No description available.

Einleitung: Es ist wenig darüber bekannt, wie sich das antioxidative System von Kälbern nach der Geburt entwickelt, welche Faktoren darauf Einfluss nehmen und wie sich antioxidative Parameter in ihren Aktivitäten resp. Konzentrationen unter physiologischen Bedingungen verändern. Zielstellung: Ziel dieser Arbeit war es zum einen die altersabhängige Entwicklung antioxidativer Parameter bei gesunden Kälbern und Jungrindern bis zum 18. Lebensmonat zu verfolgen und zum anderen zu evaluieren, ob bei metabolisch gering belasteten Jungrindern jahreszeitliche Differenzen bezüglich Superoxiddismutase (SOD), Glutathionperoxidase (GPX) und Trolox Equivalent Antioxidative Capacity (TEAC) bestehen. Material und Methoden: Es wurden gesunde weibliche Kälber bzw. Jungrinder der Rasse Holstein Friesian / Deutsche Schwarzbunte aus drei Betrieben am 1. (n = 33) und 7. (n = 31) Tag sowie im 1. (n = 33), 3. (n = 33), 6. (n = 5), 9. (n = 5), 12. (n = 32) und 18. (n = 31) Monat post natum (p. n.) klinisch und labordiagnostisch untersucht. Weiterhin wurden in einem Betrieb während eines Jahres im September, November, Januar, März, Mai und Juli jeweils 6 gesunde weibliche Jungrinder, die zum Untersuchungszeitpunkt 12 Monate alt waren, kontrolliert. Die Tiere wurden im Stall in Anbindehaltung gehalten, ausgenommen der im Mai in Weidehaltung untersuchten Tiere. Analysiert wurden im Blut die antioxidativen Parameter SOD, GPX und TEAC, der Hämatokrit (Hkt) und die Stoffwechselparameter Gesamtprotein, Albumin, Bilirubin, Haptoglobin, Harnstoff, Cholesterol, ß-Hydroxybutyrat (BHB), AST, AP, GLDH, CK, Ca, anorganisches Phosphat (Pi) und Fe. Ergebnisse: Ein betrieblicher Einfluss war statistisch nicht nachweisbar. Vom 1. Tag bis zum 18. Monat p. n. zeigten die antioxidativen Parameter SOD, GPX und TEAC einen gleichartigen Verlauf mit einem kontinuierlichen Anstieg bis zum 6. Monat p. n.. Die GPX-Aktivitäten stiegen von 50-80 U/ml Hkt am 1. Tag p. n. auf 100-190 U/ml Hkt im 6. Monat p. n. an. Die niedrigsten Aktivitäten (p<0,05) bestanden am 1. und 7. Tag (62-90 U/ml Hkt) p. n.. Die SOD-Aktivitäten am 1. (4500-5600 U/g Hb) und 7. Tag (4600-5450 U/g Hb) p. n. waren niedriger als im 1. (5400-6800 U/g Hb) und 3. Monat (5600-7800 U/g Hb) p. n. (p<0,05). Der Anstieg der TEAC-Konzentration vom 1. Tag p. n. (220-290 µmol/l) zum 6. Monat p. n. (260-340 µmol/l) war nicht signifikant. Nach dem 6. Monat p. n. fielen die Akti-vitäten resp. Konzentrationen ab, wobei die SOD-Aktivitäten mit 12 (4000-5000 (U/g Hb) und 18 Monaten (3700-5000 U/g Hb) p. n. signifikant niedriger waren als im 1. und 3. Mo-nat p. n.. Die GPX-Aktivitäten lagen mit 12 (118-152 U/ml Hkt) und 18 Monaten (105-150 U/ml Hkt) p. n. signifikant über denen der ersten Lebenswoche. Die TEAC-Konzentrationen waren im 12. Monat p. n. mit 260-320 µmol/l größer als vom 1. Tag bis zum 1. Monat (240-280 µmol/l) p. n. (p<0,05). Die SOD, GPX und TEAC korrelierten außer mit 9 Monaten p. n. zu allen Untersuchungszeitpunkten signifikant positiv. Für AST, AP, CK und Bilirubin wurden am 1. Tag p. n. die signifikant höchsten Aktivitäten resp. Konzen-trationen ermittelt, für Haptoglobin am 7. Tag p. n.. Gesicherte Korrelationen bestanden zwischen Albumin, Bilirubin und der TEAC, zwischen BHB und TEAC, GPX sowie SOD außerdem zwischen Ca und Pi. Im Jahresverlauf waren die GPX-Aktivitäten im September und Januar mit 73-103 U/ml Hkt niedriger als von März bis Juli mit 104-142 U/ml Hkt (p<0,05). Erniedrigte TEAC-Konzentrationen wurden besonders im Januar (272-302 µmol/l) und signifikant im März (265-299 µmol/l) gegenüber September und November (319-345 µmol/l) ermittelt. Die SOD-Aktivitäten differierten nicht gesichert. GPX und SOD korrelierten im ganzen Jahr gesichert, TEAC und SOD außer im Januar ebenfalls, GPX und TEAC nur im November, März, Mai und Juli. Die Stoffwechselparameter befanden sich im physiologischen Bereich, mit Ausnahme von Harnstoff im November und Juli sowie Pi im Mai. Schlussfolgerungen: Es wird geschlussfolgert, dass das antioxidative System der neu-geborenen Kälber zur Geburt noch unreif ist und sich bis zum sechsten Monat p. n. stabilisiert. Die durch den Abbau des fetalen Hämoglobins und die Vormagenentwicklung vermehrt entstehenden ROS tragen zu einer weiteren Aktivitäts- resp. Konzentrationssteigerung der antioxidativen Parameter bis zu einem Maximum im 6. Monat p. n. bei. Danach stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Pro- und Antioxidantien ein. Auf die GPX-Aktivitäten und TEAC-Konzentrationen konnte ein jahreszeitlicher Einfluss bei Jungrinden ermittelt werden.

