Neuroprotektion durch spezifische Induktion des Transkriptionsfaktors HIF-1

Abstract

In der ablaufenden pathophysiologischen Kaskade bei einem Schlaganfall, sind mehrere Schadensmechanismen auf unterschiedlichen zellulären Ebenen beteiligt. Der Transkriptionsfaktor Hypoxie-induzierbarer Faktor-1 (HIF-1), ist essentieller Knotenpunkt zellulärer Signalkaskaden zur Anpassung von Zellen und Gewebe an Hypoxie bzw. Ischämie und einer der Schlüsselfaktoren in der Vermittlung ischämischer Präkonditionierung. Abhängig von der Sauerstoffkonzentration und anderen stabilisierenden Faktoren wird HIF-1 entweder abgebaut oder initiiert die Transkription von Sauerstoff-regulierten Genen. Ziel dieser Arbeit war es, HIF-1alpha mit Hilfe von Prolylhydroxylasen- Inhibitoren in Form von NODD- und CODD-Domänen zu stabilisieren und durch Überexpression von HIF-1 abhängigen Genen Neuroprotektion zu induzieren. NODD- bzw. CODD-Domänen sind Polypeptide, die den N- bzw. C-terminalen Abschnitt der Oxygen dependent degradation domain der HIF-1alpha Untereinheit gleichen. Diese Domänen werden anstelle der endogenen HIF-1alpha Untereinheit proteasomal abgebaut und fördern so die Induktion von HIF-1. Durch die vorliegenden Experimente konnte gezeigt werden, dass transfizierte CODD- und NODD-Domänen die Überlebensrate von primären Cortexneuronen der Ratte nach einem OGD-Experiment (Sauerstoff-Glukose Entzug) signifikant verbessern. Dieser Effekt erwies sich als spezifisch und signifikant gegenüber der Negativkontrolle und gegenüber der durch Punktmutation am spezifischen Prolinrest veränderten CODD- bzw. NODD- Domänen. Es lässt die Schlussfolgerung zu, dass der sauerstoffabhängige Abbau von HIF-1alpha durch Transfektion spezifischer DNA-Abschnitte hinreichend inhibiert werden kann und dass die daraus hervorgehende HIF-1 Aktivierung protektive Gene induziert, die einen gesteigerten Hypoxieschutz in Neuronen hervorruft.

In the pathophysiological cascade of stroke are various damage mechanisms on different cellular levels involved. The transcriptionfactor Hypoxia inducible factor-1 (HIF-1) is a global regulator of cellular and systemic oxygen homeostasis in animals. It is a transcriptional activator that mediates changes in gene expression in response to changes in cellular oxygen concentrations. HIF-1 is a heterodimer consisting of an oxygen-regulated HIF- 1alpha subunit and a constitutively expressed HIF-1beta subunit and is the key regulator in ischemic preconditioning The aim of this thesis was to show that the stabilisation of HIF1alpha with inhibitors of prolyl hydroxylases in form of NODD- and CODD polypeptides induce an overexpression of HIF-1 dependent genes and leads to neuroprotection. NODD- and CODD domains resemble two independent regions within the HIF-1alpha oxygen dependent degradation domain (the N-terminal portion and C-terminal portion of the ODDD) and are targeted for ubiquitinylation by the Von Hippel-Lindau Tumor Suppressor Protein (pVHL) dependent upon prolyl hydroxylation. Instead of the endogen HIF-1alpha subunit these two domains are taken for the proteasomal degradation and assist therefore the induction of HIF-1. The results showed that primary cortex neurons of rats transfected with CODD- and NODD-domains had a significantly higher survival rate after an OGD experiment. This effect was specific and significant compared to the negative control and the control group which had a point mutation at the specific prolin residue. One possible conclusion of these experiments is that the oxygen dependent degradation of HIF-1alpha can be inhibited sufficiently by specific polypeptides. The resulting activation of HIF-1 induces protective genes which enhance the survival rate of primary neurons.