TY  - THES
A1  - Wais, Sebastian
T1  - Die Rolle der Glukosetransporter an der Blut-Hirn-Schranke nach einem Schädel-Hirn-Trauma und deren eventueller Einfluss auf die Entwicklung eines sekundären Hirnödems
T1  - The role of the glucose transporters after traumatic brain injury and their influence on the development of secondary brain edema
N2  - Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) waren in Deutschland 2006 akute ischämische Ereignisse des Zentralen Nervensystems (ZNS) die fünfthäufigste Todesursache. Zu diesen ischämischen Ereignissen zählen Schlaganfall, Kardiopulmonale Reanimation, traumatische Hirnverletzungen, sowie perioperative ischämische Komplikationen. Aufgrund der schwerwiegenden Folgen, die ein Verlust von Nervenzellen für den Patienten bedeutet, muss die weitere medizinische Akutversorgung den sekundären neuronalen Schaden verhindern oder ihn reduzieren. Vor dieser Arbeit konnten Glukosetransporter-1 (GLUT-1) und Natrium-Glukose-Kotransporter-1 (SGLT1) an der Blut-Hirn-Schranke (BHS) identifiziert werden. Ziel dieser Arbeit war es, das Expressionsverhalten der Glukosetransporter nach einem Schädel-Hirn-Trauma (SHT) in vivo und in vitro zu untersuchen, um so den Einfluss und die funktionellen Folgen durch die veränderte Expression der zerebralen Glukosetransporter in der BHS infolge eines SHT zu identifizieren und deren eventuellen Einfluss auf die Entwicklung eines sekundären Hirnödems zu erkennen. Hierfür wurde als in vivo-Modell das Controlled Cortical Impact Injury (CCII) gewählt, da bei diesem Tierversuchsmodell die Aspekte der traumatischen Kontusion und die damit verbundenen intraparenchymalen Blutungen durch ein epidurales oder subdurales Hämatom im Vordergrund stehen. Es wurden Gehirnschnitte zu fest definierten Zeitpunkten angefertigt (kein CCII (Kontrolle), 15 Minuten Überleben nach CCII (Primärschaden), 24 Stunden Überleben nach CCII und 72 Stunden Überleben nach CCII). Die Darstellung des primären Schadens im Mäusehirn erfolgte durch die Immunfluoreszenzmikroskopie. Um einen Gewebeschaden, wie es bei einem Hirntrauma der Fall ist, in vitro zu simulieren, wurde das Modell des Sauerstoff-Glukose-Entzuges (OGD) gewählt, da es bei diesem Modell neben einer Nekrose auch zur Apoptose der Nervenzellen kommt, welche ebenfalls bei einem SHT stattfindet. Als geeignetes Zellkulturmodell wurde die cerebralen Endothelzelllinie (cEND) gewählt. Bei dieser Zelllinie handelte es sich um eine Hirnendothelzelllinie aus der Maus. In den in vivo-Versuchen konnte bei GLUT-1 bereits 15 Minuten nach CCII eine gesteigerte Expression festgestellt werden. Dennoch verminderte GLUT-1 im weiteren Verlauf seine Expression auf ein Minimum, welches unterhalb des Ausgangswertes lag. SGLT1, der auch in der BHS identifiziert wurde, reagierte auf einen Primärschaden erst in den Hirnschnitten, die 24 Stunden nach CCI behandelt wurden. In den Hirnschnitten, die 15 Minuten nach CCII behandelt wurden, veränderte sich die SGLT1-Expression zunächst nicht. Erst 24 Stunden nach CCII konnte eine gesteigerte Expression von SGLT1 erkannt werden, die aber bei 72 Stunden nach CCII wieder abgenommen hatte. Ein weiterer Glukosetransporter konnte erstmals in der BHS identifiziert werden. SGLT2 zeigte erst 72 Stunden nach CCII eine gesteigerte Expression, in den Hirnschnitten ohne CCII, 15 Minuten nach CCII und 24 Stunden nach CCII konnte keine Veränderung der SGLT2-Expression festgestellt werden. Diese Expressionsreaktion, besonders der Expressions-Höhepunkt der einzelnen Glukosetransporter, konnte auch in vitro gezeigt werden. Besonders die Identifizierung von SGLT2 in der BHS und die generelle Steigerung der Expressionsrate von GLUT-1, SGLT1 und SGLT2 könnte neue Ansatzpunkte in der Pathophysiologie des diffusen Hirnödems nach einem SHT ergeben. Die genaue Rolle der Natriumgekoppelten Glukosetransporter in der BHS muss noch weiter erforscht werden. Bestätigen weitere Versuche eine zentrale Rolle der SGLTs bei der Entstehung des sekundären Hirnschadens, speziell SGLT2, als hochpotenter Glukosetransporter, so könnte über neue Therapien nachgedacht werden, durch welche spezifisch die Expression der SGLTs, besonders SGLT2, wie es bei Dapagliflozin, Canagliflozin oder Ipragliflozin der Fall wäre, unterdrücken würden.
