The Effects of Nicotine on the Regulation of Neuronal Alpha7 Nicotinic Acetylcholine Receptors and Intracellular Signalling Pathways

Nicotine, the addictive compound of tobacco products, exerts its effects in the brain by binding to neuronal acetylcholine nicotinic receptors (nAChRs). The aim of the present study was to increase the knowledge of nicotine s complex effects, the focus being on homomeric alpha7-nAChRs that are widely expressed in the brain. Nicotinic regulation of differential signalling molecules including transcriptional regulators was also studied. We found that the number of alpha7-nAChRs is increased in specific brain regions in mice, in a time-dependent manner after chronic oral nicotine administration. Our results suggest that in addition to alpha4beta2-nAChRs, the other major nAChR subtype expressed in the brain, the number of alpha7-nAChRs is affected by chronic presence of nicotine. We suggest that when studying the long-term effects of nicotine, the duration on administration is of great importance. Next, we observed that nicotine exposure induces accumulation of cAMP in cell cultures expressing nAChRs. Furthermore, nicotine-induced alpha7-nAChR upregulation was potentiated by treatments enhancing cAMP-signalling, suggesting a role for cAMP in the upregulation process. Protein kinase C (PKC) was found essential for the basal regulation of alpha7-nAChR number. The nicotine-evoked alpha7-nAChR upregulation could be further increased by PKC overexpression. Thirdly, the effects of nicotine on dopamine and cAMP regulated phosphoprotein (DARPP-32) were characterised in rat brain. The results show that DARPP-32 is regulated by both acute and long-term nicotine treatment in the striatal subdivisions. The effect of acute nicotine is dose-dependent and the three striatal regions display differential sensitivities to nicotine. Chronic nicotine is also able to regulate DARPP-32 signalling with prominent effect seen in the nucleus accumbens (NAc), suggesting a role for DARPP-32 in the mediation of long-term effects of nicotine. Finally, the regulation of transcription factors Elk-1 and FosB/deltaFosB by nicotine was investigated. We found that Elk-1 is activated by acute nicotine selectively in the NAc core and hippocampal area CA1, whereas acute nicotine does not affect FosB/deltaFosB. Long-term intermittent or continuous nicotine increases the level of total Elk-1 in the same brain regions as acute nicotine. FosB/deltaFosB is also affected by chronic nicotine. Thus, similarly to other drugs of abuse, nicotine regulates transcriptional regulators Elk-1 and FosB/deltaFosB. These results bring further support for a common mechanism underlying the development of addiction. Nicotine s positive effects on learning and memory might involve the transcription factor Elk-1 based on the changes seen in the hippocampus, the key area in cognitive functions.

Neuro- and immunotoxic effects of fumonisin B1 in cells

Fumonisin B1 (FB1) is a mycotoxin produced by the fungus Fusarium verticillioides, which commonly infects corn and other agricultural products. Fusarium species can also be found in moisture-damaged buildings, and therefore there may also be human exposure to Fusarium mycotoxins, including FB1. FB1 affects the metabolism of sphingolipids by inhibiting the enzyme ceramide synthase. It is neuro-, hepato- and nephrotoxic, and it is classified as possibly carcinogenic to humans. This study aimed to clarify the mechanisms behind FB1-induced neuro- and immunotoxicity. Four neural and glial cell lines of human, rat and mouse origin were exposed to graded doses of FB1 and the effects on the production of reactive oxygen species, lipid peroxidation, intracellular glutathione levels, cell viability and apoptosis were investigated. Furthermore, the effects of FB1, alone or together with lipopolysaccharide (LPS), on the mRNA and protein expression levels of different cytokines and chemokines were studied in human dendritic cells (DC). FB1 induced oxidative stress and cell death in all cell lines studied. Generally, the effects were only seen after prolonged exposure at 10 and 100 µM of FB1. Signs of apoptosis were also seen in all four cell lines. The sensitivities of the cell lines used in this study towards FB1 may be classified as human U-118MG glioblastoma > mouse GT1-7 hypothalamic > rat C6 glioblastoma > human SH-SY5Y neuroblastoma cells. When comparing cell lines of human origin, it can be concluded that glial cells seem to be more sensitive towards FB1 toxicity than those of neural origin. After exposure to FB1, significantly increased levels of the cytokine interferon-γ (IFNγ) were detected in human DC. This observation was further confirmed by FB1-induced levels of the chemokine CXCL9, which is known to be regulated by IFNγ. During co-exposure of DC to both LPS and FB1, significant inhibitions of the LPS-induced levels of the pro-inflammatory cytokines interleukin-6 (IL-6) and IL-1β, and their regulatory chemokines CCL3 and CCL5 were observed. FB1 can thus affect immune responses in DC, and therefore, it is rather likely that it also affects other types of cells participating in the immune defence system. When evaluating the toxicity potential of FB1, it is important to consider the effects on different cell types and cell-cell interactions. The results of this study represent new information, especially about the mechanisms behind FB1-induced oxidative stress, apoptosis and immunotoxicity, as well as the varying sensitivities of different cell types towards FB1.

