II. Problemstellung

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Aufklärung des molekularen Mechanismus der Streß- und Hormon-induzierten Genexpression der hepatischen Hämoxygenase 1 (HO-1) der Ratte. Die primäre Aufgabe der Hämoxygenase ist die Katalyse der Reaktion:
 
 

 
Die katalytische Reaktion stellt die Degradierung der Hämgruppe zu Biliverdin unter Freisetzung eines Eisen-II-Ions und der Bildung von Kohlenmonoxid (CO) dar. Jedoch spielt die HO-1 eine weitere Schlüsselrolle: Sie stellt die Antioxidanten Biliverdin und Bilirubin, die bei der zellulären Regulation unter oxidativen Veränderungen (oxidativer Streß) bzw. bei oxidativen Zellschädigungen eine wichtige Rolle spielen, bereit. Vor allem unter diesen Gesichtspunkten sind Untersuchungen zum molekularem Mechanismus der HO-1-Aktivierung zur Zeit von großer Bedeutung, da sie zu einem besseren Verständnis der zellulären Abwehr verschiedenster Streß-Induktoren ("oxidativer Streß", Metalle, das eigene Substrat Häm und Hormone) führen.

Der erste Teil der Arbeit befaßt sich mit den Untersuchungen der Induktoren (Metalle, das Substrat Häm und "oxidativer Streß") und die davon abhängige Regulation der HO-1 in dem in vivo-nahen primären Hepatozytensystem der Ratte. Zum Vergleich wurden Ergebnisse aus den permanenten Leberzellinien HepG2 und HepB3 herangezogen.

Die Untersuchung der Genregulation der HO-1 soll helfen, folgende Fragen zu klären:
 
Bewirken alle zu untersuchenden Induktoren (Cadmiumchlorid, Kobaltchlorid, Häm und t-Butylhydrochinon) in dem primären Hepatozytenzellsystem eine Induzierung der HO-1 mRNA ?
Geht die Induktion mit einer entsprechenden HO-1 Proteinsynthese einher ?
Ergeben sich aus der Wirkungsweise der Induktoren und der daraus resultierenden Aktivierung der HO-1-Genexpression Hinweise auf verschiedene Regulations- mechanismen ?
Wie läßt sich in diesem Zusammenhang die Wirkung des Schilddrüsenhormons (3,5,3'-Triiod-L-thyronin; T3) auf die Expression der HO-1 mRNA einordnen ?
 
Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den molekularen Mechanismen der HO-1-Regulation. Um den Einfluß der Induktoren auf die HO-1 und ihre Regulation in dem Promotor des entsprechenden Gens näher zu charakterisieren, waren die nachfolgenden Punkte von besonderem Interesse:
 
Eine Eingrenzung des funktionellen Bereiches des HO-1-Promotors, der für die Neusynthese des Enzyms unter den genannten Bedingungen verantwortlich ist, sollte die Charakterisierung der Regulation erleichtern.
Funktionelle Eingrenzung des HO-1-Promotors, der für die Regulation durch T3 verantwortlich ist.
Parallel zu den Untersuchungen des molekularen Mechanismus sollte bewiesen werden, daß in den primären Hepatozyten die HO-1-Induktoren (Cadmiumchlorid, Kobaltchlorid, Häm und t-Butylhydrochinon) oxidative Veränderungen in Form von reaktiven Sauerstoffzwischenstufen (reactive oxygen intermediates, ROI) evozieren.