TY  - THES
A1  - Marquardt, Stefan
T1  - DNA-Schädigung durch photochemische Alkoxylradikalquellen
T1  - DNA damage by photochemical alkoxyl-radical sources
N2  - Reaktive Sauerstoffspezies induzieren oxidative DNA-Schäden (Oxidativer Stress) und spielen daher eine entscheidende Rolle bei Mutagenese, Kanzerogenese und Alterung. Durch die zunehmende terrestrische UV-Strahlung, die die Generierung solcher Spezies fördert, ist dieses Thema von besonderer Aktualität. Während die Reaktivität von Hydroxylradikalen gegenüber DNA bereits intensiv erforscht worden ist, sind die photobiologischen Wirkungen von Alkoxylradikalen bisher kaum untersucht. Vor diesem Hintergrund sollten neue photochemische Alkoxylradikalquellen entwickelt und deren Reaktivität gegenüber Nukleinsäuren mit dem bereits etablierten System Perester I verglichen werden. Auf diese Weise sollte ein allgemeines DNA-Schadensprofil von Alkoxylradikalen aufgestellt und deren Wirkungsgrad ermittelt werden. 1. Das wasserlösliche Pyridon IIb ist aus dem entsprechenden Hydroxyderivat IIa durch Alkylierung mit tert-Butylbromid unter SN1-Bedingungen synthetisiert worden (Schema I). Seine photolytische Zersetzung führt zu den Produkten 2-Pyridon IIIa (30 Prozent) und 3-tert-Butoxy-2-pyridon IIIb (27 Prozent). Bei Bestrahlung sowohl in organischen Lösungsmitteln (Benzol) als auch in wässrigem Medium erfolgt Freisetzung von tert-Butoxylradikalen, die EPR-spektroskopisch durch Spinabfang mit DMPO als DMPO-OtBu-Addukt nachgewiesen werden. In wässrigem Medium, unter Ausschluss von molekularem Sauerstoff werden zusätzlich DMPO-Addukte von Methylradikalen (DMPO-Me) detektiert. Mit abnehmender Konzentration an eingesetztem DMPO entsprechen diese den Hauptradikaladdukten. Auch bei Photolyse der bereits etablierten tert-Butoxylradikalquelle Perester I werden unter diesen Bedingungen hauptsächlich Methylradikale abgefangen. Letztere werden aus den tert-Butoxylradikalen durch β-Fragmentierung generiert. In Gegenwart von superhelikaler pBR 322 DNA induzieren die von tert-Butoxypyridon IIb photolytisch freigesetzten Radikale Einzelstrangbrüche. 2'-Desoxyguanosin (dG) wird durch Pyridon IIb bei Bestrahlung unter aeroben Bedingungen vorwiegend zu Guanidin-freisetzenden Produkten (z.B. Oxazolon) oxidiert, während 8-oxodG in nur vernachlässigbaren Mengen gebildet wird. Der Perester I zeigt ein analoges Schadensprofil. Die Reduktion der DNA- und dG-Schädigung durch den Zusatz von Radikalfängern manifestiert, dass die von Pyridon IIb freigesetzten Radikale die Oxidantien sind. Photosensibilisierte oxidative Schädigung durch die Photoprodukte der Radikalquelle werden durch zeitabhängige Studien ausgeschlossen. Diese ergeben, dass nach vollständiger photo-lytischer Zersetzung des Pyridons IIb keine Schadensbildung sowohl an dG als auch an pBR 322 DNA mehr erfolgt. Unter Ausschluss von molekularem Sauerstoff induziert die Photolyse von Pyridon IIb und Perester I die Bildung von 8-MedG (2.3 Prozent für Pyridon IIb, 2.0 Prozent für Perester I) in beachtlichen Ausbeuten. Auch N7-MedG (0.3 Prozent) konnte detektiert werden. Daraus wird auf eine erhebliche Schadensbildung durch Methylradikale geschlossen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Geschwindigkeitskonstanten und der verwendeten dG-Konzentration wird ermittelt, dass weniger als 0.3 Prozent der aus Perester I oder Pyridon IIb freigesetzten tert-Butoxylradikale direkt mit dG reagieren, während mehr als 99 Prozent zu Methylradikale fragmentieren. Fazit 1: Das Pyridon IIb ist eine photochemische Quelle für tert-Butoxylradikale und zeigt das gleiche Schadensprofil gegenüber dG und DNA wie der Perester I. Die tert-Butoxylradikale können jedoch als schädigende Spezies ausgeschlossen werden, da sie viel effizienter zu Methylradikalen fragmentieren als mit dG reagieren. Die aus den Methylradikalen in Gegenwart von Sauerstoff gebildeten Methylperoxyl-radikale und deren Folgeradikale sind für die beobachteten Schäden verantwortlich. 