Factors impacting the hepatic selenoprotein expression in matters of critical illness

Abstract

Selenoproteine spielen eine wichtige Rolle in der antioxidativen Abwehr und bei Immunreaktionen. Der Selen(Se)metabolismus wird von Hepatozyten gesteuert, die das Se-Transportprotein Selenoprotein P (SEPP) synthetisieren und sezernieren. SEPP nimmt bei kritischen Erkrankungen, z. B. Sepsis ab und führt zu niedrigen Se-Spiegeln. Sepsis triggert die übermäßige Produktion von proinflammatorischen Zytokinen. Aminoglykosid-Antibiotika (AG), die oft bei schwerer Sepsis eingesetzt werden, induzieren Fehlinterpretationen der mRNA inklusive des Stoppcodons UGA welches für die Selenoprotein-Biosynthese notwendig ist. Es wurden daher die molekularen Wechselwirkungen zwischen den Zytokinen IL-6, IL-1b und TNFa, AG und dem Se-Status mit der Biosynthese in Leberzelllinien untersucht. IL-6 führte zu einer starken Reduktion der SEPP-mRNA und einer dosisabhängigen Reduktion von SEPP. Parallel dazu reduzierte IL-6 das Transkriptlevel, die Proteinexpression und die Enzymaktivität der Typ-I-Dejodase (DIO1). Auf die Expression der antioxidativ-wirkenden Glutathionperoxidasen (GPX) wirkte IL-6 isozymspezifisch; während die Transkriptkonzentrationen von GPX2 anstiegen und die von GPX4 abnahmen, blieb GPX1 unbeeinflusst. Die IL-6-abhängigen Effekte bestätigten sich auch in Reportergenassays von SEPP-, DIO1-, GPX2- und GPX4-Promotorkonstrukten. Um die Wirkungen von AG auf die Selenoprotein-Translation besser zu verstehen, wurden die SECIS-Elemente von GPX1-, GPX4- und SEPP-Transkripten in ein Reportersystem kloniert und auf eine Regulation durch AG und Se analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der korrekte Se-Einbau vom Se-Status, von der AG-Konzentration und dem spezifischen SECIS-Element abhängig ist. Auf transkriptionaler und translationaler Ebene führten AG zu stark erhöhten SEPP-Spiegeln, während die Expression und Enzymaktivität von GPX und DIO1 nur in geringerem Ausmaß beeinflusst wurden. Eine Analyse der Se-Beladung zeigte, dass der Se-Gehalt von SEPP stark durch AG reduziert und vom Se-Status abhängig war.

Selenoproteins play important roles in antioxidant defence and immunoregulation. Selenium (Se) metabolism is controlled by hepatocytes synthesizing and secreting the Se-transporter selenoprotein P (SEPP) declining in critical illness, e.g., sepsis. Sepsis triggers excessive production of pro-inflammatory cytokines. Aminoglycoside (AG) antibiotics applied in sepsis in induce mRNA misinterpretation including the stop codon UGA required during selenoproteins biosynthesis. The molecular interplay between the cytokines IL-6, IL-1b and TNFa, AG and Se-status on selenoprotein expression was investigated in hepatic-derived cell lines. IL-6 strongly reduced the level of SEPP mRNA and secreted SEPP in a dose-dependent manner. Likewise, expression of selenoenzyme type 1 deiodinase (DIO1) declined at the transcript, protein and enzyme activity level. The effects of IL-6 on the expression of antioxidative-acting glutathione peroxidases (GPX) were isozyme-specific; while transcript level of GPX2 increased and those of GPX4 decreased, GPX1 remained unaffected. IL-6-dependent effects were reflected in reporter gene experiments of selenoprotein promoter constructs. Characterising the effects of AG on selenoprotein translation, the SECIS-elements of GPX1, GPX4 and SEPP transcripts were cloned into a reporter system and analysed for their response to AG and Se. The results indicate that the correct co-translational Se-insertion depends on the Se-status, AG concentration and the specific SECIS-element. At both transcriptional and translational levels, SEPP levels were strongly increased in response to AG, whereas the expression and enzyme activity of GPX and DIO1 were affected to a lower degree. Analysis Se-status indicate that the Se-content of SEPP was strongly reduced by AG and depends on Se-status.