Tübingen, Univ., Diss., 2007.

Das Selenoprotein Glutathionperoxidase 2 (GPx2) ist ein epithelzellspezifisches, Hydroperoxide-reduzierendes Enzym, welches im Darmepithel, vor allem in den proliferierenden Zellen des Kryptengrundes, exprimiert wird. Die Aufrechterhaltung der GPx2-Expression im Kryptengrund auch bei subadäquatem Selenstatus könnte darauf hinweisen, dass sie hier besonders wichtige Funktionen wahrnimmt. Tatsächlich weisen GPx2 knockout (KO)-Mäuse eine erhöhte Apoptoserate im Kryptengrund auf. Ein Ziel dieser Arbeit war es deshalb, die physiologische Funktion der GPx2 näher zu untersuchen. In Kryptengrundepithelzellen aus dem Colon selenarmer GPx2 KO-Mäuse wurde eine erhöhte Caspase 3/7-Aktivität im Vergleich zum Wildtyp (WT) festgestellt. Zudem wiesen diese Zellen eine erhöhte Suszeptibilität für oxidativen Stress auf. Die GPx2 gewährleistet also den Schutz der proliferierenden Zellen des Kryptengrundes auch bei subadäquater Selenversorgung. Des Weiteren wurde im Colon selenarmer (-Se) und -adäquater (+Se) GPx2 KO-Mäuse im Vergleich zum WT eine erhöhte Tumornekrosefaktor α-Expression und eine erhöhte Infiltration von Makrophagen festgestellt. Durch Fütterung einer selensupplementierten Diät (++Se) konnte dies verhindert werden. In GPx2 KO-Mäusen liegt demnach bereits basal eine niedriggradige Entzündung vor. Dies unterstreicht, dass GPx2 vor allem eine wichtige antiinflammatorische Funktion im Darmepithel besitzt. Dem Mikronährstoff Selen werden protektive Funktionen in der Colonkanzerogenese zugeschrieben. In einem Mausmodell der Colitis-assoziierten Colonkanzerogenese wirkte GPx2 antiinflammatorisch und hemmte so die Tumorentstehung. Auf der anderen Seite wurden jedoch auch prokanzerogene Eigenschaften der GPx2 aufgedeckt. Deshalb sollte in dieser Arbeit untersucht werden, welchen Effekt ein GPx2 knockout in einem Modell der sporadischen, durch Azoxymethan (AOM) induzierten, Colonkanzerogenese hat. Im WT kam es in präneoplastischen Läsionen häufig zu einer erhöhten GPx2-Expression im Vergleich zur normalen Darmmucosa. Eine derartige Steigerung der GPx2-Expression wurde auch in der humanen Colonkanzerogenese beschrieben. Das Fehlen der GPx2 resultierte in einer verminderten Entstehung von Tumoren (-Se und ++Se) und präneoplastischen Läsionen (-Se und +Se). Somit förderte GPx2 die Tumorentstehung im AOM-Modell. Acht Stunden nach AOM-Gabe war im GPx2 KO-Colon im Vergleich zum WT eine erhöhte Apoptoserate in der Kryptenmitte (-Se, +Se), nicht jedoch im Kryptengrund oder in der ++Se-Gruppe zu beobachten. Möglicherweise wirkte GPx2 prokanzerogen, indem sie die effiziente Elimination geschädigter Zellen in der Tumorinitiationsphase verhinderte. Eine ähnliche Wirkung wäre auch durch die erhöhte GPx2-Expression in der Promotionsphase denkbar. So könnte GPx2 proliferierende präneoplastische Zellen vor oxidativem Stress, Apoptosen, oder auch der Antitumorimmunität schützen. Dies könnte durch ein Zusammenwirken mit anderen Selenoproteinen wie GPx1 und Thioredoxinreduktasen, für die ebenfalls auch prokanzerogene Funktionen beschrieben wurden, verstärkt werden. Eine wichtige Rolle könnte hier die Modulation des Redoxstatus in Tumorzellen spielen. Die Variation des Selengehalts der Diät hatte im WT einen eher U-förmigen Effekt. So traten in der –Se und ++Se-Gruppe tendenziell mehr und größere Tumore auf, als in der +Se Gruppe. Zusammenfassend schützt GPx2 also die proliferierenden Zellen des Kryptengrundes. Sie könnte jedoch auch proliferierende transformierte Zellen schützen und so die sporadische, AOM-induzierte Colonkanzerogenese fördern. In einem Modell der Colitis-assoziierten Colonkanzerogenese hatte GPx2 auf Grund ihrer antiinflammatorischen Wirkung einen gegenteiligen Effekt und hemmte die Tumorentstehung. Die Rolle der GPx2 