Effects of the digital subtitling software on the subtitling process : A survey among Finnish professional television subtitlers

Tutkielma käsittelee suomalaisten televisiotekstittäjien ammatillisuutta, käännösprosessia ja digitaalisten tekstitysohjelmien vaikutuksia tekstitysprosessiin ammattitekstittäjien näkökulmasta. Suomen television digitalisoituminen on aiheuttanut mullistuksia myös tekstitysalalla kun tekstitettävä kuvamateriaali on ryhdytty toimittamaan käännöstoimistoille ja tekstittäjille digitaalisena. Teoriaosuudessa käsitellään käännös- ja tekstitystutkimusta sekä koulutusta Suomessa, ammattitaitoa ja ammatillisuutta sekä kääntämisen apukeinoja. Tekstittäminen esitellään erikoistuneena kääntämisen muotona. On kuitenkin myös huomioitava, että kääntäminen on yksi vaihe tekstitysprosessissa. Teoriaosuus päättyy suomalaisten televisiotekstittäjien arjen ja työkentän nykytilanteen käsittelyyn – tekstittäjät työskentelevät monenlaisilla työehdoilla ja laadun kriteerit saatetaan joutua arvioimaan uudelleen. Empiirisen osan alussa esitetään, että suomalaisia televisiotekstittäjiä on haastateltu yllättävän vähän, ja Jääskeläisen ajatuksiin nojaten mainitaan, että tekstittämisen alalla on vielä paljon tutkimatta – etenkin suomalaisesta tekstitysprosessista löytyy tutkittavaa. Tutkimuskohde on ammatikseen televisioon tekstityksiä tekevät kääntäjät. Suomalaiselle tekstitykseen erikoistuneelle käännöstoimistolle työskenteleville tekstittäjille lähetettiin alkutalvesta 2008 kyselylomake, jolla kartoitettiin sekä monivalintakysymyksillä että avoimilla kysymyksillä heidän ammatillisuuttaan, työmenetelmiään, käännös- ja tekstitysprosessiaan, ammattiylpeyttään ja -identiteettiään, ajanhallintaansa, sekä heidän käyttämäänsä digitaalista tekstitysohjelmaa. Tutkimuksessa kävi ilmi, että lähes kolmanneksella vastaajista on ammatistaan neutraali tai jopa negatiivinen käsitys. Näitä tekstittäjiä yhdistää se seikka, että kaikilla on alle 5 vuotta kokemusta alalta. Valtaosa vastanneista on kuitenkin ylpeitä siitä, että toimivat suomen kielen ammattilaisina. Tekstitysprosessi oli lomakkeessa jaettu esikatseluvaiheeseen, käännösvaiheeseen, ajastamisvaiheeseen ja korjauskatseluvaiheeseen. Tekstittäjät pyydettiin mm. arvioimaan tekstitysprosessinsa kokonaiskestoa. Kestoissa ilmeni suuria eroavaisuuksia, joista ainakin osa korreloi kokemuksen kanssa. Runsas puolet vastaajista on hankkinut digitaalisen tekstitysohjelmiston käyttöönsä ja osa ajastaa edelleen käännöstoimistossa muun muassa ohjelmiston kalleuden vuoksi. Digitaalisen ohjelmiston myötä tekstitysprosessiin ja työkäytänteisiin on tullut muutoksia, kun videonauhureista ja televisioista on siirrytty pelkän tietokoneen käyttöön. On mahdollista tehdä etätyötä kaukomailta käsin, kääntää ja ajastaa lomittain tai tehdä esiajastus ja kääntää sitten. Digitaalinen tekniikka on siis mahdollistanut tekstitysprosessin muuttumisen ja vaihtoehtoiset työmenetelmät, mutta kaikista menetelmistä ei välttämättä ole tekstittäjälle hyötyä. Perinteinen tekstitysprosessi (esikatselu, repliikkijakojen merkitseminen käsikirjoitukseen, kääntäminen ja repliikkien laadinta, korjaukset ja tarkastuskatselu) vaikuttaa edelleen tehokkaimmalta. Vaikka työkäytänteet eroavat toisistaan, kokonaiskäsitys on se, että digitalisoitumisen alkukangertelujen jälkeen tekstittäjien työskentely on tehostunut.