Influence of stress factors on tunneling nanotubes in cultivated human retinal pigment epithelial cells (ARPE-19). The eye as one of the most important sense organs of the human body is exposed to visible light radiation and other stress factors every day. Especially the retina (of the eye) is a sensible tissue for oxidative damage (Wu et al., 2006). The retinal pigment epithelium (RPE) is an important layer of the retina, which forms the outer layer and phagocytises the shed disc membranes of the photoreceptor outer segments. Furthermore, the RPE is involved in the maintenance of the visual cycle and regulates the retinal balance (Bok, 1993). To maintain those functions, a steady communication between the RPE-cells and the adjacent neighbour cells is necessary. Tunneling nanotubes (TNTs) build a newly discovered variety of cell communication and thus establish intercellular signal transduction and transport different cell components including pathogens (Rustom et al., 2004; Onfelt et al., 2006; Sherer und Mothes, 2008; Veranic et al., 2008). The formation of TNTs in the neuron-like pheochromocytoma cell line PC12 was first reported by Rustom et al in 2004. In the following years a growing number of cell types containing TNTs were described. For example a lot of TNT-reports were found between immune cells (Onfelt et al., 2004; Sowinski et al., 2008). Chinnery et al. first described TNTs in vivo in 2008. Here they found TNTs between dendritic cells in the cornea of the mouse. An important characteristic of TNTs is that they do not attach to the substratum. They contain F-actin as a characteristic feature of there structure (Rustom et al., 2004). Our study group detected the formation of TNTs between ARPE-19-cells, a human retinal pigment epithelial cell line. They contain F-actin, but no microtubules. Further it was observed an exchange of electrical signals, small molecules and even the transfer of organelles between cells via TNTs (see publication Wittig et al., 2012). It is often described in the literature, that TNTs are very sensitive against stress factors, like prolonged light excitation, mechanical and chemical stress, which then can result in rupture of the TNTs (Rustom et al., 2004; Koyanagi et al., 2005; Gurke et al., 2008a; Pontes et al., 2008; Sowinski et al., 2008; Domhan et al., 2011; Wang und Gerdes, 2012). Up to now it is widely unclear how pathological conditions influences TNTs. There are several studies, which report an induction but also an inhibition of TNT-formation by different factors. The reaction of cell-cell-interactions between RPE cells on stress factors is not jet analysed. So our motivation was, to analyse the influence of different stress factors on the number, the morphology and formation of TNTs. ARPE-19-cells were treated with blue light, with a wavelength of 470 and 405 nm, with 3000 μM glyoxal, with 200 μM H2O2, with medium without serum as well as with cytochalasin-D and latrunculin-B. With the help of differential interference contrast (DIC) microscopy the formed TNTs were counted and the morphology was evaluated. A 24 hours cultivation of untreated ARPE-19 cells resulted in 15 TNTs per 100 cells on average. After excitation of the ARPE-19-cells with blue light 470 and 405 nm the number of TNTs decreased 50 % and 28,5 % accordingly in comparison to untreated cells (100 %). Furthermore, the cell culture, which was treated with glyoxal and H2O2 resulted in a reduction of 17,5 % and 53 % TNTs in comparison to the untreated cell culture. Cells which were cultured with serum free medium had an decreased TNT-number of 56.8 % in comparison with serum containing medium. TNTs of untreated ARPE-19-cells have a diameter from 50 to 300 nm (Wittig et al., 2012). Every TNTs, which were formed under named stress factors had the same diameter like untreated cells. In this study an average TNT length of 23 +/- 16 μm was measured between cells without treatment. This correlated with the TNT-lengths of cells which excitated with blue light 405 and 470 nm with 26 +/- 13 μm and 24 +/- 14 μm. In contrast the TNT-lenghts of cells treated with glyoxal and H2O2 with 16 +/- 11 μm and 15 +/- 13 μm were less and from cells cultured without serum with 34 +/- 20 μm were above the average length of TNTs of untreated cells. TNTs of ARPE-19-cells without treatment and TNTs which were treated with stress factors contained F-actin but no microtubules. Depolymerisation of F-actin, induced by addition of cytochalasin-D or latrunculin-B, led to disappearance of TNTs. This is an evidence for the importance of F-actin as an essential component of TNTs between ARPE-19-cells. Under the influence of blue light