N2  - According to the World Health Organization (WHO) the acute ischemic events of the central nervous system (CNS) were the fifth most common mortality in Germany in 2006. To this belong stroke, cardiopulmonary resuscitation, traumatic brain injuries, as well as perioperative ischemic complications. Because of the fatal consequences for a patient which means a death of nerve the medical acute care must be prevent the secondary neuronal damage. Before this work the glucose transporter 1 (GLUT-1) and sodium-glucose cotransporter-1 (SGLT1) are identified at the blood-brain barrier (BBB). The aim of this study was to analyze the expression characteristics of the glucose transporters after a traumatic brain injury (TBI) in vivo and in vitro. These results may show the influence and the functional consequences of the altered expression of cerebral glucose transporters in the BBB as a result of TBI. This allows to recognize a potential impact on the development of cerebral edema. We use for this the model of the controlled cortical impact injury (CCII) as an in vivo model. Brain trauma was induced and animals were randomly assigned to three survival groups: 15 min, 24 h and 72 h, which were compared to native – no CCII – animals. The depiction of the primary damage in mouse brain was performed by immunofluorescence microscopy. To simulate the tissue damage in vitro we use the model of oxygen-glucose deprivation (OGD). As a suitable cell culture model of the cerebral endothelial cell line (cEND) was chosen. In this cell line, there was a cerebrum endothelium cells of the capillary endothelium from the mouse brain. In summary, immunofluorescence images revealed presence of sglt1 and sglt2 in the blood-brain barrier which was inducible by CCII. Strongest expression of sglt1 in the brain endothelium was found after 24 hours and of sglt2 after 72 hours after CCII suggesting different and time dependent roles of these two transporters during edema formation. This expression, especially the expression peak of the individual glucose transporter could be also demonstrated in vitro model. In particular, the identification of SGLT2 in the BBB and the general increase of the expression of GLUT-1, SGLT1 and SGLT2 might be a new starting point in the pathophysiology of diffuse cerebral edema. Indicate further experiments a central role of SGLTs in the development of secondary brain damage, particularly SGLT2, as an highly potent glucose transporter, it could be given to new therapies through which suppress specific the expression of SGLT2.
KW  - Hirnödem
KW  - Carrier-Proteine
KW  - Membranproteine
KW  - Glucosetransport
KW  - Schädel-Hirn-Trauma
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - SGLT
KW  - Natrium/Glucose-Cotransporter
KW  - Sodium/glucose cotransporter
KW  - Cerebral edema
KW  - carrier proteins
KW  - traumatic brain injury
KW  - blood-brain barrier
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-78998
ER  - 
TY  - THES
A1  - Popp, Christian
T1  - Identifizierung von Aminosäuren als Teile der Substratbindungstasche des Kationentransporters 1 der Ratte (rOCT1) und Interaktion des rOCT2 mit der schwachen Base Chinin
T1  - Aminoacids critical for substrate transport of rat organic cation transporter 1 and interaction of rOCT2 with the weak base quinine
N2  - Zusammenfassungen 83 5 Zusammenfassungen 5.1 Zusammenfassung Durch Expressionsklonierung wurde 1994 der erste organische Kationentransporter, rOCT1, aus der Ratte isoliert (Gründemann et al., 1994). 1999 wurde eine Aminosäure in der 11. Transmembrandomäne von rOCT1 entdeckt, welche Teil der Substratbindungstasche dieses Transporters war (Gorboulev et al., 1999). Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es weitere funktionell relevante Aminosäuren zu identifizieren. Ein Vergleich der „Helical Wheels“ aller 12 hypothetischen Transmembrandomänen zeigte eine Akkumulation von 5 OCT und OCTN spezifischen Aminosäuren in der vierten Transmembrandomäne auf einer Seite. Bei diesen Aminosäuren handelte es sich um K215, W218, Y222, T226 und V229. Es wurden verschiedene Punktmutationen an diesen Positionen eingeführt. Es zeigte sich mit Hilfe radioaktiv markierter Substrate von rOCT1, dass selbst Substitutionen durch strukturell verwandte Aminosäuren bei den flankieren Aminosäuren zu einem Ausfall des rOCT1 vermittelten Substrattransport führte. Weiterhin schien an Position 218 für den rOCT1- vermittelten Transport