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Wirkung von Psychotherapie auf durch traumatischen Stress verursachte DNA-Schäden

Wirkung von Psychotherapie auf durch traumatischen Stress verursachte DNA-Schäden

Molekulare Konsequenzen

Die natürliche und soziale Umwelt spielt eine entscheidende Rolle im Leben eines Menschen und hat eine signifikante Wirkung auf dessen körperliche und geistige Gesundheit. Faktoren der sozialen Umwelt wie hohe Bevölkerungsdichte und verlärmte Städten mit Verkehrsstaus und Lichtverschmutzung werden als potenzielle Stress­faktoren betrachtet. Auch die sozialen Beziehungen und die Arbeits­-situation haben erheblichen Einfluss auf die Psyche und das Wohlbefinden der Menschen. In unserer heutigen Gesellschaft hat die Stressforschung in den letzten Jahren an­gesichts zunehmend auffallender neuro­logischer Probleme wachsendes Interesse gefunden.

Forschungsergebnisse zeigen, dass chemische Umwelt- gifte wie z.B. Dioxine, PCB, (polychlorierte Bi-Phenyle), Pestizide, Feinstaub oder Asbest in verschmutzten bzw. industrialisierten Siedlungsgebieten unsere Gesundheit gefährden. Aber inwiefern soziale Faktoren wie z.B. Bevölkerungs-, Familien-, Bildungs-, Erwerbstätigkeits-, Einkommens-, Lebensstilfaktoren oder soziale Schichtung psychische Krankheiten auslösen und welche biologischen Mechanismen dafür verantwortlich sind, ist bis heute nicht vollständig geklärt.

Hintergrund

In der DNA sind alle unsere Erbinformationen gespeichert, die für lebensnotwendige Proteine codieren, deshalb können Schäden im Erbmolekül DNA für den ganzen Organismus gefährlich werden. DNA-Schäden können in unseren Zellen spontan auftreten oder durch physikalische Einwirkungen wie Bestrahlung, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) oder chemische Substanzen inklusive Nahrungsbestandteile und Medikamente (Chemotherapie) hervorgerufen werden. Prinzipiell können DNA-Schäden repariert werden, aber nicht oder unzureichend reparierte Schäden führen zu Mutationen, zum Verlust der Zellteilungskontrolle (Krebs) und sogar zum Zelltod.

N-Glykane sind heterogene Zuckermolekülketten. Glykane werden durch Glycosylierung an Proteine gebunden. Sie kommen als zellmembrangebundene Glykoproteine (z.B. Rezeptoren, Kanalproteine, Histo­kompatibilitätsantigene) oder in gelöster Form, (z.B. Serumproteine, Transportproteine, Immunglobuline, Proteohormone) vor. Die Glycosylierung von Proteinen ist ein altersabhängiger Prozess, bestimmte Glyko­sylierungsmuster im menschlichen Plasma wurden deshalb als Biomarker für das biologische Alter beschrieben [1] (Abb.1).


Abb.1 GlycoAge Test (modifiziert aus Vanhooren, V. et al. Exp Gerontol. 2010). Schematische Darstellung von verschiedenen Glykanen (Peaks P1 bis P9) in Blutserum. Der Logarithmus von P1-NGA2F (agalactosylated core-a-1,6-fucosylated biantennary) dividiert durch P6-NA2F (bigalactosylated core- a-1,6-fucosylated biantennary) bilden den GlycoAge Test.

Auswirkungen von traumatischem Stress

Traumatische Erlebnisse wie z.B. Vergewaltigung, Missbrauch, Naturkatas­trophen oder Verkehrsunfälle können eine posttraumatische Belastungsstörung (PTBS) auslösen. Die aktuelle wissenschaftliche Forschung offenbart einen Zusammenhang zwischen traumatischem Stress und erhöhtem Krankheitsrisiko wie z.B. Herzinfarkt, Schlaganfall, hohem Blutdruck, Herzrhythmusstörungen, Fettleibigkeit und Diabetes [2].

Studiendesign

In unserer kürzlich veröffentlichten interdisziplinären Studie haben wir DNA-Strangbrüche und DNA-Reparatur bei 65 Studienteilnehmern analysiert: 34 PTBS-Patienten und 31 Kontrollpersonen – wobei die Kontrollgruppe in elf traumatisierte Personen und 20 gesunde Freiwillige gleicher ethnischer Herkunft unterteilt wurde. PTBS- und traumatisierte Patienten waren Frauen und Männer, die vor Krieg, Folter und Vergewaltigung geflohen sind. Alle Probanden wurden im Zentrum für Psychiatrie Reichenau in Konstanz rekrutiert.