2. Neben dem tert-Butoxypyridon IIb werden auch die Isopropoxylradikalquellen Pyridon IIc und Thiazolthion IV untersucht. Laserblitz-Studien ergeben, dass für beide Systeme die NO-Bindungsspaltung der dominierende erste photochemische Prozess ist [ФN-O = (75 ± 8)Prozent für Pyridon IIc und ФN-O = (65 ± 7)Prozent für Thiazolthion IV]. Im Falle des Thiazolthions IV zeigen sowohl Laserblitz-Experimente als auch Produktstudien auf, dass bei der Photolyse zunächst das Disulfid V gebildet wird, aus dem dann durch CS-Bindungsspaltung die Produkte VI-VIII hervorgehen. Das Isopropoxypyridon IIc liefert in Analogie zu dem tert-Butoxyderivat IIb die Photoprodukte 2-Pyridon IIIa und 3-Isopropoxy-2-pyridon IIIc. Die photolytische NO-Bindungsspaltung wird für beide Photo-Fenton-Reagenzien dadurch weiter bestätigt, dass in Gegenwart von DMPO in Benzol die Bildung von Isopropoxylradikal-Addukten EPR-spektroskopisch nachgewiesen wird. In wässrigem Medium (H2O : MeCN = 60 : 40) wird bei Bestrahlung von Pyridon IIc eine Mischung von Isopropoxyl- (DMPO-OiPr) und 2-Hydroxyprop-2-ylradikalen (DMPO-CMe2OH) mit DMPO abgefangen. Letztere Radikale gehen aus dem Isopropoxylradikal durch H-Shift hervor und werden bei Einsatz geringer Konzentrationen an DMPO EPR-spektroskopisch hauptsächlich detektiert (Schema II). Bei Bestrahlung in reinem Wasser sind diese die einzig abgefangenen Radikalspezies. Im Gegensatz dazu liefert das Thiazolthion IV unter jeglichen Bedingungen ausschließlich die DMPO-Addukte der Isopropoxylradikale. Kontrollexperimente ergeben, dass im Falle des Thiazolthions IV die 2-Hydroxyprop-2-ylradikale schneller von dem Photoprodukt Disulfid V als von DMPO abgefangen werden. Deshalb werden diese Kohlenstoffradikale nicht als DMPO-Addukte bei der Photolyse des Thiazolthions IV im EPR-Spektrum nachgewiesen, sondern ausschließlich die Isopropoxylradikaladdukte DMPO-OiPr. Fazit 2: Sowohl das Pyridon IIc als auch das Thiazolthion IV zerfallen durch photolytischen NO-Bindungsbruch unter Freisetzung von Isopropoxylradikalen, die in wässrigem Medium zu 2-Hydroxyprop-2-ylradikalen umlagern. Im Falle des Thiazolthions IV verhindert das Disulfid V, dass diese Spezies mit DMPO abgefangen werden, im Falle des Pyridons IIc sind sie die dominiernden DMPO-Radikalspezies im EPR-Spektrum. 3. Sowohl das Pyridon IIc (17 Prozent) als auch das Thiazolthion IV (12 Prozent) induzieren unter Bestrahlung in superhelikaler pBR 322 DNA in einem Lösungsmittelgemisch von H2O : MeCN = 60 : 40 nur geringe Mengen an offen-circularer DNA. In reinem Wasser hingegen, zeigt das Pyridon IIc eine viel höhere Reaktiviät zur Strangbruchbildung (32 Prozent offen-circulare DNA). Da in diesem Medium die 2-Hydroxyprop-2-ylradikale als einzige Spezies detektiert worden sind, sollten unter diesen Bedingungen Oxylradikale für die Strangbruchbildung verantwortlich sein, die aus den 2-Hydroxyprop-2-ylradikalen nach Addition von Luftsauerstoff hervorgehen. Die schwache Induktion von Strangbrüchen durch das Thiazolthion IV wird auf die Isopropoxylradikale zurückzuführen sein, da diese die einzigen Intermediate sind, die bei Bestrahlung dieses Photo-Fenton-Reagenzes detektiert werden. Fazit 3: Die von Pyridon IIc generierten 2-Hydroxyprop-2-ylradikale zeigen nach Addition von molekularem Sauerstoff eine höhere Aktivität zur Strangbruchbildung als die von Thiazolthion IV freigesetzten und ausschließlich detektierten Isopropoxylradikale.
