Interaktionen der vier essentiellen Spurenelemente Selen, Kupfer, Zink und Eisen unter Berücksichtigung des redox-sensitiven Transkriptionsfaktors Nrf2

Eine optimale Versorgung mit den essentiellen Spurenelementen Selen, Kupfer, Zink, Eisen ist wichtig, da sowohl eine Spurenelementdefizienz als auch eine überdosierung schwerwiegende gesundheitliche Folgen haben kann. Bereits bei der Aufnahme der Spurenelemente im Dünndarm sind gemeinsame Transportmechanismen bekannt. Weiterhin sind die vier Spurenelemente Bestandteil vieler antioxidativer Enzyme, können jedoch in hohen Konzentrationen oxidativen Stress induzieren. Alle vier Spurenelemente sind an der zellulären Redoxhomöostase beteiligt, an deren Regulation der redox-sensitive Transkriptionsfaktor Nrf2 mitwirkt. Um ein besseres Verständnis zu den Interaktionen der vier Spurenelemente untereinander und mit der Redoxhomöostase zu erlangen, wurden verschiedene Fütterungsstudien an Mäusen durchgeführt, der Einfluss eines systemischen Nrf2-KOs auf die Spurenelementhomöostase untersucht und einzelne Kombinationen der Spurenelemente in vitro analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass alle vier Spurenelemente einen Einfluss auf den redox-sensitiven Transkriptionsfaktor Nrf2 haben. Eine Aktvierung von Nrf2 trat bei Selendefizienz, adäquater Zinkkonzentration, sowie bei höheren Kupfer- und Eisenkonzentrationen auf. Umgekehrt moduliert Nrf2 am stärksten den Eisenmetabolismus. Auf Ebene der einzelnen Interaktionen führte Kupfer zu einer deutlichen Reduktion der GPX- und TXNRD-Aktivität und beeinträchtigt so die Selenhomöostase. Dieser Effekt tritt bei adäquaten bis leicht supplementierten Kupferkonzentrationen auf und scheint somit von physiologischer Relevanz zu sein. Die gegenseitige Beeinflussung von Kupfer und Zink unterschied sich zelltypenspezifisch. Die nukleäre Translokation der beiden Transkriptionsfaktoren MTF1 und Nrf2 wurde nur durch Zink gesteigert. Diese ersten Ergebnisse zu den Interaktionen der Spurenelemente und deren Einfluss auf Nrf2 zeigen, dass bereits im physiologischen Konzentrationsbereich starke Auswirkungen auf die Spurenelementhomöostase auftreten.