Um die Effekte der Psychotherapie auf die DNA-Strangbrüche zu untersuchen, wurden die PTBS-Patienten zufällig in zwei Gruppen unterteilt, eine Therapiegruppe und eine Wartegruppe. Die Patienten der Therapiegruppe wurden mit einer Narrativen Expositionstherapie (NET) über vier Monate behandelt, während die Patienten in der Wartegruppe keine NET erhielten.

Nach der Blutentnahme wurden Blutzellen und Plasma aus dem Vollblut extrahiert. Die endogenen DNA-Strangbrüche und die zelluläre DNA-Reparaturfähigkeit wurden in wichtigen Zellen des Immunsystems, in den sogenannten peripheren mononukleären Blutzellen (PBMCs), untersucht. Die DNA-Strangbrüche sowie ein Reparaturverlauf von 90 Minuten nach Ex-vivo (das heißt in Reagenzglas)-Bestrahlung wurden mithilfe des sogenannten „fluorescence-detected alkaline DNA unwinding (FADU)“-Assays quantifiziert (Abb.2). Die N-Glykosylierungsmuster wurden in Plasma mithilfe DSA-FACE-Technologie identifiziert.


Abb.2 Schematische Darstellung der FADU-Methode (aus Moreno-Villanueva M, Bürkle A (2012) High-throughput assays to quantify the formation of DNA strand breaks. In: P Steinberg (ed.), High Throughput Screening Methods in Toxicity Testing. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA). In den gelben Kästen sind die Zellen dargestellt. In den hellgrauen Kästen sind DNA-Doppelstränge mit zunehmender Schädigung und in den blauen Kästen DNA-Doppelstränge mit zunehmendem Entwindungsgrad dargestellt. Die kleinen Kreise in den dunkelgrauen Kästen repräsentieren Farbstoffmoleküle (gelb = kein Fluoreszenzsignal und grün = Fluoreszenzsignal).

Ergebnisse

Unsere Ergebnisse zeigen, dass Patienten mit posttraumatischer Belas­tungsstörung und chronisch traumatisierte Patienten eine erhöhte Anzahl an DNA-Strangbrüche aufweisen, während die durch Bestrahlung induzierte DNA-Reparatur keine signifikanten Unterschiede zwischen den Patienten und der Kontrollgruppe zeigt [3] (Abb.3). Die Clinician Administered PTSD Scale (CAPS) ist ein klinisches Interview zur Erfassung der Symptomhäufigkeit und der Symptomintensität der posttraumatischen Belastungsstörung. Wir fanden eine signifikante Abnahme des CAPS-Scores bei NET-behandelten Patienten und interessanterweise eine Reduktion der akkumulierten DNA-Strangbrüche nach Psychotherapie [3]. Andere Studien haben bereits eine Reduzierung von PTSD-Symptomen nach NET gezeigt. Hingegen ist die positive Wirkung von Psychotherapie auf Molekülveränderungen mit potenzieller Wirkung auf körperliche Gesundheit wie z.B. DNA-Strangbrüche bisher noch nicht gezeigt worden.


Abb.3 DNA-Strangbrüche und DNA-Reparatur (aus Morath and Moreno et al., Psychother Psychosom. 2014). a) Niedrige Fluoreszenzwerte bedeuten eine hohe Anzahl an DNA-Strangbrüchen. b) DNA-Reparatur nach Röntgenstrahlen (Zeitpunkt 0 min = 3,8 Gy). Zellen wurden zehn bis 90 Minuten auf 37°C inkubiert, um die Reparatur zu erlauben. Mit zunehmender Zeit nimmt die DNA-Reparatur auch zu.

Eine mögliche Ursache für die Akkumulation von DNA-Strangbrüchen könnte eine erhöhte Adrenalinkonzentration im Blut sein. Adrenalin wird in Stresssituationen ins Blut ausgeschüttet, bindet an die adrenergen Rezeptoren der Zellen und löst eine schnelle Bereitstellung von Energiereserven aus. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die chronische Stimulation von adrenergen Rezeptoren zum Verlust von Protein p53, einem sogenannten Tumorsupressor, führt und dadurch zur Akkumulation von DNA-Strangbrüchen [4]. Weiterhin reagiert das Immunsystem auf häufig auftretende und lang anhaltende Stressreaktionen mit erhöhter Zytokinproduktion und Aktivierung von entzündlichen Prozessen, in deren Verlauf reaktive Sauerstoffradikale (ROS = reactive oxygen species) gebildet werden. Auf molekularer Ebene führen diese ROS zu unterschiedlichen zellulären Veränderungen. Besonders häufig können dadurch DNA-Strangbrüche verursacht werden. Allerdings bleibt unklar, auf welche Weise Psychotherapie eine Reduktion der DNA-Strangbrüche mit sich bringt.