in der Colonkanzerogenese ist also abhängig vom zugrunde liegenden Mechanismus und wird maßgeblich von der Beteiligung einer Entzündung bestimmt. / The selenoprotein glutathione peroxidase 2 (GPx2) is a hydroperoxide-reducing enzyme that is mainly expressed in the gastrointestinal epithelium, especially in the crypt base were the proliferating cells reside. GPx2 expression is maintained even when the selenium supply is limited, which indicates that GPx2 might have an important function in these cells. Indeed, GPx2 knockout (KO)-mice have an enhanced rate of apoptosis in the crypt base. Therefore one aim of this study was to further elucidate the physiological function of the GPx2. Isolated colonic crypt base epithelial cells of selenium deficient GPx2 KO-mice were found to have a higher caspase 3/7 activity than wild type (wt) cells. Moreover they exhibited an enhanced susceptibility for oxidative stress. Thus GPx2 protects the proliferative crypt base cells of the intestine, especially when the selenium supply is limited. Additionally an enhanced expression of tumor necrosis factor α and an enhanced infiltration of macrophages were detected in the colon of GPx2 KO-mice in comparison to the wt. These effects were observed on a selenium deficient (-Se) and -adequate (+Se) diet, but could be prevented by feeding a selenium supplemented (++Se) diet. Accordingly, GPx2 KO-mice have a basal low grade inflammation. This underlines, that GPx2 has an important anti-inflammatory function in the intestinal epithelium. Selenium deficiency is linked to an increased risk of developing colorectal cancer. In a mouse model of colitis-associated colon carcinogenesis, GPx2 had anti-inflammatory and thus anticarcinogenic effects. However, also procarcinogenic functions of the GPx2 have been observed. Therefore, this study aimed to analyse the role of GPx2 in a model of non-inflammation triggered, sporadic colon carcinogenesis induced by azoxymethane (AOM). In preneoplastic lesions of wt mice, an enhanced expression of GPx2 in comparison to the normal mucosa was frequently observed. An upregulation of GPx2 expression has also been described in human colon carcinogenesis. GPx2 KO mice had less tumors (-Se and ++Se) and less preneoplastic lesions (-Se, +Se) than wt mice. Accordingly GPx2 promotes colon carcinogenesis in the AOM-model. Eight hours after AOM-application, a higher rate of apoptosis was observed in the mid-crypt region of the colon of GPx2 ko mice in comparison to wt mice in the –Se and +Se groups, but not in the ++Se group or in the crypt base. Thus GPx2 might act procarcinogenic by preventing the elimination of cells with DNA-damage in the tumor initiation stage. Similarly, the enhanced GPx2-expression in preneoplastic cells could promote tumorigenesis by protecting these cells from oxidative stress, apoptosis or antitumor immunity. This effect might be enhanced by other selenoproteins like GPx1 or thioredoxin reductases that have also been reported to possess procarcinogenic properties and it might be closely related to the regulation of the redox state of tumor cells. In wt mice, the selenium content of the diet turned out to have a rather U-shaped effect on colon carcinogenesis. In the –Se and ++Se groups, wt mice tended to have more and larger tumors than in the ++Se group. In conclusion, GPx2 protects the proliferating cells of the intestinal crypt base, but it could also protect proliferating transformed cells and thus promote sporadic, AOM-induced colon carcinogenesis. In contrast, GPx2 acted anticarcinogenic in a model of colitis-associated colon carcinogenesis due to its antiinflammatory properties. Thus, the role of GPx2 in colon carcinogenesis depends on the underlying mechanisms, especially on the involvement of an inflammation.

