Regulation of 5-oxo-ETE synthesis in inflammatory cells

Abstract

5-Oxo-ETE ist ein chemotaktischer Faktor für Granulozyten, der von der NADP+-abhängigen Dehydrogenase 5h-dh aus dem 5-Lipoxygenaseprodukt 5-HETE gebildet wird. Ziel dieser dreiteiligen Studie war es, die der 5-oxo-ETE-Produktion zugrunde liegenden Regulationsmechanismen aufzuklären. I. Einfluß von myeloider Zelldifferenzierung auf die Expression von 5h-dh in HL-60 und U-937 Zellen. Undifferenzierte HL-60 und U-937 Zellen produzieren vergleichbare Mengen von 5-oxo-ETE wie Monozyten oder Granulozyten. Differenzierung von U-937 Zellen mit PMA verdreifacht die Enzymaktivtät von 5h-dh, während die Behandlung von HL-60 Zellen mit dh-VitD3 diese verdoppelte. Der Einfluß von PMA auf 5h-dh wurde darüber hinaus in Mikrosomen von U-937 Zellen untersucht. Die Behandlung PMA verdreifachte Vmax, liess aber KM unbeeinflußt. II. Regulation der 5-oxo-ETE-Produktion durch oxidativen Stress und Glukose. Da der GSH-Redoxzyklus die Produktion von NADP+ zur Folge hat, stimulierten die Hydroperoxide H2O2 und tBOOH die Synthese von 5-oxo-ETE in U-937 Zellen. Aufgrund seiner Verarbeitung durch den Pentosephosphat Zyklus, der NAD+ in NADPH umwandelt, inhibierte Glucose diesen Effekt von H2O2. Die Synthese von 5-oxo-ETE wurde durch H2O2 auch in humanem Monozyten, Lymphocyten und Thrombozyten, aber nicht in Neutrophilen angeregt. Im Gegensatz zu Monozyten zeigten sich Thrombozyten und Lymphozyten allerdings glukose-resistent. T-BOOH ehöhte auch die Produktion von 5-oxo-ETE nach Zugabe von Ionophore und Arachidonsäure zu mononukleären Blutzellen. III. 5h-dh-Expression in human Strukturzellen. Zunächst rasterten wir mehrere sekundäre Epithelzelllinien und fanden 5h-dh in allen Zellen. Drei Indizien lassen vermuten, daß die epithele 5h-dh der myeloiden entspricht: (i) die enzymatische Aktivtät liegt vor allem in der mikrosomalen Fraktion vor, (ii) bei dem Kofaktor handelt es sich um NADP+ und nicht um NAD+, und (iii) 5S-HETE ist das bevorzugte Substrat. Weitere Studien zeigten, daß auch primäre humane Aorta-Endothelzellen 5h-dh expremieren. Vergleichbar zu Entzündungszellen wird die Produktion von 5-oxo-ETE auch in Endothel- und in Epithelzellen durch oxidativen Stress angeregt.

5-Oxo-ETE is a highly potent granulocyte chemoattractant that is formed by the NADP+-dependent dehydrogenase 5h-dh by oxidation of the 5-lipoxygenase product 5-HETE. The objective of this study was to investigate underlying regulatory mechanisms of 5-oxo-ETE production in human cells. This matter was addressed from three directions. I. Expression of 5h-dh in HL-60 and U-937 cells and its activity changes during myeloid cell differentiation. Undifferentiated U-937 and HL-60 cells produce similar amounts of 5-oxo-ETE compared to monocytes or neutrophils. Differentiation of U-937 cells with PMA resulted in a 3-fold increase in 5-oxo-ETE production. Similarly, incubation of HL-60 cells with dh-VitD3 induced a 2-fold increase in 5-oxo-ETE production. The impact of PMA on 5h-dh was also investigated in the microsomal fraction of U-937 cells and compared to neutrophil microsomes. PMA treatment leads to a increase of Vmax but does not affect KM. II. Regulation of 5-oxo-ETE by oxidative stress and glucose levels. We found that H2O2 and t-butyl hydroperoxide strongly stimulate 5-oxo-ETE formation by U-937 cells through the GSH redox cycle by providing NADP+. Glucose inhibited the response to H2O2 through its metabolism by the pentose phosphate pathway, which converts NADP+ back to NADPH. 5-Oxo-ETE synthesis was also strongly stimulated by hydroperoxides in blood monocytes, lymphocytes, and platelets, but not neutrophils. Unlike monocytic cells, lymphocytes and platelets were resistant to the inhibitory effects of glucose. 5-Oxo-ETE synthesis following incubation of peripheral blood mononuclear cells with arachidonic acid and calcium ionophore was also strongly enhanced by t-BOOH. III. Expression of 5h-dh in human structural cells. We screened several secondary epithelial cell lines and detected 5h-dh in all cell lines. Epithelial 5h-dh and the inflammatory cell 5h-dh are identical: (i) the enzymatic activity is localized in microsomes, (ii) the cofactor is NADP+, and (iii) 5S-HETE is the preferred substrate. We also found that primary human aortic endothelial cells express 5h-dh. 5-oxo-ETE production by both endothelial and epithelial cells is regulated by oxidative stress in a manner similar to inflammatory cells.