Titelaufnahme

Titel
Wechselwirkung von metabolischem und immunologischem Signaling : Auswirkungen von metabolischem Stress durch 2-Deoxyglukose
Weitere Titel
Interaction of metabolic and immunological signaling Impact of metabolic stress by 2-deoxyglucose
VerfasserMiftari, Fitore
GutachterZlabinger, Gerhard ; Zeyda, Karina
Erschienen2013
Datum der AbgabeJuni 2013
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)2-Deoxyglukose / mTOR / AMPK / Insulin / TLR-4 / immunologisches Signaling / metabolisches Signaling
Schlagwörter (EN)2-deoxyglucose / mTOR / AMP-kinase / TLR-4 / insulin / immunological signaling / metabolic Signaling
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Der Energiehaushalt ist für unsere Zellen sehr wichtig, damit deren Zellzyklus und -funktionen aufrechterhalten werden. Das Glukoseanalog 2-Deoxyglukose (2-DG) inhibiert die Glykolyse, dadurch wird die 5´ adenosin monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMP-Kinase) aktiviert. Diese kann das Enzym mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibieren. mTOR ist eine Serin/Threonin-Kinase, welche verschiedene Auswirkungen auf das Immunsystem und den Energiemetabolismus hat. Bisher ist noch weitgehend unbekannt, in welche Signaltransduktionsmechanismen 2-DG eingreifen kann und inwiefern die erwähnten Signalwege mit bereits beschriebenen Zytokin-modulierenden Eigenschaften der Substanz zusammenhängen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Wechselwirkung zwischen metabolischen und immunologischen Signaltransduktionswegen zu untersuchen. Eine Verbindung zwischen diesen beiden Signalwegen wird analysiert, indem die Wirkung von 2-DG auf das Signaling upstream von mTOR nach Toll-like receptor (TLR)-Stimulation in humanen Monozyten dargestellt wird.

Um eine Inhibierung von mTOR durch 2-DG festzustellen, wurden Interleukin (IL)-10, IL-12p40, IL-6 und tumor necrosis factor (TNF)-α mittels Festphasenassay (Luminex) gemessen. Durch die Vorinkubation mit 2-DG und anschließender Stimulation mit LPS konnte ein pro-inflammatorischer Zytokinshift beobachtet werden. Bei einer Inkubationszeit mit 2-DG über 3 Stunden, wurde erkannt, dass IL-10 stark vermindert ausgeschüttet wird, wohingegen aber IL-12p40 vermehrt im Überstand vorhanden ist. Es hat sich auch gezeigt, dass diese Wirkung von 2-DG auf die Zytokinsekretion dosis- und zeitabhängig ist.

Mittels Western blot konnten bestimmte phosphorylierte Signalmoleküle, wie p-PI3K, p-Akt, p-TSC2, p-LKB1, p-AMPK, p-PTEN und p-mTOR detektiert werden. 2-DG konnte die Phosphorylierung von LKB1, AMP-Kinase, Akt, TSC2 Serin 1387 und PI3K induzieren. Jedoch kann 2-DG die Aktivierung von Akt durch LPS inhibieren.

Anhand dieser Ergebnisse konnte aufgezeigt werden, dass das metabolische und immunologische Signaling interagieren und dass 2-DG eine Wirkung auf das „upstream“-Signaling von mTOR hat.

Zusammenfassung (Englisch)

Energy balance is crucial to our cells. It maintains cell cycle and cell functions. The glucose analog 2-deoxyglucose (2-DG) inhibits glycolysis and thus can activate the 5 'adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMP-Kinase). AMP-Kinase can inhibit the enzyme mammalian target of rapamycin (mTOR). mTOR is a serine/threonine kinase, which has various effects on the immune system. Until know it is still largely unknown in which signaltransduction mechanism 2-DG can intervene and in what way the above-mentioned signaling pathways are associated with already described cytokine-modulating properties of 2-DG.

The aim of the present work is to investigate the interaction between metabolic and immune signaling pathways. The interrelation between metabolic and immune signal pathways was analyzed by studying the effect of 2-DG on upstream parts of mTOR signaling after Toll-like receptor (TLR)-stimulation of human monocytes. To evaluate the impact of 2-DG, interleukin (IL)-10, IL-12p40, IL-6 and tumor necrosis factor (TNF)-α were assessed by solid-phase immunoassay (Luminex). A pro-inflammatory cytokine shift was observed after preincubation with 2-DG and subsequent stimulation with LPS. After incubation for 3 hours with 2-DG, IL-10 secretion was greatly reduced, while IL-12p40 expression was potentiated. This effect of 2-DG on cytokine secretion was both dose-and time-dependent. Phosphorylation of signaling molecules, like p-PI3K, p-Akt, p-TSC2, p-LKB1, p-AMPK, p-mTOR and p-PTEN was evaluated by western blotting to show their involvement. 2-DG was able to induce phosphorylation of LKB1, AMP-kinase, Akt, PI3K and TSC2 serine 1387. 2-DG inhibited the activation of Akt after LPS stimulation. From these results an interrelationship of metabolic and immune signaling and an effect of 2-DG on the upstream pathway of mTOR signaling can be concluded.