiligt, denn es wurde eine schnelle Phosphorylierung der ERK1/2-Kaskade durch MCSF und/oder OxLDL nachgewiesen. Entsprechend reduzieren ERK1/2-Inhibitoren die proliferative Aktivität der Makrophagen. Die Hemmung der p38-MAPK (p38 mitogen-activated protein kinase) führt zur vermehrten Proliferation und bei gleichzeitig verringerter Caspase-3/7 Aktivität der Makrophagen unabhängig von der Expression der GPx-1. Ein Mangel an GPx-1 hat auch keinen Einfluss auf die MCSF-vermittelte Aktivierung der p38-MAPK und JNK (c-Jun N-terminal kinase). Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass die GPx-1-Defizienz einen signifikanten Einfluss auf die Schaumzellbildung und Proliferation von Makrophagen hat, was zur Beschleunigung der Atherosklerose und zu vermehrter Zellularität der entstehenden atherosklerotischen Läsionen führt. Die Proliferation wird über den ERK1/2 Signal-transduktionsweg positiv und über den p38-MAPK Weg negativ reguliert, wobei die ERK1/2-Kaskade empfindlich gegenüber oxidativem Stress bei GPx-1-Defizienz ist.
Glutathione peroxidase-1 (GPx-1) is an important antioxidant enzyme which plays a protective role in the atherogenic process. We have shown previously that GPx-1 deficiency accelerates atherosclerosis and increases lesion cellularity in apolipoprotein E-deficient (ApoE-/-) mice. Here, we studied (1) the expression of GPx-isoforms in the aortae of GPx-1-/-ApoE-/- and ApoE-/- control mice during atherosclerotic lesion development and (2) the effect of GPx-1 deficiency on foam cell formation and proliferation of peritoneal macrophages in order to understand how GPx-1 unfolds its protective function in atherogenesis. At 8 weeks of age female GPx-1-/-ApoE-/- mice and ApoE-/- control mice were placed on an atherogenic Western-type diet (WTD) for another 6 and 12 weeks, respectively. The expression of different GPx isoforms was investigated by in situ-hybridization (ISH). GPx-1, GPx-3 and GPx-4 expression was confined to macrophages from atherosclerotic lesions of ApoE-/- mice, whereas smooth muscle cells exhibited no detectable expression. Female ApoE-/- and GPx-1-/-ApoE-/- mice were placed on a standard chow diet for 5 months. Oil red O staining showed that OxLDL (oxidized LDL) and E-LDL (enzyme-modified LDL) enhanced macrophage-derived foam cell formation. In addition, quantitative measurement revealed an increased cholesterol accumulation in peritoneal macrophages of GPx-1 deficient mice after OxLDL incubation. This result proved that GPx-1 deficiency increases OxLDL intake and foam cell formation. Deficieny of GPx-1 led to increased proliferative acitivity of peritoneal macrophages (BrdU based chemiluminescence assay). The MCSF- and OxLDL-induced macrophage proliferation was mediated by the ERK1/2 (extracellular-signal regulated kinase 1/2) signaling pathway as demonstrated by ERK1/2 inhibitors PD98059 and U0126. p38-MAPK (p38 mitogen-activated protein kinase) inhibitor SB203580 increased the cell proliferation and decreased the caspase-3/7 activity independently of GPx-1 levels. By use of Western blot anaylsis on cell lysates, a short-term phosphorylation of ERK1/2-cascade but not p38-MAPK and JNK (c-Jun N-terminal kinase) was detected as early as five minutes after stimulation with MCSF and/or OxLDL in GPx-1 deficient macrophages. In summary, deficiency of GPx-1 has a significant impact on macrophage foam cell formation and proliferation via the ERK1/2 pathway. GPx-1 deficiency increases MCSF-and OxLDL-induced ERK1/2 phosphorylation in macrophages, whereas the p38-MAPK pathway contributes to the suppression of macrophage proliferation and promotes apoptosis. Thus atherosclerotic lesion progression is accelerated in apolipoprotein E-deficient mice.
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-4703
URN: urn:nbn:de:hebis:77-32460
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 121 S.
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