excitation the TNTs formed as good as untreated cells after contact of migrating cells. Reason for the reduced TNT-formation under stress factors could be explained by the generation of oxidative stress due to reactive oxygen species (ROS). ROS induced under blue light- or glyoxal-treatment as well as H2O2 could influence cell function by inactivation of cell-mediated proteins or induction of F-actin oxidation with subsequent destruction of the actin-network and inhibition of the actin-polymerisation (Chen, 1993; Ballinger et al., 1999; Thornalley et al., 1999; Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Nilsson et al., 2003; Shangari und O'Brien, 2004; Zhu et al., 2005; Knels et al. 2008; Roehlecke et al., 2009). The reduced actin-polymerisation as well as the disruption of the TNTs due to changes at the actin-cytoskeleton and at the membranes could explain the reduced TNT-formation (Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Reber et al., 2002; Zhu et al., 2005; Knels et al., 2008). The inhibition of the cell growth under oxidative stress conditions and under nutritional deficiency by serum free medium could lead to a reduced TNT-formation too. In this study we found a reduction of TNT-number between ARPE-19-cells under different stress conditions. It is possible, that TNTs are formed between RPE- and photoreceptor-cells in vivo, where they can exchange useful or recyclable materials between cells (Wang et al., 2011; Wittig et al., 2012). Disruption of TNTs by reactive oxygen species could cause a decreased exchange of informations. It is possible, that the cells, RPE- as well as photoreceptor-cells, die due to a deficiency of nutrients. This could be another reason in the formation of age related macular degeneration, which shows a destruction of RPE-cells and secondary of the photoreceptorcells. / Das Auge ist als eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen täglich sichtbarer Lichtstrahlung und weiteren Stressfaktoren ausgesetzt. Die Netzhaut des Auges ist besonders empfindlich für oxidative Schäden (Wu et al., 2006). Eine bedeutende Schicht der Netzhaut im Auge stellt das retinale Pigmentepithel (RPE) dar, welches die äußere Schicht der Retina bildet und täglich die abgeworfenen Photorezeptoraußensegmentscheiben phagozytiert. Zudem ist das RPE wesentlich am visuellen Prozess sowie der Aufrechterhaltung des retinalen Gleichgewichts beteiligt (Bok, 1993). Um diese Funktionen zu gewährleisten, ist eine ständige Kommunikation zwischen den RPEZellen sowie zu angrenzenden Nachbarzellen innerhalb der Netzhaut notwendig. So ist über Tunneling Nanotubes (TNTs), als neu entdeckte Kommunikationsform, ein interzellulärer Transport von Signalen und verschiedensten Zellkomponenten, aber auch von Pathogenen, möglich (Rustom et al., 2004; Onfelt et al., 2006; Sherer und Mothes, 2008; Veranic et al., 2008). Erstmals 2004 beschrieben Rustom et al. die Bildung von TNTs zwischen Rattennierenzellen in vitro. In den folgenden Jahren kam es zu einer Vielzahl weiterer TNT-Entdeckungen zwischen verschiedensten Zellen in vitro. So findet man zum Beispiel vermehrt TNTBeschreibungen zwischen Immunzellen (Onfelt et al., 2004; Sowinski et al., 2008). Ein erster Nachweis an TNTs in vivo erfolgte 2008 durch die Arbeitsgruppe Chinnery et al.. Hierbei fand man TNTs zwischen dendritischen Zellen in der Mauscornea. Ein wichtiges Merkmal von TNTs ist, dass sie sich als frei im Medium schwebende interzelluläre Verbindungen darstellen, ohne Kontakt zum Substrat zu haben. TNTs sind im Wesentlichen als stabilisierendes Hauptstrukturmerkmal aus Aktin aufgebaut (Rustom et al., 2004). In unserer Arbeitsgruppe wurde die Bildung von TNTs zwischen ARPE-19-Zellen, einer humanen Pigmentepithelzelllinie, entdeckt. Neben dem strukturellen Aufbau aus Aktin, konnte ein Austausch von elektrischen Signalen sowie molekularen Stoffen und der Transport von Organellen (Mitochondrien) durch TNTs zwischen ARPE-19-Zellen nachgewiesen werden (siehe Publikation Wittig et al., 2012). Wie schon mehrfach in der Literatur beschrieben, reagieren TNTs sehr sensibel auf Stressfaktoren, so zum Beispiel auf längere Lichtreizung, mechanischen und chemischen Stress, was jeweils zur Ruptur der Strukturen führen kann (Rustom et al., 2004; Koyanagi et al., 2005; Gurke et al., 2008; Pontes et al., 2008; Sowinski et al., 2008; Domhan et al., 2011; Wang und Gerdes, 2012). Weitgehend unklar ist bisher der Einfluss von pathologischen Bedingungen auf die TNTs. Es gibt mehrere Studien, in denen durch verschiedenste Faktoren über eine Induktion, aber auch über eine Hemmung der TNT-Bildung berichtet wurde. Die Reaktion von Zell-Zell-Interaktionen zwischen