The role of catechol-O-methyltransferase (COMT) and the effects of COMT inhibition in brain and in cardiovascular and renal pathophysiology

Catechol-O-methyltransferase (COMT) metabolizes catecholamines such as dopamine (DA), noradrenaline (NA) and adrenaline, which are vital neurotransmitters and hormones that play important roles in the regulation of physiological processes. COMT enzyme has a functional Val158Met polymorphism in humans, which affects the subjects COMT activity. Increasing evidence suggests that this functional polymorphism may play a role in the etiology of various diseases from schizophrenia to cancers. The aim of this project was to provide novel biochemical information on the physiological and especially pathophysiological roles of COMT enzyme as well as the effects of COMT inhibition in the brain and in the cardiovascular and renal system. To assess the roles of COMT and COMT inhibition in pathophysiology, we used four different study designs. The possible beneficial effects of COMT inhibition were studied in double-transgenic rats (dTGRs) harbouring human angiotensinogen and renin genes. Due to angiotensin II (Ang II) overexpression, these animals exhibit severe hypetension, cardiovascular and renal end-organ damage and mortality of approximately 25-40% at the age of 7-weeks. The dTGRs and their Sprague-Dawley controls tissue samples were assessed with light microscopy, immunohistochemistry, reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) and high-pressure liquid chromatography (HPLC) to evaluate the tissue damages and the possible protective effects pharmacological intervention with COMT inhibitors. In a second study, the consequence of genetic and pharmacological COMT blockade in blood pressure regulation during normal and high-sodium was elucidated using COMT-deficient mice. The blood pressure and the heart rate were measured using direct radiotelemetric blood pressure surveillance. In a third study, the effects of acute and subchronic COMT inhibition during combined levodopa (L-DOPA) + dopa decarboxylase inhibitor treatment in homocysteine formation was evaluated. Finally, we assessed the COMT enzyme expression, activity and cellular localization in the CNS during inflammation-induced neurodegeneration using Western blotting, HPLC and various enzymatic assays. The effects of pharmacological COMT inhibition on neurodegeneration were also studied. The COMT inhibitor entacapone protected against the Ang II-induced perivascular inflammation, renal damage and cardiovascular mortality in dTGRs. COMT inhibitors reduced the albuminuria by 85% and prevented the cardiovascular mortality completely. Entacapone treatment was shown to ameliorate oxidative stress and inflammation. Furthermore, we established that the genetic and pharmacological COMT enzyme blockade protects against the blood pressure-elevating effects of high sodium intake in mice. These effects were mediated via enhanced renal dopaminergic tone and suggest an important role of COMT enzyme, especially in salt-sensitive hypertension. Entacapone also ameliorated the L-DOPA-induced hyperhomocysteinemia in rats. This is important, since decreased homocysteine levels may decrease the risk of cardiovascular diseases in Parkinson´s disease (PD) patients using L-DOPA. The Lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation and subsequent delayed dopaminergic neurodegeneration were accompanied by up-regulation of COMT expression and activity in microglial cells as well as in perivascular cells. Interestingly, similar perivascular up-regulation of COMT expression in inflamed renal tissue was previously noted in dTGRs. These results suggest that inflammation reactions may up-regulate COMT expression. Furthermore, this increased glial and perivascular COMT activity in the central nervous system (CNS) may decrease the bioavailability of L-DOPA and be related to the motor fluctuation noted during L-DOPA therapy in PD patients.