N2  - Reactive oxygen species induce oxidative DNA damage (oxidative stress), and consequently, they play a key role in mutagenesis, cancerogenesis and aging. Due to the increasing terrestial UV radiation, which is generating such agressive species, this topic is of particular timeliness. The reactivity of hydroxyl radicals towards DNA has been intensively investigated, whereas relatively little is known on the photobiological effects of alkoxyl radicals. In this respect, the incentive of the present dissertation has been the development of new and effective photochemical alkoxyl-radical sources. Their reactivity towards DNA was to be assessed and compared with that of the perester I, which has previously been established as photochemical alkoxyl-radical source in our group. Such a photobiological model study should provide a general DNA-damaging profile for alkoxyl radicals. 1. The water-soluble pyridone IIb has been prepared from the corresponding hydroxy derivative IIa through alkylation with tert-butyl bromide under SN1 reaction conditions (Scheme I). Its photochemical decompositon affords 2-pyridone IIIa (30 per cent) and 3-tertbutoxy-2-pyridone (IIIb, 27 per cent). Upon irradiation in organic solvents (benzene) and aqueous medium, tert-butoxyl radicals are released which are trapped by DMPO and subsequently characterized as DMPO-OtBu adducts by means of EPR spectroscopy. In aqueous medium and under the exclusion of molecular oxygen, the DMPO adduct of the methyl radical is also detected and represents the dominant DMPO-radical adduct at low DMPO concentrations. The methyl radicals result from the β cleavage of the tert-butoxyl radicals, which is facilitated in aqueous media. The photochemically released radicals of the pyridone IIb induce strand breaks in supercoiled pBR 322 DNA and oxidize dG predominantly to guanidine-releasing products (e. g. oxazolone), whereas 8-oxodG is formed in negligible amounts. The perester I displays an analogous damaging profile. The addition of radical scavengers reduces strand-break formation and dG oxidation in the photolysis of the pyridone IIb, which manifests that the resulting radicals are the oxidizing agents. The oxidative damage by the photoproducts through photosensitization is excluded, since time-dependent photooxidations reveal that strand-break formation and dG oxidation level off once all of the pyridone IIb has been consumed. Under the exclusion of molecular oxygen, the photolysis of the pyridone IIb or the perester I afford appreciable amounts of 8-MedG (2.3 per cent for pyridone IIb, 2.0 per cent for perester I) and also N7-MedG is detected, which substantiates the involvement of methyl radicals. From the known rate constants for the reaction of tert-butoxyl radicals with the guanine base and for the  fragmentation of the tert-butoxyl radical into methyl radical, it may be estimated that not more than 0.3 per cent of the generated tert-butoxyl radicals react with dG(0.10 mM) and, consequently, more than 99 per cent undergo  cleavage to methyl radicals. Conclusion 1: Pyridone IIb represents a photochemical source of tert-butoxyl radicals and displays the same damaging profile towards DNA and dG like perester I. The tert-butoxyl radicals are ruled out as damaging species, since their  fragmentation into methyl radicals overwhelmingly dominates their reaction with dG. The methylperoxyl radicals formed through oxygen trapping by the methyl radicals are responsible for the observed damage. 