Überprüfung des Selenstatus von gesunden Pferden anhand der Konzentration von Selen (Se) im Serum und der Glutathionperoxidase-Aktivität im Vollblut (GPx) zur Ableitung von Referenzbereichen bei adulten Warmblutpferden.:1. EINLEITUNG 1 2. LITERATURÜBERSICHT 2 2.1 Se im Stoffwechsel 2 2.1.2 Transport, Metabolisierung und Speicherung 2 2.1.2.1 Transport 2 2.1.2.2 Metabolisierung 3 2.1.2.3 Speicherung 3 2.1.3 Transfer über die Plazenta und Milchdrüse 4 2.1.4 Exkretion 4 2.2 Glutathionperoxidase und weitere Selenoenzyme 5 2.2.1 Biologische Funktionen 5 2.2.2 Se-abhängige Glutathionperoxidasen 5 2.2.3 Se-abhängige Dejodasen 6 2.3 Se in Pflanzen und Futtermitteln 6 2.3.1 Vorkommen im Boden 6 2.3.2 Se in Pflanzen 7 2.3.3 Se-Gehalt einzelner Futtermittel 9 2.4 Bedeutung des Spurenelements Se für das Pferd 10 2.4.1 Se-Bedarf des Pferdes 10 2.4.2 Se-Supplementierung 10 2.4.3 Beurteilung der Se-Versorgung beim Pferd 11 2.4.3.1 Direkte Bestimmung des Se-Status durch Messung des Se-Gehaltes in Serum, Plasma und Vollblut 11 2.4.3.2 Indirekte Bestimmung des Se-Status durch Messung der GPx-Aktivität 12 2.5 Se assoziierte Erkrankungen 12 2.5.1 Mangel 12 2.5.2 Toxizität 14 2.5.2.1 Die akute Se-Vergiftung 14 2.5.2.2 Die subakute Se-Vergiftung 14 2.5.2.3 Die chronische Se-Vergiftung 14 3. EIGENE PUBLIKATION 16 4. DISKUSSION 25 5. ZUSAMMENFASSUNG 32 6. SUMMARY 34 7. LITERATURVERZEICHNIS 36

Zusammenfassend erweitert die vorliegende Arbeit die bisherigen Befunde, dass Adipositas mit einer verminderten Glutathionperoxidase 3 (GPX3)-Expression im Fettgewebe in Verbindung steht, indem sie zeigt, dass ein signifikanter Gewichtsverlust nach einer bariatrischen Operation die GPX3-Expression im subkutanen Fettgewebe signifikant erhöhen kann. Darüber hinaus legen die Daten von Patienten der vorliegenden Studie mit insulinsensitiver Fettleibigkeit nahe, dass die GPX3-Expression im Fettgewebe durch andere Faktoren als die erhöhte Fettmasse reguliert wird. Die Humanstudie unterstützt Daten aus einem Ratenmodell für Adipositas, wonach die GPX3-Expression im Fettgewebe nicht signifikant zu einer veränderten zirkulierenden GPX3-Konzentration beiträgt. Die erhobenen Daten zeigen, dass eine Fehlregulation von GPX3 mit Adipositas, Fettverteilung und Ganzkörperinsulinresistenz zusammenhängt. Sie lassen jedoch keine Rückschlüsse darauf zu, ob die GPX3-Expression im Fettgewebe die FG-Funktionsstörung bei Adipositas und insulinresistenten Zuständen lediglich widerspiegeln oder dazu ursächlich beitragen.

Bei der Entdeckung der Glutathionperoxidase-2 (GPx2) wurde zunächst davon ausgegangen, dass die Funktion dieses Enzyms im Kryptengrund des Colons einzig in der Reduktion von H2O2 besteht. Im Laufe der weiteren Erforschung zeigte sich, dass GPx2 auch in verschiedenen Tumorgeweben vermehrt exprimiert wird. Dabei wird diskutiert, ob die Wirkung von GPx2 im Tumor eher als pro- oder als antikarzinogen einzustufen ist. Mehrere Experimente in vitro und in vivo zeigten antiinflammatorische Eigenschaften der GPx2. Aufgrund dieser Befunde wird derzeit über weitere Funktionen der GPx2 spekuliert. In dieser Arbeit wurde die physiologische Funktion von GPx2 näher erforscht, dazu wurden Wildtyp- und GPx2-Knockout-Mäuse in Hinblick auf Veränderungen der Enzymexpression und der Colonmorphologie untersucht. Es wurden drei verschiedene Selendiäten verfüttert: selenarmes, selenadäquates und selensupplementiertes Futter. Unter physiologischen Bedingungen ist am Kryptengrund des Colons, innerhalb der proliferierenden Zone, die Mitoserate am höchsten. Der Großteil der apoptotischen Zellen ist hingegen an der Kryptenspitze vorzufinden. Durch den Knockout von GPx2 kam es zu einer signifikanten Erhöhung der Apoptoserate am Kryptengrund. Dabei war der größte Effekt auf selenarmem Futter zu verzeichnen. Hierbei wurde sogar eine Veränderung der Colonmorphologie dokumentiert, da die Verschiebung der Proliferationszone in Richtung Kryptenspitze eine Verlängerung der Krypten nach sich zog. Im Wildtyp wurden keine Apoptosen im Kryptengrund detektiert. GPx1 wird unter physiologischen Bedingungen im Gegensatz zur GPx2 in der Kryptenspitze exprimiert und ist im Selenmangel nicht mehr detektierbar. Der Knockout von GPx2 erhöhte die GPx1-Expression im Kryptengrund auf allen drei Selendiäten. Diese Überexpression von GPx1 am Kryptengrund soll vermutlich den Verlust von GPx2 an dieser Stelle kompensieren. Da jedoch dort die massive Apoptoserate detektiert wurde, kann die GPx1 nicht die komplette Funktion von GPx2 kompensieren. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Funktion von GPx2 nicht nur in der Reduktion von H2O2 liegt. Vielmehr kann eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Homöostase von Zellen postuliert werden. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit war die Klärung der Frage, welchen Einfluss GPx2 auf die entzündungsassoziierte Colonkarzinogenese ausübt. In dem hierfür verwendeten AOM/DSS-Model wird der karzinogene Prozess durch Entzündung vorangetrieben. Es erfolgte sowohl im Wildtyp als auch im GPx2-Knockout zum einen die Bewertung des Entzündungsstatus des Colons und zum anderen wurde die Anzahl von ACF und Tumoren verglichen. Das Colon im GPx2-Knockout war wesentlich stärker entzündet als im Wildtyp. Diese Ergebnisse bestätigen die für die GPx2 postulierte antiinflammatorische Funktion. Normalerweise führt eine Erhöhung der Mitoseanzahl zur Regeneration des entzündeten Gewebes. Jedoch beeinflusst der Verlust von GPx2 vermutlich den Ablauf der Entzündung, indem beispielsweise die Regeneration des Gewebes durch die enorm hohe Apoptoserate am Kryptengrund verlangsamt wird. Des Weiteren hatten sich im GPx2-Knockout tendenziell mehr Tumore entwickelt. Somit korrelierte die Entzündung des Colons mit der Entwicklung von Tumoren. Der Verlust von GPx2 begünstigte vermutlich sowohl die Tumorinitiation als auch die Tumorprogression. Allerdings stimulierte die Expression von GPx2 ebenfalls das Tumorwachstum. Es kann geschlussfolgert werden, dass eine adäquate GPx2-Expression vor Entzündung schützt und somit das Risiko für Colonkrebs senkt. Ob GPx2 aber insgesamt pro- oder antikarzinogen wirkt, hängt vermutlich vom Stadium des Colonkarzinogenese ab. / Since the detection of glutathione peroxidase-2 (GPx2) it was assumed that reducing hydroperoxides is the only function of this enzyme in the crypt ground of the colon. But further studies showed that GPx2 is also highly expressed in tumor tissue. However, it is not known whether it acts a pro- or anticarcinogenic manner at this site. In vitro and in vivo experiments elucidate antiinflammatory features of GPx2, based on these findings additional functions of GPx2 are discussed. In this dissertation the physiological function of GPx2 was investigated. For this purpose in wild type and GPx2-knockout mice, changes of enzyme expression and colon morphology were analyzed. The mice were fed three diets containing different selenium concentrations: selenium deficient, selenium adequate and selenium supplemented. Under physiological conditions the mitosis rate is highest in the proliferating zone in the crypt ground of the colon. The majority of apoptotic cells are located at the tip of the crypt. The knockout of GPx2 significantly increased the rate of apoptosis in the crypt ground. The greatest effect was documented on the selenium deficient diet. Here, changes of the colonic morphology were detectable, because the shift of the proliferating zone towards the tip of the crypt lead to an extension of the crypts. In the wild type mice no apoptotic cells were detected on the crypt ground. Under physiological conditions GPx1, in contrast to GPx2, is mainly expressed on the top of the crypt, and this enzyme is no longer detectable under selenium deficiency. The knockout of GPx2 increased the expression of GPx1 in the crypt ground of the colon on all three selenium diets. It is likely that this over expression of GPx1 compensates for the loss of GPx2. However the massive apoptotic rate in the crypt ground shows that GPx1 can not compensate the complete function of GPx2. These results elucidate that GPx2 not only functions as a hydroperoxide reducer, but that it is also important for the maintenance of the stem cell character and the homeostasis of cells. The question if GPx2 influences the inflammation triggered by the coloncarcinogenic process was next assessed in this dissertation. Therefore the AOM/DSS model was used to trigger the carcinogenic process through inflammation. The amount of aberrant crypt foci (ACF) and tumors in the colon were analyzed in both wild type and GPx2-knockout mice. However initially the inflammation status was compared between the two genotypes. The inflammation of the colon was stronger in the GPx2-knockout mice than in wild type. These results support the postulated antiinflammatory features of GPx2. The loss of GPx2 may influence the inflammation process by decelerating the regeneration of the tissue caused by the increased apoptotic rate in the proliferating zone. Additionally, the GPx2-knockout mice developed more tumors in the colon. Therefore the inflammation of the colon correlated with the development of tumors. The loss of GPx2 may have enhanced both tumor initiation and progression. But the expression of GPx2 also stimulated the growth of tumors. These results indicate that an adequate GPx2-expression can protect from colonic inflammation, and therefore decrease the risk of developing colon cancer. Whether GPx2 acts in a pro- or anticarcinogenic manner appears to depend on the state of the carcinogenic process.

