Paraoxonase polymorphisms are not associated with cardiovascular risk in renal transplant recipients

Paraoxonase (PON1) gene variants have been identified as risk factors for cardiovascular disease (CVD). There are two common PON1 polymorphisms at position 55 (Leu-Met change) and 192 (Gln-Arg change) of the amino acid chain. Leucine at position 55 and arginine at position 192 have been associated with increased cardiovascular risk. The increased prevalence of CVD in renal transplant recipients can be only partly explained by the increased prevalence of conventional risk factors.

Chlorogenic acid protects paraoxonase 1 activity in high density lipoprotein from inactivation caused by physiological concentrations of hypochlorite

We hypothesized that chlorogenic acids, the main phenolics in coffee, many fruits and Ilex paraguariensis extracts, protect paraoxonase 1 activity in HDL from inactivation by chlorination at concentrations of HOCl (50 mu M) and chlorogenic acid (2-10 mu M) compatible with those found in humans. When human HDL was incubated in the presence of HOCl/OCl-, a concentration dependent loss of activity was apparent. Of interest, 5 caffeoylquinic acid at 5 mu mol/L affords more than 60% protection of the activity reaching 100% at 25 mu mol/L. This compound and the plant sources that are rich in them may be protectors of paraoxonase 1 activity. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Paraoxonase (PON)1 Q192R functional genotypes and PON1 Q192R genotype by smoking interactions are risk factors for the metabolic syndrome, but not overweight or obesity

Background The metabolic syndrome (MetS) is a complex of multiple risk factors that contribute to the onset of cardiovascular disorder, including lowered levels of high-density lipoprotein (HDL) and abdominal obesity. Smoking, mood disorders, and oxidative stress are associated with the MetS. Paraoxonase (PON)1 is an antioxidant bound to HDL, that is under genetic control by functional polymorphisms in the PON1 Q192R coding sequence. Aims and methods This study aimed to delineate the associations of the MetS with plasma PON1 activity, PON1 Q192R genotypes, smoking, and mood disorders (major depression and bipolar disorder), while adjusting for HDL cholesterol, body mass index, age, gender, and sociodemographic data. We measured plasma PON1 activity and serum HDL cholesterol and determined PON1 Q192R genotypes through functional analysis in 335 subjects, consisting of 97 with and 238 without MetS. The severity of nicotine dependence was measured using the Fagerström Nicotine Dependence Scale. Results PON1 Q192R functional genotypes and PON1 Q192R genotypes by smoking interactions were associated with the MetS. The QQ and QR genotypes were protective against MetS while smoking increased metabolic risk in QQ carriers only. There were no significant associations between PON1 Q192R genotypes and smoking by genotype interactions and obesity or overweight, while body mass index significantly increased MetS risk. Smoking and especially severe nicotine dependence are significantly associated with the MetS although these effects were no longer significant after considering the effects of the smoking by PON1 Q192R genotype interaction. The MetS was not associated with mood disorders, major depression or bipolar disorder. Discussion PON1 Q192R genotypes and genotypes by smoking interactions are risk factors for the MetS that together with lowered HDL and increased body mass and age contribute to the MetS.

Methylmercury-induced inhibition of paraoxonase-1 (PON1)-implications for cardiovascular risk

Methylmercury (MeHg) has been associated with increased risk for cardiovascular disease in some but not all epidemiology studies. These inconsistent results may stem from the fact that exposure typically occurs in the context of fish consumption, which is also associated with cardioprotective factors such as omega-3 fatty acids. Mechanistic information may help to understand whether MeHg represents a risk to cardiovascular health. MeHg is a pro-oxidant that inactivates protein sulfhydryls. These biochemical effects may diminish critical antioxidant defense mechanism(s) involved in protecting against atherosclerosis. One such defense mechanism is paraoxonase-1 (PON1), an enzyme present on high-density lipoproteins and that prevents the oxidation of blood lipids and their deposition in vascular endothelium. PON1 is potentially useful as a clinical biomarker of cardiovascular risk, as well as a critical enzyme in the detoxification of certain organophosphate oxons. MeHg and other metals are known to inhibit PON1 activity in vitro. MeHg is associated with lowered serum PON1 activity in a fish-eating population. The implications of lowering PON1 are evaluated by predicting the shift in PON1 population distribution induced by various doses of MeHg. An MeHg dose of 0.3 μg/kg/d is estimated to decrease the population average PON1 level by 6.1% and to increase population risk of acute cardiovascular events by 9.7%. This evaluation provides a plausible mechanism for MeHg-induced cardiovascular risk and suggests means to quantify the risk. This case study exemplifies the use of upstream disease biomarkers to evaluate the additive effect of chemical toxicity with background disease processes in assessing human risk.