2. In addition to the pyridone IIb, also the photochemical isopropoxyl-radical sources pyridone IIc and thiazolethione IV have been investigated. Transient spectroscopy establishes NO-bond scission (ΦN-O = 75 ± 8 per cent for IIc and 65 ± 7 per cent IV) as the dominating primary photochemical process for both reagents. Product studies and laser-flash experiments reveal that the thiazolethione IV leads primarily to the disulfide V, from which the products VI-VIII are derived through CS-bond breakage. The isopropoxypyridone IIc affords 2-pyridone IIIa and 3-isopropoxy-2-pyridone IIIc as photoproducts, analogous to the photochemistry of the tert-butoxy derivative. Further evidence for the NO-bond cleavage is provided by the fact that upon irradiation of both reagents in benzene in the presence of DMPO, the adducts of the isopropoxyl radicals have been EPR-spectrally detected. Upon photolysis of the pyridone IIc in aqueous media (H2O : MeCN = 60 : 40), a mixture of isopropoxyl and 2-hydroxyprop-2-yl radicals are trapped by DMPO. The latter radicals result from the isopropoxyl radicals through H shift and are predominantly detected when low concentrations of DMPO are used (Scheme II). Moreover, in pure water, exlusively the carbon-centered 2-hydroxyprop-2-ylradicals are trapped by DMPO. In contrast, the thiazolethione IV affords only the adducts of the isopropoxyl radicals, independent of what DMPO concentration is applied. Control experiments reveal that the disulfide V photoproduct of the thiazolethione IV scavenges the carbon-centered radicals in competition with trapping by DMPO. Conclusion 2: Both the pyridone IIc and the thiazolethione IV decompose through NO-bond cleavage under release of isopropoxyl radicals, which rearrange in aqueous media to the carbon-centered 2-hydroxyprop-2-yl radicals. In the case of the thiazolthione IV its disulfide photoproduct V prevents efficient DMPO trapping of the 2-hydroxyprop-2-yl radicals, whereas for the pyridone IIc, the DMPO adducts of the carbon-centered radicals dominate in the EPR spectrum. 3. In supercoiled pBR 322 DNA, pyridone IIc (17 per cent) and thiazolethione IV (12 per cent) induce only moderate amounts of open-circular DNA upon irradiation in a 60 : 40 mixture of H2O-MeCN. In pure water, however, the pyridone IIc photoinduces substantially more DNA cleavage (32 per cent open-circular DNA), which is attributed to the oxyl radicals generated from the 2-hydroxyprop-2-yl radicals by oxygen trapping. The lower strand-break activity of the thiazolethione IV derives presumably from isopropoxyl radicals, because only these are detected in the photolysis of this photo-Fenton reagent. Conclusion 3: The carbon-centered 2-hydroxyprop-2-yl radicals generated from pyridone IIc in aqueous media and in absence of molecular oxygen display a higher DNA photocleaving reactivity than the isopropoxyl radicals derived from the thiazolethione IV.
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Alkoxylierung
KW  - Sauerstoffradikal
KW  - DNA
KW  - organische Chemie
KW  - Radikale
KW  - Oxidativer Stress
KW  - DNA
KW  - organic chemistry
KW  - radicals
KW  - oxidative stress
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182591
ER  - 
TY  - THES
A1  - Büchler, Nicole
T1  - Welche Rolle spielt Lipidperoxidation bei der durch oxidativen Stress vermittelten akuten Lungenschädigung?
