Fabian Hammer

• Neurosteroide sind Steroidhormone, die im Nervensystem de novo aus Cholesterin oder einem anderen frühen Vorläufersteroid synthetisiert werden. Im Gegensatz zu den klassischen Steroidhormonen der Nebenniere und der Gonaden, die ihre Zielorgane über die Zirkulation erreichen, wirken Neurosteroide lokal in einer auto- und parakrinen Weise vorwiegend durch membranständige Neurotransmitterrezeptoren, wodurch es im zentralen Nervensystem zu anxiolytischen, antiepileptischen, neuroprotektiven und kognitiven Effekten kommt. Im peripheren NervensystemNeurosteroide sind Steroidhormone, die im Nervensystem de novo aus Cholesterin oder einem anderen frühen Vorläufersteroid synthetisiert werden. Im Gegensatz zu den klassischen Steroidhormonen der Nebenniere und der Gonaden, die ihre Zielorgane über die Zirkulation erreichen, wirken Neurosteroide lokal in einer auto- und parakrinen Weise vorwiegend durch membranständige Neurotransmitterrezeptoren, wodurch es im zentralen Nervensystem zu anxiolytischen, antiepileptischen, neuroprotektiven und kognitiven Effekten kommt. Im peripheren Nervensystem entfalten Neurosteroide ihre Wirkung über klassische Steroidhormonrezeptoren und sind an der Myelinisierung von Nervenscheiden beteiligt. Die Synthese von Neurosteroiden wird sowohl im ZNS als auch im PNS durch dieselben Enzyme katalysiert wie in den klassischen steroid-produzierenden Geweben, wobei die relative Expressionsstärke auf mRNA- und Protein-Ebene im Gehirn deutlich schwächer ist als in den Nebennieren und Gonaden. Das Schlüsselenzym der Steroidogenese, P450 side chain cleavage (P450scc), ist das Produkt des CYP11a1-Gens und katalysiert den ersten Schritt der Steroidogenese, die Konversion von Cholesterin zu Pregnenolon. In den Nebennieren und Gonaden wird die Expression des P450scc-Enzyms auf transkriptioneller Ebene im Wesentlichen durch die Transkriptionsfaktoren Steroidogenic Factor -1 (SF-1) und Sp1 reguliert, die an konservierte DNA-Elemente im Promoterbereich des CYP11a1-Gens binden können. Im Nervensystem wird P450scc vornehmlich in Zellen glialen Ursprungs exprimiert. Im Gegensatz hierzu wird SF-1 nur in einigen Zellen der Hypophyse und im ventromedialen Kerngebiet des Hypothalamus exprimiert und spielt somit für die Expression von P450scc im Nervensystem im Gegensatz zu der in klassischen steroid-produzierenden Geweben keine Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, andere Transkriptionsfaktoren sowie die korrespondierenden regulatorischen Bereiche im Promoterbereich zu identifizieren, die an der gewebespezifische Transkription des CYP11a1-Gens im Nervensystem beteiligt sind. Die Untersuchungen hierzu wurden in einer Zelllinie durchgeführt, die einem Gliom der Ratte entstammt und das P450scc-Enzym endogen exprimiert. Vorarbeiten zeigten, dass ein GC-reicher Bereich zwischen -130 und -94 des CYP11a1-Promoters transkriptionell aktiv ist und von einem nukleären Protein der C6-Zellen in einer sequenzspezifischen Weise gebunden wird. In der vorliegenden Arbeit konnte dieses Protein nun durch biochemische Aufreinigung isoliert und als Ku-Komplex identifiziert werden. In Transfektionsexperimenten zeigte sich, dass Ku durch Bindung an die GC-reiche Sequenz des -130/-94 Elements in vitro die Transkription des CYP11a1-Gens aktiviert. Weiterhin konnte durch immunhistochemische Färbungen von Mäuse-Gehirnen gezeigt werden, dass Ku in einigen Regionen mit P450scc ko-exprimiert wird, was auf eine physiologische Funktion von Ku für die Regulation des CYP11a1-Gens in vivo hindeutet. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass neben Ku auch Mitglieder der Sp-Transkriptionsfaktorfamilie an dasselbe GC-reiche Element des CYP11a1-Promoters binden. Zum Zeitpunkt E9.5 der Gehirnentwicklung waren insbesondere Sp4, nach der Geburt Sp1 und P450scc in vielen Bereichen des Gehirns ko-lokalisiert. Somit wurden in dieser Arbeit neue Transkriptionsfaktoren identifiziert, die an der transkriptionellen Regulation des CYP11a1-Gens in Zellen glialen Ursprungs beteiligt sind und dadurch die Synthese von Neurosteroiden beeinflussen können.…
• Steroid hormones are synthesized in adrenals, gonads, placenta, and in the central and peripheral nervous systems (neurosteroids). Neurosteroidogenesis, like conventional steroidogenesis, begins with the conversion of cholesterol to pregnenolone, catalyzed by mitochondrial P450scc. Transcription of the P450scc gene in the adrenals and gonads requires steroidogenic factor-1 which is not expressed in the nervous system cells that express P450scc. A crucial transcriptional regulatory region of the rat P450scc gene is at -130/-94. We have purifiedSteroid hormones are synthesized in adrenals, gonads, placenta, and in the central and peripheral nervous systems (neurosteroids). Neurosteroidogenesis, like conventional steroidogenesis, begins with the conversion of cholesterol to pregnenolone, catalyzed by mitochondrial P450scc. Transcription of the P450scc gene in the adrenals and gonads requires steroidogenic factor-1 which is not expressed in the nervous system cells that express P450scc. A crucial transcriptional regulatory region of the rat P450scc gene is at -130/-94. We have purified two nuclear proteins (70 and 86 kDa) from rat glial C6 cells that specifically bind to the -130/-94 region of the rat P450scc promoter, and identified them as the DNA-binding subunits of autoimmune antigen Ku. Ku co-localized with P450scc in several regions of the nervous system, but its overexpression in C6 cells did not augment transcription from a -130/-94 Luciferase construct. Members of the Sp family of transcription factors also bind to the same DNA sequence as Ku. Sp4 and Sp2 co-localize with P450scc in the nervous system early in development, while Sp1 and Sp4 co-localize later in development. Sp1 robustly increased transcription from this element in Sp-deficient Drosophila SL2 cells, and Ku synergistically enhanced this Sp1-stimulated transcription. Thus, members of the Sp transcription family play a role in activating P450scc gene transcription in the nervous system, and Ku may further augment this activation.…