Nox4 als Regulator der Endothelzellseneszenz

Im menschlichen Genom werden 5 NADPH Oxidasen codiert, die als Nox1 - Nox5 bezeichnet werden. Prototypische NADPH Oxidasen, wie etwa Nox2, spielen eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr, indem aus Sauerstoff Superoxid produziert wird, welches dann für die Abtötung von Pathogenen verwendet wird. Neben dieser prototypischen NADPH Oxidase, die vor allem in Makrophagen vorkommt, wurden weitere Enzyme dieser Klasse identifiziert, die offenbar primär andere Funktionen haben. Von besonderem Interesse ist Nox4, eine ubiquitär exprimierte NADPH Oxidase, die im Gegensatz zu Nox2 auch konstitutiv aktiv ist. Nox4 und davon abgeleitete Sauerstoffradikale spielen eine wichtige Rolle bei der zellulären Signaltransduktion und Regulation der Genexpression; allerdings sind die molekularen Mechanismen nur unvollständig verstanden. Wir konnten kürzlich zeigen, dass Nox4 in menschlichen Endothelzellen massive DNA-Schädigungen induziert, die dann zur vorzeitigen zellulären Seneszenz führen. Basierend auf eigenen unpublizierten Vorarbeiten, wonach Nox4 die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigt, sollen molekulare Mechanismen studiert werden, die dem Nox4-abhängigen Funktionsverlust der Mitochondrien zugrunde liegen. Weiterhin sollen molekulare Mechanismen der Regulation von Genexpression durch Nox4 untersucht werden. Dabei sollen insbesondere funktionelle Interaktionen von Nox4 mit dem Transkriptionsfaktor ZSCAN18 sowie der Einfluss von Nox4 auf die Aktivität von Transkriptionsfaktoren aus der FOXO-Familie überprüft werden. Schließlich soll die Rolle von Nox4 als Regulator der stress-induzierten Seneszenz menschlicher Endothelzellen untersucht werden; durch eine Analyse der Expression von Nox4 in vaskulären Biopsien sollen mögliche Zusammenhänge zwischen Nox4-Funktion und der Alterung menschlicher Blutgefäße geprüft werden.

In der Arbeitsgruppe wurde gezeigt, dass die NADPH-oxidase Nox4 eine wichtige Rolle bei der Alterung menschlicher Zellen aus der Endothelschicht der Blutgefäße spielt. Speziell produziert Nox4 Sauerstoffradikale, welche im Prinzip eine wichtige Rolle bei der intrazellulären Signalübertragung spielen, aber auch schädigende Wirkungen aufweisen, wenn zu viel davon produziert wird. Im Projekt wurde eine funktionelle Interaktion zwischen Nox4 und der mitochondrialen Atmungskette entdeckt, und wir konnten unter Verwendung von hochauflösender Respirometrie zeigen, dass Komplex I der Atmungskette durch Nox4 spezifisch inhibiert wird. Weiters wurden sog. mitochondriale Superkomplexe mittels nichtdenaturierender Gelelektrophorese dargestellt. Dabei zeigte sich, dass die verringerte Aktivität von Komplex I in Nox4-exprimierenden Endothelzellen mit einer verringerten Konzentration der Proteinuntereinheiten dieses Komplexes einhergeht. Diese Daten etablieren einen neuen Mechanismus der Mitochondrienschädigung durch eine NADPH-Oxidase. Weiterhin wurden aus einer Substanzenbank neun Verbindungen, isoliert aus essbaren Pflanzen, identifiziert, welche eine signifikante inhibitorische Aktivität auf die NADPH-Oxidase Nox4 zeigen, sowohl in zellbasierten als auch in zellfreien Assays. Die besten Inhibitoren weisen eine Wirkungskonstante (IC50) im niedrigen mikromolaren Bereich auf, und sind damit in ihrer Aktivität vergleichbar mit den besten pharmakologischen Inhibitoren von Nox4, von denen sich einige derzeit in der klinischen Erprobung befinden. Schließlich wurde die Rolle von NADPH-Oxidasen im Prostatakarzinom untersucht. Wir konnten zeigen, dass in PC3 Prostatakarzinomzellen selektiv die Nox-Isoform Nox5 exprimiert wird. Weiterhin konnten wir durch spezifische Knock-Down Experimente nachweisen, dass Nox5 für die Proliferation und das Überleben von PC3 Prostatakarzinomzellen eine essentielle Rolle spielt.