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Verena Tischler

• Der ubiquitäre Redoxregulator Thioredoxin-1 (Trx-1) hat wichtige Funktionen für den zellulären Redoxstatus, Zellwachstum und Apoptose. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) sind beteiligt an der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen wie der Atherosklerose und werden zunehmend in ihrer Rolle als intra- und extrazelluläre Signalmoleküle charakterisiert. Ein Ungleichgewicht zwischen der Entstehung von ROS und ihrem Abbau durch antioxidative Systeme führt zu oxidativem Stress, zur Oxidation von Proteinen und letztlich zum Zelltod. Daher wurde in dieser Doktorarbeit untersucht, wie reaktive Sauerstoffspezies Trx-1 in Endothelzellen regulieren, welchen Einfluss dies für die Endothelzellapoptose hat und welche Bedeutung Antioxidantien, Stickstoffmonoxid (NO) und Schubspannung haben. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass H2O2 konzentrationsabhängig die Expression von Trx-1 beeinflusst. Geringe Konzentrationen H2O2 wie 10 und 50 µM induzierten Trx-1-mRNA nach 3 Stunden. Auf Proteinebene fand sich dann nach 6 Stunden eine transiente Hochregulation von Trx-1. Diese geringen Konzentrationen von H2O2 wirkten antiapoptotisch. Dieser antiapoptotische Effekt war von der Trx-1 Proteinexpression abhängig. Im Gegensatz dazu kam es bei hohen Konzentrationen H2O2 zu einer Degradierung von Trx-1. Durch das Antioxidans NAC und NO konnte der Abbau von Trx-1 unter höheren H2O2-Konzentrationen verhindert werden. Untersuchungen zum Mechanismus des Degradierungsprozesses ergaben, dass Trx-1 durch die Aspartatprotease Cathepsin D abgebaut wird. Der protektive Effekt von NO auf die Trx-1 Expression konnte auch im Gewebe eNOS-defizienter Mäuse gezeigt werden, da bereits eNOS-defiziente Mäuse in den Nieren weniger Trx-1 Protein aufwiesen im Vergleich zu Wildtyp-Kontrollmäusen. Bei der Entstehung endothelialer Läsionen und der Stabilität atheromatöser Plaques spielt die Endothelzellapoptose vermutlich eine wichtige Rolle. Trx-1 schützt Endothelzellen vor Apoptose, wird jedoch unter oxidativem Stress abgebaut. Faktoren, die Trx-1 unter oxidativem Stress stabilisieren wie NAC und NO, kommt daher eine besondere Bedeutung für die Endothelzellhomöostase zu.
• The ubiquitous redoxregulator thioredoxin-1 (trx-1) is essential for cellular redox status, cell growth and apoptosis. Reactive oxygen species (ROS) are involved in the pathogenesis of cardivascular diseases like atherosclerosis. In addition, ROS have recently been characterised as intra- and extracellular signalling molecules. Severe imbalance in cellular redox state leads to oxidative protein damage and cell death. Therefore, this thesis was focused on how trx-1 is regulated by ROS in endothelial cells, whether endothelial cell apoptosis is effected and whether antioxidants, nitric oxide and shear stress modulate trx-1 regulation. In this thesis it was shown that H2O2 modulates expression of trx-1 in a concentration dependent manner. Low doses of H2O2 like 10 and 50 µM induced trx-1 mRNA after 3 hours. On the protein level, a transient upregulation of trx-1 became evident after 6 hours incubation with low doses of ROS. These low doses of H2O2 protected endothelial cells from apoptosis. The anti-apoptotic effect was dependent on trx-1 protein expression. In contrast, high doses of H2O2 lead to degradation of trx-1. The antioxidant NAC and nitric oxide prevented degradation of trx-1 under conditions of high doses of H2O2. Investigations of the degradation mechanism revealed that trx-1 is degraded by the aspartatic protease Cathepsin D. Additionally, the protective effect of nitric oxide on trx-1 protein expression was shown in the tissue of eNOS-deficient mice as these had a lower trx-1 protein level in the kidney compared with wildtype control mice. In the progression of atherosclerosis and the stability of atherosclerotic plaques, endothelial cell apoptosis may play a key role. Trx-1 protects endothelial cells from apoptosis but is degraded under conditions of oxidative stress. Factors that stabilise trx-1 under conditions of oxidative stress like NAC and NO are of great importance for endothelial cell homeostasis.