RPE-Zellen auf Stressfaktoren wurde bisher in wissenschaftlichen Arbeiten nicht untersucht. Dies nahmen wir zum Anlass, den Einfluss von unterschiedlichen Stressfaktoren auf die Anzahl von TNTs, ihre Morphologie und Bildung zu untersuchen. Es erfolgte eine Behandlung der ARPE-19-Zellen mit Blaulicht in den Wellenlängen 405 und 470 nm, mit 3000 μM Glyoxal, mit 200 μM H2O2, mit serumfreiem Medium sowie mit Cytochalasin D und Latrunculin B. Die gebildeten TNTs wurden anschließend mit Hilfe der Lichtmikroskopie ausgezählt sowie deren Morphologie beurteilt. So bildeten unbehandelte ARPE-19-Zellen nach 24 Stunden Kultivierung im Durchschnitt 15 TNTs pro 100 Zellen aus. Nach 24stündiger Bestrahlung der ARPE-19-Zellen mit Blaulicht 470 nm und 405 nm fiel die TNT-Anzahl auf 50 % und 28,5 % im Vergleich zu unbehandelten Zellen (100 %). Weiterhin fanden sich in den Glyoxal- und H2O2-behandelten Kulturschalen 17,5 % und 53 % TNTs verglichen mit der unbehandelten Zellkultur. In der serumfreien Kulturschale verringerten sich die TNTs 24 Stunden nach Ausplattierung der Zellen auf 56,8 % im Vergleich zu in Medium mit Serum kultivierten Zellen. TNTs unbehandelter ARPE-19-Zellen besitzen einen Durchmesser von 50 bis 300 nm (Wittig et al., 2012). Alle unter oben genannten Stressfaktoren gebildeten TNTs befanden sich in Hinblick auf ihren Durchmesser im Bereich der TNTs unbehandelter Zellen. Bei TNTs unbehandelter Zellen wurde in dieser Arbeit eine durchschnittliche Länge von 23 +/- 16 μm gemessen. Dies entsprach dem TNT-Längendurchschnitt von mit Blaulicht 405 nm und 470 nm bestrahlter ARPE-19-Zellen mit 26 +/- 13 μm und mit 24 +/- 14 μm. Unter Glyoxal und H2O2 gebildete TNTs lagen im Gegensatz dazu mit 16 +/- 11 μm und 15 +/- 13 μm unterhalb und unter serumfreier Kultivierung mit 34 +/- 20 μm über dem TNTLängendurchschnitt unbehandelter Zellen. Alle TNTs, sowohl unbehandelter als auch mit Stressfaktoren behandelter ARPE-19-Zellen, sind aus Aktin aufgebaut. Jedoch ließ sich kein Tubulin nachweisen. Nach Zugabe von Aktinpolymerisationshemmern waren keine TNTs nachweisbar, was beweist, dass F-Aktin essentieller Bestandteil von TNTs zwischen ARPE-19-Zellen ist. Unter dem Einfluss von Blaulicht 470 und 405 nm bildeten sich die TNTs, wie auch bei unbehandelten Zellen, durch ein Zusammentreffen der Zellen mit anschließendem Auseinandergleiten. Die Ursache für die verminderte Bildung an TNTs unter verschiedenen Stressfaktoren könnte in der Entstehung von oxidativem Stress durch die Ausbildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) begründet sein. So können zum Beispiel die unter Blaulicht- und Glyoxalexposition entstehenden ROS sowie H2O2, als eine Hauptform der ROS, die Zellfunktion durch Inaktivierung zellulärer Proteine beeinflussen sowie eine direkte Oxidation an Aktin hervorrufen mit folglicher Aktinnetzwerkzerstörung und Hemmung der Aktinpolymerisation (Chen, 1993; Ballinger et al., 1999; Thornalley et al., 1999; Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Nilsson et al., 2003; Shangari und O'Brien, 2004; Zhu et al., 2005; Knels, Worm et al. 2008; Roehlecke et al., 2009). Die verminderte Aktinpolymerisation, aber auch die Zerreißungen der TNTs durch Veränderungen am Aktinzytoskelett sowie an den Membranen könnten zu einer verringerten TNT-Bildung führen (Valen et al., 1999; Dalle-Donne et al., 2002; Reber et al., 2002; Zhu et al., 2005; Knels et al., 2008). Auch eine Hemmung des Zellwachstums unter oxidativen Stressbedingungen sowie unter Nährstoffmangel durch Serumentzug könnte mit einer verminderten TNT-Bildung einhergehen. Wir haben in unserer Untersuchung gezeigt, dass es durch verschiedene Stresseinflüsse zu einer Reduktion der TNTs zwischen ARPE-19-Zellen kommt. Es ist denkbar, dass solche TNTs in vivo zwischen RPE- und Photorezeptorzellen ausgebildet werden, wo sie nützliches oder recycelbares Material zwischen Zellen austauschen (Wang et al., 2011; Wittig et al., 2012). Bei Zerstörung der TNTs durch zum Beispiel oxidative Faktoren könnte es zu einer Verringerung des Informationsaustausches kommen. Es ist möglich, dass durch die Minderversorgung die Zellen absterben, sowohl RPE- als auch Photorezeptorzellen. Dies könnte ein weiterer möglicher Ursachenansatz in der Entstehung der altersabhängigen Makuladegeneration sein, welche als Erkrankungserscheinung den Untergang der RPEZellen und damit sekundär der Photorezeptorzellen aufweist.