Effects of oral calcium sensitizers on experimental heart failure

Suun kautta annosteltava kalsiumherkistäjä parantaa sydämen vajaatoimintaan liittyvää pumppausvajetta kokeellisissa sydämen vajaatoimintamalleissa Huolimatta viime vuosikymmenien lääketieteellisestä kehityksestä krooninen sydämen vajaatoiminta on silti edelleen vakava, elämänlaatua voimakkaasti rajoittava sairaus. Kalsiumherkistäjät ovat uusi, sydämen pumppausvoimaa lisäävä lääkeryhmä. Levosimendaani, kotimaista alkuperää oleva kalsiumherkistäjä, on kliinisessä käytössä akuutin vajaatoiminnan hoitoon suonensisäisesti ja lyhytaikaisesti annosteltavana valmisteena. Levosimendaanilla on aktiivinen metaboliitti, OR-1896, jonka oletetaan olevan vuorokauden mittaisen levosimendaani-infuusion jälkeen havaittujen useita päiviä kestävien hyödyllisisten vaikutuksisten takana. Levosimendaanin kroonisen, suun kautta tapahtuvan annostelun vaikutuksista tieto on vähäisempää, mutta sillä näyttää olevan positiivisia vaikutuksia potilaiden raportoimana. FM Marjut Louhelainen on selvittänyt väitöskirjassaan suun kautta annosteltavan levosimendaanin ja sen pitkäkestoisen aktiivisen metaboliitin vaikutuksia kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käyttämällä sekä hypertensiivisen sydäntaudin että 2 tyypin diabeteksen komplisoimaan sydäninfarktin kokeellisia malleja. Tutkimuksessa selvitettiin lisäksi vajaatoimintaan johtavia molekyylitason tapahtumia sydänlihaksessa. Tutkimuksessa osoitettiin, että krooninen suun kautta annosteltu hoito sekä kalsiumherkistäjä levosimendaanilla että sen aktiivisella metaboliitilla estää hypertensiiviseen sydämen vajaatoiminnan aikaasaamaa sydämen uudelleenmuovaantumista ja siihen liittyvää kuolleisuutta. Nämä vaikutukset välittyivät vähentyneen sydänlihassoluhypertrofian, solukuolleisuuden ja neurohumaraalisen aktivaation kautta. Levosimendaanin ja OR-1896:n osoitettiin myös parantavan sydämen pumppausfunktiota tyyppi 2 diabeteksen komplisoimassa sydäninfarktissa. Ei-diabeettiseen tilanteeseen verrattuna diabetekseen liittyvä infarktin jälkeinen vajaatoiminnan kehitys oli yhteydessä lisääntyneeseen tulehdukseen, fibroosiin, solukuolemaan, neurohumoraaliseen aktivaatioon ja ennenaikaiseen kudoksen vanhenemiseen. Sekä levosimendaani, että OR-1869 vähensivät tulehduksen, fibroosin ja solukuoleman merkkejä ja vaimensi neurohumoraalista aktivaatiota. OR-1896 myös vähensi solujen vanhenemiseen liittyvien merkkiaineiden ilmentymistä. Väitöskirjassa todettiin, että suun kautta annosteltuna sekä levosimendaani, että sen aktiivinen metaboliitti OR-1896, omaavat terapeuttista potentiaalia sekä hypertensiivisen sydäntaudin hoitoon että sydäninfarktin jälkeisen vajaatoiminnan estoon. FM Marjut Louhelaisen farmakologian alaan kuuluva väitöskirja Effects of oral calcium sensitizers on experimental heart failure tarkastetaan Helsingin yliopiston Lääketieteellisessä tiedekunnassa perjantaina 29.01.2010 klo 12 (Biomedicum Helsinki, luentosali 2, Haartmaninkatu 8, Helsinki). Vastaväittäjänä toimii professori Raimo Tuominen, Helsingin yliopiston Farmasian tiedekunnasta ja kustoksena professori Eero Mervaala Helsingin yliopiston Lääketieteellisestä tiedekunnasta.