T1  - The role of lipid peroxidation in oxidative stress-induced acute lung injury
N2  - Die Lungenschädigung im Rahmen eines akuten Atemnotsyndroms (ARDS) ist gekennzeichnet durch ein nicht-kardiogenes Lungenödem, verursacht durch eine erhöhte Kapillarpermeabilität sowie einen Anstieg des pulmonalarteriellen Druckes, an deren Pathogenese verschiedene Mechanismen und Mediatoren beteiligt sind. Obwohl eine akute Lungenschädigung auch bei neutropenischen Patienten und in Leukozyten-freien Tiermodellen beobachtet wurde, spielen neutrophile Granulozyten hierbei eine entscheidende Rolle. Dies schlägt sich in der hohen Granulozytenzahl sowie in der erhöhten MPO-Aktivität der bronchoalveolären Lavage von ARDS-Patienten nieder. Stimulierte neutrophile Granulozyten verfügen über mehrere Mechanismen zur Schädigung des umgebenden Gewebes: proteolytische Enzyme, Produkte des Prostanoidstoffwechsels sowie reaktive Sauerstoffmetabolite. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den durch neutrophile Granulozyten produzierten reaktiven Sauerstoffmetaboliten Hypochlorsäure und Wasserstoffperoxid, die zu den nichtradikalischen Oxidantien zählen. Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung der Effekte einzelner Oxidantien, wie von Hypochlorsäure und Wasserstoffperoxid, auf die pulmonale Mikrozirkulation. Weiterhin soll das Ablaufen von Lipidperoxidationsprozessen im Rahmen von oxidativem Stress anhand von Endprodukten der Lipidperoxidation im Gewebe nachgewiesen werden. Schließlich soll die Gegenüberstellung von Parametern der akuten Lungenschädigung mit dem Ausmaß der Lipidperoxidation im Gewebe Aufschluss geben über einen eventuellen kausalen Zusammenhang zwischen Lipidperoxidation und Schädigung der Zirkulation. Am Modell der isolierten ventilierten und perfundierten Kaninchenlunge werden die Effekte von oxidativem Stress auf den pulmonalarteriellen Druck und die Gefäßpermeabilität charakterisiert. Hierzu werden die zu untersuchenden Oxidantien Hypochlorsäure, Wasserstoffperoxid bzw. das System aus Myeloperoxidase und Wasserstoffperoxid kontinuierlich in den pulmonalarteriellen Schenkel infundiert. Pulmonalarterieller Druck, pulmonalvenöser Druck und Flüssigkeitsretention werden kontinuierlich registriert, während der kapilläre Filtrationskoeffizient zu bestimmten Zeitpunkten gravimetrisch ermittelt wird. Dabei zeigt sich, dass die isolierte Applikation von HOCl, H2O2 bzw. des Systems MPO/H2O2 in der pulmonalen Strombahn eine Erhöhung des pulmonalarteriellen Druckes und der Gefäßpermeabilität bewirkt, wie es für die akute Lungenschädigung charakteristisch ist. Allerdings unterscheiden sich die Schädigungsmuster der einzelnen Oxidantien im zeitlichen Ablauf der Veränderungen von Gefäßpermeabilität und PAP. In jeder einzelnen Versuchsgruppe konnte eine Anreicherung von Lipidperoxidationsprodukten im Gewebe nachgewiesen werden. Es besteht jedoch keine Korrelation zwischen dem Ausmaß der Anreicherung der Lipidperoxidationsprodukte und dem Ausmaß der Veränderungen der Zirkulation. Es muss also vermutet werden, dass die Bildung von Lipidperoxidationsprodukten durch oxidativen Stress im Rahmen einer akuten Lungenschädigung eher ein Epiphänomen darstellt. Als Pathomechanismus ließe sich die spezifische Modifikation freier funktioneller Gruppen durch die nicht-radikalischen Oxidantien postulieren.
