Mechanismen der Hochregulation der xCT-Untereinheit des Cystin/Glutamat-Antiporters bei Resistenz gegen oxidativen Stress in der neuronalen Zelllinie HT22 und deren Relevanz bei neurodegernativen Erkrankungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Oxidativer Stress spielt eine wichtige Rolle bei mehreren neurodegenerativen Gehirnerkrankungen wie der Alzheimer-Demenz. Durch oxidativen Stress induzierter neuronaler Zelltod kann mit der oxidativen Glutamattoxizität in der hippokampalen Zelllinie HT22 modellhaft untersucht werden. In Vorarbeiten konnten in durch Selektion glutamatresistent gezüchteter HT22-Zellen eine deutliche Hochregulation der xCT-Untereinheit des Cystin/Glutamat-Antiporters System Xc- gefunden werden. Dieser importiert Cystin als wichtigen Baustein des Antioxidants Glutathion. Eine Hochregulation der xCT-Untereinheit durch transiente Transfektion schützte vor oxidativem Stress. Im Rahmen des geförderten Projektes wurde untersucht, welche Signalwege die vermehrte Transkription dieses Genes bei gegenüber oxidativem Stress resistenten HT22-Zellen führen. Es konnte festgestellt werden, dass der Transkriptionsfaktor ATF4 die Hochregulation von xCT resistenten HT22-Zellen bedingt. Es zeigte sich, dass resistente HT22-Zellen eine neue Variante von ATF4 mit einem höherem Molekulargewicht experimieren. Diese ATF4-Variante mediiert zumindest einen Teil der Resistenz gegenüber oxidativem Stress durch Hochregulation der xCT-Expression. In weiteren Experimenten konnte ferner gezeigt werden, dass auch die reguläre Variante von ATF4 gegenüber oxidativer Glutamattoxizität schützt. Die Variante ist bekannterweise durch die Phosphorylierung der Translationselongationsfaktors eIF2α hochreguliert. Auch pharmakologische Hochregulation der eIF2α-Phosphorylierung führt zu einer Hochregulation von ATF4, xCT und einer verminderte Sensitivität gegenüber oxidativem Stress. Fibroblasten, die eIF2α mutationsbedingt nicht phosphorylieren können, haben kaum ATF4 und xCT und sind sensitiver gegenüber verschiedenen Stressoren. Als zweites Modell der Adaptation gegenüber oxidativem Stress wurden klonale PC12-Zellen, die resistent gegenüber dem bei der Alzheimer-Erkrankung pathophysiologisch relevanten Aβ-Peptid gezüchtet wurden, verwendet. Einer dieser Klone exprimierte ein der neuen in den HT22-Zellen identifizierten Variante ensprechendes ATF4-Protein und eine 9-fach höhere Aktivität von System Xc-. Ein zweiter Klon zeigte eine erhöhte eIF2α-Phosphorylierung und konsekutive Hochregulation der klassischen ATF4-Isoform und xCT. In keiner der untersuchten, auf Stressresistenz gezüchteten neuronalen Zelllinien konnte eine Hochregulation des Transkriptionsfaktors Nrf2, der bekanntermaßen die xCT-Expression reguliert, nachgewiesen werden. In weiteren Schritten wurde untersucht, ob der ATF4 beinhaltende protektive Signalweg als Ausdruck eines Adaptationsmechanismus gegenüber chronischem oxidativen Stress auch in einem Tiermodel der Alzheimer-Erkrankung und in Hirngewebsproben von Patienten mit einer Alzheimer-Demenz aktiviert ist. Während die Untersuchung der Mausgehirne noch nicht abgeschlossen ist, konnte eine Hochregulation der eIF2α-Phosphorylierung und von ATF4 in Gehirnen von Patienten mit Alzheimer-Demenz nachgewiesen werden.
