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Spezielle Toxikologie > Vorlesung von Jung > Flashcards

Vorlesung von Jung Flashcards

1
Q

Was sind “Nichtradikale”?

A

Verbindungen wie H2O2 oder Peroxynitrit (ONOO-) sind keine Radikale, können aber in chemischen Reaktionen Radikale bilden.

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2
Q

Was sind einige ROS-Hauptquellen in Säugerzellen (Auswahl)?

A

Mitochondrien: Complex I und III, Monoaminooxidase

Extrazellulärer Raum: Myeloperoxidase

ER: NADPH-Cytochrom-P450-Reduktase, Ero1

Plasmamembran: NADPH-Oxidase, entkoppelte eNOS, Lipoxygenase

Cytosol: ●NO-Synthase

Peroxisomen: Lipidperoxidation

Umwelt/Umgebung: UVA/B, pollution, (natural) radioactive decay

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3
Q

Welche sind die primären ROS/RNS?

A

●NO
O2●-
H2O2

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4
Q

Was passiert mit Superoxid im sauren Milieu?

A
  • im Lysosom oder mitochondrialer Matrix pH: 5-6
  • Superoxid wird protoniert (HO2●)
  • Hydroperoxyl ist klein und ungeladen –> sehr leicht membrangängig, deutlich reaktiver als Superoxid
  • Hydroperoxyl ist die protonierte Form von Superoxid

Bedeutung: im Alter nimmt die Funktionalität von Mitochondrien ab, ihre ROS-Produktion steigt.
Womöglich spielt (HO2●) dabei eine Rolle, das im Gegensatz zu (O2●–) Lipidperoxidation initiieren kann.

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5
Q

Charakterisiere ●NO, O2●- und ONOO-

A
  • Stickoxid: 10 sec Halbwertzeit, leicht Membrangängig, in viele physiologischen Funktionen involviert (Gefäßerweiterung). Durchaus antioxidative Wirkung.
  • Superoxid: ist durchaus schädlich, wird jedoch unter anderem vom Immunsystem für die Abwehr von Infektionen (Bakterien) benutzt.
  • ●NO und Superoxid reagieren zu Peroxynitrit (ONOO–), das wiederum im Cytosol schnell protoniert wird => Peroxynitritsäure (ONOOH).
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6
Q

Rolle von ●NO

A
  • Wichtiger Vasodilator
  • Verringert den Puls, weitet Herzkranzgefäße: Nitroglycerin setzt ●NO frei
  • entspannt glatte Muskulatur der Blutgefäße samt Venen und Herzmuskel
  • Mittel gegen Angina Pectoris
  • Kann durch (Scher)-Stress, Cytokine oder Acetylcholin induziert werden (in Endothelzellen)
  • Wird von Immunzellen benutzt, um bakterielle Infektionen abzuwehren * Dient auch als Neurotransmitter
    Problem bei Infektionen:
    Bei Sepsis setzen Macrophagen große Mengen an ●NO frei (und Superoxid) –> Blutdruck kann stark abfallen, Schock.
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7
Q

Was passiert mit Peroxynitrit?

A

Saures Milieu: Peroxynitritsäure (ONOOH)

Ohne CO2:

  • 70% isomerisiert zu Nitrat (NO3-)
  • 30% : es entsteht Stickstoffdioxidradikal (●NO2) und Hydroxylradikal (●OH)

–> zwei der reaktivsten/ schädlichsten Radikale,
die man in Säugerzellen findet

Mit CO2: Peroxynitrit und CO2 reagieren zu Nitrosoperoxycarbonat-Anion (ONOOCOO−), welches zu Stickstoffdioxidradikal (●NO2) und Carbonatradikal-Anion (CO3●–) (DNA-Schäden) reagiert.

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8
Q

Wie kann man auf Peroxynitrit in der Zelle testen?

A

3-Nitrotyrosin ist typisches Reaktionsprodukt. Hinweis auf Inflammation oder Infektion.

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9
Q

Was kann die Zelle gegen Peroxynitrit tun?