Frequency of the Q192R and L55M polymorphisms of the human serum paraoxonase gene (PON1) in ten Amazonian Amerindian tribes

Human serum paraoxonase (PON1) is an esterase associated with high density lipoproteins (HDLs) in the plasma and may confer protection against coronary artery disease. Serum PON1 levels and activity vary widely among individuals and populations of different ethnic groups, such variations appearing to be related to two coding region polymorphisms (L55M and Q192R). Several independent studies have indicated that the polymorphism at codon 192 (the R form) is a significant risk factor for cardiovascular disease in some populations, although this association has not been confirmed in other populations. Given the possible associations of these mutations with heart diseases and the fact that little or nothing is known of their prevalence in Amerindian populations, we investigated the variability of both polymorphisms in ten Amazonian Indian tribes and compared the variation found with that of other Asian populations in which both polymorphisms have been investigated. The results show that the LR haplotype is the most frequent and the MR haplotype is absent in all Amerindians and Asian populations. We also found that South America Amerindians present the highest frequency of the PON1192*R allele (considered a significant risk factor for heart diseases in some populations) of all the Amerindian and Asian populations so far studied.

Der enzymatische und anti-oxidative Mechanismus des anti-atherogenen Enzyms Paraoxonase-2

Das humane Enzym PON2 ist in eine Vielzahl pathophysiologischer Prozesse involviert und ist durch zwei Funktionen gekennzeichnet - eine enzymatische Laktonase-Aktivität und eine anti-oxidative Aktivität. Durch die Laktonase-Aktivität hydrolysiert PON2 vorwiegend das bakterielle Signalmolekül 3oxoC12. PON2 ist als Bestandteil des angeborenen Immunsystems anzusehen und trägt wahrscheinlich zur Immunabwehr gegen Infektionen mit den human-pathogenen Pseudomonas aeruginosa Bakterien bei. Durch die anti-oxidative Aktivität vermindert PON2 oxidative Schäden und verringert redox-abhängige pro-apoptotische Stimulation. Diese einzigartige Funktion von PON2 ist jedoch ambivalent zu betrachten, da hohe PON2-Spiegel zwar Arteriosklerose reduzieren können, aber im Verdacht stehen Tumorzellen zu stabilisieren.rnIn dieser Arbeit wurden die noch unbekannten Mechanismen und der Zusammenhang der enzymatischen und der anti-oxidativen Aktivität analysiert. In diesem Rahmen wurde gezeigt, dass PON2 spezifisch die Superoxidfreisetzung an Komplex I und III der Atmungskette in der inneren Mitochondrienmembran reduzieren kann. PON2 veränderte dabei weder die Aktivitäten der Superoxiddismutasen noch die Cytochrom C-Expression. Weiterhin konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass PON2 O2- nicht direkt abbaut, sondern vielmehr dessen Bildung verhindert. Diese Erkenntnisse implizieren, dass PON2 die anti-oxidative Aktivität über eine Beeinflussung des Quinon-Pools vermittelt. Anhand von verschiedenen Punktmutationen konnte gezeigt werden, dass die Histidinreste-114 und -133 für die Laktonase-Aktivität essentiell sind. Weiterhin wurden die Glykosylierungsstellen von PON2 identifiziert und gezeigt, dass die Glykosylierung, nicht aber der natürliche Polymorphismus Ser/Cys311 für die Laktonase-Aktivität von Bedeutung ist. Von besonderer Bedeutung ist, dass keine dieser Mutationen die anti-oxidative Aktivität beeinflusste, wodurch erstmals die Unabhängigkeit der beiden Funktionen von PON2 gezeigt werden konnte. rnEs war bekannt, dass PON2 gegen intrinsische und ER-Stress-induzierte Apoptose schützt. Die Spezifität der anti-oxidativen / anti-apoptotischen Wirkung wurde hier an einem weiteren pathophysiologischen Modell untersucht. 7-Ketocholesterol (7-KC) ist der Hauptbestandteil des pro-arteriosklerotischen oxLDL und verursacht in Zellen des Gefäßsystems ER-Stress, oxidativen Stress und Apoptose. Unerwarteterweise konnte PON2 Endothelzellen nicht gegen den 7-KC-induzierten Zelltod schützen. Mehrere unabhängige experimentelle Ansätze belegen, dass 7-KC in Endothelzellen im Gegensatz zu Gefäßmuskelzellen den Zelltod über Autophagie und nicht über ER-Stress oder intrinsische Apoptose bewirkt. Weiterhin führt 7-KC, wie auch 3oxoC12 und Thapsigargin zu einem Abbau der PON2-mRNA, die über die 5’UTR der PON2-mRNA vermittelt wird. Diese Arbeit vermittelt detaillierte mechanistische Einsichten in die Funktionen von PON2, die für ihre Rolle bei Arteriosklerose, in der körpereigenen Immunabwehr und bei Krebs entscheidend sind.rn

