Leberspezifischer Glutaminsynthetase-Knockout induziert Hyperammonämie und oxidativen Stress im Maushirn

Einleitung: Ammoniak spielt eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der hepatischen Enzephalopathie (HE). In der Leber wird Ammoniak überwiegend im Harnstoffzyklus metabolisiert. Residualer, nicht im Harnstoffzyklus entgifteter Ammoniak, wird von einer nachfolgenden perivenös-lokalisierten Hepatozytensubpopulation, den sogenannten „Scavenger Zellen“, mit hoher Affinität aufgenommen und von der dort exklusiv exprimierten Glutaminsynthetase für die Glutaminsynthese genutzt (Häussinger 1983, Eur J Biochem; Häussinger & Gerok 1984, Chem Biol Interact; Häussinger 1985, J Hepatol; Häussinger 1990, Biochem J). In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung der in der Leber exprimierten Glutaminsynthetase für die systemische Ammoniakhomöostase mit Hilfe einer eigens erstellten leberspezifischen Glutaminsynthetase-Knockout Mauslinie untersucht.

Methoden: Für die Generierung einer leberspezifischen GS-Knockout Mauslinie (AlbCre/GS-LoxP) wurde das Glutaminsynthetase-Gen mit LoxP-Sequenzen im Genom flankiert und die erhaltene Mauslinie mit einer Mauslinie verpaart, die eine Cre-Rekombinase unter Albuminpromoterkontrolle exprimiert.

Ergebnisse: Ein leberspezifischer Knockout der Glutaminsynthetase wurde durch Western-Blot- und Immunfluoreszenz-Analysen validiert. Leberspezifische Glutaminsynthetase Knockout-Mäuse zeigten gegenüber Wildtyp-Mäusen signifikant erhöhte Blutammoniakwerte, aber keine Anzeichen für das Vorliegen eine Leberschädigung, gemessen an der makroskopischen Leberarchitektur und der Aspartataminotransferase- und Alaninaminotransferase-Serumspiegel. Sowohl die Harnstoffkonzentration im Urin und Blut, als auch die Expression der Harnstoffzyklusenzyme Ornithin-Transcarbamylase, Argininosuccinat-Lyase und Carbamoylphosphat-Synthetase waren in den leberspezifischen GS-Knockout gegenüber dem Wildtyp unverändert. Gegenüber dem Wildtyp war der leberspezifische Glutaminsynthetase Knockout mit einer verstärkte zerebrale Oxidation von RNA (8-OHG) und Proteintyrosinnitrierung im Hippocampus, Zerebellum und im somatosensorischen Kortex und eine Beeinträchtigung von Lokomotion und Verhalten assoziiert.

Diskussion: Die vorliegende Untersuchung weist der in den Scavenger-Zellen der Leber exprimierten Glutaminsynthetase eine essentielle Funktion für die systemische Ammoniakhomöostase zu. Die aus dem leberspezifischen Knockout resultierende chronische Hyperammonämie ist mit der Entstehung von zerebralem oxidativem Stress und einer Beeinträchtigung von Lokomotion und Verhalten assoziiert.

Korrespondierender Autor: Qvartskhava, Natalia

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