Diabetes mellitus is a chronic autoimmune disease in which the immune system attacks the insulin-secreting ß-cells in the pancreas. It leads to an absolute deficiency of insulin. Chronic hyperglycemia induces increased production of reactive oxygen species, which leads to a decrease of natural antioxidant level in blood, and it contributes to genesis of diabetes complications (e.g. vascular or pulmonic). Moreover, the oxidative stress results in onset of pancreas inflammations and the damage of its ß-cells. Aims: Our aim was to assess whether or not certain genotypes or their combinations occur with higher frequency among groups of patients of type 1 diabetes (T1D) and type 2 diabetes and in a control group of healthy individuals. Methods: The study included groups of 40 T1D patients, 40 T2D patients and 45 healthy individuals. The polymorphisms of genes involved in the oxidative stress response were analyzedby using RFLP, PCR with TaqMan probes and allele specific PCR. The target genes involved superoxide dismutase SOD1 and SOD3 genes; glutathione-S-transferase GSTM1, GSTT1, GSTP1 genes; glutathioneperoxidase gene GPX1 and catalase gene CAT. The levels of plasma malondialdehyde were measured by using liquid chromatography. Results: Statistically significant differences were found in the...

Zielstellung dieser Studie war es zu überprüfen, ob durch Fütterung einer mit Vitamin E und Selen angereicherten Mineralstoffmischung in der Transitphase eine Beeinflussung des antioxidativen Status mit Reaktionen GPX [Glutathionperoxidase], SOD [Superoxiddismutase], TEAC [Trolox equivalent antioxidative capacity] und ACW [nichtenzymatische wasserlösliche Antioxidantien] sowie des Stoffwechsels erreicht werden kann und ob damit die Häufigkeit der in der Frühlaktation typischen Erkrankungen sinkt. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden in einem Milchviehbestand mit 1400 Kühen und Färsen zwei Gruppen von je 26 Tieren zu Beginn der Transitfütterung zusammengestellt. Die Versuchsgruppe erhielt drei Wochen ante partum bis drei Wochen post partum eine Mineralstoffmischung mit einem Vitamin E- Gehalt von 300 mg/kg TM (= 447 IU /kg TM) und einem Selengehalt von 0,5 mg/ kg TM, die Kontrollgruppe die stallübliche Mineralstoffmischung mit 0,3 mg Selen/kg TM ohne zusätzliche Vitamin E Ergänzung. Jedem Tier wurde drei Wochen ante partum, 2 bis 4 Tage post partum und 3 Wochen post partum zur klinisch- chemischen Kontrolle Blut entnommen.Zur Bestimmung des antioxidativen Status wurden die GPX, SOD, TEAC und ACW untersucht. Zur Bewertung des peripartalen Stoffwechsels wurden die Parameter des Energie-, Fett- und Leberstoffwechsels (BHB [ß-0H-Butyrat], Cholesterol, AST [Aspartat-Amino-Transferase], GLDH [Glutamat- Dehydrogenase]), des Eiweißstoffwechsels (Albumin, TP [Gesamt-Eiweiß]), sowie des Mineralstoffwechsels (Ca [Calcium], Pi [anorganisches Phosphat] und der CK [Creatinkinase] bestimmt und mit den Kühen der Kontrollgruppe verglichen. Im Blutbild wurden die Erythrozytenzahl, die Leukozytenzahl, die Erythrozytenindices (MCH, MCHC, MCV), Hämatokrit, Hämoglobin und Thrombozytenzahlen verglichen. Die Häufigkeit des Auftretens der klinischen Krankheitsbilder Mastitis, Gebärparese, Retentio secundinarum, Klauenerkrankungen und puerperale Septikämie und die Produktionsdaten Milchleistung nach 100 Tagen, Milchleistung nach 305 Tagen und Zwischenkalbezeit wurden nach Ende der Untersuchungen statistisch ausgewertet. Eine direkte Beeinflussung des SOD und der GPX ist möglich. Durch die Gabe der mit Vitamin E und Selen angereicherten Mineralstoffmischung konnte in der Versuchsgruppe ein Anstieg der GPX-Aktivität und eine Plateaubildung erreicht werden. Die SOD-Aktivitäten lagen in der Versuchsgruppe drei Wochen post partum signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Eine bessere Adaptation an den oxidativen Stress im peripartalen Zeitraum kann durch eine mit Vitamin E und Selen angereicherte Mineralstoffmischung erreicht werden. Die Inzidenz der Mastitiserkrankungen in der Frühlaktation wurde signifikant gesenkt.Die Inzidenz der Mastitiserkrankungen in der Frühlaktation wurde signifikant gesenkt. Signifikante Unterschiede ergaben sich auch in der Aktivität der GLDH. In der Versuchsgruppe wurden 3 Wochen post partum deutlich niedrigere GLDH- Aktivität gemessen als in der Kontrollgruppe, woraus auf einen besseren Leberzellschutz in der kritischen biologischen Phase der Milchkuh zu schließen ist. Hinsichtlich der Häufigkeit des Auftretens weiterer klinischer Erkrankungen im peripartalen Zeitraum konnte jedoch keine Verbesserung erzielt werden. Ebenso haben sich die Produktionsparameter Milchleistung und Zwischenkalbezeit nicht verbessert.

