Die Wechselbeziehung zwischen TCF11/Nrf1 und Nrf2 in der Regulation der

Nrf2 ist der zentrale Akteur der antioxidativen Stressantwort. In Antwort auf elektrophilen oder oxidativen Stress akkumuliert Nrf2 im Zellkern, bindet gemeinsam mit kleinen Maf Proteinen an die ARE Motive seiner Zielgene und aktiviert dadurch deren Transkription (siehe Kapitel 1.3.1.2; (Hayes and Dinkova-Kostova, 2014)). TCF11/Nrf1 ist neben Nrf2 an der Regulation antioxidativer und detoxifizierender Gene beteiligt. So wird die Expression der Glutathionsynthase, der NAD(P)H:Quinonoxidoreduktase (NQO1) und der regulatorischen Untereinheit der -Glutamylcystein-Synthetase (GCS) durch beide Transkriptionsfaktoren reguliert (Kwong et al., 1999; Leung et al., 2003; Venugopal and Jaiswal, 1996). Eine

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Überexpression von TCF11/Nrf1 erhöht die Genexpression der regulatorischen GCS Untereinheit (Chepelev et al., 2013; Myhrstad et al., 2001) und andersherum resultierte ein Verlust von TCF11/Nrf1 in murinen Fibroblasten in einer Abnahme der basalen und Stress-induzierten Expression (Chepelev et al., 2013; Myhrstad et al., 2001). Im Fall der katalytischen GCS Untereinheit führt eine Depletion von TCF11/Nrf1 in humanen, bronchialen Epithelzellen oder ein Verlust in murinen Hepatozyten zu einer erhöhten Nrf2-vermittelte Genexpression (Chepelev et al., 2013; Ohtsuji et al., 2008). Dass das Fehlen von TCF11/Nrf1 oder Nrf2 zu einer Reduktion verschiedener antioxidativer Gene führt, wurde ebenfalls von Leung und Kollegen gezeigt. Außerdem beobachteten sie, dass bei einem gleichzeitigen Verlust beider Transkriptionsfaktoren die Expression noch einmal drastisch sinkt. Dies spricht dafür, dass beide Transkriptionsfaktoren ihre Funktion gegenseitig, zumindest teilweise, kompensieren können (Leung et al., 2003). Auch wenn ein Teil der ARE-gesteuerten Gene gleichermaßen durch Nrf2 und TCF11/Nrf1 reguliert wird, steht die Transkription mancher Gene bevorzugt unter Kontrolle eines der beiden Faktoren. So wird die Genexpression von Metallothionein 1 sowie 2 primär durch TCF11/Nrf1 und die Expression der katalytischen GCS Untereinheit durch Nrf2 reguliert (Chepelev et al., 2013;

Ohtsuji et al., 2008). Das sich TCF11/Nrf1 und Nrf2 in ihren Zielgenen teilweise unterscheiden, wird auch bei Betrachtung der unterschiedlichen Phänotypen derer Knockout Mäuse deutlich. Der Verlust von Nrf1 in Mäusen ist aufgrund eines Defekts in der Erythropoese embryonal lethal (Chan et al., 1998). Hingegen entwickeln sich Nrf2-/- Mäuse normal und weisen keine offensichtlichen Veränderung auf (Chan et al., 1996). Jedoch ist in den Tieren die Menge antioxidativer und detoxifizierender Proteine verringert und macht sie empfindlicher gegenüber oxidativem Stress (Chan and Kan, 1999). Unsere Ergebnisse identifizierten TCF11/Nrf1 als Hauptregulator der ARE-gesteuerten Expression proteasomaler Untereinheiten in Antwort auf eine verringerte Proteasomaktivität (siehe Kapitel 4.1, 4.2 und Abb. 3.9). Die Epoxomicin-induzierte Zunahme der Expression war unabhängig von Nrf2 in EA.hy926 sowie in SH-SY5Y Zellen, obwohl Nrf2 durch Proteasominhibition aktiviert wird (Abb. 3.9 und Abb. 3.16 (Dreger et al., 2009; Steffen et al., 2010)).

Interessanterweise ergaben die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Rotenon-induzierte Transkription proteasomaler Gene neben TCF11/Nrf1 ebenfalls abhängig von Nrf2 ist (Abb.

3.24 und Abb. 3.26). Dass Nrf2 die ARE-abhängige Genexpression proteasomaler Untereinheiten aktivieren kann, wurde bereits in früheren Untersuchungen gezeigt. So wurde eine Nrf2-vermittelte Hochregulation proteasomaler Untereinheiten nach Behandlung mit Nrf2 Aktivatoren, wie Elektrophile (Sulforaphan) und Oxidantien (H₂O₂), beobachtet (Arlt et al., 2009; Kwak et al., 2003a; Kwak et al., 2003b; Pickering et al., 2012). Während Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Nrf2 die Genexpression der 26S

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Untereinheiten nach Rotenonbehandlung reguliert, so beschrieben Pickering und Kollegen eine Nrf2-vermittelte Induktion der 20S Untereinheiten und des PA28 Regulators in Antwort auf eine Exposition mit Hydrogenperoxid (Pickering et al., 2012). Außerdem kann Nrf2 an die ARE-17 Promotorsequenz der PSMB6/1 Untereinheit binden und die Promotoraktivität im Reportergenassay induzieren. Jedoch hat die Überexpression von Nrf2 kaum eine Auswirkung auf die Transkription der endogenen proteasomalen Untereinheiten in EA.hy926 Zellen (Steffen et al., 2010).