Effects of dairy proteins and calcium on diet-induced obesity in mice

Diet high in dairy products is inversely associated with body mass index, risk of metabolic syndrome and prevalence of type 2 diabetes in several populations. Also a number of intervention studies support the role of increased dairy intake in the prevention and treatment of obesity. Dairy calcium has been suggested to account for the effect of dairy on body weight, but it has been repeatedly shown that the effect of dairy is superior to the effect of supplemental calcium. Dairy proteins are postulated to either enhance the effect of calcium or have an independent effect on body weight, but studies in the area are scarce. The aim of this study was to evaluate the potential of dairy proteins and calcium in the prevention and treatment of diet-induced obesity in C57Bl/6J mice. The effect of dairy proteins and calcium on the liver and adipose tissue was also investigated in order to characterise the potential mechanisms explaining the reduction of risk for metabolic syndrome and type 2 diabetes. A high-calcium diet (1.8%) in combination with dietary whey protein inhibited body weight and fat gain and accelerated body weight and fat loss in high-fat-fed C57Bl/6J mice during long-term studies of 14 to 21 weeks. α-lactalbumin, one of the major whey proteins, was the most effective whey protein fraction showing significantly accelerated weight and fat loss during energy restriction and reduced the amount of visceral fat gain during ad libitum feeding after weight loss. The microarray data suggest sensitisation of insulin signalling in the adipose tissue as a result of a calcium-rich whey protein diet. Lipidomic analysis revealed that weight loss on whey protein-based high-calcium diet was characterised by significant decreases in diabetogenic diacylglycerols and lipotoxic ceramide species. The calcium supplementation led to a small, but statistically significant decrease in fat absorption independent of the protein source of the diet. This augments, but does not fully explain the effects of the studied diets on body weight. A whey protein-containing high-calcium diet had a protective effect against a high-fat diet-induced decline of β3 adrenergic receptor expression in adipose tissue. In addition, a high-calcium diet with whey protein increased the adipose tissue leptin expression which is decreased in this obesity-prone mouse strain. These changes are likely to contribute to the inhibition of weight gain. The potential sensitisation of insulin signalling in adipose tissue together with the less lipotoxic and diabetogenic hepatic lipid profile suggest a novel mechanistic link to explain why increased dairy intake is associated with a lower prevalence of metabolic syndrome and type 2 diabetes in epidemiological studies. Taken together, the intake of a high-calcium diet with dairy proteins has a body weight lowering effect in high-fat-fed C57Bl/6J mice. High-calcium diets containing whey protein prevent weight gain and enhance weight loss, α-lactalbumin being the most effective whey protein fraction. Whey proteins and calcium have also beneficial effects on hepatic lipid profile and adipose tissue gene expression, which suggest a novel mechanistic link to explain the epidemiological findings on dairy intake and metabolic syndrome. The clinical relevance of these findings and the precise mechanisms of action remain an intriguing field of future research.

