Intrazelluläre Glutathionhomöostase

Abstract

Das Glutathionsystem ist als zentrale antioxidative Verteidigung der Zelle gegen reaktive Sauerstoffspezies von potentiell therapeutischem Interesse für diese degenerativen Prozesse, auch wenn die initiale Ursache des oxidativen Streß nicht in einer Dysfunktion des Glutathionsystems selbst liegt. Experimente an neuronalen Zellkulturen demonstrierten, daß innerhalb der Zelle ein separat regulierter mitochondrialer Glutathionpool existiert, welchem herausgehobene Bedeutung in einer Glutathionmangelsituation der Zelle zukommt. Im weiteren konnte gezeigt werden, daß eine milde Inhibition der mitochondrialen Atmung im Zellkulturmodell keinen oxidativen Streß und Verminderung der Glutathiongehalte verursacht. Dagegen erwies sich die Funktion des Komplex I der mitochondrialen Atmungskette als sehr anfällig gegenüber thiol-inaktivierenden Molekülen und oxidativem Streß. Diese Befunde lassen eine Störung der Glutathionhomöostase, speziell auf mitochondrialer Ebene als Ursache einer oxidativen Zellschädigung wahrscheinlicher erscheinen als eine schleichende mitochondriale Dysfunktion. Die Existenz eines Glutathiontransports durch Mitochondrien isoliert aus Rattenhirngewebe wurde verifiziert und dessen Kinetik untersucht. Die erhaltenen Daten favorisieren ein Zusammenspiel mehrerer verschiedener Transportsysteme oder Untereinheiten gegenüber der Hypothese eines spezifischen Glutathiontransportproteins. In einem weiteren Modell von oxidativem Zelltod wurde der Nachweis erbracht, daß L-Glutamat, welches einigen Nervenzelltypen als Neurotransmitter dient, bei anderen Nervenzelltypen oxidativen Streß und Zelltod auszulösen vermag. Bei dieser Schadenskaskade üben offenbar geringe Mengen reaktiver Sauerstoffspezies eine Signal- und Verstärkerfunktion aus, die durch niedrige Konzentrationen der antioxidativ wirkenden Pharmaka Flupirtin (Analgetikum) und Retigabin (Antiepileptikum) aufgehalten werden kann.

The glutathione system is pivotal for cellular defense against reactive oxygen species and thus of potential therapeutic interest in degenerative diseases even if the cause of the disease lies not within the glutahione system itself. Experiments using neuronal cell cultures demonstrate that a separate mitochondrial pool of glutathione exists, which is especially important in a situation of glutathione shortage. Furthermore it was shown that a sublethal inhibtion of mitochondrial respiration in vitro did not induce oxidative stress and depletion of glutahtione. In contrast, activity of complex I of the mitochondrial respiratory chain was highly susceptible to thiol-inactivating agents and oxidative stress. The data support the hypothesis that a dysfunction of cellular glutathione homeostasis, particulary at the mitochondrial level could represent an initial cause of a loss of mitochondrial function and subsequent cellular degeneration. The existence of a mitochondrial glutathione transport was studied in isolated rat brain mitochondria. Kinetic data obtained favour an uptake system comprised of several cooperative transport proteins or subunits. L-glutamate, a neurotransmitter in certain neuronal cell populations, was shown to elicit oxidative stress and cell death in other, non-glutaminergic, cells. Experiments revealed that in this paradigm only minor levels of reactive oxygen species mediate and thus potentiate cellular degeneration. Cell death was found to be blocked by low concentrations of antioxdative-acting compounds like flupirtine (used as analgeticum) and retigabine (potential anti-epilepticum).