N2  - Lung injury during acute respiratory distress syndrome (ARDS) is characterized by non-cardiogenic pulmonary edema due to increased vascular permeability and pulmonary artery pressure. A great variety of mechanisms and mediators are involved in the pathogenesis of lung injury during ARDS. Although acute lung injury is observed in neutropenic patients and leukocyte-free animal models, polymorphonuclear leukocytes (PMN) play a crucial role in the pathogenesis of acute lung injury. This is reflected by the high number of PMN as well as by the increased myeloperoxidase (MPO) activity in the broncho-alveolar lavage (BAL) fluid of ARDS patients. Stimulated neutrophils may affect the surrounding lung tissue via several mechanisms: the release of proteolytic enzymes, the production of prostanoids as well as the generation of highly reactive oxygen species. This study focuses on the neutrophil-derived non-radical oxygen metabolites hypochloride (HOCl) and hydrogen peroxide (H2O2). The aim of this study is the characterization of the effect of single oxidants, like hypochlorite and hydrogen peroxide, on the pulmonary circulation. Furthermore, the involvement of lipid peroxidation (LPO) during oxidative stress is investigated by the accumulation of LPO products in the tissue. Finally, indicators of acute lung injury are correlated with the content of tissue LPO products to test the hypothesis of a possible causal relation between LPO and the injury of lung microvasculature. Using a model of an isolated ventilated and perfused rabbit lung, the effects of oxidative stress on the pulmonary artery pressure and the vascular permeability are characterized. The oxidants hypochlorite, hydrogen peroxide respectively the system of myeloperoxidase and hydrogen peroxide are administered continuously into the arterial line. Pulmonary arterial pressure, pulmonary venous pressure and fluid retention are continuously recorded, whereas the capillary filtration coefficient is determined gravimetrically. Isolated application of hypochlorite, hydrogen peroxide respectively the system of myeloperoxidase and hydrogen peroxide induce a rise in pulmonary artery pressure and vascular permeability which is characteristic of acute lung injury. The pattern of changes in vascular permeability and pulmonary artery pressure of the single oxidants differ though in their chronological development. In each experimental group an accumulation of tissue LPO products was found, whereas no correlation of the content of tissue LPO products with the extent of changes in pulmonary microvasculature could be proved. Thus the generation of tissue lipid peroxidation products during oxidative stress in acute lung injury seems to be rather concomitant than causal. The thesis of specific modification of free functional groups by the non-radical oxidants as possible mechanism in oxidative stress-induced acute lung injury could be established.
KW  - ARDS
KW  - oxidativer Stress
KW  - Hypochlorsäure
KW  - Wasserstoffperoxid
KW  - Myeloperoxidase
KW  - Lipidperoxidation
KW  - ARDS
KW  - oxidative stress
KW  - hypochlorite
KW  - hydrogen peroxide
KW  - myeloperoxidase
KW  - lipid peroxidation
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3409
ER  - 
TY  - THES
A1  - Loske, Claudia
T1  - Metabolische Veränderungen und Zelltod in neuralen Zellen durch "Advanced Glycation Endproducts"
T1  - Metabolic changes and cell death in neural cells by "advanced glycation endproducts"
