Regulation des Zellzyklus - Inhibitors p27Kip1 in epithelialen Zellen der Nasendrüse osmotisch belasteter Vögel und der regenerierenden Rattenleber

Eukaryotische Zellen epithelialer Herkunft besitzen die Fähigkeit, nach einem von außen einwirkenden mitogenen Stimulus die Ruhephase des Zellzyklus zu verlassen und in einen Teilungsprozess einzutreten. Dieser streng regulierte Prozess wird unter anderem von einem als p27Kip1 bezeichneten Protein kontrolliert. Ein Verminderung der Menge an p27Kip1 ist Voraussetzung für das Verlassen der Ruhephase und das Eintreten der Zellen in die Phase der DNA – Synthese. Die Ubiquitinylierung von p27Kip1 mit einer nachfolgenden Degradation durch das Proteasom gilt als wesentlicher, wenn nicht sogar als Hauptmechanismus dieses Prozesses. Die Mechanismen, die zu einer Verminderung der Menge an p27Kip1 in Zellen nach einem mitogenen Stimulus führen, wurden in der vorliegenden Arbeit an zwei Modellen untersucht: den Zellen der Nasendrüse von Enten (Anas platyrhynchos) nach einer erstmaligen osmotischen Belastung des Tieres sowie den Zellen des regenerierenden Leberparenchyms von Ratten (Rattus norwegicus) nach einer partiellen Hepatektomie. Aus vorherigen Arbeiten war bekannt, dass in beiden Modellsystemen eine Verminderung der Menge an p27Kip1 auftritt. In Zellen der Nasendrüse ist nach Einwirkung eines mitogenen Stimulus eine leichte Alkalinisierung des Zytosol zu beobachten. In umfangreichen Versuchsreihen konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass diese Verschiebung des pH – Wertes zu einer erhöhten Aktivität der ubiquitinylierenden Enzyme in Zellen der Nasendrüse führt, was zu einem verstärkten Abbau von p27Kip1 beiträgt. Dieser Effekt konnte in Zellen des Leberparenchyms von Ratten tendenziell auch beobachtet, jedoch nicht statistisch abgesichert werden. Bedeutsam in diesem Zusammenhang ist es, dass ein pH – modulatorischer Effekt verschiedener als Mitogene bekannter Pharmaka auf Leberzellen nicht beziehungsweise nicht sicher gezeigt werden konnte. Dies deutete bereits an, dass die Verminderung der Menge an p27Kip1 in beiden Modellsystemen nach zum Teil differierenden Mechanismen erfolgt. Bestätigt wurde dies durch den Nachweis einer Verminderung der mRNA von p27Kip1 in Zellen der regenerierenden Leber, was für eine transkriptionale Regulation spricht. Ein solcher Effekt konnte in vorhergehenden Arbeiten in den Zellen der Nasendrüse nicht gezeigt werden. Die in der vorliegenden Arbeit gesammelten Daten sprechen also dafür, dass die Verminderung der Menge an p27Kip1 in den Zellen der Nasendrüse vorwiegend über eine Ubiquitin – vermittelte Degradation durch das Proteasom erfolgt, während in den Zellen der Leber transkriptionale Prozesse die Hauptrolle spielen, eine Verstärkung des Effektes durch eine beschleunigte Degradation jedoch möglich ist. Ein weiterer Teil der Arbeit befasste sich mit der Untersuchung struktureller Prozesse im Lebergewebe nach einer partiellen Hepatektomie. Dabei konnte eine Korrelation von gewebs- und zellmorphologischen Veränderungen mit der zeitlichen Dynamik der Verminderung an p27Kip1 sowie der Expression eines als Proliferationsmarker bekannten Proteins, Ki-67, gezeigt werden. Dies ermöglichte die Entwicklung eines zeitlich gut aufgelösten Modells der der Regeneration von Lebergewebe nach partieller Hepatektomie zugrunde liegenden dynamischen Prozesse.Eucaryotic epithelial cells have the ability to reenter the cell cycle by mitogenic stimulation, a process that is regulated by the cell cycle inhibitor p27Kip1, a member of the Cdk - inhibitor family. During the G0 phase of the cell cycle, p27Kip1 occurs in a high intracellular concentration and inhibits the activity of Cyclin E/Cdk2 - complexes. The activity of these complexes is essential for the entry of a resting cell into the cell cycle and therefore p27Kip1 has to be downregulated at the restiction point. The degradation of p27Kip1 by the ubiquitin - proteasome - systeme seems to be the main regulatory process underlying the decrease of the p27Kip1 - protein concentration. In this thesis the mechanisms causing the decrease in p27Kip1 protein concentration as been investigated in two animal modells: nasal gland cells of ducklings (Anas plathyrhynchos) after osmotic stimulation as well as cells from the regenerating liver (Rattus norwegicus)after partial hepatectomy. Previous investigations described a decrease of p27Kip1 protein concentration in both cell systems after mitogenic stimulation. However, whereas in cells of the nasal gland the loss of p27Kip1 is indeed mainly caused by proteasomal degradation, in cells of the regenerating liver the transcription of the p27Kip1 is reduced and protesomal degradation may only be an additional regulatory mechanism. An alkaline shift in the intracellular pH is likely to be a part of an intracellular signal cascade leading to an elevated activity of ubiquitinylating enzymes and a higher rate of ubiquitinylation and degradation of p27Kip1 in both model systems