Untersuchungen zum Einfluss proinflammatorischer Zytokine auf die Ferroptose in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung:

Ferroptose wurde kürzlich als eine neue Form des regulierten Zelltodes beschrieben. Reaktive Sauerstoffspezies führen eisenabhängig zur Oxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren in Membranlipiden, welche zu reaktiven Carbonylspezies fragmentieren und schließlich über DNA-, Proteinstrukturschädigungen zum Zelltod führen. Dieser Mechanismus wurde bisher primär in Neuronen und Krebszellen beschrieben. Das Ziel dieser Studie war es daher, die Ferroptose als eine neue Form des programmierten β-Zelltods durch den oxidativen Stressor tert-Butylhydroperoxid (tBHP) zu dokumentieren und die Rolle der Ferroptose unter Typ-1 Bedingungen zu evaluieren.

Methodik:

Glutathionperoxidase-4 (GPx4) als Schlüsselenzym der Ferroptose wurde in insulinproduzierenden RINm5F-Zellen stabil überexprimiert. Die Zellviabilität wurde mittels MTT-Assay, Lipidperoxidation sowie Caspase-3/-9 Aktivierung mittels Durchflusszytometrie erfasst. Die GSH/GSSG-Verhältnisse wurden luminometrisch bestimmt.

Ergebnisse:

Inkubation mit tBHP führte zu einer Abnahme der Zellviabilität, einer Zunahme der Lipidperoxidation, Reduktion des GSH/GSSG-Verhältnisses sowie der Degradation von GPx4. Diese Effekte konnten durch die Überexpression von GPx4 signifikant reduziert werden. Proinflammatorische Zytokine führten ebenso zu einer Abnahme der Zellviabilität, zeigten jedoch keinen Einfluss auf das GSH/GSSG-Verhältnis und den Grad der Lipidperoxidation. Erst durch Co-Inkubation mit dem iNOS-Inhibitor Nω-Nitro-L-Arginin (L-NOARG) konnte eine erhöhte Lipidperoxidation beobachtet werden. Die GPx4-Überexpression verminderte die zytokinvermittelte Abnahme der Zellviabilität sowie die Aktivierung der Caspase-Kaskade.

Schlussfolgerungen:

Diese Ergebnisse zeigen, dass insulinproduzierende β-Zellen grundsätzlich einen ferroptotischen Zelltod durchlaufen können. Jedoch konnte eine Beteiligung der Ferroptose am zytokinvermittelten β-Zelltod nicht belegt werden. Ein Grund hierfür könnte die ebenfalls erhöhte RNS-Produktion sein, welche offenbar die radikalische Kettenfortpflanzungsreaktion in der Membran unterbindet. Die durch die GPx4-Überexpression erzielte Resistenz gegenüber zytokinvermittelter β-Zellzerstörung könnte eine potentielle antioxidativ-therapeutische Perspektive darstellen.