Cytotoxicity and P-glycoprotein inhibition by cardiotonic steroids

Herzwirksame Glykoside sind in der Natur sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich zu finden und werden regelmäßig zur Therpaie von Herzinsuffizienz eingesetzt. In letzter Zeit belegten viele Studien, dass herzwirksame Glykoside vielversprechende Substanzen für die Behandlung von Krebs darstellen. Ihr Wirkmechanismus basiert auf der Hemmung der Na+/K+-ATPase. Die Na+/K+-ATPase spielt neuerdings eine wichtige Rolle in der Krebsbiologie, da sie viele relevante Signalwege beeinflusst. Multiresistenzen gegen Arzneimittel sind oftmals verantwortlich für das Scheitern einer Chemotherapie. Bei multi-drug-resistenten Tumoren erfolgt ein Transport der Chemotherapeutika aus der Krebszelle hinaus durch das Membranprotein P-Glykoprotein. In der vorliegenden Arbeit wurde die Zytotoxizität von 66 herzwirksamen Glykosiden und ihren Derivaten in sensitiven und resistenten Leukämie-Zellen getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Naturstoffe die Zell-Linien in verschiedenen molaren Bereichen abtöten. Allerdings waren die Resistenz-Indizes niedrig (d. h. die IC50 Werte waren in beiden Zell-Linien ähnlich). Die untersuchten 66 Substanzen besitzen eine große Vielfalt an chemischen Substituenten. Die Wirkung dieser Substituenten auf die Zytotoxizität wurde daher durch Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) erforscht. Des Weiteren wiesen quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehung (QSAR) und molekulares Docking darauf hin, dass die Na+/K+-ATPase in sensitiven und resistenten Zellen unterschiedlich stark exprimiert wird. Eine Herunterregulation der Na+/K+-ATPase in multi-drug-resistenten Zellen wurde durch Western Blot bestätigt und die Wirkung dieser auf relevante Signalwege durch Next-Generation-Sequenzierung weiter verfolgt. Dadurch konnte eine Verbindung zwischen der Überexpression von P-Glykoprotein und der Herunterregulation der Na+/K+-ATPase hergestellt werden. Der zweite Aspekt der Arbeit war die Hemmung von P-Glykoprotein durch herzwirksame Glykoside, welche durch Hochdurchsatz-Durchflusszytometrie getestet wurde. Sechs wirksame Glykoside konnten den P-Glykoprotein-vermittelten Transport von Doxorubicin inhibieren. Zudem konnte die Zytotoxität von Doxorubicin in multi-drug-resistenten Zellen teilweise wieder zurück erlangt werden. Unabhängig von herzwirksamen Glykosiden war die Bewertung der Anwendung von molekularem Docking in der P-Glykoprotein Forschung ein weiterer Aspekt der Arbeit. Es ließ sich schlussfolgern, dass molekulares Docking fähig ist, zwischen den verschiedenen Molekülen zu unterscheiden, die mit P-Glykoprotein interagieren. Die Anwendbarkeit von molekularem Docking in Bezug auf die Bestimmung der Bindestelle einer Substanz wurde ebenfalls untersucht.

Influence of N-methyl-D-aspartate receptors on ouabain activation of nuclear factor-kappa B in the rat hippocampus

