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The gastrointestinal glutathione peroxidase (GI-GPx, GPx2) is a selenoprotein that was suggested to act as barrier against hydroperoxide absorption but has also been implicated in the control of inflammation and malignant growth. In CaCo-2 cells, GI-GPx was induced by t-butyl hydroquinone (tBHQ) and sulforaphane (SFN), i.e., "antioxidants" known to activate the "antioxidant response element" (ARE) via electrophilic thiol modification of Keap1 in the Nrf2/ Keap1 system. The functional significance of a putative ARE in the GI-GPx promoter was validated by transcriptional activation of reporter gene constructs upon exposure to electrophiles (tBHQ, SFN, and curcumin) or overexpression of Nrf2 and by reversal of these effects by mutation of the ARE in the promoter and by overexpressed Keap1. Binding of Nrf2 to the ARE sequence in authentic gpx2 was corroborated by chromatin immunoprecipitation. Thus, the presumed natural antioxidants sulforaphane and curcumin may exert their anti-inflammatory and anticarcinogenic effects not only by induction of phase 2 enzymes but also by the up-regulation of the selenoprotein GI-GPx
Carotenoids are important micronutrients in the human diet and are present in human serum at micromolar concentrations. In addition to their antioxidant potential, carotenoids obtain physiologically relevant properties such as influencing cellular signal pathways, gene expression or induction of detoxifying enzymes. In this study, we determined the transactivation of PXR by cotransfection with the full-length receptor and a PXR-responsive reporter gene. Carotenoids and retinol revealed a 5-6-fold reporter gene activity in HepG2 cells in comparison to a 7-fold induction by the well known PXR agonist rifampicin whereas apo-carotenals and lycopene exerted less or no activation potential. The inductive efficacy was hereby concentration-dependent. In addition, carotenoid or retinol mediated gene expression of PXR responsive genes like CYP3A4/CYP3A7, CYP3A5, MDR-1 and MRP-2 has been determined in HepG2 cells by RT- PCR with upregulative properties of beta-carotene or retinol being comparable or even higher than that of rifampicin. In conclusion, PXR-mediated upregulation of CYP3A4/CYP3A7 and CYP3A5 as well as MDR1 and MRP2 by carotenoids points to a potential interference on the metabolism of xenobiotic and endogenous relevant compounds
Nahrungsinhaltsstoffe sind im Organismus an Steuerungsprozessen und Stoffwechselvorgängen beteiligt, wobei die Mechanismen ihrer Wirkung noch nicht völlig aufgeklärt sind. Wie Vitamin E zeigen auch sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe in Zellsystemen sowie in vivo eine Reihe biologischer Wirkungen, deren Erklärung jedoch häufig auf ihre antioxidative Eigenschaft reduziert wird. Ziel der Dissertation war es, den Einfluss von Vitamin E und anderen Pflanzeninhaltsstoffen (in Form von Pflanzenextrakten oder isolierten sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, z.B. Polyphenole), die bisher alle hauptsächlich als Antioxidanz klassifiziert wurden, auf die transkriptionelle Regulation von Phase I- und Phase II-Enzymen zu untersuchen. Dazu wurde die Aktivierung des PXR (pregnane X receptor) und des Nrf2 (NF-E2-related factor-2) als zentrale Transkriptionsfaktoren der Phase I- bzw. Phase II-Enzyme getestet. Der Einfluss von verschiedenen Vitamin E-Formen und antioxidativen Pflanzeninhaltsstoffen in Form von Reinsubstanzen (Curcumin, EGCG, Medox, Quercetin, Resveratrol und Sulforaphan) oder Pflanzenextrakten (aus Blaubeeren, Gewürznelken, Himbeeren, Nelkenpfeffer, Thymian oder Walnüssen) auf die Aktivierung von PXR und Nrf2 sowie des Promotors eines jeweiligen Zielgens (CYP3A4 bzw. GI-GPx) wurde in vitro mit Reportergenplasmiden untersucht. Es zeigte sich, dass sowohl Vitamin E-Formen als auch verschiedene sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe PXR und/oder Nrf2 sowie die Promotoren der jeweiligen Zielgene CYP3A4 bzw. GI-GPx aktivieren. In einem Tierexperiment konnte diese genregulatorische Wirkung von Vitamin E auf die in vivo-Situation übertragen werden. In Lebern von Mäusen, deren Futter unterschiedliche Mengen von Vitamin E enthielt (Mangel-, Normal- und Überflussdiät), wurde eine direkte Korrelation zwischen der alpha-Tocopherol-Konzentration und der Cyp3a11 mRNA-Expression nachgewiesen (Cyp3a11 ist das murine Homolog zum humanen CYP3A4). Entgegen der in vitro-Situation hatte gamma-Tocotrienol in vivo einen nur kaum nachweisbaren Effekt auf die Expression der Cyp3a11 mRNA, induzierte aber die Expression der alpha-TTP mRNA. Es konnte gezeigt werden, dass Vitamin E und sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe Phase I- und Phase II-Enzyme transkriptionell regulieren können. Die Wirkungen des Vitamin E können sich allerdings nur entfalten, wenn die Vitamin E-Formen ausreichend vom Körper aufgenommen werden. Gegenstand der Dissertation waren daher auch Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit (zelluläre Akkumulation und Metabolismus) verschiedener Vitamin E-Formen. Es konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in der chemischen Struktur der Vitamin E-Formen deren zelluläre Akkumulation und Metabolisierung beeinflussen. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Dissertation lassen sich protektive Wirkungen von antioxidativen Nahrungsinhaltsstoffen auch unabhängig von ihren antioxidativen Eigenschaften über die Induktion zelleigener Schutzsysteme, einschließlich der Phase I- und Phase II-Enzyme, erklären. Die Induktion der zelleigenen Abwehr lässt sich auch als adaptive Antwort (sog. "adaptive response") des Organismus gegenüber zellschädigenden Ereignissen betrachten.