Relação entre a ingestão de micronutrientes, perfil de citocinas plasmáticas e expressão dos genes IL-6. IL-10 e TNF-α na obesidade mórbida

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cytometric quantification of singlet oxygen in the human malaria parasite Plasmodium falciparum

The malaria parasite Plasmodium falciparum proliferates within human erythrocytes and is thereby exposed to a variety of reactive oxygen species (ROS) such as hydrogen peroxide, hydroxyl radical, superoxide anion, and highly reactive singlet oxygen (1O2). While most ROS are already well studied in the malaria parasite, singlet oxygen has been neglected to date. In this study we visualized the generation of 1O2 by live cell fluorescence microscopy using 3-(p-aminophenyl) fluorescein as an indicator dye. While 1O2 is found restrictively in the parasite, its amount varies during erythrocytic schizogony. Since the photosensitizer cercosporin generates defined amounts of 1O2 we have established a new cytometric method that allows the stage specific quantification of 1O2. Therefore, the parasites were first classified into three main stages according to their respective pixel-area of 200600 pixels for rings, 7001,200 pixels for trophozoites and 1,4002,500 pixels for schizonts. Interestingly the highest mean concentration of endogenous 1O2 of 0.34 nM is found in the trophozoites stage, followed by 0.20 nM (ring stage) and 0.10 nM (schizont stage) suggesting that 1O2 derives predominantly from the digestion of hemoglobin. (c) 2012 International Society for Advancement of Cytometry

Enzyme replacement prevents enamel defects in hypophosphatasia mice

Hypophosphatasia (HPP) is the inborn error of metabolism characterized by deficiency of alkaline phosphatase activity, leading to rickets or osteomalacia and to dental defects. HPP occurs from loss-of-function mutations within the gene that encodes the tissue-nonspecific isozyme of alkaline phosphatase (TNAP). TNAP knockout (Alpl-/-, aka Akp2-/-) mice closely phenocopy infantile HPP, including the rickets, vitamin B6-responsive seizures, improper dentin mineralization, and lack of acellular cementum. Here, we report that lack of TNAP in Alpl-/- mice also causes severe enamel defects, which are preventable by enzyme replacement with mineral-targeted TNAP (ENB-0040). Immunohistochemistry was used to map the spatiotemporal expression of TNAP in the tissues of the developing enamel organ of healthy mouse molars and incisors. We found strong, stage-specific expression of TNAP in ameloblasts. In the Alpl-/- mice, histological, mu CT, and scanning electron microscopy analysis showed reduced mineralization and disrupted organization of the rods and inter-rod structures in enamel of both the molars and incisors. All of these abnormalities were prevented in mice receiving from birth daily subcutaneous injections of mineral-targeting, human TNAP at 8.2?mg/kg/day for up to 44 days. These data reveal an important role for TNAP in enamel mineralization and demonstrate the efficacy of mineral-targeted TNAP to prevent enamel defects in HPP. (C) 2012 American Society for Bone and Mineral Research.

Trabecular bone loss after administration of the second-generation antipsychotic risperidone is independent of weight gain

Second generation antipsychotics (SGAs) have been linked to metabolic and bone disorders in clinical studies, but the mechanisms of these side effects remain unclear. Additionally, no studies have examined whether SGAs cause bone loss in mice. Using in vivo and in vitro modeling we examined the effects of risperidone, the most commonly prescribed SGA, on bone in C57BL6/J (B6) mice. Mice were treated with risperidone orally by food supplementation at a dose of 1.25 mg/kg daily for 5 and 8 weeks, starting at 3.5 weeks of age. Risperidone reduced trabecular BV/TV, trabecular number and percent cortical area. Trabecular histomorphometry demonstrated increased resorption parameters, with no change in osteoblast number or function. Risperidone also altered adipose tissue distribution such that white adipose tissue mass was reduced and liver had significantly higher lipid infiltration. Next, in order to tightly control risperidone exposure, we administered risperidone by chronic subcutaneous infusion with osmotic minipumps (0.5 mg/kg daily for 4 weeks) in 7 week old female B6 mice. Similar trabecular and cortical bone differences were observed compared to the orally treated groups (reduced trabecular BV/TV, and connectivity density, and reduced percent cortical area) with no change in body mass, percent body fat, glucose tolerance or insulin sensitivity. Unlike in orally treated mice, risperidone infusion reduced bone formation parameters (serum P1NP, MAR and BFR/BV). Resorption parameters were elevated, but this increase did not reach statistical significance. To determine if risperidone could directly affect bone cells, primary bone marrow cells were cultured with osteoclast or osteoblast differentiation media. Risperidone was added to culture medium in clinically relevant doses of 0, 2.5 or 25 ng/ml. The number of osteoclasts was significantly increased by addition in vitro of risperidone while osteoblast differentiation was not altered. These studies indicate that risperidone treatment can have negative skeletal consequences by direct activation of osteoclast activity and by indirect non-cell autonomous mechanisms. Our findings further support the tenet that the negative side effects of SGAs on bone mass should be considered when weighing potential risks and benefits, especially in children and adolescents who have not yet reached peak bone mass. This article is part of a Special Issue entitled: Interactions Between Bone, Adipose Tissue and Metabolism. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Biosynthesis of vitamins and cofactors in bacterium-harbouring trypanosomatids depends on the symbiotic association as revealed by genomic analyses

