Auswirkungen des Glyoxalase 1-Knock-Downs auf die HSP27-Expression und das Aktin-Zytoskelett

Fragestellung: Hyperglykämie fördert die Bildung von Methylglyoxal, welches im Plasma von Patienten mit Diabetes mellitus in erhöhten Konzentrationen auftritt. Methylglyoxal ist ein zellschädigender Metabolit und reagiert mit bestimmten Aminosäureresten von Proteinen unter Bildung von in der Regel irreversiblen Modifikationen, wie Argpyrimidin und Hydroimidazolon. Das anti-apoptotisch wirkende und Zytoskelett stabilisierende kleine Hitzeschockprotein27 (HSP27) ist das am stärksten modifizierte und Argpyrimidin-enthaltende Protein. Außerdem ist Methylglyoxal in die Regulation verschiedener Gene involviert, indem es bestimmte Transkriptionsfaktoren modifiziert. In erhöhten Konzentrationen weist Methylglyoxal zytotoxische Eigenschaften auf. Eine intrazelluläre Anreicherung dieses Metabolits wird zum größten Teil durch das Glyoxalase-System verhindert. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Auswirkung eines Glyoxalase 1 (GLO1)-Knock-Downs in der Kardiomyoblasten-Zelllinie H9c2.

Methodik: H9c2-Zellen wurden mit GLO1-spezifischer siRNA transfiziert. Die Auswirkung des GLO1-Knock-Downs auf das Aktin-Zytoskelett wurde immunohistologisch untersucht. Außerdem wurde die Expression von HSP27 auf mRNA- und Proteinebene bestimmt. Mittels Annexin V wurde der Anteil apoptotischer Zellen durchflusszytometrisch bestimmt.

Ergebnisse: Erhöhte Methylglyoxal-Konzentrationen führen zur Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies, die wiederum die vermehrte Bildung von Hitzeschockproteinen induzieren. Damit ist zu erwarten, dass der GLO1-Knock-Down zu einer verstärkten Hitzeschockprotein-Expression führt.

Der GLO1-Knock-Down resultierte allerdings in erniedrigter Expression von HSP27, sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene. Um eine unspezifische Reaktion ausschließen zu können, wurden in fünf unabhängigen Versuchsreihen zwei GLO1-siRNA-Konstrukte verwendet, die gegen verschiedene Zielsequenzen gerichtet sind. Mit beiden siRNA-Konstrukten konnte die GLO1-Expression um etwa 90% (48h nach Transfektion) erniedrigt werden und mit beiden Konstrukten resultierte der GLO1-Knock-Down in erniedrigter HSP27-Expression, wohingegen die unspezifische Kontroll-siRNA keinen signifikanten Effekt auf die GLO1- und HSP27-Expression zeigte. Die Erniedrigung der GLO1-Expression führte außerdem zur Induktion von Apoptose und zur Schädigung des Aktin-Zytoskeletts.

Schlussfolgerung: Die zytotoxischen Eigenschaften von Methylglyoxal werden oftmals auf die Induktion des oxidativen Stress zurückgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Methylglyoxal außerdem die HSP27-Expression herabsetzt, was neben dem oxidativen Stress zusätzlich die zellschädigenden Eigenschaften von Methylglyoxal erklären könnte. Weitere Arbeiten sind notwendig, um Aufschluss über die mechanistischen Zusammenhänge zwischen erhöhten Methylglyoxal-Konzentrationen und der herabgesetzen HSP27-Expression zu erhalten.