A

Gluthationperoxidase in Säugerzellen

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10
Q

Worauf basieren die antioxidativen Effekte von ●NO?

A
  • ●NO: wichtiger gefäßprotektiver endogener Mediator
  • Entsteht durch endotheliale ●NO-Synthase (eNOS) aus der Aminosäure L-Arginin.
  • Fehlfunktion der eNOS (endotheliale Dysfunktion) bei nahezu allen kardiovaskulären Erkrankungen sowie Diabetes nachweisbar.
  • Schweregrad der Dysfunktion korreliert mit der Häufigkeit vaskulärer Ereignisse
  • Körperliches Training => Hochregulation der eNOS
  • Langes, regelmäßiges Training => Expressionsmuster von über 100 endothelialen Genen ändert sich; Gefäßdurchmesser steigt, Scherbelastung sinkt, Organdurchblutung steigt.
  • ●NO induziert Bildung antiox. Enzyme, u.a. Superoxiddismutase.
  • Molekulare Mechanismen: Scherkräfte (durch Blutfluss), Druck (durch Blutdruck), pulsatile Dehnung (Druckwellen des Herzschlags)
    => Das Protein c-Src (Proto-oncogene tyrosine-protein kinase) „übersetzt“ Scherkraft in zelluläre Signale
    => erhöhte Expression von eNOS

Weiterer Mechanismus: kurzfristiger ox. Stress durch Training

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11
Q

Wie steigert Sport die Gesundheit durch NO?

A

Sport => Scherkräfte steigen (mehr Superoxid durch endotheliale NAD(P)H-Oxidase) und ROS steigen (durch ox. Phosphorylierung, ATP-Bildung)
- Superoxid => SOD => H2O2 => besser membrangängig als Superoxid
- H2O2 induziert eNOS (Expression und Aktivität).

Was ist der Unterschied zwischen Sport und ox. Stress?
Sport ist kurzfristig (30-60 min), nicht chronisch;
Sport induziert antioxidative Systeme über Tage hinweg.
- Antiox. Gefäßschutz, erhöhte Expression antiox. Enzyme, dauerhaft weniger ROS
- Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen sinken.
- Effekte sind ROS-vermittelt (redox-vermittelt); auch ROS sind zur optimalen Funktionalität notwendig.

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12
Q

Wie wird Superoxid neutralisiert?

A

Superoxid gibt sein Elektron an andere Teilchen ab und erzeugt daher reduktiven Stress.

Wenn Superoxid zB durch die Atmungskette entsteht, wandelt die SOD dieses enzymatisch zu Wasserstoffperoxid um. Dieses wird durch Catalase oder Peroxidasen wie Glutathionperoxidase (Gpx) zu Wasser oder Wasser und O2 (Katalase) reduziert.

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13
Q

Was passiert bei der Fenton- und Haber-Weiß-Reaktion?

A

Das primäre Radikal Superoxid dient hier als Reduktionsmittel. Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel.

Fenton: Redox-aktive Übergangsmetalle wie Cu+ und Fe2+ reagieren mit H2O2 zu Cu2+ oder Fe3+ und OH- und ●OH (Hydroxylradikal).

Haber-Weiß: dann reagieren Cu2+ oder Fe3+ mit Superoxid zurück zu Cu+ oder Fe2+ plus O2 und sind neu verfügbar.

Problem: H2O2 und Superoxid sind in einer lebenden Säugerzelle ständig vorhanden. Auf diese Weise entsteht viel Hydroxylradikal, welches extrem reaktiv ist (t(1/2)=10^-9 sec).

Mechanismus: https://de.wikipedia.org/wiki/Haber-Weiss-Reaktion

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14
Q

Wie kann die Fenton-Haber-Weiß-Reaktion in einer Säugerzelle verhindert werden? / Wie schützt sich die Säugerzelle?

