Mechanismus der HIF-1alpha Aktivierung

Für das Gehirn ist eine permanente Sauerstoffzufuhr von äußerster Wichtigkeit. Im Falle einer Reduktion des Sauerstoff- und Energiegehaltes, werden ausgeklügelte Kontrollmechanismen initiiert, die den Zellen eine Anpassung ermöglichen. Zu diesen Schutzsubstanzen gehört Adenosin, ein neuroprotektiv wirkendes endogenes Purinnukleosid, welches z.B. den neuronalen Stoffwechsel drosselt, den zerebralen Blutfluss erhöht und eine wichtige Rolle als intrazellulärer Botenstoff spielt. Diese Effekte sind an die Aktivierung von spezifischen Adenosin-Rezeptoren, welche besonders im Gehirn expremiert sind, gekoppelt. Der genaue Signalmechanismus bleibt jedoch noch unklar. Im Laufe der vorigen FWF Projekte 15823 und 19578, konnte ich die protektiven Effekte von Adenosin auf die Zellviabilität und das Neuritenwachstum in PC12 Zellen und in primären zerebellaren Körnerzellen nachweisen. Mein Ziel war es, den molekularen Mechanismus des Purin-vermittelten Schutzmechanismus genauer zu erforschen. Adenosin erhöhte die p42/44 MAPK Phosphorylierung und schließlich die Stabilität von HIF-1alpha. Die adenosinerge protektive Wirkung wurde durch siRNA-mediierten knockdown von p42/44 MAPK und HIF-1alpha komplett aufgehoben. Neue vorläufige Ergebnisse zeigen, dass (1) Pharmakologische Hemmung der MAPK durch PD098059 oder Erniedrigung der MAPK Expression durch siRNA zur Beeinträchtigung der Adenosin-vermittelten HIF-1alpha Stabilität führte, was auf eine enge Verbindung zwischen diesen zwei Molekülen hinweist und (2) Pharmakologische Hemmung des A2A Adenosin-Rezeptors durch CSC die p42/44 MAPK Phosphorylierung und die Stabilität von HIF-1alpha erniedrigte, was die Wichtigkeit der Adenosin-Rezeptoren in den Purin-vermittelten Schutzmechanismen bestärkt. Dieses Projekt hat das Ziel, Verständnis in die durch Hypoxie ausgelösten zellulären Antworten und Purin- mediierten Schutzmechanismen zu bringen, indem folgende spezifischen Ziele verfolgt werden: Spezifisches Ziel 1: Studie des molekularen Mechanismus von HIF-1alpha im Adenosin-vermittelten neuroprotektiven Signalweg. Spezifisches Ziel 2: Erforschung der post-translationalen Modifikationen und proteosomalen Degradierung von HIF-1alpha in Adenosin-mediierter Neurprotektion. Spezifisches Ziel 3: Studie der Zielmoleküle von HIF-1alpha. Spezifisches Ziel 4: Untersuchung der Veränderung des Zytoskeletts bei Stress durch Hypoxie und in Adenosin- vermittelter Neuroprotektion. Längerfristiges Ziel: Erforschung des neuroprotektiven Mechansimus von Purinen mit organotypischen Kulturen von Mäusen/Ratten als ein alternatives Model für Ischemie/Reperfusion. Diese Einblicke tragen zu einem besseren Wissensstand der Adenosin-Rezeptor-vermittelten "adenosinergen" Signalwege bei und bieten daher eine Basis für die Entwicklung von Therapien von Funktionsstörungen, die durch Sauerstoffentzug hervorgerufen wurden.

Das einwandfreie Funktionieren des Gehirns ist an eine permanente Sauerstoffzufuhr gekoppelt. Im Falle einer Reduktion des Sauerstoffes (Hypoxie) und Energiegehaltes werdenausgeklügelte Kontroll- und Schutzmechanismen initiiert, die den Zellen eine Anpassungermöglichen und den Organismus vor größerem Schaden bewahren sollen. Zu diesen Schutzsubstanzen gehört Adenosin, ein neuroprotektiv wirkendes endogenes Purinnukleosid, welches z.B. den neuronalen Stoffwechsel drosselt, den zerebralen Blutfluss erhöht und eine wichtige Rolle als intrazellularer Botenstoff spielt. Diese Effekte sind an die Aktivierung von spezifischen Adenosin Rezeptoren gekoppelt. Das Projekt T421-B18 hatte das Ziel, Verständnis in die durch Hypoxie ausgelösten zellulären Antworten und Purin-mediierten Schutzmechanismen zu bringen, indem der molekulare Mechanismus von HIF-1alpha im Adenosin-vermittelten neuroprotektiven Signalweg näher untersucht wurde. Für die Versuche wurden die neuronale PCI2 Zelllinie (A2A Adenosin Rezeptor positive Zellen) und ein Zellinkubator mit der Möglichkeit den Sauerstoffgehalt zu regulieren verwendet. Bereits in früheren Arbeiten meiner Arbeitsgruppe wurden zwei zentrale Signalmodule im adenosinergen Signalweg identifiziert: 1) Die mitogen-aktivierte Proteinkinase p42/44 MAPK (Tomaselli B. 2008) und 2) der stabilisierte Hypoxie-induzierbarer Faktor-lalpha (HIF-alpha1) (zur Nedden S. 2008). In diesem Projekt konnte ich mittels Hemmer-Studien und siRNA knockdown Techniken zeigen, dass Adenosin sowohl für die p42/44 MAPK Phosphorylierung als auch für die Stabilisierung von HIF-1alpha von äußerster Wichtigkeit ist, was auf eine enge Verbindung zwischen diesen zwei Signalmodulen hinweist. Weiters wurde nachgewiesen, dass eine pharmakologische Hemmung des A2A Adenosin Rezeptors die p42/44 MAPK Phosphorylierung und die Stabilität von HIF-1alpha erniedrigt, was die Wichtigkeit der Adenosin Rezeptoren in diesem Purin-vermittelten Schutzmechanismus bestärkt.Diese Ergebnisse des Projektes tragen zu einem besseren Wissensstand der Adenosin Rezeptor-vermittelten adenosinergen Signatwege bei und bieten daher eine Basis für dieEntwicklung von Therapien von Funktionsstörungen, die durch Sauerstoffentzug hervorgerufen wurden.