Untersuchungen zur Rolle der Mitochondrien bei der kälteinduzierten Apoptose kultivierter Zellen

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In dieser Arbeit wurde der durch kalte Inkubation transplantationsrelevanter Zellen in Organprotektionslösungen induzierte Zelltod untersucht. Hierzu wurden Leberzellen - Hepatozyten und Leberendothelzellen - in University of Wisconsin-(UW-)Lösung, Corneaendothelzellen in McCarey-Kaufmann-Medium und alle drei Zelltypen zum Vergleich in Zellkutlurmedium einer aeroben Kaltinkubation ausgesetzt und anschließend auf physiologische Teperaturen wiedererwärmt. Unter diesen Bedingungen konnte sowohl in den Endothelzellen als auch in Hepatozyten eine im Wesentlichen eiseninduzierte apoptotische Zellschädigung ausgelöst werden. Weiterführende Untersuchungen an Hepatozyten belegten, dass diese kälteinduzierte Apoptose mechanistisch über eine kältebedingte Erhöhung des chelatisierbaren Eisenpools der Zellen und eine dadurch ausgelöste oxidative Schädigung verläuft, welche z.B. in Form einer gesteigerten Lipidperoxidation oder DNA-Fragmentation evident wird. Eine in vielen Schädigungsmodellen diskutierte zusätzliche Erhöhung primärer ROS (O2 - und/oder H2O2) ist in den Schädigungsmechanismus der kälteinduzierten Apoptose nicht involviert, im Gegenteil war die Bildung dieser Spezies in der Kälte sogar deutlich niedriger als in Wärmekontrollen. Während der Mechanismus der kälteinduzierten Apoptose von Endothelzellen vom verwendeten Inkubationsmedium unabhängig war, konnte bei Hepatozyten zusätzlich zu der in UW-Lösung detektierten eisenabhängigen Zellschädigung ein eisenunabhängiger Schädigungsweg identifiziert werden, wenn die Kaltinkubation der Zellen in Zellkulturmedium erfolgte. Diese, nur bei Kaltinkubationstemperaturen unterhalb von 13°C nachzuweisende zusätzliche Komponente trat morphologisch in der Wiedererwärmungsphase der Hepatozyten durch eine massive Zellablösung, Blebbildung und Verstärkung der Kernschädigung in Erscheinung und konnte anhand von Hemmstoffexperimenten als proteasevermittelte Schädigung identifiziert werden. Den wahrscheinlich bedeutendsten Endpunkt des eiseninduzierten Schädigungsweges der untersuchten Leber- und Corneazellen bei und nach der Kaltinkubation stellt die Zerstörung der mitochondrialen Funktion dar. Schon während der Kaltinkubationsphase kam es zu einer, allerdings grundsätzlich reversiblen, Erniedrigung des mitochondrialen Membranpotentials; in der anschließenden Wiedererwärmung der Zellen wurde der mitochondriale Permeabilitätsübergang (MPT) induziert, dem in Hepatozyten innerhalb weniger Minuten, in Endothelzellenetwas langsamer, der Zelltod folgte. Eine mögliche Auslösung dieses im mechanistischen Verständnis der Apoptose sehr schnell auf die MPT folgenden Zelltodes über eine plötzliche Freisetzung ROS aus der durch die MPT zerstörten mitochondrialen Atmungskette konnte ansatzweise bestätigt werden: in der Kälte konnte durch Eisenchelatisierung (und damit Schutz vor einer MPT) die Freisetzung von O2 - erniedrigt und in der Wiedererwärmung eine erhöhte Bildung von ROS durch die Oxidation eines ROS-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffs demonstriert werden. Neben dieser für den Mechanismus der kälteinduzierten Apoptose bedeutenden irreversiblen mitochondrialen Schädigung konnte eine generell reversible kälteinduzierte Veränderung der mitochondrialen Morphologie beobachtet werden. Diese war gekennzeichnet durch eine markante, eisenunabhängige Verkürzung der Mitochondrien in der Kaltinkubationsphase, die bei Leber- und Corneaendothelzellen, nicht jedoch in Hepatopzyten, in der Wiedererwärmung in einer mitochondrialen Ultrakondensation mündete. Durch Hemmung der eisenabhängigen Schädigung konnte diese Ultrakondensation verhindert und eine Wiederherstellung der ursprünglichen mitochondrialen Morphologie in der Wiedererwärmung bewirkt werden. Da in allen drei untersuchten Zelltypen nach Kaltinkubation und Wiedererwärmung eine eisenvermittelte kälteinduzierte Apoptose nachweisbar war, kann aus den erzielten Daten abgeleitet werden, dass diese Zellschädigung offensichtlich zelltypübergreifend auftritt. Wegen der besonderen Bedeutung der Kaltlagerung im Rahmen der Organtransplantation sollte ein möglichst guter Schutz der Gewebe vor einer kälteinduzierten Apoptose angestrebt werden, was auf der Basis der hier dargestellten Befunde am Besten durch den Zusatz eines effektiven, membranpermeablen Eisenchelators zu einer die eisenunabhängige Schädigung unterdrückenden Konservierungslösung geschehen sollte.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Stichwörter:
Apoptose, Nekrose, mitochondrialer Permeabilitätsübergang, Mitochondrien, Membranpotential, Kälte, Hepatozyten, Endothelzellen, Eisen, reaktive Sauerstoffspezies, Ultrakondensation, Transplantation, UW-Lösung, Leber, Organkonservierung
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
28.08.2003
Dokument erstellt am:
28.08.2003
Promotionsantrag am:
17.10.2003
Dateien geändert am:
28.08.2003
Medientyp:
Text