Zielstellung dieser Studie war es zu überprüfen, ob durch Fütterung einer mit Vitamin E und Selen angereicherten Mineralstoffmischung in der Transitphase eine Beeinflussung des antioxidativen Status mit Reaktionen GPX [Glutathionperoxidase], SOD [Superoxiddismutase], TEAC [Trolox equivalent antioxidative capacity] und ACW [nichtenzymatische wasserlösliche Antioxidantien] sowie des Stoffwechsels erreicht werden kann und ob damit die Häufigkeit der in der Frühlaktation typischen Erkrankungen sinkt. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurden in einem Milchviehbestand mit 1400 Kühen und Färsen zwei Gruppen von je 26 Tieren zu Beginn der Transitfütterung zusammengestellt. Die Versuchsgruppe erhielt drei Wochen ante partum bis drei Wochen post partum eine Mineralstoffmischung mit einem Vitamin E- Gehalt von 300 mg/kg TM (= 447 IU /kg TM) und einem Selengehalt von 0,5 mg/ kg TM, die Kontrollgruppe die stallübliche Mineralstoffmischung mit 0,3 mg Selen/kg TM ohne zusätzliche Vitamin E Ergänzung. Jedem Tier wurde drei Wochen ante partum, 2 bis 4 Tage post partum und 3 Wochen post partum zur klinisch- chemischen Kontrolle Blut entnommen.Zur Bestimmung des antioxidativen Status wurden die GPX, SOD, TEAC und ACW untersucht. Zur Bewertung des peripartalen Stoffwechsels wurden die Parameter des Energie-, Fett- und Leberstoffwechsels (BHB [ß-0H-Butyrat], Cholesterol, AST [Aspartat-Amino-Transferase], GLDH [Glutamat- Dehydrogenase]), des Eiweißstoffwechsels (Albumin, TP [Gesamt-Eiweiß]), sowie des Mineralstoffwechsels (Ca [Calcium], Pi [anorganisches Phosphat] und der CK [Creatinkinase] bestimmt und mit den Kühen der Kontrollgruppe verglichen. Im Blutbild wurden die Erythrozytenzahl, die Leukozytenzahl, die Erythrozytenindices (MCH, MCHC, MCV), Hämatokrit, Hämoglobin und Thrombozytenzahlen verglichen. Die Häufigkeit des Auftretens der klinischen Krankheitsbilder Mastitis, Gebärparese, Retentio secundinarum, Klauenerkrankungen und puerperale Septikämie und die Produktionsdaten Milchleistung nach 100 Tagen, Milchleistung nach 305 Tagen und Zwischenkalbezeit wurden nach Ende der Untersuchungen statistisch ausgewertet. Eine direkte Beeinflussung des SOD und der GPX ist möglich. Durch die Gabe der mit Vitamin E und Selen angereicherten Mineralstoffmischung konnte in der Versuchsgruppe ein Anstieg der GPX-Aktivität und eine Plateaubildung erreicht werden. Die SOD-Aktivitäten lagen in der Versuchsgruppe drei Wochen post partum signifikant höher als in der Kontrollgruppe. Eine bessere Adaptation an den oxidativen Stress im peripartalen Zeitraum kann durch eine mit Vitamin E und Selen angereicherte Mineralstoffmischung erreicht werden. Die Inzidenz der Mastitiserkrankungen in der Frühlaktation wurde signifikant gesenkt.Die Inzidenz der Mastitiserkrankungen in der Frühlaktation wurde signifikant gesenkt. Signifikante Unterschiede ergaben sich auch in der Aktivität der GLDH. In der Versuchsgruppe wurden 3 Wochen post partum deutlich niedrigere GLDH- Aktivität gemessen als in der Kontrollgruppe, woraus auf einen besseren Leberzellschutz in der kritischen biologischen Phase der Milchkuh zu schließen ist. Hinsichtlich der Häufigkeit des Auftretens weiterer klinischer Erkrankungen im peripartalen Zeitraum konnte jedoch keine Verbesserung erzielt werden. Ebenso haben sich die Produktionsparameter Milchleistung und Zwischenkalbezeit nicht verbessert.

