Der Einfluss antioxidativer Enzyme auf die Expression von Proteinen der Bcl-2 Familie und ihre Modulation durch proinflammatorische Zytokine in insulinproduzierenden Zellen

Fragestellung: Proinflammatorische Zytokine induzieren den apoptotischen Zelltod der insulinsezernierenden Beta-Zellen des Pankreas. Die Mitglieder der Bcl-2-Familie greifen als pro- oder antiapoptotisch wirkende Proteine in die Regulation dieser Apoptoseinduktion ein. Zentraler Wirkort dieser Proteine ist das Mitochondrium, dessen Integrität eine wichtige Funktion bei der Initiierung des intrinsischen Apoptosewegs hat. Zusätzlich ist das Mitochondrium als Ort der oxidativen Phosphorylierung einer der bedeutendsten Bildner freier Sauerstoffradikale. Radikal-mediierte Schäden können als Ausgangspunkt für Beta-Zell-spezifische Dysfunktionen angesehen werden und können bis zur Beta-Zell-Apoptose führen. Daher war das Ziel dieser Studie, die Expression der Bcl-2 Familienmitglieder in insulinproduzierenden Zellen zu quantifizieren sowie den Einfluss von Zytokinen und zytoprotektiven Enzymen auf die Expression zu charakterisieren.

Methodik: Insulinproduzierende RINm5F-Kontrollzellen und überexprimierende RINm5F-Zellen (Gluatathionperoxidase (GPx), zytosolische Katalase, mitochondrial lokalisierte Katalase (Mito-Katalase), CuZnSOD und MnSOD in sense bzw. antisense Orientierung) wurden für bis zu 24h mit IL-1β oder einem Zytokinmix (IL-1β, TNF-α und IFN-γ) inkubiert. Die Expression der untersuchten Bcl-2 Familienmitglieder wurde mittels quantitativer RT-PCR und Western-Blot analysiert.

Ergebnisse: Sowohl die Expression der antiapoptotischen Proteine Bcl-2 und Bcl-X_L als auch die Expression der proapoptotischen Proteine Bax, Bad, Bid und Bim konnte in allen untersuchten Zellklonen quantifiziert werden.

GPx und Mito-Katalase überexprimierende Zellen zeigten im Vergleich zu Kontrollzellen eine erhöhte Bcl-2 und eine erniedrigte Bax Expression. Eine 24-stündige Zytokinexposition führte zu einer signifikanten Zunahme der Bcl-2 Expression und zu einer leichten Abnahme der Bax Expression in beiden Zellklonen. Die CuZnSOD, MnSODsense und antisense sowie die Katalase überexprimierenden Zellen zeigten im Vergleich zu den Kontrollzellen ein signifikant erniedrigtes Bcl-2 Expressionsniveau, während die Bax Expressionsstärke unverändert blieb bzw. leicht anstieg. Nach Zytokinstimulation konnte ein signifikanter Anstieg der Bax Expression in CuZnSOD Zellen beobachtet werden. Die Expressionsstärke von Bcl-X_L, Bad, Bim und Bid wurde durch die Überexpression zytoprotektiver Enzyme nicht beeinflusst. Nach Zytokinstimulation konnte eine gesteigerte Bcl-X_L, Bim und Bid, jedoch eine Abnahme der Bad Expression beobachtet werden.

Schlussfolgerungen: Die Überexpression der GPx und Mito-Katalase führte zu einer erhöhten Expression des antiapoptotischen Proteins Bcl-2 und zu einer erniedrigten Expression des proapoptotischen Proteins Bax. Das dadurch veränderte Verhältnis zwischen pro- und antiapoptotischen Proteinen zugunsten des antiapoptotischen Signalwegs stellt eine therapeutische Perspektive zum Schutz von Beta-Zellen während der Typ 1 Diabetesmanifestation dar.