Geschlechtsspezifische Regulation der 5-Lipoxygenase und zugrunde liegende Signaltransduktionsmechanismen von Sexualhormonen
Final Report Abstract
Die 5-Lipoxygenase (5-LO) initiiert die Biosynthese von Leukotrienen, die bei entzündlich/allergischen Reaktionen (z.B. Asthma) sowie bei Autoimmunerkrankungen eine pathophysiologische Rolle spielen. Diese Erkrankungen treten bei Frauen statistisch weit häufiger auf als bei Männern, wobei die zugrunde liegenden biochemischen Mechanismen unbekannt sind. Die Ergebnisse des Projektes liefern eine molekulare Basis für diese Beobachtungen, indem wir zeigen können, dass die Biosynthese pro-inflammatorischer Leukotriene im männlichen Organismus durch Androgene unterdrückt wird. Demnach bilden stimuliertes Vollblut oder entsprechend isolierte Monozyten und neutrophile Granulozyten aus Männern nach Stimulation wesentlich weniger Leukotriene als Blut oder Vergleichszellen von Frauen. Ähnlich sind die Leukotrienspiegel im Pleuralexsudat von männlichen Ratten nach Brustfellentzündung und im Peritonealexsudat von Zymosan-stimulierten Mäusen in vivo deutlich geringer als in weiblichen Tieren. Auch die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies war in Neutrophilen von Frauen ausgeprägter als bei Zellen von Männern, wohingegen die Degranulierung, Adhäsion, Chemotaxis und Phagozytoserate von Neutrophilen durch das Geschlecht nicht signifikant beeinflusst war. Androgene wie Testosteron oder 5α-Dihydrotestosteron aktivieren extrazellulär Signal-regulierten Kinasen (ERK) via Ras in Leukozyten. ERK beeinflusst die subzelluläre Lokalisation der 5-LO in Neutrophilen und führt so zur Hemmung der Leukotriensynthese. Anhand von Testosteron-Affinitäts-Matrices konnte ein potentieller Bindungspartner identifiziert werden, der für die Initiierung der Aktivierung der ERK-Kaskade verantwortlich sein dürfte. Die funktionelle Validierung dieses Testosteron-Bindungspartners im zellulären Kontext steht noch aus. Die Androgenwirkung auf die Leukotriensynthese in Monozyten wird durch Phospholipase (PL) D vermittelt, wobei die PLD Aktivität in männlichen Monoyzten geringer als in weiblichen Zellen ist und Testosteron die PLD Aktivität unterdrückt. Auch Progesteron supprimiert die 5-LO Produktbildung, allerdings nur in Monozyten und zwar ohne ERK und/oder die 5-LO Translokation zu beeinflussen. Hier scheint die PKA die Suppression der 5-LO Produktbildung zu vermitteln. Hormonelle Veränderungen während der Schwangerschaft scheinen sich ebenfalls auf die Leukotrienproduktion auszuwirken, wobei im zweiten Trimester die Leukotrienproduktion erhöht ist. Dies hängt mit stimulatorischen Plasmakomponente(n) und höheren Leukozytenzahlen zusammen. Interessanterweise wirkt sich die geschlechtsspezifische Regulation der Leukotrienproduktion auch auf deren Pharmakologie aus, indem Inhibitoren des 5-LO-aktivierenden Proteins in weiblichen Zellen und Vollblut gesunder Spender aber auch in inflammatorischen Tiermodellen in weiblichen Mäusen potenter wirksam sind. Androgene vermindern die Ansprechbarkeit der Leukotriensynthese gegenüber Inhibitoren des 5-LO-aktivierenden Proteins in vitro und in vivo. Diese Befunde sind von großem Interesse für die präklinische und klinische Pharmakologie im Rahmen der Anti-Leukotrientherapie. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass Testosteron und Progesteron die Leukotrienbildung in Neutrophilen und Monozyten geschlechtsspezifisch regulieren wobei ERK und PKA involviert sind und damit die Pathophysiologie und Pharmakologie der Leukotriene bei den Geschlechtern unterschiedlich beeinflussen.
Publications
- (2011) Testosterone suppresses phospholipase D causing sex differences in leukotriene biosynthesis in human monocytes. FASEB Journal, 25, 3377-87
Pergola, C., Rogge, A., Dodt, D., Northoff, H., Weinigel, C., Barz, D., Rådmark, O., Sautebin, L., Werz, O.
- (2014) In vivo sex differences in leukotriene biosynthesis in zymosan-induced peritonitis. Pharmacological Research, Volume 87, September 2014, Pages 1-7
Rossi A., Pergola C., Pace S., Rådmark O., Werz O., Sautebin L.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.phrs.2014.05.011) - Progesterone rapidly down-regulates the biosynthesis of 5-lipoxygenase products in human primary monocytes. Pharmacological Research, Volume 94, April 2015, Pages 42-50
Pergola C., Schaible A.M., Nikels F., Dodt G., Northoff H., Werz O.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.phrs.2015.01.007)
