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Zusammenfassung Das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) ist das wichtigste nicht-lysosomale proteolytische System für den Abbau intrazellulärer Proteine. Die Inhibition des UPS kann dosisabhängig den apoptotischen Zelltod oder die Induktion einer protektiven Stressantwort auslösen. In der therapeutischen Anwendung der Proteasominhibition sind neben der Wirksamkeit auch exakte Kenntnisse der Wirkungsweise essentiell, um die primären Effekte durch die Proteasominhibition besser zu erfassen und die initialen Effekte der Vermittlung dieser zellulären Reaktion besser zu verstehen. In dieser Arbeit wurden Methoden der Proteom- und Transkriptomebene kombiniert, um komplexe zelluläre Veränderungen von Endothelzellen nach Proteasomhemmung zu charakterisieren. Weiterhin wurde mittels Immunpräzipitation Ubiquitin-bindender Proteine untersucht, welche Substrate des Proteasoms nach Proteasomhemmung in Endothelzellen stabilisiert werden. Primäre humane Endothelzellen (Huvec) wurden als Modell gewählt und mit niedrigen bzw. hohen Dosierungen des Proteasominhibitors MG132 behandelt. Das Expressionsprofil wurde in einer Zeitkinetik innerhalb der ersten 6h mittels Affymetrix Chipanalysen bestimmt. Die differentielle Proteinexpression nach zwei Stunden Proteasomhemmung wurde im Gesamtzelllysat durch 2D Gelelektrophorese und anschließende Silberfärbung visualisiert. Dabei konnten mehr als 20 regulierte Proteine identifiziert werden, welche zuvor nicht direkt im Zusammenhang mit der Vermittlung einer protektiven Stressantwort nach niedrig dosierter Proteasomhemmung bekannt waren. Durch Korrelation mit den parallel durchgeführten Expressionsarrays konnte die Regulation dieser Proteine als unabhängig von der Transkription erfasst werden. Die funktionelle Annotation der Daten zeigte dabei eine Anreicherung von Proteinen der zellulären Stressantwort, der intrazellulären Signaltransduktion und des oxidativen Stresses. Diese waren differentiell reguliert nach niedrig bzw. hoch dosierter Proteasominhibition. Während die niedrig dosierte Proteasominhibition ein protektives Genmuster zeigte, induzierten hohe Dosen den apoptotischen Zelltod. Auch konnte, in Abhängigkeit vom Grad der Proteasominhibition, ein deutlicher Anstieg der freien Radikale innerhalb der Zellen nachgewiesen werden, was auf die Vermittlung der Apoptose durch freie Radikale hinweist. Mit DJ-1, Peroxiredoxin-1 und -6 wurden mehrere Sensorproteine für oxidativen Stress identifiziert. Um, neben der Proteom- und Transkriptomanalyse, auch gezielt Substrate der Proteasominhibition zu identifizieren und als mögliche Mediatoren der protektiven Stressantwort zu identifizieren, wurden Gesamtzelllysate mittels Ubiquitin-Immunpräzipitation getrennt und Ubiquitin-bindende Proteine per Massenspektrometrie identifiziert. Dabei konnte ein Set von 22 Proteinen identifiziert werden, welche spezifisch nach 2h an der Ubiquitin-spezifischen Matrix gebunden wurden. In diesem Set finden sich vor allem RNA bindende Proteine, Bestandteile des UPS und ribosomale Proteine. Um gezielt transkriptionelle Mediatoren der protektiven Stressantwort nach partieller Proteasominhibition zu identifizieren, wurde eine Subproteom-Analyse mit nukleären Extrakten von Huvec durchgeführt. Nach Visualisierung mittels DIGE-Labeling und quantitativer Auswertung konnten 361 regulierte Spots nach 2 stündiger Proteasominhibition erfasst werden. Von diesen Spots konnten 319 per MALDI-MS identifiziert werden und 152 verschiedenen Proteinen zugeordnet werden. Die funktionelle Auswertung ergab eine deutliche Überrepräsentation von RNA-bindenden und Splicing-relevanten Proteinen. Auch konnte für HnRNP A1, einem RNA-bindenden Protein, eine funktionelle Methylierung sowie eine Veränderung der subzellulären Lokalisierung nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse deuten auf die Regulation des zellulären Splicings hin. In parallel dazu angefertigten Exon-sensitiven Affymetrix Arrays wurden über 600 Gene mit differentiell regulierten Exons identifiziert, welche vor allem Gene mit Rezeptor- und Transportproteinen kodieren. Auch eine erhöhte Anzahl von Genen