Adipositas und das polyzystische Ovarsyndrom (PCOS) sind häufig Gründe für Anovulation, Infertilität und unerfüllten Kinderwunsch. Sowohl Adipositas als auch das PCOS können zu einem Ungleichgewicht zwischen Anti- und Prooxidanzien im menschlichen Körper führen. Durch Übergewicht der Prooxidanzien ensteht oxidativer Stress. Reaktive Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) fallen vermehrt an und oxidieren Lipoproteine zu „oxidized low density lipoproteins“ (oxLDL). Durch Bindung von oxLDL an den „lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1)“ wird Apoptose und Autophagie induziert. Wir vermuten, dass sich diese Prozesse auch in der Follikelflüssigkeit (FF), dem Milieu der Eizelle, abspielen und zum Absterben reifender Follikel und somit zur Anovulation und Infertilität führen. Das Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, welchen Einfluss Adipositas, hormonelle Stimulation und PCOS auf die enzymatischen Antioxidanzien Superoxiddismutase (SOD), Katalase, Glutathionperoxidase (GPx) und Glutathionreduktase (GR) sowie auf den oxLDL-Spiegel haben. Es wurden Serum und FF von Frauen unter IVF (in vitro Fertilisation) -Therapie untersucht, die anhand ihres Body Mass Index (BMI), des Taille-Hüft-Quotienten (T/H-Quotient) sowie des PCOS in vier Gruppen eingeteilt wurden. Die Konzentration an oxLDL als Repräsentant des oxidativen Systems und die Aktivität der Enzyme SOD, Katalase, GPx und GR, Repräsentaten des antioxidativen Systems, wurden im Serum vor Stimulationsbeginn und zum Zeitpunkt der Follikelpunktion sowie in der FF gemessen. Adipöse Frauen mit und ohne PCOS hatten höhere Konzentrationen an oxLDL in der FF als normalgewichtige. Die oxLDL-Konzentrationen der FF waren 1000-fach niedriger als die der Seren. Interessanterweise waren auch die Katalase-Aktivitäten in der FF adipöser Frauen mit und ohne PCOS höher als die der normalgewichtigen. Zusammenfassend lässt sich folgern, dass erhöhte oxLDL-Konzentrationen in der FF von adipösen Frauen, unabhängig vom Vorliegen eines PCOS, mit einer gesteigerten Katalase-Aktivität und einer niedrigeren IVF-Erfolgsrate assoziiert sind.:Inhaltsverzeichnis Bibliographie III Abkürzungsverzeichnis IV 1. Einleitung 1 1.1. Infertilität 1 1.2. PCOS 2 1.2.1. Definition des PCOS 2 1.2.2. PCOS und Adipositas 3 1.3. Oxidativer Stress 4 1.3.1. Reaktive Sauerstoffspezies 4 1.3.2. Superoxiddismutase (SOD) – Schutz vor Superoxidradikalen 5 1.3.3. Katalase – Schutz vor H2O2 5 1.3.4. Glutathionperoxidase (GPx) und Glutathionreduktase (GR) 5 1.4. Oxidativer Stress, „oxidized low density lipoprotein“(oxLDL) und 6 Adipositas 1.5. Oxidativer Stress, antioxidative Enzyme und Infertilität 7 1.6. Ziele der Arbeit 9 2. Material und Methoden 10 2.1. Patientinnen und Material 10 2.2. Methoden 12 2.2.1. Follikelspektrumanalyse – Kontamination mit Blutbestandteilen 12 2.2.2. Proteinbestimmung 12 2.2.3. Bestimmung der SOD-Aktivität 13 2.2.4. Bestimmung der Katalase-Aktivität 14 2.2.5. Bestimmung der GPx-Aktivität 15 2.2.6. Bestimmung der GR-Aktivität 16 2.2.7. Bestimmung der oxLDL-Konzentration mittels ELISA 17 2.3. Statistische Auswertung 18 3. Ergebnisse 19 3.1. Vergleich der Proteinkonzentrationen in Seren und FF 19 3.2. Erhöhte SOD-Aktivität in der FF im Vergleich zum Serum 20 3.3. Erhöhte Katalase-Aktivität bei Adipositas unabhängig vom PCOS-Status 21 3.4. Erhöhte GPx-Aktivität bei adipösen Patientinnen ohne PCOS 22 3.5. Erhöhte GR-Aktivität bei Adipositas unabhängig vom PCOS-Status 23 3.6. Erhöhte oxLDL-Konzentrationen in der FF adipöser Patientinnen 25 unabhängig vom PCOS-Status 3.7. Schwangerschaftsrate der vier Patientengruppen 26 4. Diskussion 28 4.1. Das oxidative System 28 4.1.1. LOX-1 und oxLDL – Stand der Forschung 28 4.1.2. OxLDL – Diskussion der Methode 29 4.1.3. OxLDL – Konzentration im Serum 30 4.1.4. Einfluss der hormonellen Stimulationstherapie auf oxLDL 31 4.1.5. OxLDL – Konzentration in der FF 32 4.1.6. Oxidativer Status - Zusammenfassung 34 4.2. Das antioxidative System 34 4.2.1. SOD-Aktivität im Serum 35 4.2.2. SOD-Aktivität in der FF 35 4.2.2. Katalase, ein klinischer Parameter zur Bestimmung des 36 oxidativen Stress? 4.2.3. Zelltod als Ursache für erhöhte Enzymaktivitäten bei Adipositas? 36 4.2.5. Grenzen der Studie 37 4.3. Schlussfolgerung und Ausblick 38 5. Zusammenfassung 40 6. Literaturverzeichnis 44 7. Anhang 59 7.1. Tabellenverzeichnis 59 7.2. Abbildungsverzeichnis 59 7.3. Eidesstattliche Versicherung 60 7.4. Werdegang 61 7.5. Danksagung 63

Die Glutathionverhältnisse und -verschiebungen zwischen Gliazellen und Ganglienzellen vor und nach oxidativem Stress wurden erstmals im lebenden Zellverband, ex vivo, untersucht. Die Untersuchungen erfolgten an akut isoliertem Retinagewebe vom Meerschweinchen, von welchem Bilder am Laser scanning microscope (LSM) erstellt wurden. Über die Anwendung des in vivo-Fluoreszenzfarbstoffes CellTracker Green wurde dabei dessen Spezifität für Glutathion überprüft und bestätigt.

