Oxidativer Stress und Neurodegeneration in Drosophila melanogaster

URN zum Zitieren dieses Dokuments:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-6709
DOI zum Zitieren dieses Dokuments:: 10.5283/epub.10498

Grünewald, Christoph

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Veröffentlichungsdatum dieses Volltextes: 15 Mai 2007 08:10

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Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	14 Mai 2007
Begutachter (Erstgutachter):	Stephan (Prof. Dr.) Schneuwly
Tag der Prüfung:	25 April 2006
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Entwicklungsbiologie (Prof. Dr. Stephan Schneuwly)
Stichwörter / Keywords:	Taufliege , Nervendegeneration , Apoptosis , Oxidativer Stress , Microarray , Immuncytochemie , Ultrastruktur , Carbonyl-Reductase <NADPH> , sniffer , sniffer
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	10498

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Zusammenfassung (Deutsch)

Zusammenfassung (Deutsch)

Oxidativer Stress wird immer mehr mit Neurodegenerationserkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, Huntington, Creutzfeld-Jakob oder Amyotrophe laterale Sklerose (ALS) in Verbindung gebracht. Dennoch wurden Tiere bisher kaum benutzt, um durch oxidativen Stress verursachte Neurodegeneration zu erforschen. Die vorgelegte Studie beschreibt die Etablierung von Drosophila melanogaster als Modell, um solche Schäden zu untersuchen, sowie neue genetische Elemente zu identifizieren, die dem Schutz vor durch oxidativen Stress verursachter Neurodegeneration dienen.
Es wird gezeigt, dass molekularer Sauerstoff apoptotischen Zelltod in Neuronen hervorruft. Dabei ist ein starker Anstieg verschiedener Stressmarker, wie 4-Hydroxynonenal, Carbonylgehalt und Catalaseaktivität zu beobachten. Zusätzlich wurde die sauerstoffhypersensitive Mutante sniffer benutzt, um durch oxidativen Stress verursachten Zelltot näher zu charakterisieren. Neben apoptotischen Zellen weist diese Mutante eine auffällige Zahl multivesikulärer und multilamellarer Körperchen in neurosekretorischen Zellen des Lobulacortex auf. Etliche Zellen sind von vielschichtige Membranen umgeben. Überexpression des vermutlich zytosolischen Proteins Sniffer kann Fliegen gegen molekularen Sauerstoff schützen. Obwohl sniffer für eine Carbonylreduktase kodiert, konnten wir weder einen erhöhten Carbonylgehalt noch einen erhöhten 4-HNE-Gehalt feststellen. Dagegen war die Aktivität der Katalase deutlich erhöht, was auf ein Ungleichgewicht der antioxidativen Abwehrsysteme schließen lässt. Durch Überexpression der cytososlischen Superoxiddismutase, nicht aber der Katalase konnte die Bewegungsfähigkeit sowie die Lebenserwartung der Fliegen deutlich verbessert werden. Um weitere genetische Elemente zu identifizieren, die dem Schutz gegen oxidativen Stress dienen führten wir Microarray-Experimente durch. Neben anderen waren dabei etliche Hitzeschockgene nach Sauerstoffstress in ihrer Expression erhöht. Überexpression der Hitzeschockgene hsp22, Hsc70-3, Hsc70-4 und von humanem hsp70 konnte die Lebenserwartung unter Sauerstoff-Stress, nicht aber in der sniffer-Mutante erhöhen.
Unsere Daten zeigen, dass Hyperoxia zu unterschiedlichen Schäden, einschließlich Proteinoxidation führt. Die sniffer-Mutante scheint dagegen keine nennenswerten Schäden an Proteinen aufzuweisen. Die Ergebnisse der Microarrays sowie die Resultate der Ultradünnschnitte deuten darauf hin, dass die Mutante unter erhöhter Lipidperoxidation leidet. Sniffer könnte daher eine Rolle bei der Reparatur oder Detoxifizierung von Lipiden spielen.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Oxidative stress is increasingly implicated in neurodegenerative disorders including Alzheimer's, Parkinson's, Huntington's, and Creutzfeld-Jakob diseases or amyotrophic lateral sclerosis. Yet animals have rarely been used to study oxidative stress induced neurodegeneration. The present study was designed to establish such a model in Drosophila melanogaster and to use this model in order to find new genetic elements involved in protection against oxidative stress induced neurodegeneration.
Molecular oxygen is shown to cause apoptotic cell death of neurons. Thereby a strong increase of oxidative stress markers like carbonyl content, 4-HNE content and catalase activity could be monitored. In addition the oxygen hypersensitive mutant sniffer was used to further characterize oxidative stress induced neurodegeneration. Apart from apoptotic cell death this mutant shows a striking amount of multivesicular and multilamellated bodies in neurosecretory cells of the lobula cortex. Numerous cells appear to be surrounded by multilayered membranes. Overexpression of the putatively cytosolic protein Sniffer can protect flies against molecular oxygen. Even though Sniffer has been shown to be a carbonyl reductase, we could not find increased carbonylation or elevated 4-HNE content. In contrast activity of the antioxidant enzyme catalase is enhanced, suggesting that mutant flies suffer from unbalance of antioxidant defence. Overexpression of cytosolic superoxide dismutase but not catalase can meliorate movement abilities and lifespan of sniffer flies. In order to identify other genetic elements which can protect against oxidative stress we performed microarray experiments with young and old sniffer and oxygenized wildtype flies. Apart from others several heat shock proteins were identified to be increased after Oxygen stress. Overexpression of the heat shock proteins hsp22, hsc70-3, hsc70-4 and human hsp70 could be shown to increase resistance against hyperoxia but could not protect sniffer mutants from neurodegeneration or early death.
Our data show that hyperoxia leads to various damages including protein damage. The sniffer mutant does not seem to suffer from protein damage. Microarray results and results of ultrathin sections suggest that sniffer is afflicted with increased lipidperoxidation. Sniffer might therefore play a role in detoxification or repair of lipids.

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