von TEA eine aromatische Aminosäure von großer funktioneller Relevanz zu sein. Wir vermuten hier eine Kationen p-Elektronen Interaktion des aromatischen Ringsystems des Tryptophans mit der positiven Ladung des TEA. Versuche mit den Mutanten des Tyrosins 222 zeigten ebenfalls Änderungen bei den Transportraten und Affinitäten verschiedener Substrate. Eine Kationen-p Interaktion konnte ausgeschlossen werden, jedoch war die Affinität der Mutante Y222F zum TPeA um einen Faktor 20 gegenüber dem Wildtyp erhöht. Weiterführende Untersuchungen mit der Zwei- Elektrodenspannungsklemme zeigten unterschiedliche Affinitäten des TPeA zum Wildtyp im Vergleich zum mutierten Protein in seiner nach außen bzw. nach innen gerichteten Konformation. War die Form der Inhibierung des TEA-induzierten Stromes durch TPeA beim Wildtyp kompetitiv, so zeigte sie bei der Mutante einen nicht-kompetitiven Charakter. Die Mutante T226A zeigte ebenfalls Änderungen in Affinität und Selektivität. Bei allen transportierenden Mutanten zeigte sich, dass der Transport von MPP nicht oder kaum verändert war, hingegen wurden sehr starke Änderungen der Transportcharakteristika von TEA gefunden, was auf verschiedene Substratbindungsstellen in rOCT1 hinweist. Diese Versuche zeigen deutlich die funktionelle Relevanz und die Beteiligung der mutierten Aminosäurepositionen an der Substratbindetasche von rOCT1. In Versuchen, in welchen Chinin als Inhibitor des rOCT2 vermittelten Transports genutzt wurde, passierte Chinin mittels Diffusion in seiner ungeladenen Form die Oozytenmembran und hemmte rOCT2 von der Innenseite. Dies könnte der Grund für die nicht-kompetitive Form der Inhibition der TEA-Aufnahme durch Chinin sein. Diese Versuche wurden dadurch bestätigt, dass die protonierte Form des Chinins eine kompetitive Form der Inhibition zeigte und den Transporter von außen hemmte.
N2  - The first organic cation transporter was cloned from rat (rOCT1) in 1994 by using the expression cloning technique (Gründemann et al., 1994). In 1999 it was found that one of the aminoacids in the 11th transmembranedomain of rOCT1, is part of it’s substrate binding pocket (Gorboulev et al., 1999). It was the aim of this thesis to identify more aminoacids of functional relevance for this transport protein. A comparison of all 12 helical wheels of the transporter showed, that there is an accumulation of 5 OCT and OCTN specific aminoacids at one side of the a-helix. These aminoacids were K215, W218, Y222, T226 and V229. Different single point mutations have been generated at these positions. Using radiolabeled substrates for rOCT1, the experiments showed, that even a substitution by a structural related aminoacid at the flanking aminoacids resulted in a failure of substrate transport. For TEA transport it has been suggested that the aminoacid at position 218 should have aromatic properties. We therefor suggest a cation-p interaction between the aromatic ringsystem of W218 and the positive charge of TEA. Experiments with mutations in position Y222 also showed differences in transport rates and affinities referring to the wildtype using different substrates. A cation-p interaction could be excluded, but it was shown, that there was a 20fold increased affinity of TPeA for the mutant Y222F. Further experiments utilizing the two electrode voltage clamp technique showed different affinities for wildtype rOCT1 in comparison to the mutated protein in its outward and inward conformation. The wildtype showed a competitive type of inhibition for TPeA inhibited TEA current, the mutant showed a non-competitive type of inhibition. The mutant T226A also showed changes in affinity and selectivity. In all transporting mutants we found no or lowest changes in the transport characteristics of MPP, but very big changes in the transport characteristics of TEA, an indication for different binding sites for these substrates. The experiment clearly showed, that these five aminoacids are of functional relevance for rOCT1 transport. In experiments using quinine as inhibitor of rOCT2 mediated transport quinine in it’s uncharged form passed the oocyte membrane by diffusion and inhibited rOCT2 from the inside. This might be the reason for the non-competitive type of inhibition, using quinine as the inhibitor for TEA uptake. This hypothesis was confirmed when we showed that the type of inhibition changed into the competitive type, when we used the protonated form of quinine.
