Abstract (deu)
Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2) ist ein Transkriptionsfaktor, der neben Adenosin Monophosphat aktivierter Proteinkinase (AMPK) den Mittelpunkt dieser Arbeit darstellt. Nrf2 wird durch oxidativen Stress aktiviert und führt zu gesteigerten Expressionsraten einer Vielzahl von Phase II Entgiftungs-Proteinen wie Hämoxygenase 1 (HO-1). Die Aktivierung von Nrf2 induziert antioxidative, antientzündliche und in weiterer Folge antitumorale Mechanismen. Somit ist Nrf2 ein wichtiger Bestandteil der Zelle im Kampf gegen zellulären Stress. Oxidativer Stress bzw. Entzündungen beeinflussen metabolisch bedingte Erkrankungen wie Diabetes mellitus Typ 2 oder Lebersteatose nachweislich negativ, daher könnten Nrf2 aktivierende Stoffe ein vielversprechendes Arzneimitteleinsatzgebiet zur Vorbeugung bzw. Linderung dieser Krankheiten darstellen.
AMPK ist entscheidend am Energiehaushalt einer Zelle beteiligt und reagiert auf Änderungen im AMP-/ATP-Verhältnis. Aktivierte AMPK steht in Verbindung mit einer Vielzahl von positiven Eigenschaften wie z.B. Reduzierung von Hyperglykämie, gesteigerter Fettsäure Oxidation, Verringerung von Entzündungsprozessen, reduziertem Redox Stress und verminderten Zellteilungsraten. Aktivierte AMPK hat somit auch antikanzerogene Effekte. Aufgrund sich überschneidender Eigenschaften ist eine gegenseitige Beeinflussung von AMPK und Nrf2 in Betracht zu ziehen.
Erstes Ziel dieser Arbeit war es, die Aktivierung von Nrf2 durch Extrakte aus fünf unterschiedlichen Pflanzen auszutesten, um dabei neue potentielle Nrf2-Aktivatoren zu erhalten. Es handelte sich dabei um Pflanzen, die in der lateinamerikanischen Volksmedizin gegen Fettleibigkeit und Entzündungen eingesetzt werden. Keines der getesteten Extrakte zeigte schlussendlich die vermutete Nrf2-Aktivierung.
Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung der Interaktion von Nrf2 und AMPK. Es wurde mit Xanthohumol (XN), ein prenyliertes Chalkon aus Humulus lupulus, gearbeitet, welcher Nrf2 aktiviert. Durch die Wiederholung vorangegangener Experimente wurde bewiesen, dass XN in Maus embryonalen Fibroblasten (MEF) die HO-1-Expression antreibt. Hingegen wurden in Nrf2 ko Zellen keine und in AMPK ko Zellen nur verminderte HO-1 Spiegel produziert. Demzufolge ist die HO-1-Expression streng Nrf2 abhängig, wobei in Anwesenheit von AMPK eine zusätzliche Steigerung der HO-1-Expression stattfindet.
In einem weiteren Experiment wurde durch quantitative Echtzeit polymerase Kettenreaktion (qRT-PCR) von HO-1 mRNA festgestellt dass AMPK seinen Einfluss auf Nrf2 bereits zum Zeitpunkt der Transkription ausübt. Weitere Untersuchungen sollten zeigen, welche spezifischen Mechanismen durch AMPK ausgelöst werden und somit zu einer gesteigerten Nrf2-Aktivität führen.
Dazu wurde mit der Nrf2 aktivierenden Substanz XN in MEF-Zellen ein Lumineszenz Assay durchgeführt, um sich ändernde ATP-Spiegel festzustellen. Die Ergebnisse waren jedoch nicht signifikant. Im letzten Versuch dieser Arbeit testete man mittels XN stimulierten MEF-Zellen im Zuge einer Durchflusszytometrie auf sich ändernde Superoxid-Spiegel. In den Ergebnissen zeigte sich, dass XN die in den Mitochondrien stattfindende oxidative Phosphorylierung unterbricht. Es kommt daher einerseits zu gesteigerten Superoxid-Spiegeln und anderseits zu Änderungen in den ATP-Vorräten der Zelle. Ob dieser Effekt jedoch für die zusätzliche Aktivierung von Nrf2 durch AMPK verantwortlich ist, bleibt weiters unbekannt.