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Abstract

Unter physiologischen Bedingungen kann moderater oxidativer Stress eine wichtige Rolle in der zellulären Signaltransduktion spielen, wogegen eine das physiologische Ausmaß überschreitende Menge reaktiver Sauerstoffverbindungen zellschädigende Auswirkungen hat. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Bedeutung der Proteincarbonylierung, als häufigster oxidativer Proteinmodifikation, in der Frühphase der diabetischen Nephropathie aufzuklären. Dazu wurden die Expression und Aktivität anti-oxidativer Enzyme, insbesondere der Glutathionperoxidase (GPx), und deren spezifische Carbonylierung im Vergleich zur Gesamtmenge carbonylierter Proteine in Mausmodellen für den Typ I und Typ II Diabetes im Verlauf der diabetischen Nephropathie analysiert. Zusätzlich wurden Podozyten untersucht, die unter hyperglykämischen Bedingungen oder in Gegenwart des reaktiven Glucosemetabolits Methylglyoxal kultiviert wurden. In Nierenlysaten von Typ I diabetischen Ins2Akita-Mäusen konnten erhöhte Mengen an carbonylierten Proteinen detektiert und mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie in glomerulären Podozyten und Mesangiumszellen lokalisiert werden. Nach 3, 6 und 8 Monaten waren die GPx-1 bzw. GPx-4-Expression sowie die GPx-Gesamtaktivität in den Nieren dieser Tiere signifikant gesteigert. Nur in jungen 1 Monat alten Ins2Akita-Mäusen konnte noch keine gesteigerte GPx-Expression, aber dennoch eine erhöhte GPx-Aktivität und zusätzlich eine vermehrte GPx-1-Carbonylierung nachgewiesen werden. In den Nieren von Typ II diabetischen db/db-Mäusen war im Gegensatz dazu eine GPx-1 und GPx-4-Expressionssteigerung nur in jungen, 10 Wochen alten Mäusen detektierbar. Obwohl die Gesamtmenge an carbonylierten Proteinen in den Glomeruli der diabetischen Tiere erhöht war, konnte weder eine gesteigerte GPx-1-Carbonylierung noch GPx-Aktivität in diesen Tieren nachgewiesen werden. Im weiteren Verlauf der Erkrankung waren die GPx-Proteinmengen in 18, 26 und 30 Wochen alten nicht-diabetischen und diabetischen db/db-Mäusen vergleichbar. In der Podozyten-Zelllinie E11 war die GPx-1-Expression unter hyperglykämischen Bedingungen und nach Stimulation mit Methylglyoxal gesteigert. Die GPx-Aktivität nahm in diesen Zellen durch Hyperglykämie jedoch ab, während eine vermehrte GPx-1-Carbonylierung nicht nachweisbar war. Desgleichen nahm die Gesamtmenge an carbonylierten Proteinen in kultivierten Podozyten nach Glucose-Stimulation nicht zu. Insgesamt weisen die vorliegenden Ergebnisse auf eine Regulation der GPx-Expression und Aktivität während der Entwicklung einer diabetischen Nephropathie hin. Diese ist jedoch in db/db und Ins2Akita-Mäusen nicht kongruent. In Typ I diabetischen Ins2Akita-Mäusen stellt die GPx-Carbonylierung möglicherweise einen initialen Schutzmechanismus in der Frühphase der Pathogenese der diabetischen Nephropathie dar, der mit zunehmendem Fortschreiten der Erkrankung nicht mehr zum Tragen kommt.