Mögliche Bedeutung der Kationen für die Endothelzelle bei der Präeklampsie

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

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