KW  - Ratte
KW  - Kation
KW  - Carrier-Proteine
KW  - Chinin
KW  - Substratspezifität
KW  - rOCT
KW  - organischer
KW  - Kationentransporter
KW  - Chinin
KW  - Mutationsanalyse
KW  - rOCT
KW  - organic
KW  - Cationentransporter
KW  - Quinine
KW  - Mutationanalysis
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12349
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kühlkamp, Thomas
T1  - Der plasmamembran assoziierte Transportregulator RS1 bindet Ubiquitin und gelangt in den Zellkern
T1  - The plasma membrane associated transport modifier RS1binds ubiquitin und migrates into the nucleus
N2  - Die vorliegende Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse über die subzelluläre Verteilung und die Funktion des RS1-Proteins vom Schwein (pRS1), einem Regulator von Plasmamembran-transportern. Das grün fluoreszierende Protein (GFP) wurde mit pRS1 fusioniert und in LLC-PK1 Zellen exprimiert. Das GFP-pRS1 Fusionsprodukt (96 kD) konnte an der Plasmamembran, im Zytosol und im Zellkern entdeckt werden. Bei GFP-Fusion mit trunkierten pRS1-Proteinen zeigte sich, dass der C-Terminus die Kernlokalisierung beeinflusst. Dagegen wurde die Kernlokalisierung durch eine Trunkierung des N-Terminus nicht gestört. Im C-Terminus des pRS1 konnte von AS 579 bis 616 eine Ubiquitin associated domain (UBA) identifiziert werden, die auch in den anderen bisher bekannten RS1-Proteinen aus Mensch, Kaninchen und Maus konserviert vorliegt. Eine Ubiquitin-Affinitätschromatographie zeigte, dass das pRS1-Protein Ubiquitin auf nicht kovalente Weise bindet. Nach der Trunkierung der UBA-Domäne war keine Wechselwirkung des pRS1-Proteins mit Ubiquitin mehr feststellbar. Ein konserviertes Di-Leucin-Endozytose-Motiv (pRS1 AS 366/67) deutet eine Funktion des pRS1-Proteins bei der Internalisierung von Plasmamembranproteinen an. Deshalb wurde das Endozytoseverhalten von pRS1 überexprimierenden LLC-PK1 Zellen untersucht, wobei sich zeigte, dass diese Zellen eine deutlich höhere Aufnahme des Endozytosefarbstoffes RH 414 aufwiesen als Zellen, die pRS1 nicht überexprimierten. Die in dieser Arbeit gesammelten Daten zum RS1-Protein wurden zusammen mit früher erhobenen Ergebnissen zum RS1-Protein im Rahmen eines Modells zusammengefasst. In diesem hypothetischen Modell wird angenommen, dass RS1 ein Adapterprotein ist, welches die ubiquitinabhängige Endozytose von Plasmamembrantransportern vermittelt und als Signalmolekül in den Zellkern gelangen kann, wo es an der Transcriptionsrepression des SGLT1 beteiligt ist.
N2  - This work discribes investigations about the subcellular distribution and function of the plasma membrane-associated protein RS1, an regulator of plasma membrane transporters like the Na+-D-glucose cotransporter SGLT1 or the organic cation transporter OCT2 (Vehyl et al., 1993; Reinhardt et al., 1999; Valentin et al., 2000). The green fluorescent protein (GFP) was fused to RS1 from pig (pRS1) and expressed in LLC-PK1 cells. The GFP-pRS1 protein could be detected at the plasma membrane, in the cytoplasma and in the nucleus. Expression of various truncated forms of GFP-pRS1 showed that the N-terminal half of pRS1 (amino acids 1-328) is not necessary for the migration of pRS1 into the nucleus. In contrast, truncations of the C-terminus inhibited translocation into the nucleus. The C-terminus of pRS1 contains a conserved ubiquitin associated domain (UBA) at amino acids 579 to 616. Affinity chromatography with ubiquitin-conjungated Sepharose beads showed a noncovalent binding of pRS1 to immobilized ubiquitin, which was abolished in the presence of an excess of free ubiquitin. Further analysis schowed that the C-terminal 111 amino acids were indispensable for ubiquitin binding. A conserved di-leucine signal (pRS1 336/337) is a well known endocytosis motif and points to an involvement of pRS1 in the internalisation of plasma membrane proteins. This hypothesis was supported by the finding of an increased uptake of the intercalating membrane dye RH 414 in a pRS1-overexpressing LLC-PK1 cell line. Based on this findings together with previous data, a model for the physiological role of RS1 was proposed. In this model, RS1 serves as an adaptor which links ubiquitinated plasma membrane transporters such as SGLT1 to the endocytosis machinery. Moreover RS1 migrates into the nucleus and is involved in the transcriptional suppression of SGLT1.
KW  - Ubiquitin
KW  - Carrier-Proteine
KW  - Plasmamembran
KW  - Zellkern
KW  - RS1
KW  - SGLT1
KW  - UBA
KW  - Ubiquitin
KW  - Plasmamembrane
KW  - Zellkern
KW  - Endocytose
KW  - RS1
KW  - SGLT1
KW  - UBA
KW  - ubiquitin
KW  - plasma membrane
KW  - nucleus
KW  - endocytosis
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1179507
ER  -