Reaktive Sauerstoffspezies (ROS, engl. reactive oxygen species) sind hochreaktive Biomoleküle, die in geringen Konzentrationen ubiquitär als Produkte des normalen zellulären Metabolismus entstehen. Zum Schutz vor irreversiblen oxidativen Schädigungen durch diese Moleküle, besitzt der Organismus antioxidative Enzyme und nicht-enzymatische Antioxidantien, die ROS neutralisieren. Eine pathophysiologische Zunahme der Generierung und Freisetzung von ROS und/oder verminderte zelluläre Abwehrmechanismen gegen diese können, in Folge einer gestörten Redox-Homöostase, zur Ausbildung des sog. „oxidativen Stresses“ führen, der unter anderem mit einer Reihe kardiovaskulärer Erkrankungen assoziiert ist. Das Steroidhormon Aldosteron (ALDO), das der Gruppe der Mineralocorticoide angehört, besitzt für den Wasser- und Elektrolythaushalt eine essentielle Bedeutung. Als Agonist bindet ALDO an Mineralocorticoidrezeptoren (MR) in der Niere und im Kolon und stimuliert unter physiologischen Bedingungen über die Aktivierung des MR die renale Rückresorption von Natriumionen und Wasser. Epidemiologische Studien sowie in vitro und in vivo Untersuchungen konnten einen kausalen Zusammenhang zwischen erhöhten ALDO-Serumwerten und/oder einer disproportional erhöhten MR-Aktivierung und einer gesteigerten ROS-Generierung im Herz-Kreislaufsystem belegen. Im Gegensatz zu ALDO besitzt das Sexualsteroid 17β-Estradiol (E2) protektive kardiovaskuläre Effekte. E2 fungiert über zwei intrazelluläre Estrogenrezeptor (ER)-Subtypen, ERα und ERβ, die nach ligandabhängiger Aktivierung als nukleäre Transkriptionsfaktoren die Expression spezifischer Zielgene regulieren. Neben ER-vermittelten vasodilatatorischen und antiinflammatorischen Wirkungen innerhalb der Blutgefäße und des Myokards besitzt E2 unter anderem auch antioxidative Eigenschaften und das Potential die zelluläre Redox-Homöostase günstig zu beeinflussen. Auf Grund dieser Befunde wurde die Hypothese aufgestellt, dass E2 über einen ER-vermittelten Mechanismus dem ALDO-induzierten oxidativen Stress in glatten Gefäßmuskelzellen der Ratte (PRSMC, für engl. primary rat smooth muscle cells) entgegenwirkt. Zusätzlich sollte durch die Supplementation des ERα-spezifischen Agonisten 16α-LE2 und des ERβ-spezifischen Agonisten 8β-VE2 zu ALDO-behandelten Zellen untersucht werden, ob die beiden ER-Subtypen redundante, spezifische oder gegensätzliche Effekte bezüglich der aufgestellten Hypothese, besitzen. Durch Färbungen hormonbehandelter PRSMC mit dem ROS-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff Dihydroethidium (DHE) und anschließender Quantifizierung der DHE-Fluoreszenzintensität konnte bestätigt werden, dass der ALDO-induzierte oxidative Stress durch die Kosupplementation von E2, 16α-LE2 und 8β-VE2 über einen ERα- und ERβ-vermittelten Mechanismus signifikant reduziert werden kann. Des Weiteren konnte im Verlauf dieser Arbeit belegt werden, dass die intrazelluläre Konzentration des Reduktionsäquivalents Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat in seiner reduzierten Form (NADPH) in ALDO+E2-, ALDO+16α-LE2- und ALDO+8β-VE2-behandelten PRSMC im Vergleich zu nur mit ALDO-behandelten Zellen signifikant erhöht ist. Ferner konnte in Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen gezeigt werden, dass die Kosupplementation von NADPH zu ALDO-behandelten Zellen, die DHE Oxidation in diesen Zellen signifikant unterbindet. Mittels Western Blot Analysen und Enzymaktivitätsassays hormonbehandelter PRSMC ließ sich schließlich nachweisen, dass ALDO die Enzymaktivität und Proteinexpression des NADPH generierenden Enzyms Glukose-6-phosphat Dehydrogenase (G6PDH) supprimiert. Weiter konnte innerhalb dieser Arbeit erstmalig bestätigt werden, dass E2 die Suppression der G6PDH-Aktivität durch ALDO unterbindet und die Enzymaktivität dieses Proteins wieder auf den basalen Wert anhebt. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass E2 der ALDO-induzierten lokalen ROS-Generierung in PRSMC ER-vermittelt entgegenwirkt. Der zugrunde liegende Mechanismus dieses Effekts basiert auf einer Aufrechterhaltung der G6PDH-Enzymaktivität, wodurch die Bioverfügbarkeit des Reduktionsäquivalents NADPH, das eine Schlüsselrolle im zellulären antioxidativen System spielt, gewährleistet wird. / Reactive oxygen species (ROS) are highly reactive bio-molecules produced as by-products during normal cellular metabolism. Cells are protected against ROS by cellular antioxidative defense mechanisms like antioxidative enzymes and reducing equivalents. However, if the cellular redox state is disrupted and the balance between ROS generation and ROS elimination is excessive, ROS are able to cause oxidative stress which plays an important pathophysiological role in the development of cardiovascular diseases. The mineralocorticoid hormone aldosterone (ALDO) mediates electrolyte and volume balance via binding and activation of its mineralocorticoid receptor (MR) to elevate systemic blood pressure through renal effects. However, excessive or disproportional MR activation is associated with oxidative stress. This results in a decreased bio-availability of nitric oxide (NO) and inflammation in the vasculature leading to fibrosis, vascular remodelling and endothelial dysfunction thereby contributing to hypertension as well as renal and cardiac failure. In contrast to ALDO, the sex hormone 17β-estradiol (E2) is known to have beneficial cardiovascular effects. E2 acts via its cognate intracellular estrogen receptor (ER) subtypes ERα and ERβ which are defined as nuclear ligand-activated transcription factors. E2 procure cardio- and vasoprotective effects among others by its antioxidative properties. Based upon these findings we proposed the hypothesis that ALDO and E2 may have opposing effects on ROS generation in rat vascular smooth muscle cells (PRSMC). Furthermore, the co treatment of E2 and the specific ER-agonists 16α-LE2 and 8β-VE2 to ALDO-treated cells should reveal whether the two ER-subtypes mediate redundant, specific or opposing effects. Respective experiments of dihydroethidium (DHE) fluorescent microphotography and quantification of its fluorescence intensity revealed that ALDO-induced oxidative stress can be attenuated by E2, 16α-LE2 and 8β-VE2. This effect was mediated by ERα and ERβ. Further experiments demonstrated that intracellular levels of the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) were significantly increased in ALDO-treated PRSMC co-supplemented with E2, 16α-LE2 and 8β-VE2. In good agreement with these findings, DHE fluorescence showed decreased ROS generation in ALDO treated cells after co-incubation with NADPH. Additionally, molecular and biochemical analyses gave evidence for restored activity and protein expression of the major intracellular NADPH generating enzyme glucose 6 phosphate dehydrogenase (G6PDH) in ALDO+E2 co-treated PRSMC; ALDO treatment alone caused a decrease in G6PDH activity and protein expression. Consequently, E2 can compensate the deleterious effects of ALDO in PRSMC via preservation of G6PDH activity. This enzyme stabilises bio-availability of NADPH, which in turn acts as a key player in cellular antioxidative defense.

