Die Wissenschaft zur faszinierendsten Algensubstanz – Dr. Heidi Wichmann

Dimethylsulfoniopropionat fördert das Wachstum von Nervenzellfortsätzen und wirkt schützend gegen Tropodithietsäure

Die Meeresumwelt beherbergt eine Fülle bioaktiver Substanzen, darunter auch Arzneimittelkandidaten, die für die Neurowissenschaften von Bedeutung sein könnten. In der vorliegenden Studie wurden die Auswirkungen von Dimethylsulfoniopropionat (DMSP), welches von verschiedenen Algen, Korallen und höheren Pflanzen produziert wird, auf Zellen des Nervensystems von Säugetieren untersucht, d. h. auf neuronale N2a- und OLN-93-Zellen als Modellsystem für Nervenzellen bzw. Glia.

Darüber hinaus wurde die Schutzwirkung von DMSP in Zellen untersucht, die mit Tropodithietsäure (TDA) behandelt wurden, einem marinen Metaboliten, der von verschiedenen Bakterien der Roseobacter-Gruppe produziert wird. Beide Zelllinien, N2a und OLN-93, haben sich zuvor als empfindliches Ziel für die Wirkung von TDA erwiesen, und die zytotoxischen Effekte von TDA wurden mit der Induktion von oxidativem Stress in Verbindung gebracht. Unsere Daten zeigen, dass DMSP das Auswachsen von Prozessen sowie die Reorganisation und Bündelung von Mikrotubuli fördert, begleitet von einem Anstieg der Alpha-Tubulin-Acetylierung. Darüber hinaus war DMSP in der Lage, die zytotoxischen Wirkungen von TDA zu verhindern, einschließlich des Zusammenbruchs des mitochondrialen Membranpotenzials, der Hochregulierung des Hitzeschockproteins Hsp32 und der Aktivierung der extrazellulären signalregulierten Kinasen 1/2 (ERK1/2). Unsere Studie deutet darauf hin, dass DMSP nicht nur in Algen, sondern auch in neuronalen Zellen von Säugetieren einen antioxidativen Schutz bietet.

Schlussfolgerungen

Es wurde nachgewiesen, dass marine Verbindungen Signalwege modulieren, die an der Regulierung von Zelltod und -überleben beteiligt sind [5]. Da neurodegenerative Erkrankungen mit einer Vielzahl von Stresssituationen, einschließlich nitrativer und oxidativer Schäden, verbunden sind, ist die Entwicklung von Arzneimitteln mit antioxidativer Wirkung von großer Bedeutung. Niedermolekulare Verbindungen, die die Aktivität von Neurotrophinen nachahmen und die Blut-Hirn-Schranke (BHS) überwinden können, sind vielversprechende Therapeutika [4,17]. Unsere Daten deuten darauf hin, dass DMSP antioxidative Wirkungen entfaltet und bereits zuvor bei Nagetieren neuroprotektive Fähigkeiten nachgewiesen wurden [14]. Die eng verwandte Verbindung Dimethylsulfon (DMSO2) ist in der Lage, die hochselektive Blut-Hirn-Schranke (BHS) zu überwinden [55], was darauf hindeutet, dass DMSP ebenfalls in der Lage sein könnte, die BHS zu überwinden. In Kombination mit seinen Wirkungen auf das Mikrotubuli-Netzwerk und seiner wachstumsfördernden Fähigkeit besitzt DMSP somit ein interessantes biomedizinisches Potenzial, das weitere Untersuchungen erfordert.

Darüber hinaus werfen unsere Ergebnisse Fragen hinsichtlich einer möglichen chemisch-ökologischen Rolle von DMSP und TDA in der natürlichen Meeresumwelt auf. Wir haben gezeigt, dass DMSP in den verwendeten Zellmodellen eine antioxidative Wirkung zu haben scheint, während TDA potenziell oxidativen Stress induziert [32]. Obwohl Algen nicht direkt mit Nervenzellen verglichen werden können, sind die wichtigsten molekularen Mechanismen von eukaryotischen Zellen ähnlich, so dass dies mit den natürlichen Wirkungen in Algen vergleichbar sein könnte. DMSP-produzierende marine Mikroalgen wie Emiliania huxleyi und das TDA-produzierende Bakterium Phaeobacter inhibens wurden in einer symbiotischen Beziehung gefunden, die ein algen-bakterielles Mini-Ökosystem bildet [27,31]. Es wird angenommen, dass P. inhibens und andere Organismen der Roseobacter-Gruppe das Algenwachstum stimulieren, indem sie Antibiotika gegen pathogene Bakterien wie TDA und Wachstumsfaktoren biosynthetisieren und ausscheiden [27]. Im Gegenzug können einige Roseobacter, darunter P. inhibens, DMSP als Kohlenstoff- und Schwefelquelle nutzen [27]. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass TDA das Wachstum einiger Mikroalgen hemmt [26,56]. In Anbetracht unserer Ergebnisse hinsichtlich der schützenden Wirkung von DMSP gegen TDA-induzierte Toxizität legt die vorliegende Studie nahe, dass DMSP auch eine schützende Rolle bei der Interaktion zwischen Mikroben und ihren Algenwirten spielen könnte.

https://www.mdpi.com/1660-3397/14/5/89/htm

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