Das 1817 erstmals schriftlich erwähnte Selen galt lange Zeit nur als toxisch und sogar als procancerogen, bis es 1957 von Schwarz und Foltz als essentielles Spurenelement erkannt wurde, dessen biologische Funktionen in Säugern durch Selenoproteine vermittelt werden. Die Familie der Glutathionperoxidasen nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Für diese sind konkrete Funktionen und die dazugehörigen molekularen Mechanismen, welche über die von ihnen katalysierte Hydroperoxidreduktion und damit verbundene antioxidative Kapazität hinausgehen, bislang nur unzureichend beschrieben worden. <br><br> Die Funktion der gastrointestinalen Glutathionperoxidase (GI-GPx) wird als Barriere gegen eine Hydroperoxidabsorption im Gastrointestinaltrakt definiert. Neuen Erkenntnissen zufolge wird die GI-GPx aber auch in verschiedenen Tumoren verstärkt exprimiert, was weitere, bis dato unbekannte, Funktionen dieses Enzymes wahrscheinlich macht.<br> Um mögliche neue Funktionen der GI-GPx, vor allem während der Cancerogenese, abzuleiten, wurde hier die transkriptionale Regulation der GI-GPx detaillierter untersucht. Die Sequenzanalyse des humanen GI-GPx-Promotors ergab das Vorhandensein von zwei möglichen "antioxidant response elements" (ARE), bei welchen es sich um Erkennungssequenzen des Transkriptionsfaktors Nrf2 handelt. Die meisten der bekannten Nrf2-Zielgene gehören in die Gruppe der Phase-II-Enzyme und verfügen über antioxidative und/oder detoxifizierende Eigenschaften. Sowohl auf Promotorebene als auch auf mRNA- und Proteinebene konnte die Expression der GI-GPx durch typische, in der Nahrung enthaltene, Nrf2-Aktivatoren wie z.B. Sulforaphan oder Curcumin induziert werden. Eine direkte Beteiligung von Nrf2 wurde durch Cotransfektion von Nrf2 selbst bzw. von Keap1, das Nrf2 im Cytoplasma festhält, demonstriert. Somit konnte die GI-GPx eindeutig als Nrf2-Zielgen identifiziert werden. Ob sich die GI-GPx in die Gruppe der antiinflammatorischen und anticancerogenen Phase-II-Enzyme einordnen lässt, bleibt noch zu untersuchen. <br><br> Die Phospholipidhydroperoxid Glutathionperoxidase (PHGPx) nimmt aufgrund ihres breiten Substratspektrums, ihrer hohen Lipophilie und ihrer Fähigkeit, Thiole zu modifizieren, eine Sonderstellung innerhalb der Familie der Glutathionperoxidasen ein. Mit Hilfe eines PHGPx-überexprimierenden Zellmodells wurden deshalb Beeinflussungen des zellulären Redoxstatus und daraus resultierende Veränderungen in der Aktivität redoxsensitiver Transkriptionsfaktorsysteme und in der Expression atheroskleroserelevanter Adhäsionsmoleküle untersucht. Als Transkriptionsfaktoren wurden NF-kB und Nrf2 ausgewählt. Die Bindung von NF-kB an sein entsprechendes responsives Element in der DNA erfordert das Vorhandensein freier Thiole, wohingegen Nrf2 durch Thiolmodifikation von Keap1 freigesetzt wird und in den Kern transloziert. Eine erhöhte Aktivität der PHGPx resultierte in einer Erhöhung des Verhältnisses von GSH zu GSSG, andererseits aber in einer verminderten Markierbarkeit freier Proteinthiole. PHGPx-Überexpression reduzierte die IL-1-induzierte NF-kB-Aktivität, die sich in einer verminderten NF-kB-DNA-Bindefähigkeit und Transaktivierungsaktivität ausdrückte. Auch war die Proliferationsrate der Zellen vermindert. Die Expression des NF-kB-regulierten vaskulären Zelladhäsionsmoleküls, VCAM-1, war ebenfalls deutlich verringert. Umgekehrt war in PHGPx-überexprimierenden Zellen eine erhöhte Nrf2-Aktivität und Expression der Nrf2-abhängigen Hämoxygenase-1 zu verzeichnen. Letzte kann für die meisten der beobachteten Effekte verantwortlich gemacht werden.<br><br> Die hier dargestellten Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Modifizierung von Proteinthiolen als wichtige Determinante für die Regulation der Expression und Funktion von Glutathionperoxidasen angesehen werden kann. Entgegen früheren Vermutungen, welche oxidative Vorgänge generell mit pathologischen Veränderungen assoziierten, scheint ein moderater oxidativer Stress, bedingt durch eine transiente Thiolmodifikation, durchaus günstige Auswirkungen zu haben, da, wie hier dargelegt, verschiedene, miteinander interagierende, cytoprotektive Mechanismen ausgelöst werden. Hieran wird deutlich, dass sich "antioxidative Wirkung" oder "oxidativer Stress" keineswegs nur auf "gute" oder "schlechte" Vorgänge