N2  - Advanced Glycation Endproducts (AGEs) entstehen aus nicht-enzymatisch glykierten Proteinen. In einer Folge von Dehydratations-, Kondensations- und Oxidationsschritten entsteht ein heterogenes Gemisch aus farbigen, fluoreszierenden Verbindungen. AGE-modifizierte Proteine sind unlöslich und proteaseresistent, bei ihrer Bildung entstehen freie Radikale und andere reaktive Intermediate. Von der AGE-Bildung betroffen sind vor allem langlebige Proteine mit geringem Umsatz wie Kollagen und Kristallin aber auch pathologische Proteinablagerungen, z.B. in der Alzheimer´schen Demenz (AD). Die Akkumulation von AGEs spielt in der Pathogenese von Komplikationen des Diabetes und der Hämodialyse eine Rolle, für die AD wird eine Beteiligung von AGEs am Krankheitsverlauf diskutiert. Die Alzheimer´sche Demenz ist gekennzeichnet durch den histologischen Nachweis seniler Plaques und neurofibrillärer Bündel in Hirngewebe der Patienten. Auf Ebene des Stoffwechsels kommt es zu einer Verringerung des zerebralen Glukoseumsatzes, es finden sich Marker sowohl für eine Akutphasenreaktion als auch für oxidativen Stress. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die AGE-Bildung in vitro die Aggregation von ßA4, dem Hauptbestandteil der senilen Plaques in der AD, beschleunigt. Der geschwindigkeits-bestimmende Schritt ist dabei die Glykierung des ßA4-Monomers. Durch Zugabe von Übergangsmetall-ionen kann die Vernetzung weiter beschleunigt werden. Dies deutet darauf hin, dass AGEs zur Plaquebildung in der AD beitragen, redox-aktive Eisenionen sind in der AD mit den Plaques assoziiert. Mit Hilfe von Metallchelatoren, Antioxidantien oder mit Substanzen, welche die zur Vernetzung notwendigen Aminogruppen abblocken, lässt sich die Aggregation von ßA4 verlangsamen oder verhindern. AGEs wirken zytotoxisch auf BHK 21 Fibroblasten und humane SH-SY5Y Neuroblastoma Zellen. Die Toxizität unterschiedlicher Modell-AGEs ist abhängig von verschiedenen Faktoren, u.a. von dem zur Herstellung verwendeten Protein und vom Zucker. Die LD50 der Modell-AGEs korreliert mit dem AGE-Gehalt und der Radikalproduktion der Präparationen in vitro. Die AGE-Toxizität ist hauptsächlich radikalvermittelt. Oxidativer Stress lässt sich in AGE-behandelten Zellen durch die Bildung intrazellulärer Lipidperoxidationsprodukte nachweisen. Auf Ebene der Signaltransduktion konnte die Aktivierung des Transkriptions-faktors NfkB als Zeichen der Stressabwehr nachgewiesen werden. Die Gabe von Antioxidantien vor oder gleichzeitig mit den AGEs verringerte den Zelltod. Auch durch das Blockieren des Rezeptors für AGEs (RAGE) mit spezifischen Antikörpern konnte die Zahl überlebender Zellen gesteigert werden. Durch AGEs ausgelöster Stress führt in Neuroblastoma Zellen bereits in Konzentrationen unterhalb der LD50 zu Störungen im Redoxstatus, es kommt zur Depletion von GSH und zu Verschiebungen im Verhältnis GSH/GSSG. Damit einher gehen Veränderungen im Energiestoffwechsel der Zelle, nach anfänglich erhöhter Glukoseaufnahme kommt es im weiteren Verlauf der Inkubation zu einer Verringerung der Aufnahme von Glukose aus dem Medium, gefolgt von einer Zunahme der Laktatausschüttung. Ausserdem wurde eine Depletion von ATP um bis zu 50 Prozent nachgewiesen. Antioxidantien können die Störungen im Metabolismus der Zellen verhindern oder abschwächen, die meisten der getesteten Substanzen konnten Redoxstatus und ATP-Gehalt der Zellen zu normalisieren. Obwohl sich in AGE-gestressten Zellkulturen durch Annexin-Fluorescein-Markierung ein geringfügig erhöhter Prozentsatz apoptotischer Zellen nachweisen ließ und AGEs auch die Freisetzung von Cytochrom c ins Zytoplasma induzieren, verläuft der durch AGEs ausgelöste Zelltod verläuft offenbar insgesamt nekrotisch. Sowohl durch Radikalproduktion als auch über rezeptorvermittelte Signalwege verursachen AGEs oxidativen Stress und induzieren Veränderungen im Metabolismus der Zelle. Dies führt u. a. dazu, dass für die antioxidativen Schutzmechanismen der Zelle nicht mehr genügend Energie zur Verfügung steht. AGE-Stress trägt damit in einer selbstverstärkenden Reaktionskaskade zur Neurodegeneration bei und kann so an der Pathogenese der AD beteiligt sein. Antioxidantien und auch AGE-Inhibitoren könnten einen interessanten Ansatz zur Entwicklung alternativer Therapien in der AD darstellen.
