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Das mitochondriale Proteom von Rattus norvegicus in Abhängigkeit von Alter und Kalorienrestriktion

Thilmany, Sandra Cornelia :
Das mitochondriale Proteom von Rattus norvegicus in Abhängigkeit von Alter und Kalorienrestriktion.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2013)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Das mitochondriale Proteom von Rattus norvegicus in Abhängigkeit von Alter und Kalorienrestriktion
Language: German
Abstract:

Die molekularen Mechanismen des Alternsprozesses eines jeden Organismus sind trotz jahrzehntelanger Forschung bis heute noch nicht erklärbar. Nach wie vor sind eher die Folgen des Alterns, wie Abnutzungs¬erscheinungen von Gelenken, Abbau von Muskel- und Knochensubstanz und das Auftreten von alterns-assozierten Erkrankungen wie Krebs, Diabetes und Demenz, bekannter als dessen Ursachen. Der Alternsprozess stellt einen langsam fortschreitenden nicht-reversiblen Vorgang dar, der auf zellulärer Ebene eine Verminderung der Reaktionsfähigkeit auf zugefügten Stress bedingt und physiologisch einen Funktionsverlust von Geweben und Organen bis hin zum Tod nach sich zieht. Als erfolgversprechendste Intervention gegen das Altern und die damit assoziierten Erkrankungen wird derzeit die Kalorien¬restriktion (CR) diskutiert. Dabei handelt es sich um eine Diät, die unter Vermeidung einer Mangelernährung die tägliche Kalorienzufuhr auf bis zu 50% des Normalwertes senkt. Für zahlreiche Modellorganismen konnten ein lebensverlängernder Effekt sowie eine Verminderung des Auftretens von alterns-assoziierten Erkrankungen nachgewiesen werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen des Alterns und der Kalorienrestriktion auf das mitochondriale Proteom und die Aktivität von Proteinkomplexen der oxidativen Phosphorylierung (OxPhos) in den Geweben Herz, Hirn und Leber von Fischer-Ratten (Rattus norvegicus) zu untersuchen und damit Gemeinsamkeiten und gewebespezifische Unterschiede aufzudecken. Der Focus lag auf alterns- und CR-bedingten Veränderungen der OxPhos-Komplexe und deren Superkomplexe, die in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert sind. Durch Solubilisierung der mitochondrialen Membranproteine mit dem milden Detergens Digitonin konnten diese in einer blau-nativen Polyacrylamid-Gelelektrophorese (BN-PAGE) unter Beibehaltung der nativen Konformation und der Aktivität aufgetrennt werden. Neben In-Gel-Aktivitätsmessungen der OxPhos-Komplexe I und IV in den angefertigten BN-Gelen wurde eine detaillierte Quantifizierung der Menge von einigen Untereinheiten der OxPhos-Komplexe I bis IV und der ATP-Synthase sowie anderen mitochondrialen Proteinen durch 2D-BN/SDS-Gelelektrophorese und anschließender Färbung mit einem Fluoreszenzfarbstoff durchgeführt. Es wurden Übereinstimmungen der alterns- und CR-bedingten Änderungen für Herzmuskel, Hirn und Leber gefunden, allerdings konnten ebenso gewebe¬spezifische Unterschiede aufgedeckt werden. Für das Herzgewebe wurden teils deutliche Unterschiede zwischen den beiden analysierten Mito¬chon¬drien¬spezies (subsarcolemmal und interfibrillär) bezüglich Proteinmengen und Aktivitäten detektiert.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Decades of research in the field of gerontology could not yet reveal all molecular mechanisms of the ageing process. The consequences of ageing like degeneration of joints, degradation of muscles and bones and a higher incidence of age-related diseases are still more known than its causes. Ageing is a progressive and irreversible process that leads to a reduction of the ability for cellular response to different types of stress and therefore the loss of organ function and death. The most promising intervention on ageing and its age-related diseases is calorie restriction (CR) without malnutrition representing a special diet where the daily calorie intake is reduced up to 50%. For several model organisms an increase of lifespan and reduced incidence of age-related diseases due to CR were demonstrated. The aim of this thesis was to analyse the effects of ageing and CR on the mitochondrial proteome and the activity of protein complexes and supercomplexes of the oxidative phosphorylation (OxPhos) in three different tissues – heart, brain and liver – of Fischer rats (Rattus norvegicus) and therefore reveal tissue-specific differences and common principles. The main focus was set on age- and CR-related changes of OxPhos machinery enzymes located in the inner mitochondrial membrane. Solubilisation with the mild detergent Digitonin and analysis by blue native polyacrylamide gel electrophoresis (BN-PAGE) were applied to preserve the conformation and activity of mitochondrial membrane proteins. Activity assays for OxPhos complexes I and IV were carried out in BN gels and 2D-BN/SDS gel electrophoresis followed by staining with flourescent dye was performed to obtain a detailed quantitation of the abundance of OxPhos complexes, supercomplexes, ATP synthase and other mitochondrial proteins. Consistent age- and CR-related changes of protein abundance in the three analysed tissues have been found and some tissue-specific alterations were detected as well. The two mitochondrial species isolated from heart tissue (subsarcolemmal and interfibrillar mitochondria) partially showed distinct differences in terms of protein quantity and activity.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: 07 Fachbereich Chemie > Fachgebiet Biochemie
Date Deposited: 27 Jun 2013 06:06
Last Modified: 21 Jul 2014 22:04
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-34820
Referees: Dencher, Prof. Dr. Norbert A. and Thiel, Prof. Dr. Gerhard
Refereed: 29 April 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3482
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