It has been shown that ouabain (OUA) can activate the Na,K-ATPase complex and mediate intracellular signaling in the central nervous system (CNS). Inflammatory stimulus increases glutamatergic transmission, especially at N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, which are usually coupled to the activation of nitric oxide synthase (NOS). Nuclear factor-kappa B (NF-kappa B) activation modulates the expression of genes involved in development, plasticity, and inflammation. The present work investigated the effects of OUA on NF-kappa B binding activity in rat hippocampus and the influence of this OUA-Na,K-ATPase signaling cascade in NMDA-mediated NF-kappa B activation. The findings presented here are the first report indicating that intrahippocampal administration of OUA, in a concentration that did not alter Na,K-ATPase or NOS activity, induced an activation of NF-kappa B, leading to increases in brain-derived neurotrophic factor (Bdnf), inducible NOS (iNos), tumor necrosis factor-alpha (Tnf-alpha), and B-cell leukemia/lymphoma 2 (Bcl2) mRNA levels. This response was not linked to any significant signs of neurodegeneration as showed via Fluoro-Jade B and Nissl stain. Intrahippocampal administration of NMDA induced NF alpha B activation and increased NOS and alpha 2/3-Na,K-ATPase activities. NMDA treatment further increased OUA-induced NF-kappa B activation, which was partially blocked by MK-801, an antagonist of NMDA receptor. These results suggest that OUA-induced NF-kappa B activation is at least in part dependent on Na,K-ATPase modulatory action of NMDA receptor in hippocampus. The interaction of these signaling pathways could be associated with biological mechanisms that may underlie the basal homeostatic state linked to the inflammatory signaling cascade in the brain. (c) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Neuroprotective activity of a new class of steroidal inhibitors of the N-methyl-d-aspartate receptor

Release of the excitatory neurotransmitter glutamate and the excessive stimulation of N-methyl-d-aspartate (NMDA)-type glutamate receptors is thought to be responsible for much of the neuronal death that occurs following focal hypoxia-ischemia in the central nervous system. Our laboratory has identified endogenous sulfated steroids that potentiate or inhibit NMDA-induced currents. Here we report that 3α-ol-5β-pregnan-20-one hemisuccinate (3α5βHS), a synthetic homologue of naturally occurring pregnanolone sulfate, inhibits NMDA-induced currents and cell death in primary cultures of rat hippocampal neurons. 3α5βHS exhibits sedative, anticonvulsant, and analgesic properties consistent with an action at NMDA-type glutamate receptors. Intravenous administration of 3α5βHS to rats (at a nonsedating dose) following focal cerebral ischemia induced by middle cerebral artery occlusion significantly reduces cortical and subcortical infarct size. The in vitro and in vivo neuroprotective effects of 3α5βHS demonstrate that this steroid represents a new class of potentially useful therapeutic agents for the treatment of stroke and certain neurodegenerative diseases that involve over activation of NMDA receptors.

Detection of testosterone administration based on the carbon isotope ratio profiling of endogenous steroids: international reference populations of professional soccer players.

BACKGROUND AND OBJECTIVES: The determination of the carbon isotope ratio in androgen metabolites has been previously shown to be a reliable, direct method to detect testosterone misuse in the context of antidoping testing. Here, the variability in the 13C/12C ratios in urinary steroids in a widely heterogeneous cohort of professional soccer players residing in different countries (Argentina, Italy, Japan, South Africa, Switzerland and Uganda) is examined. METHODS: Carbon isotope ratios of selected androgens in urine specimens were determined using gas chromatography/combustion/isotope ratio mass spectrometry (GC-C-IRMS). RESULTS: Urinary steroids in Italian and Swiss populations were found to be enriched in 13C relative to other groups, reflecting higher consumption of C3 plants in these two countries. Importantly, detection criteria based on the difference in the carbon isotope ratio of androsterone and pregnanediol for each population were found to be well below the established threshold value for positive cases. CONCLUSIONS: The results obtained with the tested diet groups highlight the importance of adapting the criteria if one wishes to increase the sensitivity of exogenous testosterone detection. In addition, confirmatory tests might be rendered more efficient by combining isotope ratio mass spectrometry with refined interpretation criteria for positivity and subject-based profiling of steroids.

Regulation of proliferation, invasion and growth factor synthesis in breast cancer by steroids

Endogenous ovarian estrogens and progestins appear to play a critical role in the development and progression of breast cancer. Local productions of growth factors probably also contribute to malignant proliferation, while production and activation of collagenolytic enzymes may be equally critical for local invasive processes. The current review focusses on characterization of growth factor-receptor systems operant in normal and malignant breast epithelium. In addition, the determinants of local invasion are reviewed: attachment, modality, and proteose secretion. Finally, data are discussed concerning the regulation of both proliferation and invasion by hormones and antihormonal agents in hormone-dependent breast cancer. The results suggest new potential pharmacologic targets to explore to suppress onset and progression of breast cancer.

