Die Rolle von Peroxisomen im Hormonstoffwechsel

Peroxisomen sind der Ort essentieller biologischer Reaktionen, trotzdem ist dieses Organell kaum charakterisiert. Ein neuer Aspekt peroxisomaler Funktion wurde kürzlich von Prof. Johannes Berger und seiner Gruppe entdeckt: Zum ersten Mal konnte eine peroxisomale Lokalisation der Peptidhormone ß-Lipotropin (ß-LPH) and ß-Endorphin in verschiedenen humanen Geweben gezeigt werden. Daraus ergibt sich ein bislang unbekannter Zusammenhang zwischen Hormonen und Peroxisomen. Im Gegensatz zum Stoffwechsel der Peptidhormone ist eine mögliche Rolle von Peroxisomen in der Steroidogenese schon länger in Diskussion, da Patienten mit der vererbten peroxisomalen Erkrankung X-chromosomale Adrenoleukodystrophie (X-ALD) eine Veränderung im Androgenstoffwechsel zeigen. Die Ursache für X-ALD sind Mutationen im ABCD1 Gen, welches den peroxisomalen ATP-binding cassette (ABC) Transporter ALDP kodiert. Eine mögliche Rolle von Peroxisomen im Steroidhormonmetabolismus wird weiters durch unser Forschungsergebnis der Stimulation des humanen ABCD1 Promotors durch den Transkriptionsfaktor steroidogenic factor 1 (SF-1), den Hauptregulator der Steroidogenese, gezeigt. Ein Zusammenhang zwischen Peroxisomen, ALDP und Hormonen wird daher durch verschiedene experimentelle Ergebnisse nahegelegt, trotzdem bleibt diese fundamentale biologische Frage bis jetzt unerforscht. Das vorliegende Projekt soll diese wissenschaftliche Lücke schließen, indem die Rolle von Peroxisomen im Peptidhormonstoffwechsel untersucht wird. Zusätzlich wird der Zusammenhang zwischen Peroxisomen und Steroidogenese analysiert indem die Regulation von ABCD1 in vitro als auch in vivo mit Hilfe von gewebespezifischen Sf-1 knock out Mäusen charakterisiert wird. Zuletzt soll die Rolle von ALDP und Peroxisomen im Androgenmetabolismus untersucht werden. Die Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen erfolgt unter Zuhilfenahme von modernsten molekularbiologischen Methoden wie in vivo cell imaging, Chromatin- Immunopräzipitation (ChIP) Assay oder quantitativer real time RT-PCR Analyse. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden unser Wissen von der Rolle der Peroxisomen im Hormonstoffwechsel erweitern und daher besonders für Patienten mit peroxisomalen Erkrankungen von Bedeutung sein. Peroxisomale Erkrankungen stellen nicht nur für die Betroffenen sondern für die gesamte Gesellschaft eine enorme Bürde dar, da es derzeit für die meisten dieser Erkrankungen keine Therapie gibt. Die einzige Möglichkeit, effektive Behandlungen zu entwickeln, ist die Erweiterung des Wissens über peroxisomale Funktionen.

Peroxisomen sind der Ort essentieller biologischer Reaktionen, trotzdem ist dieses Organell kaum charakterisiert. Eine mögliche Rolle von Peroxisomen in der Steroidogenese ist schon länger in Diskussion, da Patienten mit der vererbten peroxisomalen Erkrankung X- chromosomale Adrenoleukodystrophie (X-ALD), welche vor allem die weiße Hirnsubstanz des zentralen Nervensystems betrifft, eine Veränderung im Androgenstoffwechsel zeigen. Die Ursache für X-ALD sind Mutationen im ABCD1 Gen, welches den peroxisomalen ATP- binding cassette (ABC) Transporter ABCD1 kodiert und funktionell überlangkettige Fettsäuren (ÜLFS) für den Abbau in Peroxisomen importiert. Ziel des vorliegenden Projektes war, die Rolle des peroxisomalen Proteins ABCD1 im Steroidhormonstoffwechsel näher zu untersuchen und so eine nähere Verbindung zwischen Steroiden und Peroxisomen herzustellen. Der erste Schritt war die Klärung, ob die transkriptionelle Regulation von ABCD1 mit der Steroidogenese in Zusammenhang steht. Mit Hilfe von Gewebekulturexperimenten und gewebespezifischen Sf-1 knock out Mäusen konnten wir zeigen, daß die Expression von ABCD1 sowohl in vitro als auch in vivo durch den Transkriptionsfaktor steroidogenic factor 1 (SF-1), den Hauptregulator der Steroidogenese, reguliert wird. Diese Ergebnisse stellten einen engeren Zusammenhang zwischen ABCD1, peroxisomaler Funktion und Steroidhormonen her. Ein weiterer Schritt war die Klärung, daß eine Erhöhung der ÜLFS in direktem Zusammenhang mit der transkriptionellen Dysregulation wichtiger Enzyme des Steroidhormonstoffwechsels steht: So konnten Veränderungen der 5alpha-reductase isoform 2, welche die Konversion von Testosterone zu Dihydrotestosterone katalysiert, sowie der 17beta-Dehydrogenase Type 2, die die Umwandlung von Testosterone zu Androstenedione fördert, festgestellt werden. Diese Veränderungen konnten auch auf Hormonebene bestätigt werden, wo es in X-ALD Fibroblasten zur vermehrten Produktion von Androstenedione kommt. Da Androgene als immunsuppressive Hormone bekannt sind, wurde im letzten Schritt untersucht, ob sich die bekannten Abnormalitäten im Androgenstoffwechsel von X-ALD Patienten auch in einer intrinsischen pro-inflammatorischen Aktivierung von Immunzellen wiederspiegeln. Da Monocyten und Makrophagen die am meisten von der ABCD1-Abwesenheit betroffenen Immunzellen sind, wurden diese aus Patienten isoliert und funktionell charakterisiert. Die Ergebnisse dieser Studien zeigten, daß X-ALD Monocyten und Makrophagen eine intrinsische pro-inflammatorische Aktivierung aufweisen die sich auch in einer veränderten Plastizität dieser Zellen zeigt. Zusammenfassend konnten weitere Verbindungen zwischen Steroidhormonen, der Funktion des peroxisomalen Proteins ABCD1 und dem Stoffwechsel von ÜLFS aufgezeigt werden, die weiteren Untersuchungen zur Rolle von Peroxisomen im Steroidhormonstoffwechsel als Basis dienen werden.