A

Redox-aktive Übergangsmetalle müssen streng reguliert werden –> Bindung an entsprechende Proteine, Ferritin, Transferrin, Caeruloplasmin, Lactoferrin, Albumin, Transcuprein oder Häm

Fe wird an Speicher- und Transportproteine gebunden Ferritin, Transferrin und ist dort nicht redox-aktiv. Cu spielt im Vergleich zu Fe kaum eine Rolle, Ausnahme: Morbus Wilson (Kupferspeicherkrankheit). Hier ist der Kupferstoffwechsel in der Leber gestört, es kommt zu verminderten Kupferausscheidung über die Galle und Ansammlung von Cu in Leber, ZNS, Auge und anderen Organen.

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15
Q

Was haben Cu und Fe für eine Bedeutung bei HW/Fenton?

A

Kupfer ist 10-100-fach potenter als Eisen bei der Fenton-Reaktion, kommt in Säugern jedoch deutlich weniger vor => Fe ist das Hauptproblem (z.B. bei Hämolyse) (außer bei Morbus Wilson).

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16
Q

Wo wird die Radikalbildung therapeutisch benutzt?

A

Cytostatika (Tumorantibiotika) bilden Eisen- oder Kupferkomplexe (Metallo-Komplexe), welche an DNA binden (Interkalation) und dort via Fenton große Mengen an Hydroxylradikalen generieren. => Einzel- und Doppelstrangbrüche, Fragmentierung der DNA

Probleme:
- Teilung und Vermehrung von Tumorzellen wird inhibiert, doch auch gesunde Zellen sind betroffen, vor allem sich häufig teilende und vermehrende Zellen.
- Nebenwirkungen an Haut und Schleimhäuten, Haarausfall, Beeinträchtigungen der Blut- und Immunzellen.

Nitroimidazole: Stoffgruppe zur Behandlung von Infektionen mit Bakterien oder Protozoen. Bakterizide Wirkung durch Bildung kurzlebiger Intermediärprodukte oder Radikale => DNA-Schäden.

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17
Q

Wie kann man ungepaarte Elektronen und damit Radikale in biologischen Proben nachweisen?

A

EPR (electron paramagnetic resonance) detektiert stabile freie Radikale. Diese bleiben am Ende einer Radikalkettenreaktion übrig und haben nicht genug Energie, um sich irgendwo ein Elektron herzunehmen. Meist bleibt auf einem aromatischen Kohlenstoffring ein ungepaartes Elektron zurück (delokalisiert über das ganze Molekül) und hat sehr geringe Reaktivität.

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18
Q

Was gibt es für einen kritischen Zusammenhang zwischen Eisenaufnahme und Vitamin C?

A

Vitamin C (Elektronendonor) erhöht die Eisenaufnahme im Dünndarm, da es Fe3+ zu Fe2+ reduziert, welches eine höhere Bioverfügbarkeit hat (gut wasserlöslich). Fe2+ ist jedoch “Fenton-fähig”.

  • In humanen Fibroblasten hat Vitamin C allein keinen Effekt, sensitiviert die Zellen
    jedoch in der Gegenwart von Eisen gegen H2O2  DNA-Schäden.
  • Vitamin C wird problematisch bei bereits vorliegendem oxidativen Stress, indem es die Verfügbarkeit von redox-aktivem Eisen erhöht und zugleich als dessen Reduktionsmittel fungiert.

(Vitamin C modulation of H2O2-induced damage and iron homeostasis in human cells, Duarte TL, Jones GD, Free Radic Biol Med., 43(8):1165-1175, 2007)

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19
Q

Wie viel ist Serumtransferrin gesättigt und warum?

A

Nur zu 1/3 gesättigt. Es hat eine hohe Bindungskapazität für Fe aus dem Zellabbau. Eisenangebot ist klein, da geringe Aufnahme und Verfügbarkeit, Speicher sind auch eher schwach, jedoch hoher täglicher Umsatz an Eisen.

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20
Q

Wo wird Kupfer vornehmlich gespeichert?

A

40% im Skelett
24% in der Muskulatur
9% in der Leber
6% im Gehirn

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21
Q

Wo wird Eisen vornehmlich gespeichert?