Die sowohl in Pro- als auch in Eukaryoten vorkommenden Sco-Proteine übernehmen eine wichtige Funktion bei der Assemblierung der Cytochrom c Oxidase (COX, Komplex IV der Atmungskette). Eine Reihe von Publikationen legen zudem die Vermutung nahe, dass die Sco-Proteine neben der COX-Assemblierung weitere Funktionen ausführen können. Strukturelle Ähnlichkeiten zu antioxidativen Proteinen sowie experimentelle Daten, vor allem aus Prokaryoten, weisen auf eine mögliche Funktion im Zusammenhang mit der Abwehr von oxidativem Stress hin. Die Untersuchung dieser putativen Funktion war Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Als Modellorganismus diente die fakultativ anaerobe Hefe Saccharomyces cerevisiae, um eine von der COX-Assemblierung unabhängige Untersuchung zu ermöglichen. Da die potenzielle antioxidative Funktion der Sco-Proteine möglicherweise durch andere antioxidative Enzyme kompensiert und somit maskiert wird, wurden in Vorarbeiten Doppelmutanten generiert, in denen neben einem der SCO-Gene die Superoxid-Dismutase 1 (SOD1) deletiert ist (Δsco1Δsod1 u. Δsco2Δsod1). Diese Doppeldeletionsmutanten zeigten eine hohe Sensitivität gegenüber oxidativem Stress und bildeten den Ausgangspunkt der Experimente. Durch phänotypische Analysen sowie die Quantifizierung der intrazellulären ROS-Level konnte bestätigt werden, dass die Stämme Δsco1Δsod1 und Δsco2Δsod1 erhöhtem oxidativen Stress ausgesetzt sind. Mittels 2D-DIGE-Analyse konnte außerdem gezeigt werden, dass bereits bei Einzeldeletion eines der beiden SCO-Gene die Abundanz mehrerer an der oxidativen Stressabwehr beteiligter Proteine erhöht ist. Letztlich konnte in einem inversen Ansatz aufgezeigt werden, dass die Überexpression von Sco2p in der Doppeldeletionsmutante Δsco2Δsod1 eine erhöhte Toleranz gegenüber PQ und geringere intrazelluläre ROS-Level im Vergleich zum Ausgangsstamm bewirkt. Als zweiter Modellorganismus wurde die Pflanze Arabidopsis thaliana ausgewählt, die ebenfalls zwei Sco-Homologe (HCC1/HCC2) besitzt. Während HCC1 an der COX-Assemblierung beteiligt ist, wurde für HCC2 eine mögliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Redox-Homöostase postuliert. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag daher auf der Untersuchung der möglichen Funktion von HCC2. In mehreren Kreuzungsschritten wurden dafür – analog zum Ansatz in S. cerevisiae – Linien mit Knock-out von HCC2 und einem SOD-Gen erzeugt. Nach Identifizierung potenzieller Doppelmutanten und Nachweis der gewünschten Knock-out-Mutationen mittels Expressionsanalyse erfolgten phänotypische Untersuchungen unter verschiedensten Stressbedingungen. Unter dem Einfluss von Salzstress konnte für die Doppelmutanten mit Knock-out von HCC2 und SOD1 eine erhöhte Sensitivität beobachtet werden. Um jedoch eine Aussage über das mögliche Ausmaß von oxidativen Schäden in diesen Linien treffen zu können, sind weitere Untersuchungen notwendig. Während die Ergebnisse aus den Versuchen mit A. thaliana nur vermuten lassen, dass die Sco-Proteine an der Abwehr von oxidativem Stress beteiligt sind, lieferten die Versuche mit S. cerevisiae eindeutige Hinweise, die für eine antioxidative Funktion der Sco-Proteine sprechen. Die möglichen, dieser Funktion zugrunde liegenden Mechanismen werden diskutiert.

Female mating rates vary widely, even among closely related species, but the reasons for this variation are not fully understood. Across Drosophila species, female mating frequencies are positively associated with sperm length. This association may be due in part to sperm limitation, with longer-spermed species transferring fewer sperm, or to cryptic female choice. However, a previously overlooked factor is sperm metabolic rate, which may correlate with sperm length. If faster-metabolizing sperm accumulate agerelated cellular damage more quickly, then females should remate sooner to obtain fresh sperm. Alternatively, frequent female mating may select for increased sperm competitiveness via increased metabolism. Here, we measure sperm metabolism across 13 Drosophila species and compare these measures to published data on female mating rate and on sperm length. Using fluorescent lifetime imaging microscopy, we quantify NAD(P)H metabolism ex vivo, in intact organs. Phylogenetically controlled regression reveals that sperm metabolic rate is positively associated with sperm length and with female mating frequency. Path analysis shows sperm length driving sperm metabolism and sperm metabolism either driving or being driven by female mating rate. While the causal directionality of these relationships remains to be fully resolved, and the effect of sperm metabolism on sperm aging and/or sperm competitiveness remains to be established, our results demonstrate the importance of sperm metabolism in sexual selection.

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind trotz erheblicher Fortschritte in Diagnostik und Therapie noch immer die häufigste Todesursache in Deutschland. Neben bekannte Risikofaktoren wie Hypercholesterinämie, Hyperlipoproteinämie, Diabetes mellitus, Adipositas, Bewegungsmangel, Stress und hohem Alter wird eine pathophysiologisch erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) als Ursache für deren Entstehung diskutiert. NAD(P)H-Oxidasen, von denen 7 Isoformen der katalytischen Nox-Untereinheiten bekannt sind, stellen dabei die Hauptquelle für vaskuläre Superoxidanionen und oxidativen Stress dar. In dieser Arbeit konnte die vorrangige Bedeutung eines intrazellulär lokalisierten Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase-Komplexes für die konstitutive Radikalbildung in primären humanen Endothelzellen nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch chronische Applikation der biomechanischen Kräfte Schubspannung und Dehnung oxidativer Stress in humanen Endothelzellen in vitro vermindert werden kann. Die Herabregulation der Superoxidanionen-Bildung