Die Konzentration von bestimmten Zuckermolekülketten, die N-Glykane, verändert sich im Blutplasma mit zunehmendem Alter [1]. In unserer Studie haben PTBS-Patienten ein N-Glykosylierungsmuster, das einem 15 Jahre älteren gesunden Menschen entspricht [5] (Abb.4). Forscher haben Immunsystem, Stress und Alter in den Zusammenhang gebracht. Weiterhin ist das N-Glykosylierungsmuster bei älteren Menschen mit entzündlichen Prozessen assoziiert, eine erhöhte inflammatorische Immunaktivität wurde in PTBS-Patienten festgestellt. Schließlich sind Veränderungen in N- Glykosylierungsmustern nicht nur ein Biomarker für das physiologische Alter, sondern tragen zur Entstehung altersassoziierter Krankheiten bei.


Abb.4 GlycoAge Score (aus Moreno and Morath et al., Translational Psychia­try 2013). Scatterplot zwischen GlycoAge Test und traumatischer Belastung. Hohe Werte in GlycoAge-Test korrelieren positiv mit der Zunahme der traumatischen Belastung.

Psychologische Belastung schädigt nicht nur unsere Gesundheit, sondern beeinflusst auch unsere Gesellschaft negativ. Zum besseren Verständnis der molekularen Mechanismen von psychologischem Stress sind weiter Studien nötigt. Es ist notwendig, Forschungsstrategien zu entwickeln, um einerseits zur Überwindung von Belastungen des sozialen Umfelds und andererseits zum Verständnis der molekularen Mechanismen psychischer Belastung zu gelangen und somit wirksame Therapien zu entwickeln.
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FADU-Methode zur Quantifizierung von DNA-Strangbrüchen

FADU steht für Fluorometric analysis of DNA unwinding (fluorimetrische Analyse der DNA-Entwindung). Diese Methode macht sich die Entwindung von DNA-Doppelsträngen unter kontrollierten alkalischen Bedingungen zunutze. Die DNA wird in alkalischer Lösung partiell entwunden. Die Entwindung ist von der Zeit, dem pH-Wert, der Temperatur und der Anzahl an Strangbrüchen abhängig. Der Umfang von insgesamt entwundener DNA ist eine Funktion der Anzahl an DNA-Strangbrüchen. Eine automatisierte Version der FADU-Methode wurde in unserem Labor weiterentwickelt und etabliert. Zurzeit wird die Methode mit Kooperationspartnern aus der Industrie validiert (Abb.5).

DSA-FACE-Technologie zur Identifizierung von N-Glykosylierungsmustern

Als Erstes werden die Zuckermolekülketten (Glykane) von den Proteinen getrennt und mit einem Fluorophor markiert. Die verschiedenen Glykane werden mithilfe der DSA-FACE (= DNA sequencer-­assisted,fluorophore-assisted carbohydrate electro- phoresis) getrennt und identifiziert.


Abb.5 FADU Genotox Hardware (von CETICS Healthcare Technologies GmbH).


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Literatur

[1] Vanhooren, V. et al. (2010) Serum N-glycan profile shift during
human ageing, Exp Gerontol. 45 (10), 738–43
[2] VanItallie, T. B. (2002) Stress: A Risk Factor for Serious Illness.
Metabolism, 51 (6), Suppl 1 (June), 40–45
[3] Morath, J. et al. (2014) Effects of Psychotherapy on DNA Strand Break
Accumulation Originating from Traumatic Stress, Psychother Psychosom.
2014 Aug 6, 83 (5), 289–297
[4] Hara, MR. (2011) A stress response pathway regulates DNA damage through
2-adrenoreceptors and -arrestin-1, Nature 477(7364):349–53
[5] Moreno-Villanueva, M. et al. (2013) N-glycosylation profiling of
plasma provides evidence for accelerated physiological aging in post-traumatic
stress disorder, Transl Psychiatry 3, e320

Bild: © panthermedia.net| Brad Collett

Stichwörter:
Molekular, polychlorierte Bi-Phenyle, Dioxine, PCB, polychlorierte Bi-Phenyle, Pestizide, Nahrungsbestandteile und Medikamente, Chemotherapie, N-Glykane, Histo­kompatibilitätsantigene, Serumproteine, Transportproteine, Immunglobuline, Proteohormone, Logarithmus, posttraumatische Belastungsstörung, Studiendesign, Psychotherapie, N-Glykosylierungsmuster,

L&M 9 / 2014

Diese Artikel wurden veröffentlicht in Ausgabe L&M 9 / 2014.
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