N2  - One of the most important post-translational modification of proteins is the non-enzymatic attachment of reducing sugars. Subsequent oxidations, dehydrations and rearrangements produce a heterogenous group of heterocyclic, coloured and fluorescent compounds termed "advanced glycation endproducts" (AGEs). In the course of their formation, free radicals and other reactive intermediates are created. AGE-modified proteins are resistant to proteases, their formation is irreversible. They accumulate on long-lived proteins with slow turn-over, e.g. on collagen or eye lens cristallin and on pathological protein deposits, e.g. in Alzheimer´s diease (AD). Accumulation of AGEs also occurs in the diabetic kidney and is discussed to be of importance in the etiology of AD. The pathology of Alzheimer´s disease involves accumulation of intra and extracellular protein aggregates like senile plaques and tangles. Further hallmarks are a reduction of glucose metabolism in the affected brain areas, together with signs for an acute phase response and for oxidative stress. In vitro experiments showed that AGEs accelerate the crosslinking of ßA4, the major component of senile plaques in AD. Since glycation of the peptide monomer is the first step of this reaction, this points to a participation of glycation in plaque-formation in AD. The formation of covalently crosslinked hight-weight ßA4 oligomers is further accelerated by micromolar amounts of copper and iron ions. Formation of these AGE-crosslinks can be inhibited by agents which are able of capping amino-groups, by metall chelators and by antioxidants, suggesting that these drugs may have the potential to slow down the formation of insoluble protein deposits in vivo AGEs have a direct toxic effect on BHK 21 fibroblasts and human SH-SY5Y neuroblastoma cells. AGE-modification renders proteins cytotoxic, the toxicity of a protein increases with the total AGE-content and depends from the modified protein. The LD50 of a model-AGE can be correlated with the in vitro radical production by the modified protein. On the level of signal transduction, AGEs induce the activation of the nuclear transcription factor kB as a stress response in neuroblastoma cells. AGEs enhance the formation of intracellular lipid-peroxidation products as markers for oxidative stress. AGE-toxicity is mediated by ROS and oxidative stress since various antioxidants were able to attenuate AGE-induced cell death. The receptor for AGEs (RAGE) appeared to be involved in AGE-toxicity as well, because blocking of RAGE with neutralizing antibodies increased the percentage of vital cells after AGE-treatment. The AGE-induced cell death shows signs of an initial apoptotic, final necrotic pathway. Though the percentage of annexin positive, apoptotic cells is slighly increased in cell cultures treated with sublethal amounts of AGEs and cytochrome c is released in the cytoplasma no activation of caspase-3 was found. AGE-induced stress leads to an imbalance in the cellular redox-status, recognizable by a shift in the GSH/GSSG ratio and a depletion of intracellular glutathione. This is accompanied by changes in the cells glucose metabolism and impairment of energy production. During the first hours of AGE-stress glucose uptake of the cells was increased. After this time point almost no further uptake of glucose from the medium was detectable but hight amounts of lactate were released. The ATP content of the cells was reduced up to 50 per cent. Administration of antioxidants together with or before administration of AGEs normalized ATP-levels as well as glucose uptake and lactate release. Interaction of AGEs with cells has been shown to cause oxidative stress, not only by receptor mediated pathways but also by production of free radicals by chemical oxidation and degradation of AGEs. This causes metabolic dysfunctions, energy depletion and impairment of the cells antioxidative defense. In the AD brain, this may lead to neurodegeneration and cell death, suggesting a role of AGEs in the pathogenesis of this disease. The results encourage the use of membrane permeable antioxidants in novel treatment strategies of AD. AGE-inhibitors may represent an interesting approach to slow down plaque formation.
KW  - Alzheimer-Krankheit
KW  - Nervenzelle
KW  - Zelltod
KW  - Proteinstoffwechsel
KW  - Advanced Glycation Endproducts
KW  - Alzheimer
KW  - oxidativer Stress
KW  - beta A4
KW  - ATP
KW  - Antioxidantien
KW  - Zytotoxizität
KW  - RAGE
KW  - Apoptose
KW  - SH-SY5Y
KW  - Advanced glycation endproducts
KW  - Alzheimer
KW  - oxidative stress
KW  - beta A4
KW  - ATP
KW  - antioxidants
KW  - cytotoxicity
KW  - RAGE
KW  - SH-SY5Y
KW  - apoptosis
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1707
ER  -