Immunomodulatory effects of probiotic bacteria in healthy adults

Probiooteilla kantakohtaisia vaikutuksia ihmisen immuunijärjestelmään terveillä aikuisilla Probiooteilla on kantakohtaisia tulehduksen välittäjäaineita vähentäviä vaikutuksia ja probioottien yhdistelmien vaikutukset eroavat yksittäisten kantojen vaikutuksista selviää TtM Riina Kekkosen tuoreesta väitöstutkimuksesta. TtM Riina Kekkonen on selvittänyt väitöskirjassaan eri probioottikantojen vaikutuksia immuunivasteeseen valkosolumallissa sekä terveillä aikuisilla lumekontrolloiduissa kliinisissä tutkimuksissa. Aikaisemmin probioottien vaikutuksia on tutkittu lähinnä allergian ja erilaisten vatsavaivojen ehkäisyssä ja hoidossa. Probiootteja sisältäviä tuotteita käyttävät kuluttajat ovat kuitenkin useimmiten terveitä aikuisia, ja probioottien vaikutus terveiden aikuisten immuunijärjestelmään on ollut puutteellisesti selvitettyä. Valkosolumallissa probioottikantojen havaittiin poikkeavan toisistaan niiden kyvyssä aktivoida immuunivasteen välittäjäaineiden, sytokiinien, tuotantoa. Anti-inflammatorisia, eli tulehdusta lievittäviä vaikutuksia nähtiin lähinnä Bifidobacterium ja Propionibacterium sukuihin kuuluvilla kannoilla. Streptococcus ja Leuconostoc sukuihin kuuluvat kannat puolestaan aktivoivat Th1 tyyppistä, soluvälitteistä immuunivastetta. Eri probioottien kombinaatiot eivät saaneet aikaan voimakkaampaa aktivaatiota yksittäisiin kantoihin verrattuna, joka viittaa probioottien keskinäiseen kilpailuun niiden ollessa kontaktissa ihmisen solujen kanssa. Probioottikantojen valinta kliinisiin tutkimuksiin tehtiin niiden anti-inflammatoristen ominaisuuksien perusteella. Parhaita anti-inflammatorisia kantoja olivat B. lactis ssp. animalis Bb12 ja P. freudenreichii ssp. shermanii JS, joiden lisäksi tutkimuksiin valittiin myös L. rhamnosus GG (LGG) hyvin tutkittuna referenssikantana. Solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisen työn tuloksiin, koska LGG näytti omaavan parhaat anti-inflammatoriset ominaisuudet kliinisissä tutkimuksissa vaikka solutyössä sen aikaansaamat vasteet olivat melko vaimeita. Kolmen viikon kliinisessä tutkimuksessa terveillä aikuisilla LGG alensi mm. tulehdusta kuvaavan C-reaktiivisen proteiinin ja inflammatoristen sytokiinien määrää. Pidemmässä kolmen kuukauden pituisessa kliinisessä tutkimuksessa LGG:llä ei ollut vaikutusta terveiden aikuisten infektiosairastavuuteen, mutta LGG lyhensi vatsavaivojen kestoa. Probioottien vaikutukset immuunijärjestelmään näyttävät olevan kantakohtaisia ja erityisesti Lactobacillus rhamnosus GG:llä havaittiin anti-inflammatorisia vaikutuksia. Valkosolumallia ei tulisi käyttää ainoana probioottikantojen skriinausmenetelmänä niiden immunologisia vaikutuksia selvitettäessä, koska solutöiden tulokset eivät olleet täysin verrannollisia kliinisten tutkimusten tuloksiin. Sen sijaan veren perifeeristen lymfosyyttien eristäminen ja niiden aktivoitumisen selvittäminen lyhytaikaisessa kliinisessä tutkimuksessa voisi toimia suhteellisen helppona skiinausmenetelmänä.