Studies on follicular atresia: role of tropic hormone and steroids in regulating cathepsin-D activity of preantral follicles of the immature rat

The ovary of the immature female rat is comprised of primary and medium-sized preantral follicles. Upon stimulation with FSH or PMSG, the cathepsin-D activity, a representative lysosomal enzyme of granulosa cells, is reduced by 50% (P < 0.01). 17β-Estradiol at the doses tried was unable to mimic this effect. Blockade of steroidogenesis with cyanoketone also had no effect on the cathepsin-D activity of isolated granulosa cells. Dihydrotestosterone (DHT), however, at a dose of 1 mg/rat was able to inhibit PMSG's tropic action. It brought about an increase in cathepsin-D activity and reduction in steroidogenic activity of isolated granulosa cells. The atretogenic activity of DHT could be relieved by supplementation with exogenous FSH. DHT was observed to significantly reduce (P < 0.01) endogenous FSH and LH levels within 12–18 h of its injection suggesting that its atretic effect was due to its action at the pituitary rather than the gonad. In addition to the above the ability of 15 IU of PMSG to reduce cathepsin-D activity of granulosa cells was also significantly reduced (P < 0.01) if endogenous FSH was neutralized by a specific FSH antiserum. The present study suggests that as far as small and medium-sized primary and preantral follicles are concerned, FSH lack is the essential signal for onset of atresia.

Quantitative analysis of arachidonic acid, endocannabinoids, N-acylethanolamines and steroids in biological samples by LCMS/MS: Fit to purpose.

Arachidonic acid (5Z,8Z,11Z,14Z-eicosatetraenoic acid; C20:4) (arachidonate, AA) is a vital polyunsaturated omega-6 fatty acid (PUFA) without its presence the mammalian brain, muscles, and possibly other organs cannot develop or function [1] and [2]. AA fulfils numerous known and possibly yet unknown functions as integral part of mammalian phospholipid membranes and as free AA which also acts as a precursor of a variety of biologically active lipid mediators generally referred to as eicosanoids (e.g., prostaglandins, leukotrienes). A more recent class of eicosanoids is composed of the endogenous cannabinoids (endocannabinoids) 2-arachidonoyl glycerol (2-AG) and arachidonoyl ethanolamide (anandamide, AEA), which act on cannabinoid CB1 and CB2 receptors but also modulate ion channels and nuclear receptors [3] and [4]. In recent years, the role of endocannabinoids as prominent anti-inflammatory and neuromodulatory eicosanoids has been shown by numerous studies [5].

Health, endogenous time preference, and inequality : a political economy perspective

We study an overlapping-generations model in which agents' mortality risks, and consequently impatience, are endogenously determined by private and public investment in health care. Revenues allocated for public health care arc determined by a voting process. We find that the degree of substitutability between public and private health expenditures matters for macroeconomic outcomes of the model. Higher substitutability implies a “crowding-out" effect, which in turn impacts adversely on morality risks and impatience leading to lower public expenditures on health care in the political equilibrium. Consequently, higher substitutability is associated with greater polarization in wealth, and long-run distributions that are bimodal.

Endogenous mortality, human capital and economic growth

We consider growth and welfare effects of lifetime-uncertainty in an economy with human capital-led endogenous growth. We argue that lifetime uncertainty reduces private incentives to invest in both physical and human capital. Using an overlapping generations framework with finite-lived households we analyze the relevance of government expenditure on health and education to counter such growth-reducing forces. We focus on three different models that differ with respect to the mode of financing of education: (i) both private and public spending, (ii) only public spending, and (iii) only private spending. Results show that models (i) and (iii) outperform model (ii) with respect to long-term growth rates of per capita income, welfare levels and other important macroeconomic indicators. Theoretical predictions of model rankings for these macroeconomic indicators are also supported by observed stylized facts.