Die Identifizierung von Proteinen durch Massenspektrometrie stellt eine effektive und aussagekräftige Möglichkeit dar, zelluläre Mechanismen zu entschlüsseln. Das dadurch detektierte Proteom ganzer Organe, kann dazu dienen Pathologien und deren Entstehung besser zu verstehen. Die Prävalenz von Pathologien, welche mit einer entzündlichen Veränderung der Retina und der Gefäßversorgung der Retina einhergehen, ist sowohl in der Veterinärmedizin wie auch in der Humanmedizin hoch. Vor allem das Normaldruckglaukom stellt eine große Herausforderung in früher Diagnostik und Therapie dar. Die Auswirkung der Omega-3-Fettsäuresupplementierung auf das Proteom der Retina und der Arteria ophthalmica von Mäusen, welche ein genetisches knock-out des Cyp2c44 Enzymes vorweisen, kann neue Hinweise auf Pathomechanismen des Normaldruckglaukoms bringen. Massenspektrometrie hat in der Vergangenheit dazu beigetragen, Schlüsselproteine zu identifizieren, welche mit Pathologien in Verbindung gebracht werden. Am Auge ist hierfür die Tränenflüssigkeit von besonderer Bedeutung, da sie einfach zugänglich ist und rasant auf Veränderungen reagiert. Das Tränenproteom stellt sowohl beim Mensch als auch bei anderen Säugetieren eine hervorragende Möglichkeit dar, Pathologien in Zukunft schneller und eindeutiger zu erkennen. Jedoch sind Daten zu jeweiligen Tränenanalysen mangelhaft und bis heute gibt es keine Grundlage für das Tränenproteom bei Haussäugetieren.
Ziel dieser Arbeit ist es, mittels Massenspektrometrie Schlüsselmechanismen in dem Proteom der Retina und Arterie zu identifizieren, welche zu einer erhöhten, entzündlichen Vaskularisation führen und eine protektive Eigenschaft von Omega-3-Fettsäuren nachzuweisen. Zusätzlich wurde die Massenspektrometrie angewendet, um das Proteom von Tränenflüssigkeit von vier verschiedenen Spezies zu entschlüsseln und dieses mit dem Tränenproteom des Menschen zu vergleichen.
Insgesamt wurden 42 männliche Cyp2c44 genetische knock-out Mäuse (C57BL/6) und deren gefloxte Wurfgeschwister sieben Tage lang mit Omega-3-Fettsäuren oral supplementiert und daraufhin Retina und Arteria ophthalmica entnommen. Eine Proteinanalyse wurde mittels Massenspektrometrie via Linear-trap-quadrupol Orbitrap durchgeführt. Retina Proben wurden individuell analysiert, während Arteria ophthalmica Proben gepoolt wurden.
Die Analyse von Tränenproben erfolgte von Mäusen, Hunden, Katzen, Pferden und Menschen mit je sechs Proben, welche individuell analysiert wurden. Die Tränenproben wurden mittels Schirmer-Tränenstreifen entnommen, bis auf die der Mäuse, welche mittels Kapillarmethode post mortem entnommen wurden. Die Proteinanalyse erfolgte auch hier mittels Linear-trap-quadrupole Orbitrap. Alle Daten wurden mit der Ingenuity Pathway Analysis (QIAGEN) Software ausgewertet.
Die Proteinanalyse der Retina und der Arteria ophthalmica ergab Unterschiede in vielen verschiedenen zellulären Mechanismen, wie zum Beispiel der Synthese reaktiver Sauerstoffspezies, Apoptose und Glycolyse. Es konnte gezeigt werden, dass eine kurzzeitige Supplementierung von Omega-3-Fettsäuren einen protektiven Effekt auf die Retina hat. Außerdem konnten zusätzlich vaskulo-protektive Effekte der Omega-3-Supplementierung auf die Arteria ophthalmica nachgewiesen werden. Zusätzlich wurde gezeigt, dass der Cyp2c44-Mechanismus eine Schlüsselrolle in zellulären Mechanismen übernimmt, wie zum Beispiel der Apoptose, der Nekrose und dem Glukosemetabolismus.
Die Analyse des Proteoms der Tränenflüssigkeit von Hunden, Katzen, Pferden und Mäusen im Vergleich zum Menschen ergab die höchstgemessene Anzahl von Proteinen in den Tränen von Hunden mit 433, während bei Pferden nur 257 Proteine identifiziert wurden. Es konnte gezeigt werden, dass knapp 90% des Proteoms hauptsächlich aus zehn verschieden Proteinen, welche in großer Menge gemessen wurden, besteht. Außerdem wurden Proteine identifiziert, welche nur beim menschlichen Tränenproteom nachgewiesen werden konnten. Diese Proteine stammen hauptsächlich aus der Glandula lacrimalis. Dies lässt vermuten, dass die Glandula lacrimalis eine besonders ausgeprägte Funktion beim Menschen einnimmt, welche bei den anderen vier Spezies fehlt.
Beide durchgeführten Experimente zeigen, dass die Proteomforschung eine große Rolle zur Aufschlüsselung zellulärer Mechanismen einnehmen könnte. Eine kurzzeitige Omega-3-Fettsäuresupplementierung wurde in dieser Studie als erstmals protektiv für Retina und Vaskularisation des Auges nachgewiesen und gibt den Ausblick auf weitere Möglichkeiten neuer Behandlungsmethoden für Augenerkrankungen, speziell die des Glaukoms. Die Proteinanalyse der verschiedenen Spezies beweist einen deutlichen Unterschied in Zusammensetzung und Funktion des Tränenapparates im Vergleich zum Menschen und kann als Datenbank für weitere Forschung in Human- und Veterinärmedizin herangezogen werden.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:90848 |
| Date | 10 April 2024 |
| Creators | Lässiger-Herfurth, Anna |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 10.3390/cells11213494 |
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