A

Leber
Milz
Darmschleimhaut
Knochenmark

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22
Q

Wo findet die Aufnahme von Kupfer statt und wie?

A
  • teils im Magen, vor allem im Dünndarm (1,5-3 mg/Tag)
  • Zink hemmt die Resorption über einen Antagonismus und über die Induktion von Metallothionein, das Cu auf der Mukosaseite bindet => Cu-Überladung der Zelle wird verhindert.
  • Im Blut ist Cu vor allem an Transcuprein und Albumin gebunden, 10% finden sich als Komplexe mit Aminosäuren.
  • Nach Aufnahme in die Leber entweder Einbau in die Zielproteine oder Abgabe ins Blut gebunden an Ceruloplasmin.
  • Aufnahme in die Zielzellen wahrscheinlich über membranständige CeruloplasminCu-Rezeptoren.
  • Ausscheidung via Galle ist die wichtigste Regulationsgröße für Cu-Homöostase
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23
Q

Warum ist Kupfer trotz der Fenton-Gefahr wichtig?

A
  • wichtiges Antioxidans
  • Kernbestandteil der CuZn-SOD (katalysiert Umwandlung Superoxid zu Wasserstoffperoxid) und der Cytochrom-C-Oxidase
  • reduzierte Cytochrom-C-Oxidase würde mehr Superoxid-Bildung bedeuten
  • ein Mangel an Cu-Zn-SOD kann in Mitochondrien durch MnSOD teilweise ausgeglichen werden
  • Niedriger Kupferstatus
    => mRNAs für Glutathion-Peroxidase und Catalase sind verringert
    => Der Zelle fehlt antioxidative Kapazität
  • Ebenfalls beeinflusst sind Glucose-6-Phosphatdehydrogenase (wichtig für Bildung von GSH, einem zentralen Antioxidans) und Glutathion-S-Transferase
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24
Q

Reaktion von Superoxid zu Wasser

A

Superoxid -> H2O2 (MnSOD oder CuZnSOD)

H2O2 -> °OH -> H2O (Katalase(Fe) oder GSHPx (Se))

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25
Q

Bei welchen Enzymen spielt Mangan eine essentielle Rolle?

A

Mn-SOD, Pyruvatcarboxylase (Gluconeogenese) und Arginase (Harnstoffzyklus)

26
Q

Was gibt es für mitochondriale antioxidative Systeme und was entgiften sie?

A

Mitochondriale Superoxiddismutase (Mn-SOD): Superoxid zu H2O2

H2O2-entgiftendes System: Peroxyredoxin 3/Thioredoxin/Thioredoxin-Reduktase

27
Q

Hauptaufgabe des 26S-Proteasoms

A

Abbau nativer, funktioneller Proteine und dadurch auch Produktion der Antigen-Fragmente, die MHC-I an der Zelloberfläche präsentiert.

28
Q

Übergewicht induziert was im Körper? Was ist bei Übergewicht erhöht?

A
  • chronische, systemische Inflammation im Fettgewebe
  • Immunzellen werden aktiviert
  • TNF-alpha und andere pro-inflammatorische Cytokine wie IL-6 und IL-8 und MCP-1/CCL2
  • M1-Macrophagen im Fettgewebe
  • ROS und oxidativer Stress ist bei Übergewicht erhöht
  • Leptin ist erhöht
  • Immunoproteasom wird induziert
29
Q

Wie werden 90% der Proteine in der Zelle abgebaut?

A

Durch das Proteasom.

30
Q

Wird i20S im Alter erhöht und in welchen Geweben (post-mitotisch, mitotisch)?

A

Mit dem Alter nimmt der Anteil von i20S zu (Muskeln, Neuronen, Astrozyten); besonders in Zellen, die postmitotisch altern („Inflammaging“).

