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Verflochten: Gleichgewicht von Zink und Stress auf Zellebene

Geschrieben von:

Kornelia C. Rebel

Medizinisch überprüft von:

Dr. Iris Belfort

Inhaltsüberblick

Zuletzt aktualisiert am 24. November 2022 um 15:55

Datengetriebene Studie identifiziert Genexpression

Stress aller Art kann unseren Schlaf, unsere Konzentration und noch viel mehr beeinträchtigen. Auch unsere Moleküle auf der Ebene der Zellen leiden darunter. Oxidativer Stress resultiert aus einem Ungleichgewicht von Oxidationsmitteln und Antioxidantien, verursacht durch eine Zunahme von freien Radikalen. Der Fachausdruck dafür lautet reaktive Sauerstoffspezies. Sie können Zellen und ihre Bestandteile stark schädigen.

Klicke hier auf das Video, um dir die Studienergebnisse von Kornelia C. Rebel erklären zu lassen.

Bei zahlreichen Krankheiten, von der Parkinson-Krankheit über Hepatitis bis hin zu Krebs, scheint neben zu vielen freien Radikalen auch Hypoxie aufzutreten. Dabei handelt es sich um eine andere Art von Stresszustand, bei dem zu wenig Sauerstoff im Gewebe vorhanden ist.

Um dem Verständnis potenzieller gemeinsamer Merkmale von Quellen für oxidativen Stress einen Schritt näherzukommen, analysierten japanische Wissenschaftler 839 Sammlungen genetischen Materials, sogenannte Transkriptome, die mit oxidativem Stress in Zusammenhang stehen. Die Daten stammten aus öffentlichen Datenbanken.

Aus dieser Metaanalyse identifizierten sie 386 Transkriptompaare, die mit oxidativem Stress in Verbindung stehen. Der Begriff Transkriptom bezeichnet die Gesamtheit aller Gene, die in einer Zelle transkribiert werden. Es spiegelt den Zustand der aktiven Gene der Zelle wider. Die Forscher verglichen diese Ergebnisse mit zuvor identifizierten Proben von Hypoxie-bezogenen Transkriptomen, um festzustellen, welche Gene an beiden Arten von Stress beteiligt sein könnten.

Die Ergebnisse dieser Studie veröffentlichte das Forschungsteam Anfang Dezember im Wissenschaftsmagazin Biomedicines. Laut Studienautor Hidemasa Bono, Professor an der Graduate School of Integrated Sciences for Life der Universität Hiroshima, können eine Vielzahl externer und interner Faktoren zu oxidativem Stress beitragen.

„Die Unterscheidung zwischen oxidativen und nicht-oxidativen Quellen ist eine Herausforderung und kompliziert, daher konzentrierte sich unsere vorliegende Studie auf die Analyse der Gemeinsamkeiten verschiedener Quellen von oxidativem Stress aus der Perspektive von Veränderungen der Genexpression“, sagte Bono. „Unsere Metaanalyse hat datengetrieben gemeinsame Faktoren für oxidativen Stress und Hypoxie identifiziert.“

Die Metaanalyse der Forscher fand zwei Gene, CRIP1 und CRIP3 genannt. Beide wurden bei oxidativem Stress besonders herunterreguliert. Laut Bono deutet dieser Befund auf einen Zusammenhang zwischen oxidativem Stress und Zinkhomöostase hin. Homöostase bezeichnet das Gleichgewicht von Körperfunktionen. Die beiden Gene kodieren für Proteine, die an Zink binden können, und CRIP1 transportiert und absorbiert Zink.

Frühere Studien haben laut Bono bereits über mehrere Rollen von Zink in antioxidativen Abwehrsystemen berichtet. Unter anderem ist der Mineralstoff Zink an Prozessen beteiligt, die reaktive Sauerstoffspezies reduzieren. Er stellte auch fest, dass Zink ein bekannter Bestandteil der Superoxid-Dismutase ist, eines Proteins, das den Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies in Zellen reduziert und aufrechterhält.

Beim Vergleich der Ergebnisse der Metaanalyse von oxidativem Stress mit den Ergebnissen der Hypoxie-Metaanalyse stellten die Forscher fest, dass mehrere Gene unter beiden Stressbedingungen unterschiedlich exprimiert wurden. Das bedeutet, dass die gleichen Gene je nach Zustand auf unterschiedlichen Ebenen beobachtet wurden.

„Wir folgerten, dass die Herunterregulierung von Genen, die mit dem Zellzyklus in Verbindung stehen, ein gegenseitiger biologischer Prozess sowohl bei oxidativem Stress als auch bei Hypoxie ist“, sagte Bono. „Aber das gemeinsame Merkmal verschiedener dieser oxidativen Stressquellen wurde noch nicht klar erklärt. Wir haben noch keine klare Grenze zwischen oxidativem Stress und anderen Stressarten wie Hypoxie definiert.“

Obwohl die genauen molekularen Mechanismen, die verschiedenen Stressquellen zugrunde liegen, noch unbekannt sind, könnten die Ergebnisse dieser Studie dennoch helfen. Sie könnten eine Rolle bei der Aufklärung der Ursachen und bei der Entwicklung von Behandlungen für Krankheiten spielen, die mit oxidativem Stress, Hypoxie und auch mit Zinkhomöostase zusammenhängen.

„Die Ergebnisse und Methoden dieser Forschung werden voraussichtlich eine wichtige Ressource für zukünftige Forschungen sein, die sich auf das Verständnis der Funktionen der entdeckten responsiven Gene konzentrieren“, sagte Bono. „Denn der datengetriebene Charakter der Metaanalyse ermöglicht es, neue Erkenntnisse zu gewinnen, die mit traditionellen hypothesengetriebenen Forschungsmethoden nur schwer zu erreichen sind.“

Quelle:

Suzuki, Takayuki & Ono, Yoko & Bono, Hidemasa. (2021). Comparison of Oxidative and Hypoxic Stress Responsive Genes from Meta-Analysis of Public Transcriptomes. 10.1101/2021.11.01.466837. (https://www.researchgate.net/publication/355934806_Comparison_of_Oxidative_and_Hypoxic_Stress_Responsive_Genes_from_Meta-Analysis_of_Public_Transcriptomes)

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