beschränken lassen, sondern im Zusammenhang mit den beeinflussten (patho)physiologischen Prozessen und dem Ausmaß der "Störung" des physiologischen Redoxgleichgewichtes betrachtet werden müssen. / Selenium was discovered in 1817 by the Swedish chemist Berzelius and was for a long time considered as being toxic and even procarcinogenic. In 1957, however, Schwarz and Foltz realized that selenium is an essential trace element which elicits its biological functions in mammals as a structural component of selenoproteins among which the family of glutathione peroxidases plays a dominant role. Glutathione peroxidases reduce hydroperoxides to the corresponding alcohols and contribute to the antioxidative capacity of a cell. However, other functions of glutathione peroxidases and the according molecular mechanisms have hardly been described.>br><br> The gastrointestinal glutathione peroxidase (GI-GPx) is believed to build a barrier against the absorption of foodborne hydroperoxides. In addition, GI-GPx expression is increased in different tumors. This indicates further, still unknown, functions of this enzyme.<br> In order to elucidate new possible functions of GI-GPx, especially during carcinogenesis, the transcriptional regulation of GI-GPx was analyzed in more detail. An analysis of the GI-GPx promoter sequence revealed the presence of two putative "antioxidant response elements" (ARE) which are recognition sites for the transcription factor Nrf2. Most of the known Nrf2 target genes either belong to the group of phase-II detoxification enzymes or possess antioxidative and/or detoxifying properties. On promoter level as well as on mRNA- and protein level the expression of GI-GPx was induced by typical Nrf2-activating compounds such as sulforaphane or curcumin that are contained in the diet. A direct involvement of Nrf2 was demonstrated by cotransfection of Nrf2 itself or by cotransfection of Keap1 which retains Nrf2 in the cytosol. Thus, the GI-GPx gene was unequivocally identified as a new target for Nrf2. Whether GI-GPx also belongs in the category of antiinflammatory and anticarcinogenic enzymes remains to be elucidated.<br><br> The phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPx) is exceptional among the glutathione peroxidases because of its broad range of substrates, its high lipophilicity, and its ability to modify protein thiols. With PHGPx-overexpressing cells, the influence of PHGPx on the cellular redox state and on resulting changes in the activity of redox-sensitive transcription factors and on the expression of proatherogenic adhesion molecules was analyzed. For this, the redox-sensitive transcription factors NF-kB and Nrf2 were chosen. NF-kB requires free thiols for being able to bind to its responsive element within the DNA, whereas Nrf2 is released from Keap1 and translocates to the nucleus upon a modification of protein thiols. PHGPx-overexpression resulted in an increase in the ratio of GSH to GSSG, in a reduced amount of intracellular protein thiols, and in a diminished proliferation rate. Furthermore, PHGPx-overexpressing cells displayed a reduced IL-1-dependent NF-kB activity as was assessed by a reduced NF-kB DNA-binding ability and activity of a NF-kB-driven reporter gene. In addition, the expression of the NF-kB-dependent vascular cell adhesion molecule (VCAM-1) was also inhibited by overexpression of PHGPx. On the other hand, PHGPx-overexpressing cells displayed an increased activity of Nrf2 that was accompanied by an increased expression of the Nrf2-dependent heme oxygenase-1. Heme oxygenase-1 most likely is responsible for most of the aforementioned effects.<br><br> The data presented here show that a modification of protein thiols can be regarded as an important determinant for the regulation and for the functions of glutathione peroxidases. In contrast to the previous assumption that oxidative processes are always linked to pathologic changes, a moderate oxidative stress seems to have beneficial effects, because it triggers different cytoprotective mechanisms. It can be concluded that the terms "antioxidative effect" or "oxidative stress" cannot simply be restricted to "good" or "bad" processes, but need to be seen in context with the modulated (patho)physiological processes and the degree of "disturbance" of the physiologic redox balance.