Expression und Funktion der Paraoxonase-2 im Hinblick auf oxidativen Stress im Gefäßsystem

Erhöhte Spiegel von oxidativem Stress bedingen Atherosklerose, eine Krankheit die über 50% aller Todesfälle in der westlichen Welt ausmacht. Es ist entscheidend Mechanismen zur Abwehr dieser Krankheit zu ergründen.rnDa genetische Polymorphismen des körpereigenen Enzyms Paraoxonase 2 (PON2) mit kardiovaskulären Erkrankungen assoziiert sind, wurden ihre Regulation und potentiell antioxidativen Funktionen in vaskulären Zellen analysiert. Mittels verschiedener molekularbiologischer Methoden konnte ich erstmals zeigen, dass PON2 in vaskulären Zellen vornehmlich subzellulär im ER lokalisiert ist. Anhand verschiedener Experimente wurde PON2 als potenter Faktor zur Reduktion von ROS identifiziert. Erhöhte ROS-Spiegel führen zur Aktivierung eines als unfolded protein response (UPR) bekannten ER-Stress-Signalwegs. Dieser ist neben Atherosklerose in eine Vielzahl von Erkrankungen involviert und hat kritischen Einfluss auf das Überleben oder Absterben von Zellen. Durchgeführte Promoter-Reporter Studien bewiesen die Induktion der Protein-Expression von PON2 nach Aktivierung des UPR-Signalwegs, was als kompensatorischer Mechanismus der Zelle zur Vermeidung UPR-induzierter Apoptose verstanden werden könnte. PON2 wehrt oxidativen Stress und die UPR-induzierte Apoptose ab und ist ein protektiver Faktor vor Atherosklerose.rnIn einem Krebsmodell könnte PON2 aber als antiapoptotischer Faktor entscheidend am Überleben von Tumorzellen beteiligt sein. Gerade diese beiden gegensätzlichen Aspekte der antiapoptotischen Funktion des Proteins zeigen die Notwendigkeit für weitere Untersuchungen zu PON2 auf.rn

Die Regulation des Enzyms Paraoxonase-2 sowie dessen Einfluss auf die Hämatopoese

In der vorliegenden Arbeit wurden durch den Einsatz von drei unabhängigen Methoden Proteine und Faktoren identifiziert, die die PON2-mRNA-Expression beeinflussen. Anhand der erhaltenen Faktoren wurden verstärkt solche ausgewählt, die eine Rolle in der Tumorbiologie spielen. Unter Verwendung verschiedener Zellmodelle wurde schließlich der Effekt dieser Faktoren auf die PON2-Expression analysiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die PON2-Expression in K562-Zellen durch den PI3K / Akt-Signalweg, der in vielen Tumoren übermäßig aktiviert vorliegt, gesteigert wird. Auch eine Beteiligung des Wnt / β-Catenin-Signalweges kann nicht ausgeschlossen werden. Pharmakologische Inhibitoren von GSK-3β, einer Kinase die in beiden Signalwegen involviert ist, führt zu einer Steigerung der PON2-Expression durch den Transkriptionsfaktor LEF-1. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Familie der FoxO-Transkriptionsfaktoren an der Regulation der PON2-Expression in K562-Zellen beteiligt sind, wenn gleich es für die jeweiligen FoxO-Isoformen Unterschiede gibt.rnIm Hinblick auf die Assoziation von PON2 mit Leukämien wurde anhand eines PON2-/--Mausmodells, der Einfluss von PON2 auf die Hämatopoese untersucht. Dabei wurden signifikante Unterschiede in einigen Stammzellkompartimenten festgestellt. Ferner scheint PON2 die Entwicklung von Erythrozyten und Thrombozyten zu beeinflussen. Dies äußert sich in einer offensichtlichen Splenomegalie, zumindest bei alten weiblichen PON2-/--Mäusen.rnAbschließend wurde zur Generierung eines konditionalen PON2-Überexpressionsmausmodells erfolgreich ein Gene-Targeting-Vektor entwickelt. Durch eine gewebe-, zeit- und zellspezifische Steigerung der PON2-Expression ist es möglich, den Effekt einer PON2-Überexpression im Hinblick auf verschiedene Erkrankungen zu untersuchen.rnBisher war wenig über die Regulation des humanen PON2 bekannt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen erstmals, durch welche Signalwege und Transkriptionsfaktoren PON2 in Leukämiezellen reguliert wird. Im Hinblick auf die Rolle von PON2 in der Tumorbiologie ist es erstmals möglich, die PON2-Expression gezielt durch die Inhibition bzw. Aktivierung der PON2-regulierenden Faktoren zu beeinflussen, und damit neue Wege in der Krebstherapie zu beschreiten. rn