  • Die induzierbaren proteasomalen Subunits steigen mit dem Alter an
  • In alten Mäusen finden sich 3-6-fach erhöhte Mengen (im Vergleich zu Jungtieren)
  • Gleiches gilt für Neuronen, Astrocyten und Endothelzellen im Hippocampus alter (70 Jahre) im Vergleich zu jungen Menschen (42 Jahre)
  • Die induzierbaren Formen akkumulieren über die Zeit hinweg auch in Geweben, die sonst nur das konstitutive 20S Proteasom enthalten
     Besonders betroffen sind postmitotische Gewebe (Nerven und Muskeln)
31
Q

Wie wird das Redox-Potential einer Zelle bestimmt?

A

Die Zelle selbst hat folgende Redoxmesser (u.a.): SH-Gruppen (Cystin), welche schnell oxidiert werden können. Thiole, die mit H2O2 reagieren und oxidieren. GSH/GSSD-Verhältnis.

Messen: GSH/GSSG Verhältnis. Gesund: 100-1000:1, Krank: GSH=GSSG

32
Q

Welches ist das primäre ROS aus der Primärreaktion?

A

Superoxid

33
Q

HWZ und Unterschiede von i20S und c20S

A

c20S: normales 20S. HWZ: 8-12 Tage

i20S: Immunoproteasom mit induzierbaren, proteolytischen Subunits. HWZ: 27 h

34
Q

Zusammenhang Entzündung und metabolisches Syndrom?

A

zB dass M1 und TNFa erhöht sind

Entzündung durch erhöhten oxidativen Stress, durch Dyslipidämie, durch Cytokine im Bauchfett -> gestörte Regulation verschiedener Adipocytokine (Leptin, Resistin, Adipokin u.a.) und Cytokine (TNF-alpha, IL-6) tragen zu Insulinresistenz bei

Auch ox. Stress stört Insulinsekretion in beta-Zellen. Der Pankreas ist sehr anfällig für ox. Stress. Ox. Stress macht Fettgewebe insulinresistent und stört Glukose-Transport in Muskelgewebe.

OS in Gefäßwänden: Arteriosklerose, Bluthochdruck, hepatischer Steatose

OS schädigt Zellmembranen, Proteine, Basen -> Pathogenese der Veränderungen beim met. Syndrom

Lipolyse (Insulinresistenz) in Mitochondrien –> TCA-Cycle-Aktivität sinkt –> unvollständige Substratoxidation –> erhöhte Superoxidproduktion der mitochondrialen Elektronentransportkette

mitochondriale NADH/NAD+ steigt –> Proteinkinase C (PKC) induziert, AGEs –> NF-kB aktiviert –> PKC aktiviert NOX (NADPH-Oxidase), inhibiert eNOS -> pro-inflammatorische Signalwege, OS

35
Q

Primäres Radikal, dass im Mitochondrium entsteht

A

Superoxid

36
Q

Zellorganelle, die den Hauptanteil an ROS-Produktion ausmachen/Hauptquelle an ROS

A

Mitochondrien: machen aus O2 durch ox. Phosphorylierung Superoxid und H2O2. Aber produzieren nur 0,1-0,2% des H2O2 einer Zelle. Produzieren und entgiften ROS (antioxidatives Potential, kommt auf netto-ROS-Produktion an).

ER & Peroxisomen Hauptquelle in Leberzellen

Rattenleber H2O2-Produktion:
- Mitochondrien: 15%
- Microsomen (glattes ER): 45%
- Peroxisomen: 35%
- Cytosolische Enzyme: 5%

Auch die Plasmamembran ist ROS-Quelle.
Sowie NADPH-Oxidasen (verschiedene).

37
Q

Hauptfunktion vom 20S-Proteasom

A

Abbau oxidierter Proteine

38
Q

Unterschied zwischen 20S- und 26S-Proteasom

A

20S baut oxidierte Proteine ab. Besteht aus 14 UE (7 alpha-UE, 7 beta-UE) und 3 aktiv proteolytischen Zentren (beta5, beta2, beta1).
Substrate: (Partially) unfolded proteins

26S baut native, funktionelle Proteine ab. Besteht aus einer 20S-Einheit und 1-2 19S-Einheiten. (UPS)
Substrate: Native proteins, specifically labelled for proteolysis by polyubiquitination

39
Q

Was sind primäre Radikale?