sowie die vermehrte Freisetzung von NO durch chronische Applikation biomechanischer Kräfte trägt zur positiven Balance von NO/Superoxidanionen und zum vasoprotektiven Potential physiologischer Schubspannung bzw. Dehnung bei. Durch Nox4-Promotordeletionsanalysen und Mutationsstudien konnte der Transkriptionsfaktor AP-1 als entscheidend für die schubspannungsabhängige Herabregulation von Nox4 identifiziert werden. Durch Stimulation von Endothelzellen bzw. murinen Gefäßringen mit oxidiertem LDL konnte dagegen die vaskuläre ROS-Bildung in vitro und ex vivo induziert werden. Zur weiteren Aufklärung des Mechanismus der LDL-induzierten ROS-Bildung in vivo und des Einflusses von NAD(P)H-Oxidasen wurden C57BL/6 (Wildtyp)- und Nox2-/--Mäuse 10 Wochen lang mit einer fettreichen Diät (Western diet) gefüttert und anschließend der Einfluss dieser Fütterung auf die NAD(P)H-Oxidase-Expression und ROS-Bildung analysiert. In der Aorta thoracalis beider Mausstämme zeigte sich durch das fettreiche Futter ein signifikanter Anstieg der NAD(P)H-Oxidase-Aktivität im Vergleich zum Standardfutter. Durch Western diet-Fütterung wurde die Nox4-mRNA-Expression in der A. thoracalis von Nox2-/--Mäuse und die p22phox-mRNA-Expression in beiden Mausstämmen induziert. Die Analyse weiterer Organe (Herz, Niere) zeigte keine Induktion von NAD(P)H-Oxidase-Untereinheiten durch Western diet-Fütterung. Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit für eine entscheidende Rolle der Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase bei der vaskulären Radikalbildung in vitro und in vivo. / Cardiovascular diseases are the most common causes of death in Germany. Beside the known risk factors hypercholesteremia, hyperlipoproteinemia, diabetes mellitus, obesity, sedentary lifestyle, stress and high age, a pathophysiologically increased formation of reactive oxygen species (ROS) are discussed as cause of development of cardiovascular diseases. Nicotine adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase complexes have been identified as main source of oxidative stress and vascular superoxide anions. There are 7 known isoforms of the catalytic Nox subunit of the NADPH oxidase. In this dissertation it was shown that NADPH oxidase subunit Nox4 is the major Nox isoform in human endothelial cells. Nox4 could be localized in the perinuclear space. Overexpression of Nox4 enhanced endothelial superoxide anion formation. Furthermore, a reduction of oxidative stress could be demonstrated by chronic application of the biomechanical forces laminar shear stress and cyclic strain in endothelial cells in vitro. The observed downregulation of superoxide anion formation and upregulation of NO formation by application of biomechanical forces contribute to the positive balance between NO and superoxide anion and the vasoprotective potential of physiological shear stress and cyclic strain. Molecular cloning and functional analysis of the human Nox4 promoter revealed that an AP-1 binding site is essential for downregulation of Nox4 by laminar shear stress. On the other hand stimulation of endothelial cells and murine vessels with oxidized lipids caused an upregulation of vascular ROS production in vitro and ex vivo. In order to examine the mechanism of LDL induced ROS formation and the influence of NADPH oxidase, C57BL/6 (wild-type) and Nox2-/- mice were feed with a diet high in fat and sugar (Western-type diet) for 10 weeks. After feeding, the influence of diet on the expression of NADPH oxidase and ROS production was analyzed in the A. thoracalis. Both mice strains showed a significant upregulation of aortic ROS production in comparison to normal chow. The mRNA expression of aortic Nox4 was induced in Nox2-/- mice. Furthermore, the aortic p22phox mRNA expression was upregulated in both mice strains. The analysis of other organs (heart, kidney) showed no influence of the Western-type diet. In conclusion, the results demonstrate a major role of a Nox4 containing NADPH oxidase in the vascular radical formation in vitro and in vivo.

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind trotz erheblicher Fortschritte in Diagnostik und Therapie noch immer die häufigste Todesursache in Deutschland. Neben bekannte Risikofaktoren wie Hypercholesterinämie, Hyperlipoproteinämie, Diabetes mellitus, Adipositas, Bewegungsmangel, Stress und hohem Alter wird eine pathophysiologisch erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) als Ursache für deren Entstehung diskutiert. NAD(P)H-Oxidasen, von denen 7 Isoformen der katalytischen Nox-Untereinheiten bekannt sind, stellen dabei die Hauptquelle für vaskuläre Superoxidanionen und oxidativen Stress dar. In dieser Arbeit konnte die vorrangige Bedeutung eines intrazellulär lokalisierten Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase-Komplexes für die konstitutive Radikalbildung in primären humanen Endothelzellen nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch chronische Applikation der biomechanischen Kräfte Schubspannung und Dehnung oxidativer Stress in humanen Endothelzellen in vitro vermindert werden kann. Die Herabregulation der Superoxidanionen-Bildung sowie die vermehrte Freisetzung von NO durch chronische Applikation biomechanischer Kräfte trägt zur positiven Balance von NO/Superoxidanionen und zum vasoprotektiven Potential physiologischer Schubspannung bzw. Dehnung bei. Durch Nox4-Promotordeletionsanalysen und Mutationsstudien konnte der Transkriptionsfaktor AP-1 als entscheidend für die schubspannungsabhängige Herabregulation von Nox4 identifiziert werden. Durch Stimulation von Endothelzellen bzw. murinen Gefäßringen mit oxidiertem LDL konnte dagegen die vaskuläre ROS-Bildung in vitro und ex vivo induziert werden. Zur weiteren Aufklärung des Mechanismus der LDL-induzierten ROS-Bildung in vivo und des Einflusses von NAD(P)H-Oxidasen wurden C57BL/6 (Wildtyp)- und Nox2-/--Mäuse 10 Wochen lang mit einer fettreichen Diät (Western diet) gefüttert und anschließend der Einfluss dieser Fütterung auf die NAD(P)H-Oxidase-Expression und ROS-Bildung analysiert. In der Aorta thoracalis beider Mausstämme zeigte sich durch das fettreiche Futter ein signifikanter Anstieg der NAD(P)H-Oxidase-Aktivität im Vergleich zum Standardfutter. Durch Western diet-Fütterung wurde die Nox4-mRNA-Expression in der A. thoracalis von Nox2-/--Mäuse und die p22phox-mRNA-Expression in beiden Mausstämmen induziert. Die Analyse weiterer Organe (Herz, Niere) zeigte keine Induktion von NAD(P)H-Oxidase-Untereinheiten durch Western diet-Fütterung. Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit für eine entscheidende Rolle der Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase bei der vaskulären Radikalbildung in vitro und in vivo. / Cardiovascular diseases are the most common causes of death in Germany. Beside the known risk factors hypercholesteremia, hyperlipoproteinemia, diabetes mellitus, obesity, sedentary lifestyle, stress and high age, a pathophysiologically increased formation of reactive oxygen species (ROS) are discussed as cause of development of cardiovascular diseases. Nicotine adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase complexes have been identified as main source of oxidative stress and vascular superoxide anions. There are 7 known isoforms of the catalytic Nox subunit of the NADPH oxidase. In this dissertation it was shown that NADPH oxidase subunit Nox4 is the major Nox isoform in human endothelial cells. Nox4 could be localized in the perinuclear space. Overexpression of Nox4 enhanced endothelial superoxide anion formation. Furthermore, a reduction of oxidative stress could be demonstrated by chronic application of the biomechanical forces laminar shear stress and cyclic strain in endothelial cells in vitro. The observed downregulation of superoxide anion formation and upregulation of NO formation by application of biomechanical forces contribute to the positive balance between NO and superoxide anion and the vasoprotective potential of physiological shear stress and cyclic strain. Molecular cloning and functional analysis of the human Nox4 promoter revealed that an AP-1 binding site is essential for downregulation of Nox4 by laminar shear stress. On the other hand stimulation of endothelial cells and murine vessels with oxidized lipids caused an upregulation of vascular ROS production in vitro and ex vivo. In order to examine the mechanism of LDL induced ROS formation and the influence of NADPH oxidase, C57BL/6 (wild-type) and Nox2-/- mice were feed with a diet high in fat and sugar (Western-type diet) for 10 weeks. After feeding, the influence of diet on the expression of NADPH oxidase and ROS production was analyzed in the A. thoracalis. Both mice strains showed a significant upregulation of aortic ROS production in comparison to normal chow. The mRNA expression of aortic Nox4 was induced in Nox2-/- mice. Furthermore, the aortic p22phox mRNA expression was upregulated in both mice strains. The analysis of other organs (heart, kidney) showed no influence of the Western-type diet. In conclusion, the results demonstrate a major role of a Nox4 containing NADPH oxidase in the vascular radical formation in vitro and in vivo.

Bis heute ist die Ätiopathogenese der Parkinson Krankheit noch nicht geklärt. Verschiedene Abweichungen im Stoffwechsel von Betroffenen konnten zwar detektiert werden (z.B. Komplex I-Mangel, erhöhte Eisen- und 8-OHdG Werte im Gehirn), aber bis heute gibt es keine eindeutigen Hinweise, wodurch es zur Entstehung der Krankheit kommt. Da es am wahrscheinlichsten ist, dass die Krankheit multifaktoriell bedingt ist, könnten auch Mutationen der mitochondrialen DNA eine wichtige Rolle spielen. Entscheidende Hinweise darauf lieferten Experimente mit Cybrid–Zellen. Bisherige Screeninguntersuchungen des mitochondrialen Genoms konnten allerdings noch keine eindeutigen krankheitsspezifischen Mutationen nachweisen. Die Theorie, dass oxidativer Stress in Verbindung mit der Parkinsonschen Krankheit stehen könnte, fand Unterstützung, als signifikant erhöhte Produkte der Lipidperoxidation (Malondialdehyd, Lipidhydroperoide) in der Substantia nigra (Dexter et al., 1989 b, 1994) und ein abnormaler Eisenstoffwechsel in den Basalganglien des Gehirns (Dexter et al., 1987; Dexter et al., 1989a; Cadet, 2001; Hirsch et al., 1991) einiger Patienten nachgewiesen worden. Erhöhte Eisenwerte in Neuromelaninaggregationen, sowie verringerte Ferritinspiegel unterstützen diese Untersuchungen (Cadet, 2001; Dexter et al., 1987, 1989b; Riederer et al., 1989; Sofic et al., 1988). Besonders anfällig für reaktive Sauerstoffverbindungen im Gehirn ist die Substantia nigra. Zum einen kommt es während des Dopaminstoffwechsels zur Freisetzung von Wasserstoffperoxid, des weiteren enthält sie Neuromelanin, welches selektiv Metalle (z.B. Eisen) bindet. Reduziertes Eisen kann mit Wasserstoffperoxid via Fentonreaktion reagieren und das äußerst schädliche Hydroxylradikal bilden (Klein &amp;amp; Ackerman, 2003). Die Menge der in den Mitochondrien frei werdenden Radikale ist von einer Reihe von verschiedenen Faktoren abhängig. Umwelteinflüsse und Ernährungsfaktoren spielen dabei eine ebenso wichtige Rolle, wie der mitochondriale Stoffwechsel selbst (Adachi et al., 1993; Simic, 1991; Menegon et al., 1997). Als ein Biomarker für den oxidativen Stress hat sich in den letzten Jahren 8-Hydroxy-2’-deoxyguanosin (8-OHdG) etabliert, welches als Folge von Angriffen des Hydroxyl-Radikals auf die Doppelbindungen der DNA-Basen am häufigsten gebildet wird (Simic, 1991; Dizdaroglu et al., 1991, Kasai, 1997). 8-OHdG ist in der Lage sich mit Adenin zu paaren (ca. 1% der Fälle), was wiederum bei der nächsten Replikation zu einer Transversion von Guanin zu Thymin führt (Richter, 1992; Croteau &amp;amp; Bohr, 1997).