Es wurde eine neue Färbemethode zur simultanen Darstellung von Estrogenrezeptoren (ER) und argyrophilen Nukleolus-organisierenden Regionen (AgNORs) entwickelt, um die Proliferationscharakteristika ER-positiver und ER-negativer Tumorzellen unabhängig voneinander zu bestimmen. Um eine mögliche gegenseitige Beeinflussung beider Färbemethoden auszuschließen wurden Serienschnitte 10 invasiv duktaler Mammakarzinome entweder mit einer der einzelnen Methoden oder mit der Simultanfärbemethode ER/AgNORs gefärbt und nachfolgend vergleichend untersucht. Durch Vermessung der histologischen Schnitte mit Hilfe der digitalen Bildanalyse konnten reziproke Effekte ausgeschlossen werden. Es konnte nachgewiesen werden, daß die simultane Färbung beider Marker zu einem reproduzierbaren und spezifischen Färberesultat führt. Es ist somit gerechtfertigt, AgNORs in immunhistochemisch gefärbten Zellen zu messen. Histologische Schnitte von 49 invasiven Mammakarzinomen wurden simultan für ER und AgNORs gefärbt. In jeweils 100 ER-positiven und ER-negativen Tumorzellkernen wurden die AgNORs mit Hilfe des Bildverarbeitungssystems AMBA vermessen. Zur Quantifizierung der AgNORs in immunhistochemisch gefärbten Zellkernen wurde das Programm AMBA\ orcolor angewendet. Die AgNOR-Konfiguration wird beschrieben durch Anzahl, Fläche und räumliche Verteilung innerhalb des Zellkerns. Zwischen ER-positiven und ER-negativen Zellen bestehen hochsignifikante Unterschiede. ER-negative Zellen des Mammakarzinoms besitzen eine größere Anzahl AgNORs (3,06 *0,67) verglichen mit den ER-positiven Zellen (1,65 *0,34). Nur die AgNOR-Parameter der ER-negativen Zellfraktion korrelierten mit anderen Malignitätsmarkern (Bloom-Richardson-Grading; Wachstumsfraktion (Ki-67)). Die ER-negativen Zellen lassen sich als Zellfraktion mit höherer Proliferationsaktivität charakterisieren. Die Ergebnisse zeigen, daß die ER-negativen Zellen des Mammakarzinoms einen entscheidenden Beitrag zur Tumorproliferation leisten und sehr wahrscheinlich die Progression der Tumorerkrankung bestimmen. / A new staining method for simultaneous demonstration of Estrogen receptors (ER) and argyrophilc Nucleolus-Organizer Regions (AgNORs) was developed to measure the proliferation characteristics of ER-positive and ER-negative tumour cell independently. To rule out possible reciprocal effects of the two staining procedures serial slides of 10 invasive ductale breast cancers were stained with either the single staining methods or the simultaneous ER/AgNOR-staining method and investigated comparatively. Measuring the slides by means of image analysis reciprocal effects could be excluded. It could be proved that a simultaneous staining of both markers leads to a reproducible and specific staining result. It is concluded that it is justified to measure AgNORs in immunohistochemically stained cells. Specimens of 49 invasive breast cancers were stained simultaneously for Estrogen receptors (ER) and argyrophilc Nucleolus-Organizer Regions (AgNORs). AgNORs in 100 ER-positive and 100 ER-negative tumour cell nuclei were measured by means of the image analysis system AMBA. For the quantification of AgNORs within immunohistochemically stained nuclei the measuring program AMBA\ orcolor was used. AgNOR number, area and distribution within the nucleus describe the AgNOR-configuration. Highly significant differences between ER-positive and ER-negative tumour cells were found. ER-negative breast cancer cells have a larger amount of AgNORs within their nuclei (3,06 *0,67) compared to ER-positive cells (1,65 *0,34). A special clustering phenomenon in ER-positive cells was found. Only the AgNOR-parameters of the ER-negative cell fraction were found to be associated with other indicators of malignancy (Bloom-Richardson-Grading; Growth-Fraction (Ki-67)). The ER-negative cells of breast cancer are characterised as the cell fraction with a higher proliferation activity. The results indicate that the ER-negative cells of breast cancer mainly contribute to the tumour proliferation characteristics and most likely to the progression of the tumour disease.