Invloed van metaalstress op de cellulaire redoxbalans van Arabidopsis thaliana

Abstract

Cadmium en koper behoren tot de groep van de toxische metalen en hebben een negatief effect op het milieu en de menselijke gezondheid. Koper is een essentieel metaal en is in kleine hoeveelheden nodig voor organismen. In grote hoeveelheden wordt het echter toxisch. Cadmium daarentegen is niet-essentieel en is al in lage concentraties toxisch voor organismen. Zowel cadmium als koper veroorzaken oxidatieve stress op cellulair niveau. De wijze waarop ze dit doen is echter verschillend. Koper is, in tegenstelling tot cadmium, een redoxactief element en kan rechtstreeks ROS induceren. Cadmium daarentegen kan enkel oxidatieve stress induceren via indirecte mechanismen zoals een activatie van NADPH oxidasen of via een inductie van lipidenperoxidatie door lipoxygenasen. Reactieve zuurstofvormen, die ontstaan nadat deze metalen worden opgenomen, zijn enerzijds zeer schadelijk voor het organisme, maar kunnen anderzijds eveneens een belangrijke signalisatiefunctie uitoefenen. In deze thesis is met behulp van Arabidopsis thaliana als testorganisme onderzocht hoe en onder welke vorm oxidatieve stress tot stand komt na blootstelling aan realistische Cd- en Cuconcentraties. Hiertoe zijn Arabidopsis zaailingen opgekweekt op hydrocultuur en blootgesteld aan verschillende Cd- en Cu-concentraties. Met behulp van een microarrayexperiment is er een screening gebeurd naar de voornaamste pathways die gelinkt zijn aan oxidatieve stress. Uit dit onderzoek kan besloten worden dat GSH een sleutelmetaboliet is in de verwerking van metalen in zowel wortel als blaadjes. GSH is een precursor voor fytochelatines en is op die manier belangrijk voor de complexatie van Cd. Na Cu-blootstelling is het gebruik van GSH voor fytochelatinesynthese mogelijks ondergeschikt aan het gebruik voor antioxidatieve verdediging. Ook voor GSH-gerelateerde enzymen en transporters werden transcriptionele veranderingen waargenomen na beide metaalbehandelingen. GSH blijkt dus een belangrijk verdedigingsmechanisme tegen metaaltoxiciteit, zowel voor complexatie, sequestratie en detoxificatie van metalen en in de antioxidatieve verdediging. Tot slot blijken mitochondriën een belangrijke rol uit te oefenen na metaalstress. Dit werd duidelijk door het uitvoeren van de microarray. Mitochondriën zijn belangrijk voor de signaling van metaalstress. Verder onderzoek moet meer duidelijkheid geven over de rol van mitochondriën in metaalstress.