Reactive Oxygen Species (ROS) are generated in vivo through metabolic processes as well as by external agents. The ROS level is regulated by an enzymatic and non-enzymatic antioxidant defense system to maintain physiological homeostasis. Levels above the homeostatic set point lead to oxidative stress and damage of proteins, lipids, and DNA, accelerating the pathogenesis of cancer as well as cardiovascular and neurodegenerative diseases. Therefore, mechanisms, which can contribute to the reduction of oxidative stress, are of great interest. Thus, the modulation of the antioxidant defense system by bioactive food components is an important research topic in the field of molecular nutrition. To investigate the effect of food components on the expression of cellular antioxidant enzyme concentration, an UHPLC-SRM based method that allows selective, sensitive and simultaneous determination of cytoprotective enzymes was developed. This method was based on the mass spectrometric analysis of proteotypic peptides after separation by ultra high performance liquid chromatography. Reliable relative quantification was achieved by applying stable isotope labelling by amino acids in cell culture. The second part of the project focused on cell culture studies and the newly developed method was applied to study the influence of bioactive food components on the expression of antioxidant enzymes like catalase and heme oxygenase-I. The aim was to analyze the influence of food components on the activation of the cellular defense system Nrf2/KEAP1 and a possibly related expression of cytoprotective enzymes. Therefore, the effect of coffee, capsaicin, phenylethylisothiocyanate, sulforaphane, resveratrol, epigallochatechin gallate and curcumin on murine macrophages was investigated.

Reaktive Sauerstoffspezies, deren Bildung in vivo sowohl endogen während diverser metabolischer Prozesse erfolgt, als auch durch exogene Quellen induziert werden kann, erfüllen in moderaten Mengen wichtige physiologische Aufgaben in der Zelle. Ein zu hohes Level hingegen verursacht oxidativen Stress und kann zu Schäden an Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren führen. Dies wiederum steht im Zusammenhang mit der Pathogenese von Krankheiten wie Krebs, cardiovaskulären und neurodegenerativen Erkrankungen. Zum Schutz vor oxidativem Stress verfügt die Zelle über ein antioxidatives Abwehrsystem, zu dem sowohl cytoprotektive Enzyme als auch nicht-enzymatische Prozesse beitragen. Das antioxidative System kann durch die Aufnahme bioaktiver Lebensmittelinhaltsstoffe moduliert werden, die damit dazu beitragen den oxidativen Stress zu senken und somit eine protektive Rolle in Hinsicht auf die Entstehung und Entwicklung von Krankheiten übernehmen können. Um den Einfluss von Lebensmittelinhaltsstoffen auf die Expression antioxidativ wirksamer Enzyme im Zellmodell zu untersuchen, wurde eine universell einsetzbare UHPLC-MS/MS-basierte Methode entwickelt, die die selektive, empfindliche und simultane Bestimmung mehrerer cytoprotektiver Enzyme ermöglicht und eine zuverlässige relative Quantifizierung gewährleistet. Anschließend fand die Methode Anwendung für Zellkulturstudien, im Rahmen derer der Einfluss ausgewählter bioaktiver Lebensmittelinhaltsstoffe auf die Expression der antioxidativ wirksamen Enzyme Katalase und Hämoxygenase-I untersucht wurde. Die ausgewählten antioxidativ wirksamen Enzyme wurden massenspektrometrisch im selected reaction monitoring (SRM) Modus nach tryptischem Verdau und ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographischer (UHPLC) Trennung anhand proteotypischer Peptide (PTPs) analysiert. Für die relative Quantifizierung wurde die metabolische Stabilisotopenmarkierung von Zellkulturen (SILAC) angewandt. In Zellkulturstudien wurde anschließend die Wirkung von Kaffee, Quercetin, Capsaicin, Phenylethylisothiocyanat, Sulforaphan, Resveratrol, Epigallocatechingallat und Curcumin analysiert.