Charakterisierung der Regulation des Glutamat/Cystin-Antiporters System xc- durch inflammatorische Signalwege in Astrozyten

Abstract

Viele neurodegenerative oder auch neuroinflammatorische Krankheiten, unter anderem Alzheimer-Demenz, Chorea Huntington oder Epilepsie, zeigen Anzeichen einer Glutamatdysregulation mit einer System xc--Hochregulierung und einer Herunterregulierung des Glutamattransporters excitatory amino acid transporter (EAAT) 2. Die dabei möglicherweise entstehende Exzitotoxizität und die pathophysiologische Bedeutung von System xc- in diesen Krankheiten konnte bisher jedoch nicht eindeutig nachgewiesen werden. System xc- fungiert als Na+-unabhängiger und Cl--abhängiger Antiporter, der Glutamat, Cystin und Cystathionin in einem 1:1-Verhältnis in beide Richtungen transportiert. Vorstudien haben gezeigt, dass die System xc--Expression durch verschiedene Stimuli stark induzierbar ist. Dabei ist es sehr wahrscheinlich, dass vor allem die Hochregulation der spezifischen Untereinheit xCT eine übergeordnete Rolle bei der Induktion der System xc--Aktivität in Astrozyten spielt. Die xCT-Regulation in Astrozyten auf transkriptioneller Ebene wird unter anderem über die nuclear factor (erythroid-derived 2)-related factor (Nrf2) und activating transcription factor 4 (Atf4) reguliert. Diese Arbeit zeigt zunächst, dass die System xc--Aktivität gemessen als Homocysteat (HCA)-sensitive [3H]-Glutamataufnahme sowohl durch Lipopolysaccharide (LPS) als auch durch eine synthetische Polyinosin-Polycytidylsäure (Poly(I:C)) als Ersatz für virale, doppelsträngige RNA induziert werden kann. Dieser Effekt ist sowohl von der Liganden-Konzentration als auch dessen Wirkdauer abhängig. Dabei ist die Aktivitätssteigerung durch LPS um ein Vielfaches höher als durch Poly(I:C). In einem weiteren Schritt wird gezeigt, dass LPS bei der höchsten getesteten Konzentration deutlich stärker als Poly(I:C) sowohl die Boten-RNA (mRNA) als auch das xCT-Protein erhöht, während bei Substanzen in gleichen Konzentrationen angewendet die Promotoraktivität ähnlich stark beeinflusst wird. Diese Diskrepanz zwischen Promotoraktivität und mRNA-Spiegel kann eventuell über post-transkriptionelle Mechanismen erklärt werden. Im Bereich -226 bp bis -100 bp im proximalen xCT-Promotor liegt eine Region, die in der Hochregulation der xCT-Transkription eine Rolle spielt. Eine Beteiligung der, als funktionell relevant, beschriebenen Nrf2-Bindungsstelle in diesem Bereich kann ausgeschlossen werden. Zudem wird gezeigt, dass weder LPS noch Poly(I:C) einen Effekt auf das intrazelluläre Glutathion (GSH)-Niveau haben. Somit bleibt der Signalweg, über den inflammatorische Stimuli zu einer Erhöhung der System xc--Aktivität führen, weiter unklar. Als möglicher Kandidat könnte nuclear factor 'kappa-light-chain-enhancer' of activated B-cells (NF-κB) in den Fokus rücken, der sowohl in den Signalwegen der Toll-ähnlichen Rezeptoren (TLR) eine gewichtige Rolle spielt und auch im xCT-Promotor eine mögliche Bindungstelle hat.