A

Reaktive Moleküle, die die Tendenz haben anderen Molekülen ein Elektron zu entreißen (oder es ihnen zu geben).

40
Q

was sind antioxidative Mechanismen der Zelle?

A
  • Niedermolekulare Antioxidantien
  • Antioxidative Proteine
  • „Reparaturproteine“ (Protein-Reparatur-Systeme für oxidierte Cystein- und Methionin-Reste) und proteolytische Systeme (Proteinabbau)

Keap1 Redox-Sensor der Zelle (Prinzip: Oxidation einer SH-Gruppe, wodurch Keap1 das Protein Nrf2 nicht bei einer Protease, sondern im Cytosol abgibt, wodurch es im Zellkern antioxidative Antowrt auslöst)

Antwort: Expression von antioxidativen (u.a. Gpx, G6PD), entgiftenden und anti- inflammatorischen Enzymen, sowie etlichen Proteasen (entsorgen oxidierte Proteine).

Redox-Paare

41
Q

Pathologische Ursachen und Veränderungen beim metabolischen Syndrom

A
42
Q

Wie werden ROS im Mitochondrium abgebaut?

A

Superoxid:
- Cu-Zn-SOD (Intermembranraum)
- Cytochrom c
- MnSOD (Matrix)

Wasserstoffperoxid:
- Catalase (Intermembranraum)
- Matrix-Peroxidasen

43
Q

Was ist Lipofuscin?

A

Aggregat aus stark oxidierten und kovalent quervernetzten Proteinen, peroxidierten Lipiden, Produkten der Lipidperoxidation (wie HNE und MDA) und Zuckerresten.

Sammelt sich im Laufe des Lebens in Zellen an, vor allem in postmitotischen (Nerven- und Muskelzellen). Toxisches Stoffwechselprodukt, inhibiert Proteasen, begünstigt die eigene Entstehung. Geringere Funktionalität und Lebenserwartung der Zelle.

Lipofuscin ist ein stark oxidiertes Aggregat aus kovalent quervernetzen Proteinen, Lipiden und Zuckerresten
- ~99% des Lipofuscins befinden sich im lysosomalen System, der Rest im Cytosol

44
Q

Alterungstheorie durch Lipofuscin

A

Akkumuliert in Lysosomen, Organelle können nicht abgebaut werden, bevor sie weiter oxidieren und den Proteasen nicht mehr zugänglich sind, weil das Lysosom mit Abbauversuchen von Lipofuscin beschäftigt ist (erfolglos). Entstehung von weiterem LF.

45
Q

NO-Synthasen Isoformen

A
  • Neuronale NOS (nNOS, Typ I NOS)  Kommunikation zwischen Nervenzellen
  • Endotheliale NOS (eNOS, Typ III NOS)  Findet sich in Endothel, Gehirn und Herz, weitet Blutgefäße, reguliert/stabilisiert Blutdruck
  • Induzierbare NOS (iNOS, Typ II NOS)  Macrophagen, glatte Muskelzellen (Organe, Gefäße), dient der Infektionsabwehr.
  • nNOS und eNOS werden konstitutiv exprimiert, werden durch die Interaktion von Ca2+ und Calmodulin reguliert.
  • iNOS wird durch Infektion, Inflammation oder Trauma induziert, ist nicht Ca2+- reguliert.
  • NO beeinflusst die zelluläre Respiration, bindet an Cyt c Oxidase, Complex I und III der Atmungskette, inhibiert Elektronenfluss.
46
Q

Was ist Hormesis?

A

Adaptive Homeostasis may be defined as follows: “The transient expansion or contraction of the homeostatic range in response to exposure to sub-toxic, non- damaging, signaling molecules or events, or the removal or cessation of such molecules or events.”

47
Q

Wie misst man oxidativen Stress?

A

Oxidativer Stress kann nicht direkt gemessen werden, sonder muss indirekt über geschädigte Strukturen gemessen werden.

