@phdthesis{Nhan2007,
  author    = {Nhan, Pham Phuoc},
  title     = {Accumulation and biological activity of oxidized lipids in Anabaena PCC 7120},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-24347},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Oxylipine sind wichtige biologisch aktive Verbindungen, die entscheidende Rollen in der Abwehr, dem Wachstum, der Entwicklung und der Reproduktion von Pflanzen und Tieren spielen. Oxylipine k{\"o}nnen entweder {\"u}ber enzymatische Wege oder eine Radikal-katalysierte Reaktion gebildet werden. Enzymatische und nicht-enzymatische Oxidationsprodukte der Arachidons{\"a}ure (C20:4) in Tieren sind Prostaglandine und Isoprostane. In Pflanzen werden ausgehend von der \&\#61537;-Linolens{\"a}ure (C18:3) {\"u}ber einen enzymatischen Weg OPDA und Jasmons{\"a}ure und durch Radikal-katalysierte Reaktion Phytoprostane gebildet. Die Membranen von Cyanobakterien enthalten, {\"a}hnlich denen von Pflanzen, einen großen Anteil an mehrfach unges{\"a}ttigten Fetts{\"a}uren, ca. 25\% der gesamten Fetts{\"a}uren. Biosynthese und Funktionen der Oxylipine wurden an zwei Modell-Cyanobakterien, Anabaena PCC 7120 und Synechocystis PCC 6803 untersucht: 1. Das fadenf{\"o}rmige Cyanobakterium Anabaena PCC 7120 kann Phytoprostane Typ I und II sowie Hydroxyfetts{\"a}uren {\"a}hnlich wie Pflanzen produzieren aber die enzymatische Ausstattung zur Bildung von Jasmonaten (12-oxo-Phytodiens{\"a}ure und Jasmons{\"a}ure) und Prostaglandinen ist nicht vorhanden. Die erhaltenen Daten stellen den ersten Nachweis f{\"u}r das Vorkommen von Phytoprostanen in Cyanobakterien bzw. bei Prokaryonten dar. 2. Durch GC-MS Analyse wurden E1- and F1-Phytoprostane in Anabaena PCC 7120 in freier und veresterter Form detektiert. Die Spiegel sind vergleichbar mit denen in Pflanzen und lagen im Bereich von ng/g TG. PPF1 ließen sich nicht in einw{\"o}chigen Kulturen nachweisen, die Spiegel in sechsw{\"o}chigen Kulturen lagen bei 142 ng/l. Die Spiegel von PPE1 waren hingegen in ein- und sechsw{\"o}chigen Kulturen {\"a}hnlich und lagen bei ca. 20 ng/g TG. Die Mengen an freien PPE1 in den Zellen waren mit 80.5 \&\#61617; 23.6 etwa viermal h{\"o}her als die von PPF1 mit 24.1 \&\#61617; 10.9 ng/g TG. Allerdings gab es keine signifikanten Unterschiede in den Spiegeln an gesamten PPF1 und PPE1 in den Zellen, sie lagen im Bereich von 150 bis zu ca. 200 ng/g TG. 3. Die Akkumulation von Phytoprostanen in Anabaena ist induzierbar. Nach der Kombination von oxidativem Stress (200 µM H2O2 oder 10 µM CuSO4) und hoher Lichtintensit{\"a}t (330 µE.m-2.s-1) f{\"u}r 8 h stiegen die Spiegel an gesamten PPE1 und PPF1 um den Faktor 2 bis 4 an. Interessanterweise f{\"u}hrte im Gegensatz zu h{\"o}heren Pflanzen die Applikation von oxidativem Stress oder hoher Lichtintensit{\"a}t alleine nicht zur Induktion der Phytoprostanakkumulation in diesen Cyanobakterien. 4. Eine Vorbehandlung von Anabaena Zellen mit exogenen Phytoprostanen f{\"u}hrte zu einer erh{\"o}hten Toleranz gegen{\"u}ber oxidativem Stress. Alle Phytoprostane außer PPE1 zeigten einen Schutzeffekt. Eine Mischung von PPA1 Typ I und II ergab den h{\"o}chsten Schutzeffekt. Eine Vorinkubation von Anabena Zellen mit 100 µM PPA1-type I/II f{\"u}r 16 h sch{\"u}tzte 84.2\% beziehungsweise 77.5\% der Zellen vor einer anschießenden lethalen Applikation von 1 mM H2O2 beziehungsweise 50 µM CuSO4 f{\"u}r 5 h. Ohne eine Oxylipin-Vorinkubation starben etwa 98\% der Zellen. {\"U}berraschenderweise ergab auch die Vorbehandlung mit anderen, enzymatisch gebildeten Oxylipinen aus Tieren und Pflanzen einen Schutzeffekt, der allerdings nur 10 bis 30\% betrug. Dagegen sch{\"u}tzte eine Phytoprostan-Vorbehandlung nicht Pseudomonas syringae und Escherichia coli gegen toxische Mengen von Wasserstoffperoxid. Allerdings fehlen in den Membranen dieser Bakterien mehrfach unges{\"a}ttigte Fetts{\"a}uren und deshalb endogen oxydierte Lipide. 