Die Rolle der humanen Enzyme Paraoxonase-2 und -3 bei Krebserkrankungen und Pseudomonas-Infektionen

Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Charakterisierung molekularer Funktionen humaner Paraoxonase (PON) Enzyme, insbesondere die der Proteine PON2 und PON3 im Hinblick auf medizinisch-relevante Fragestellungen. Zum einen wurde die Rolle von PON3 in der Tumorgenese und zum anderen eine mögliche Schutzfunktion von PON2 und PON3 gegenüber P. aeruginosa Infektionen untersucht. Bereits seit dem Jahr 2000 ist die anti-oxidative Eigenschaft von PON3 bekannt, jedoch war der zugrundeliegende Mechanismus bisher ungeklärt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass PON3 die Superoxid-Entstehung in den Mitochondrien abschwächt, wobei sie ihre anti-oxidative Eigenschaft vermutlich durch eine direkte Coenzym Q10-Interaktion in der inneren mitochondrialen Membran vermittelt. Dies führt zu weniger oxidativen Stress, zur Abschwächung mitochondrial-induzierter apoptotischer Signalwege und zur erhöhten Resistenz gegenüber Chemotherapeutika. Gleichzeitig wurde demonstriert, dass sich Tumorzellen diese anti-oxidative Eigenschaft zu Nutze machen. PON3 war in zahlreichen Tumorgeweben überexprimiert. Es konnte eine mögliche Funktion von PON3 als Tumormarker und Angriffspunkt in der Krebstherapie aufgezeigt werden. Die hier erlangten Daten liefern wertvolle Hinweise auf die Rolle von PON3 in Krebserkrankungen, welche eine Basis für zukünftige Analysen darstellen, die der Entwicklung neuer Krebstherapien dienen könnten. Ein weiterer Teil der Arbeit befasste sich mit der gegenseitigen Beeinflussung der Enzyme PON2 / PON3 und der für P.aeruginosa essentiellen Virulenzfaktoren Pyocyanin (PCN) und dem Lacton 3OC12. Erstmalig wurde gezeigt, dass PON3 zellschädigende PCN-Effekte abschwächen kann, nämlich die PCN-induzierte Superoxid-Produktion, NF-kB-Aktivierung und IL-8-Sekretion. PON2 schützt in gleicher Weise gegen PCN und hydrolysiert zugleich noch das Lacton 3OC12. Folglich sind PON2 und PON3 wichtige Bestandteile der angeborenen Immunität, werden jedoch durch eine 3OC12-induzierte Ca2+-Mobilisation inaktiviert. Weitere Analysen ergaben, dass die PON2-Inaktivierung wahrscheinlich über einen Ca2+ / Calcineurin / Calmodulin-abhängigen Signalweg erfolgt, welcher eine offenbar regulative Serin311-Dephosphorylierung in PON2 vermittelt. Ähnliches könnte für PON3 gelten und wird derzeit erforscht, da eine Stabilisierung der enzymatischen Aktivitäten von PON2 und PON3 der bakteriellen Virulenz entscheidend entgegen wirken könnte.

The present work dealt with the role of PON3 in tumorigenesis as well as a putative protective function of the paraoxonases PON2 and PON3 against P. aeruginosa infections. An anti-oxidative effect of PON3 has been described more than 10 years ago; however, the underlying mechanism remained unclear. Work performed during this thesis has shown that PON3 diminishes the formation of superoxide in the mitochondria by directly interacting with the coenzyme Q10 at the inner mitochondrial membrane. This diminishes oxidative stress, apoptotic mitochondrial signalling while increasing resistance against chemotherapeutics. At the same time it was demonstrated that tumor cells take advantage of this anti-oxidative property. PON3 was found overexpressed in numerous tumor tissues and appears to present an effective protection against many apoptotic stimuli. A potential function of PON3 as tumor marker was demonstrated. These findings suggest an important role of PON3 in tumor cell function, thus presenting valuable results for future development of new cancer therapies. For the first time it was shown that PON3 diminishes the superoxide production caused by pyocyanin (PCN), a virulence factor of the bacterium P. aeruginosa. Furthermore, an anti-inflammatory role of PON2 and PON3 against PCN induced NF-kB activation and IL-8 secretion was revealed. Similar to PON2, PON3 is inactivated and degraded in a Ca2+-sensitive manner. These results imply that PON2 and PON3 are important enzymes of the innate immune system in the defence against P. aeruginosa, however both enzymes are inactivated by intracellular calcium mobilization. Subsequent studies demonstrated that PON2 is inactivated in a calcium / calmodulin / calcineurin-mediated fashion that induces dephosphorylation of a regulatory Serine311 residue in PON2. This may similarly apply to PON3 and is presently investigated in more detail, since a stabilization of PON2 / PON3 enzymatic functions appears to considerably counteract bacterial virulence.