Some non-pathogenic trypanosomatids maintain a mutualistic relationship with a betaproteobacterium of the Alcaligenaceae family. Intensive nutritional exchanges have been reported between the two partners, indicating that these protozoa are excellent biological models to study metabolic co-evolution. We previously sequenced and herein investigate the entire genomes of five trypanosomatids which harbor a symbiotic bacterium (SHTs for Symbiont-Haboring Trypanosomatids) and the respective bacteria (TPEs for Trypanosomatid Proteobacterial Endosymbiont), as well as two trypanosomatids without symbionts (RTs for Regular Trypanosomatids), for the presence of genes of the classical pathways for vitamin biosynthesis. Our data show that genes for the biosynthetic pathways of thiamine, biotin, and nicotinic acid are absent from all trypanosomatid genomes. This is in agreement with the absolute growth requirement for these vitamins in all protozoa of the family. Also absent from the genomes of RTs are the genes for the synthesis of pantothenic acid, folic acid, riboflavin, and vitamin B6. This is also in agreement with the available data showing that RTs are auxotrophic for these essential vitamins. On the other hand, SHTs are autotrophic for such vitamins. Indeed, all the genes of the corresponding biosynthetic pathways were identified, most of them in the symbiont genomes, while a few genes, mostly of eukaryotic origin, were found in the host genomes. The only exceptions to the latter are: the gene coding for the enzyme ketopantoate reductase (EC:1.1.1.169) which is related instead to the Firmicutes bacteria; and two other genes, one involved in the salvage pathway of pantothenic acid and the other in the synthesis of ubiquinone, that are related to Gammaproteobacteria. Their presence in trypanosomatids may result from lateral gene transfer. Taken together, our results reinforce the idea that the low nutritional requirement of SHTs is associated with the presence of the symbiotic bacterium, which contains most genes for vitamin production.

B-vitamins : past, present and future in the study of the coenzymes that built and maintain a habitable planet

Trabajo realizado por Sergio Sañudo-Wilhelmy, Danielle Monteverde and Laura Gomez-Consarnau

Indagine delle proprietà statistiche di serie temporali di posizione applicata al caso della stazione permanente GPS della base Mario Zucchelli in Terra Vittoria (Antartide)

Da ormai sette anni la stazione permanente GPS di Baia Terranova acquisisce dati giornalieri che opportunamente elaborati consentono di contribuire alla comprensione della dinamica antartica e a verificare se modelli globali di natura geofisica siano aderenti all’area di interesse della stazione GPS permanente. Da ricerche bibliografiche condotte si è dedotto che una serie GPS presenta molteplici possibili perturbazioni principalmente dovute a errori nella modellizzazione di alcuni dati ancillari necessari al processamento. Non solo, da alcune analisi svolte, è emerso come tali serie temporali ricavate da rilievi geodetici, siano afflitte da differenti tipologie di rumore che possono alterare, se non opportunamente considerate, i parametri di interesse per le interpretazioni geofisiche del dato. Il lavoro di tesi consiste nel comprendere in che misura tali errori, possano incidere sui parametri dinamici che caratterizzano il moto della stazione permanente, facendo particolare riferimento alla velocità del punto sul quale la stazione è installata e sugli eventuali segnali periodici che possono essere individuati.