Dass eine Überexpression von Nrf2 in EA.hy926 Zellen kaum die Expression proteasomaler Gene induziert, hingegen in Kolonkarzinomzellen zu einer erhöhten Genexpression führt (Arlt et al., 2009; Steffen et al., 2010), indiziert, dass sich unterschiedliche Zelltypen in ihrem Transkriptionsmechanismus unterscheiden. So kann Nrf2 in humanen, bronchialen Epithelzellen einen TCF11/Nrf1 Mangel in Bezug auf die Expression der regulatorischen GCS Untereinheit ausgleichen, induziert diese sogar (Chepelev et al., 2013). Hingegen gelingt die Kompensation der Genexpression in MEF Zellen nicht vollständig, so dass ein Verlust von Nrf1 in einer Abnahme der Expression resultiert (Kwong et al., 1999). Ein denkbarer Grund für diese unterschiedlichen Wirkmechanismen ist, dass sich die basale Expression der Transkriptionsfaktoren sowie das Verhältnis der Faktoren zueinander in unterschiedlichen Zellen oder Geweben voneinander unterscheiden. So ergab die Recherche in der biologischen Datenbank BioGPS, dass beispielsweise im Herzen, im Skelettmuskel und im Gehirn überdurchschnittlich viel TCF11/Nrf1 (NFE2L1) exprimiert wird, jedoch nicht Nrf2 (NFE2L2). Andersherum findet man in Monozyten, natürlichen Killerzellen und bronchialen Epithelzellen eine hohe Nrf2 Menge. In anderen Geweben, wie der Epiphyse, liegt die Expression beider Transkriptionsfaktoren über dem Mittelwert (Abb. 6.1 und Abb. 6.2). Kolonkarzinomzellen weisen außerdem eine erhöhte Nrf2 Menge im Vergleich zu normalen Gewebe auf (Arlt et al., 2009). So ist die Wahrscheinlichkeit, dass Nrf2 in diesen Zellen auch an die ARE Sequenzen proteasomaler Untereinheiten bindet erhöht.

Andererseits war die Epoxomicin-induzierte Adaptation der Proteasomsynthese weder in EA.hy926 Zellen noch in der Neuroblastomazelllinie SH-SY5Y abhängig von Nrf2.

Des Weiteren könnte der Stimulus entscheidend dafür sein, welcher Transkriptionsfaktor an der Regulation der proteasomalen Genexpression beteiligt ist. Wie bereits beschrieben, resultiert die Exposition bekannter Nrf2 Aktivatoren in einer Nrf2-vermittelten Expressionszunahme proteasomaler Untereinheiten, jedoch nicht die Behandlung mit Proteasominhibitoren, obwohl diese oxidativen Stress induzieren. In Antwort auf die Behandlung mit dem Pro-Oxidans Rotenon wird neben TCF11/Nrf1 auch Nrf2 aktiviert und ist beteiligt an der Transkriptionsregulation der proteasomalen Gene sowie antioxidativer und detoxifizierender Gene, wie Ferritin H (Abb. 3.26 und (MacKenzie et al., 2008). Zwar

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induziert Rotenon die Akkumulation von TCF11/Nrf1 im Nukleus, jedoch ist diese im Vergleich zur Proteasominhibition geringer. Daher unterscheidet sich das Verhältnis zwischen TCF11/Nrf1 und Nrf2 wahrscheinlich nach Rotenonbehandlung und nach Proteasominhibition voneinander. Da beide Faktoren um die Bindung an die ARE Sequenz und/oder die Interaktion mit ihren Dimerisierungspartnern, den kleinen Maf Proteinen, konkurrieren, ist das Verhältnis untereinander entscheidend. So wurde beispielsweise beschrieben, dass die kleine Isoform LCR-F1 die Nrf2-vermittelte Transkription der NQO1 und katalytischen GCS Untereinheit unterdrückt, indem sie mit Nrf2 um die Bindung von MafG und des ARE Elements konkurriert (Wang et al., 2007). Hierbei wird außerdem deutlich, dass auch den unterschiedlichen Isoformen möglicherweise eine Bedeutung bei der Regulation der proteasomalen Genexpression zukommt. So wurde ebenfalls gezeigt, dass LCR-F1 die TCF11-vermittelte Genexpression reprimiert (Husberg et al., 2001).

Andersherum hemmen die Isoformen TCF11/Nrf1 sowie der Transkriptionsfaktor Nrf2 die LCR-F1-abhängige Transaktivierung androgene response element-gesteuerter Gene in Prostatakrebszellen (Schultz et al., 2014).