Proteincarbonyle (der am häufigsten benutzte Marker für Proteinoxidation) als repräsentativer Marker

48
Q

Bis zu welchem Methionin-Oxidationszustand können Proteine mit MsrA/B noch repariert werden?

A

Normalzustand: Protein-S-CH3 (Sulfid)

Sulfoxid: Protein-SO-CH3: kann repariert werden

Sulfon: Protein-SO2-CH3: kann nur noch mit Sulfiredoxin repariert werden (im Mitochondrium)

49
Q

Wodurch werden MetSO induziert und wie verhält es sich damit im Alter?

A

Wird induziert durch: Hydroxylradikal, H2O2, Peroxynitrit(säure)

  • MetSO-Level nehmen mit dem Alter zu (bestimmte Proteine, Haut-Kollagen von 4 auf 12%)
  • MethSO in Erythrocyten von Erwachsenen (+50%) und alten Menschen (+60%) im Vergleich zu Kindern erhöht
  • MsrA/B-Genexpression ist im Alter verringert (humane Fibroblasten)
  • MetSO-Menge nimmt in verschiedenen Hirnarealen während des Alterns unterschiedlich zu (abh. von Msr-Aktivität)
50
Q

Wie erfolgt die Reparatur von Cystein-Resten?

A
  • Oxidation von zwei Cysteinresten kann Disulfide induzieren (intra- oder intermolekulare Quervernetzung)
  • Protein1-SH + Protein2-SH + H2O2 → Protein1-S-S-Protein2 + 2 H2O
  • Reparatur/Reduktion erfolgt durch Glutaredoxin1 oder Thioredoxin (Trx)

Thioredoxin-System verbraucht Glukose und NADPH.
Glutaredoxin-System verbraucht NADPH und GSH.

51
Q

Bis zu welchem Stadium kann ein Cysteinrest repariert werden?

A

Reduzierte Form: Cysteinrest Sulfhydryl

Cysteinrest Cysteinyl-Radikal
Cysteinrest Sulfensäure (R-SOH)
sind beide reversibel

Cysteinrest Sulfinsäure (R-S(O)-OH)
nur bedingt reversibel (durch Sulfiredoxin in mitochondrialem Peroxiredoxin 3)

Cysteinrest Sulfonsäure und weitere Oxidation: irreversibel

52
Q

Nenne eine positive (schützende) posttranslationale Proteinmodifikation.

A

S-Glutathionylierung

  • ist reversibel, schützt Cysteinreste vor irreversibler
    Oxidation
  • dient als GSH-Speicher (GSSG wird zum Teil aus der Zelle
    heraustransportiert)
  • moduliert die Aktivität von Enzymen

Das Ausmaß der S-Glutathionylierung wird vom Redox-Status der Zelle Bestimmt (GSH/GSSG):
–> Der Redox-Status beeinflusst das funktionelle Proteom der Zelle.

Weitere:
* S-Sulfenylierung (-SOH)
* S-Sulfinylierung (-SO2H)
* S-Sulfonylierung (-SO3H)
* S-Nitrosylierung (-SNO)
* S-Sulfhydrierung (-SSH)
* S-Glutathionylierung (-SSG)

53
Q

Nenne Redox-Paare in der Zelle.

A
  • NADPH/NADP+
  • Trx(red)/Trx(ox) (Thioredoxin)
  • Grx(red)/Grx(ox) (Glutaredoxin)
  • Cys/Cystin
  • GSH/GSSD

Der Redox-Status einer Zelle wird von GSH/GSSD bestimmt, da dieses Mengenmäßig am meisten vertreten ist. Normalerweise: GSH:GSSD -> 100 bis 1000:1

54
Q

Konsequenzen der Cystein-SH-Oxidation in Proteinen

A
  • Entfaltung
  • Katalytische Inaktivierung
  • Verringerte antioxidative Kapazität
  • Verlust bestimmter Funktionen (z.B. Bindung von Schwermetallen bei Albumin)
  • Oxidation von -SH-Gruppen ist die erste Respons, die bei oxidativem Stress zu beobachten ist

=> Redox-Switches: Redox-sensitive Proteine verändern ihre Aktivität nach Oxidation bestimmter -SH-Gruppen, die praktisch als Redox-Sensor dienen.
=> ROS → Oxidation von SH-Rest eines redox-sensitiven Proteins
→ Auslösung einer antioxidativen Respons der Zelle (Induktion von
Transkriptionsfaktoren)

55
Q

Wie werden native, funktionierende Proteine abgebaut?