Einfluss von Stickstoffmonoxid, Hydroxylradikalen und Peroxynitrit auf DNA-Schäden, DNA-Reparatur und Mutationen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht über welche Mechanismen und unter welchen Bedingungen Stickstoffmonoxid (NO) und verwandte reaktive Spezies wie Peroxynitrit und Hydroxylradikale zur Krebsentstehung beitragen können. NO führte an zellfreier DNA kaum zu oxidativen DNA-Schäden. Peroxynitrit, generiert aus 3-Morpholinosydnonimin (SIN-1), induzierte neben Einzel-strangbrüchen und AP-Läsionen vor allem oxidierte Purinmodifikationen (50 % 8-Hydroxyguanin (8-oxoG)). Hydroxylradikale, freigesetzt aus 4-Hydroxypyridinthion, induzierten neben Einzelstrangbrüchen und AP-Läsionen oxidierte Pyrimidinmodifikationen in der DNA. Nach Transformation und Replikation der geschädigten DNA in E. coli DT-2 wurden überwiegend GC nach AT Transitionen (Hydroxylradikalschädigung), wahrscheinlich verursacht durch das in der DNA induzierte 5-Hydroxycytidin, bzw. GC nach TA Transversionen (Peroxynitrit), verursacht durch das induzierte 8-oxoG, detektiert. In Zellkulturexperimenten führte endogenes NO, freigesetzt von B6-INOS-Zellen (8µM) nicht zu einem Anstieg der Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden, hatte keinen Einfluss auf deren Induzierbarkeit und Reparatur, die Zellpro-liferation und den Glutathionspiegel, schützte jedoch vor der Induktion von Einzelstrangbrüchen und Mikrokernen durch Wasserstoffperoxid. Exogenes NO, freigesetzt durch den Zerfall von Dipropylentriamin-NONOat, hemmte in Konzentrationen ab 0,5 mM spezifisch die Reparatur oxidativer DNA-Schäden, nicht jedoch die von Pyrimidindimeren, AP-Läsionen und Einzelstrangbrüchen,und führte in Konzentrationen > 1 mM zu einer Induktion von DNA-Schäden in den B6-Mausfibroblasten. Dabei ähnelte das induzierte Schadensprofil sehr dem von SIN-1.

The role of EBI-3 in a murine model of lung metastases of melanoma

In dieser Arbeit wurde die Rolle des Epstein-Barr Virus induzierten Gens 3 in einem Mausmodel des durch B16-F10 Zellen hervorgerufenen metastasierenden Melanoms untersucht. Das von aktivierten antigenpräsentierenden Zellen exprimierte EBI-3 gehört zur Familie der löslichen Typ 1 Zytokinrezeptoren, weist eine hohe Homologie zur p40 Untereinheit des IL-12 auf und bildet zusammen mit p28 das IL-27. Die intravenöse Injektion der B16-F10 Zelllinie führte zu einer signifikanten Erniedrigung der Tumormetastasen in den EBI-3 defizienten Lungen sowie zu einer höheren Lebenserwartung dieser Mäuse im Vergleich zu den B6 Wildtypen. Darüber hinaus habe ich in den EBI-3 defizienten Mäusen eine verminderte VCAM-1 Expression auf den Endothelzellen der Lunge gefunden während Änderungen in der VEGF Expression nicht detektiert wurden. Der immunologische Hintergrund, der diesen therapeutischen Effekt hervorrief, konnte durch die T-Zellaktivierung durch die kürzlich neu beschriebene DC Population, welche Interferon-produzierende Killer Dendritische Zellen genannt werden (IK-DC), die zusätzlich von aktivierten und maturierten klassischen DCs unterstützt wurden, erklärt werden. IK-DCs von EBI-3 defizienten Mäusen produzierten höhere Mengen an IFN-g während die klassischen DCs MHC und co-stimulatorische Moleküle exprimierten, welche die Sekretion von IL-12 initiierten. Das Zusammenspiel der genannten Faktoren induzierte eine verstärkte CD4 und CD8 T-Zellantwort in den Lungen dieser Mäuse. Dies wiederum resultierte im TNF- und TRAIL abhängigen programmierten Zelltod der B16-F10 Melanomzellen in den Lungen der EBI-3 defizienten Mäuse, wohingegen sowohl weitere anti-apoptotische Mechanismen als auch T regulatorische Zellen keinen Einfluss auf die in den EBI-3 defizienten Mäusen beobachtete Tumorabwehr zu spielen scheint. Schlussendlich konnten EBI-3 defiziente CD8+ T-Zellen, welche zuvor mit Tumorantigen geprimed wurden, adoptiv in B6 Wildtypmäuse transferiert werden, was zeigte, dass diese Zellen in der Lage sind, die Tumormasse in den Empfängermäusen signifikant zu verringern. Zusammengefasst, demonstrieren diese Daten, dass das Blockieren von EBI-3 im metastasierenden Melanom ein vielversprechender Angriffspunkt in der Tumortherapie darstellt.