mit Methyltransferase-/Kinaseaktivität wurde identifiziert. Insbesondere die Methyltransferasen, welche auch bei der posttranslationalen Modifikation von HnRNP A1 eine Rolle spielen, zeigten dabei eine signifikante Regulation unter niedrig dosierter Proteasominhibition. Zusammengefasst tragen die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse dazu bei, einen detaillierten Überblick über die initialen Prozesse niedrig dosierter Proteasominhibition in Endothelzellen zu geben. Die Daten deuten dabei auf eine schnelle Adaptation der Zellen nach partieller Proteasomhemmung mittels Aktivierung einer anti-oxidativen Stressantwort sowie durch Regulation von Splicingvorgängen hin, die letztendlich in einem veränderten Expressionsprofil der Endothelzellen münden. Mit diesem systematischen Ansatz und der Kombination von Proteom- und Transkriptomanalyse konnten dabei einzelne Targets für die Mediation einer protektiven zellulären Stressantwort nach partieller Proteasomhemmung identifiziert werden.

Background: Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. Subclinical alterations of the cardiovascular system, such as increased exercise blood pressure or an endothelial dysfunction confer a higher risk of manifest cardiovascular diseases and incident events. Detecting associations between circulating markers of the endocrine-metabolic system and the subclinical cardiovascular phenotypes could be useful to better understand cardiovascular disease progression and to improve risk prediction for manifest cardiovascular diseases. Methods: The associations between (a) serum thyroid-stimulating hormone and increased exercise blood pressure, (b) serum hemoglobin A1c and endothelial dysfunction as well as (c) serum insulin-like growth factor I and endothelial dysfunction were studied using cross-sectional data from around 1400 subjects aged 25 to 85 years collected during the 5-year follow-up of the population-based Study of Health in Pomerania (SHIP-1). Increased exercise blood pressure was defined as a value above the sex- and age-specific 80th percentile measured at the 100 W stage of a symptom-limited bicycle ergometry test. Endothelial dysfunction was defined as an impaired flow-mediated dilation measured as a continuous decrease or below the median of sex-specific distribution. Non-fasting blood samples were drawn from the cubital vein in the supine position. Results: The odds for increased systolic exercise blood pressure (odds ratio 1.24, 95% confidence interval 0.88; 1.76) and diastolic exercise blood pressure (odds ratio 0.98, 95% confidence interval 0.70; 1.39) as well as for exercise-induced increase of systolic and diastolic blood pressure were not significantly different between subjects with high and low serum thyroid-stimulating hormone levels within the reference range. In women without current use of antihypertensive medication, increasing serum hemoglobin A1c levels were associated with decreasing flow-mediated dilation levels (ß = -1.17, 95% confidence interval -2.03; -0.30). Such an association was not found in men. In men, logistic regression analysis revealed an odds ratio of 1.27 (95% confidence interval 1.07; 1.51) for decreased flow-mediated dilation for each decrement of serum insulin-like growth factor I standard deviation. In women, no significant association between serum insulin-like growth factor I levels and flow-mediated dilation was observed (odds ratio 0.88, 95% confidence interval 0.74; 1.05). Conclusions: Based on the presented results it is concluded that (a) serum thyroid-stimulating hormone levels are not associated with exercise blood pressure in the general population, (b) higher serum hemoglobin A1c levels in non-diabetic subjects are inversely associated with flow-mediated dilation in women without antihypertensive medication, but not in men, and (c) lower serum insulin-like growth factor I levels are associated with impaired endothelial function in men, but not in women. Therefore the metabolic marker hemoglobin A1c and the endocrine marker insulin-like growth factor I might be markers facilitating the identification of subjects at high risk of subclinical cardiovascular alterations.