Zusammenfassung
Fragestellung
Ein klinischer Aspekt der Präeklampsie/Eklampsie ist die periphere Vasokonstriktion,
deren Ursache in einer Störung der Endothelfunktion liegt. Die Präeklampsie ist eine
komplexe, multifaktorielle, nahezu alle Organsysteme betreffende Erkrankung, die nur
in der Schwangerschaft auftritt. Bei manifester Präeklampsie stellt die Substitution
von Magnesium und Kalzium eine therapeutische Option besonders zur Prävention der
Eklampsie dar. Das Ziel dieser Studie war eine qualitative und quantitative Analyse
von Magnesium und Kalzium in humanen Zellen während des Zellzyklus sowie die Folgen
einer Depletion dieser Kationen für die Zelle.
Material und Methodik
Humane Lymphozyten und Fibroblasten in verschiedenen Zellzyklusstadien wurden auf
reinen Silicium-Chips kultiviert und im Sandwichverfahren aufgebrochen. Ein „Scanning“-Ionenmikroskop
mit sekundärem Ionenmassenspektrometer analysierte dann gebundene und ungebundene
Kationen, wie Magnesium und Kalzium, in den Zellen.
Ergebnisse
Diese Studie zeigte eine spezifische zellzyklusabhängige Verteilung der beiden bivalenten
Kationen Magnesium und Kalzium in humanen Zellen. Beide Kationen wurden hauptsächlich
im Zytoplasma während der Interphase und chromosomenassoziiert während der Mitose
vorgefunden. Eine Depletion dieser Kationen resultierte in einen Zellzyklusstopp,
in dekondensierten und destabilisierten Chromosomen und Zelltod.
Schlussfolgerung
Magnesium und Kalzium sind für die Zell- und Chromosomenfunktion und -struktur essenziell.
Ein Mangel dieser Kationen kann zu zellzyklusarretierten, hydrophischen und/oder apoptotischen
Zellen mit konsekutiver Störung der Endothelzellfunktion, wie sie bei der schweren
Präeklampsie gefunden wird, führen. Die ausreichende Kationensubstitution, vor allem
von Magnesium, restauriert die Zellfunktion und -struktur und könnte so die positive
therapeutische Wirkung bei der schweren Präeklampsie/Eklampsie erklären.
Abstract
Purpose
Preeclampsia is a complex and multifactorial disease during pregnancy, which can target
almost all organ systems. One clinical finding of preeclampsia/eclampsia is peripheral
vasoconstriction, where dysfunctional endothelial cells have been implicated. One
treatment for severe preeclampsia/eclampsia is the intravenous substitution of magnesium
and calcium. The purpose of this study was to perform a qualitative and quantitative
analysis of magnesium and calcium in normal human cells during the cell cycle as well
as determining the impact of cation depletion in the cell.
Material and Methods
Human lymphocytes and fibroblasts from different cell cycle stages were cultivated
on pure silicon chips and cryofractured. Bound and unbound magnesium and calcium in
cells were analysed using a scanning ion microprobe with secondary ion mass spectrometry
at 50 nm resolution.
Results
Our study showed that the two main cellular divalent cations, magnesium and calcium,
show a specific cell cycle distribution, which is mainly cytosolic during interphase
but which becomes chromosomal bound during mitosis. A depletion of magnesium or calcium
resulted in cell cycle arrest, decondensed and destabilized chromosomes leading to
cell death.
Conclusion
Magnesium and calcium are pivotal for normal cell growth and chromosome structure
and function. Disturbed or failed endothelial cell function during preeclampsia, resulting
in e.g. vasoconstriction due to arrested or dying cells can be associated with a depletion
of cations. Cation substitution of magnesium in particular restores the endothelial
cell function and structure and could explain the positive preventive effect and therapy
during preeclampsia.
Schlüsselwörter
Präeklampsie - Endothel - Magnesium - Kalzium - Ionenmikroskopie
Key words
Preeclampsia - endothelium - magnesium - calcium - ion microscopy