5. Eine exogene Applikation von 100 µM PPF1 oder 1,5 mM H2O2 f{\"u}hrte in Anabaena nicht zu einer Induktion der Expression des isiA Gens. Oxylipin-Behandlungen zeigten auch keine Wirkung auf Shinorin- und Tocopherol-Spiegel in Anabaena. Die Applikation von 100 µM PPF1 f{\"u}r 6 h f{\"u}hrte aber zu {\"A}nderungen im Proteinmuster in Anabaena. Der gr{\"o}ßte Teil der differentiellen Proteine wurde durch PPF1 herunterreguliert. Bei vielen dieser Proteine handelt es sich um photosynthetische Proteine. Da ein oxidativer Stress nur in der Kombination mit hoher Lichtintensit{\"a}t die Lipidperoxidation erh{\"o}ht, k{\"o}nnte die negative Regulation der Photosynthese nach Erkennung von oxydierten Lipiden (Phytoprostanen) eine {\"U}berlebens-Strategie sein um Sch{\"a}den durch peroxidierte Lipide zu vermeiden. 6. Tote Pflanzen k{\"o}nnten eine haupts{\"a}chliche Quelle der exogenen Phytoprostane in der nat{\"u}rlichen Umgebung von Anabaena sein. Trockenes Heu gibt PPE1 und PPF1 (11 µg/g TG) an die w{\"a}sserige Umgebung ab. Anabaena ist ein typisches Cyanobakterium in Reisfeldern. Nach der Ernte bleiben meist die nicht genutzten Teile der Reispflanzen auf dem Feld. Diese k{\"o}nnten Phytoprostane abgeben, die wiederum einen Einfluß auf die Cyanobakterien im Reis-{\"O}kosystem haben k{\"o}nnten. 7. Eine neue Kategorie von Oxylipinen, die Phytoprostane Typ III und IV, wurden in vitro identifiziert und quantifiziert. Die beiden Haupt-Phytoprostane, PPE1 und PPF1 (Typ III und IV), k{\"o}nnen durch die Autoxidation der \&\#61543;-Linolens{\"a}ure oder des Borretschsamen{\"o}ls (enth{\"a}lt 25\% der \&\#61543;-Linolens{\"a}ure) gewonnen werden. Nach 12 Tagen Autoxidation und anschließender Hydrolyse wurden aus 1 g Borretschsamen{\"o}l 112,71 ± 1,93 µg PPF1 und 3,80 ± 0,14 mg PPE1 isoliert. PPB1 und PPA1 (Typ III und IV) wurden durch Isomerisierung und Dehydratisierung von PPE1 hergestellt. Die Ausbeute von PPB1 lag bei 1,71 ± 0,04 mg/g {\"O}l (Typ III) und 2,09 ± 0,12 mg/g {\"O}l (Typ IV), die von PPA1 lag bei 8,38 ± 0,35 µg/g und 10,18 ± 0,30 µg/g {\"O}l. 8. Es wurde eine schnelle HPLC-MS/MS Methode f{\"u}r die Analytik der Phytoprostane und Phytohormone entwickelt. Diese Methode wurde f{\"u}r die Quantifizierung von freien und veresterten E1- and F1-Phytoprostane Typ III und IV in Synechocystis PCC 6803 angewendet. Die Phytoprostane Typ III und IV sind in vivo in freier und veresterter Form vorhanden. Die Spiegel der gesamten PPE1 Typ III und IV in Synechocystis sind mindestens doppelt so hoch wie die von PPF1. Im Gegensatz zu Anabaena, waren PPE1 und PPF1 in ein- und sechsw{\"o}chigen Kulturen von Synechocystis detektierbar. Die Spiegel an freien PPF1 im Medium (231,8 ± 36,2 ng/l) und in den Zellen (164,9 ± 15,2 ng/g TG) waren niedriger als die von PPE1 (1003,3 ± 365,2 ng/l und 2331,0 ± 87,7 ng/g TG).},
  subject      = {Oxidativer Stress},
  language  = {en}
}