A

UPS: Ubiquitin-Proteasom-System

56
Q

Was ist das i20S?

A

Immunoproteasom

Es hat ein Regulatorprotein (11S) gebunden und die proteolytischen Subunits sind teilweise oder ganz durch deren induzierbare Formen ersetzt.

Seine Bildung wird induziert durch:
- Interferon gamma (IFN-gamma)
- Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) - Lipopolysaccharide

57
Q

Wo findet man Intermediat-Proteasomen?

A

iβ5 und iβ1-iβ5: 10-20% aller Proteasomen in Tumoren

30-50% aller Proteasomen in Leber, Niere, Dünn- und Dickdarm, sowie Dendriten.

58
Q

Was passiert, wenn in manchen Tumoren die Expression des i20S verringert ist?

A

=> Weniger tumorspezifische Antigene auf der Oberfläche

=> Schwieriger für das Immunsystem zu erkennen

59
Q

Was tut PA200?

A

Lokalisation: Nukleus

  • Gesichert ist bisher nur eine Rolle von PA200 bei der DNA-Reparatur nach ionisierender Strahlung
  • PA200 wird durch ion. Strahl. Induziert und lagert sich als PA200-20S-Komplex an Chromatin an; DNA-Stabilisierung durch 1- Proteolyse 
60
Q

Proteasom und Krebs Therapiegrundlage (Sinn von Proteasominhibition bei der Krebsentwicklung)

A

Proteasominhibition

  • Proteasom einer Tumorzelle baut Tumorsuppressor p53 ab, sowie eine Kinase, wodurch die Zelle sich schnell teilen kann und resistenter gegen OS ist
  • proteasomale Aktivität ist in Tumorzellen sehr hoch
  • UPS-Inhibition zeigt Blockade des Zellzyklus bei G1/S und G2/M
  • Proteasomhemmung stabilisiert AIF (Apoptose induzierender Faktor)
  • dieser wird induziert bei Mito-Schäden, aber immer auch ein bisschen AIF-Fluss ins Cytosol bei gesunden Zellen, wird nur schnell polyubiquitiniert und vom Proteasom abgebaut
  • 26S-Inhibition => Massive AIF-Akkumulation im Cytosol => Apoptose
  • Zusätzlich: Akkumulation proapoptotischer Faktoren durch Proteasominhibition (welche normalerweise eine kürzere HWZ haben als anti-apoptotische Faktoren) => Apoptose

Außerdem:
* Proteasom verdaut den Inhibitor von NF-kB, eine Inhibition hemmt also NF-kB
* NF-kB in Tumorzellen meist stark erhöht
* NF-kB bewirkt: Entzündungsreaktionen und Ansiedlung von Tumoren in neuen Gebieten (pro-metastatisch), Tumorwachstum, Überleben von Tumorzellen; Resistenz in Chemotherapie (Stressresistenz)

Außerdem soll durch Proteasomibhibition die Krebszelle anfälliger gegen OS werden (Redox-Status gestört, weil die Proteine nicht mehr reguliert abgebaut werden können, SH-Gruppen sind oxidiert)

(Ohne Inhibitor: redox-regulierte Proteine reagieren auf den Redox-Shift, die Zelle startet eine entsprechende Respons (zB durch NF-kB oder Nrf2), Induktion von (“Antioxidant Response Elements”, AREs), Expression antiox. Proteine, um den Redox-Shift auszugleichen -> Zelle entgeht Apoptose)??

Spezielle Toxikologie (4 decks)

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