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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-11419
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2007/1141/


Apoptose-Induktion durch mitochondriale Ferredoxine (aus Säugern, Insekten & der Spalthefe)

Induction of apoptosis by mitochondrial ferredoxins (in mammalians, insects, and fisson yeast)

Derouet-Hümbert, Evi

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SWD-Schlagwörter: Ferredoxine , Apoptosis , Ros , Adrenodoxine
Freie Schlagwörter (Englisch): ferredoxins, apoptosis , ROS , adrenodoxin
Institut: Fachrichtung 8.3 - Biowissenschaften
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Bureik, Matthias (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.06.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 05.06.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Mitochondriale P450-Systeme sind unverzichtbar für die Steroidbiosynthese in Säugern und bestehen aus drei Proteinen: der Adrenodoxinreduktase (AdR), dem Adrenodoxin (Adx) und einem mitochondrialen P450-Enzym (wie z. B. CYP11A1), welches regio- und stereospezifische Hydroxylierungsreaktionen katalysiert. Es war bereits bekannt, dass Adx und CYP11A1 (aber nicht AdR) in vitro reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bilden können.

In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals in vivo gezeigt, dass die Überexpression von humanem und bovinem Adx in einer Vielzahl von Zelllinien die Überlebensrate signifikant senkt. In der Kolonkarzinomzelllinie HCT116 führt die transiente Überexpression von humanem Adx zu einer vermehrten Bildung von ROS, einem Zusammenbruch des Transmembranpotentials, zum Austritt von Cytochrom c aus den Mitochondrien, zur Aktivierung von Kaspasen und damit zur Apoptose. Demgegenüber führt eine Überexpression von humanem CYP11A1 lediglich bei manchen Zelllinien zur Apoptose, bei anderen jedoch nicht. Zur Beurteilung der evolutionären Konservierung der Apoptose-Induktion durch mitochondriale Ferredoxine wurden Adx-Überexpressionsversuche mit zwei weiteren Modellsystemen durchgeführt, und zwar mit der Spalthefe S. pombe und mit der Fruchtfliege D. melanogaster. In der Spalthefe bilden apoptotische Zellen ebenfalls ROS, allerdings war bislang unklar, ob diese ROS-Bildung ursächlich an der Apoptose-Induktion beteiligt ist, oder ob ROS lediglich als Beiprodukt im Verlauf der Apoptose entstehen. Hier konnte nach Expression einer aktivierten Adx-Mutante eine starke ROS-Bildung demonstriert werden, die jedoch nicht mit dem Auftreten typischer apototischer Marker oder einer erniedrigten Zellüberlebensrate einhergeht. Demgegenüber war in Zellen von D. melanogaster nach Überexpression von humanem Adx und seinem Fluchtfliege-Homologen Benoni sowohl die Bildung mitochondrialer ROS als auch die Auslösung von Apoptose nachweisbar. Das Benoni-Protein wurde erstmals rekombinant exprimiert und aufgereinigt sowie funktionell charakterisiert. Dabei wurde überraschenderweise gefunden, dass dieses Ferredoxin im Unterschied zu allen bislang bekannten Vertretern dieser Proteinfamilie nicht nur einen 2Fe-2S-Cluster enthält, sondern auch ein organisches Radikal.
Kurzfassung auf Englisch: Mitochondrial cytochrome P450 systems are an indispensable component of mammalian steroid biosynthesis; they catalyze regio- and stereo-specific steroid hydroxylations and consist of three protein entities: adrenodoxin reductase (AdR), adrenodoxin (Adx), and a mitochondrial cytochrome P450 enzyme (e.g. CYP11A1). It was previously known that Adx and CYP11A1 (but not AdR) are able to generate reactive oxygen species (ROS) in vitro.

In this study it was shown for the first time in vivo that overexpression of human or bovine Adx causes a significant loss of viability in a number of different cell lines. In the colon carcinoma cell line HCT116, transient overexpression of human Adx leads to increased ROS production, to a disruption of the mitochondrial transmembrane potential, to cytochrome c release from the mitochondria, to caspase activation and, thereby, to apoptosis. In contrast, overexpression of human CYP11A1 induced apoptosis only in some cell lines but failed to do so in others. To assess the evolutionary conservation of the ferredoxin-induced mitochondrial apoptosis, Adx overexpression was also carried out in two other model systems, namely in the fission yeast S. pombe and in the fruitfly D. melanogaster. In fission yeast ROS are also produced in cells that undergo an apoptoticlike cell death, but remained obscure whether they are actually causative for this phenomenon or whether they are merely produced as a by-product. Here it could be shown that expression of an activated Adx mutant leads to a strong increase in ROS production that is not accompanied by the appearance of typical apoptotic markers or decreased viability. In contrast, after overexpression of Adx or its fruitfly-homologue Benoni in cells of D. melanogaster display an increase in mitochondrial ROS production that actually causes apoptosis. The Benoni protein was recombinantly expressed, purified and functionally characterized. Surprisingly, this ferredoxin does not only contain a 2Fe-2S-Cluster but also features an organic radical that has not been found in any other member of this protein family.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen der Fakultät 8

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