Die funktionelle Bedeutung von MSP und Lactadherin im Rahmen der Atherosklerose

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss zweier möglicher Biomarker auf die Atherosklerose untersucht.rnMilk fat globule-EGF factor 8 (MFG-E8, Lactadherin) ist ein Glycoprotein, das vornehmlich von Makrophagen, glatten Muskelzellen und Endothelzellen sezerniert wird. MFG-E8-/--Mäuse zeigen vermehrt apoptotische Zellen in der atherosklerotischen Plaque, verstärkte Inflammationszeichen und vergrößerte Läsionen. In situ-Hybridisierung und Immunfluoreszenz zeigen eine starke Lactadherin-Expression in den Schaumzellen atherosklerotischer Plaques von Apo E-/-, Apo E-/-/GPx 1-/-und LDLR-/- Mäusen, vor allem in der Nähe des Lipid Core. Dort kolokalisiert Lactadherin mit dem Makrophagenmarker CD 68 und dem Chemokin Fraktalkin, das die MFG-E8 Sekretion stimuliert und so die Phagocytose forciert. Untersuchungen mittels RTD-PCR ergaben, dass Peritonealmakrophagen der Genotypen Apo E-/-, Apo E-/-/GPx 1-/- und GPx 1-/-, deren Gemeinsamkeit eine höhere Empfindlichkeit gegenüberrnoxidativem Stress ist, mehr Lactadherin exprimieren als andere Genotypen (B6, LDLR-/-). Die Inkubation muriner oder humaner Makrophagen mit oxLDL und eLDL hat keinen Einfluss auf die Expression der MFG-E8 mRNA. Der Kontakt mit apoptotischer Zellen hingegen erhöht die Expression signifikant. Lactadherin ist entscheidend für die effektive Phagozytose apoptotischer Zellen in der atherosklerotischen Läsion. Seine Expression wird vermutlich durch die Apoptose in der Nähe liegender Zellen und das verstärkte Vorkommen von ROS reguliert. Macrophage stimulating protein (MSP) übt Einfluss auf Migration, Proliferation und Phagocytose von Makrophagen aus. Seine Beteiligung an inflammatorischen Vorgängen und der Karzinogenese ist intensiv untersucht worden, nicht jedoch der Einfluss auf die Atherosklerose. Es ist bekannt, dass der SNP rs3197999 mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) assoziiert ist. Zudem geht er vermutlich mit einem erniedrigten Atheroskleroserisiko einher. Der Polymorphismus c2078t hat den Aminosäureaustausch R689C zur Folge. Rekombinant erzeugtes, mutantes und wildtypisches MSP induziert Migration und Proliferation bei THP-1-Makrophagen. MSPmut vermittelt dies jedoch wesentliche effektiver als MSPwt. Apoptose hingegen wird durch keine der Formen induziert. R689C führt zu einem “gain of function” des MSP-Proteins in Bezug auf die Proliferations- und Migrationsfähigkeit von Makrophagen und verändert vermutlich deren Cytokinfreisetzung. Dies führt möglicherweise zu einer erhöhten Phagocytoseeffizienz in der atherosklerotischen Läsion (erniedrigtes Atherosklerose-Risiko), und zu einer aberranten immunologischen Reaktion im Rahmen der CED (erhöhtes CED-Risiko).

Generierung eines BAC-transgenen Mausstamms zur Analyse von Melanomen

Da Tumorerkrankungen ein enormes Gesundheitsproblem in der westlichen Welt darstellen, wird eine Vielzahl neuer Behandlungsstrategien entwickelt. Neuartige Tumor-Therapeutika werden jedoch üblicherweise zunächst an Tiermodellen evaluiert, bevor sie am Menschen angewandt werden.rnIn der vorliegenden Arbeit wurde ein BAC-transgenes Mausmodell generiert, welches als autochthones Melanommodell zur Anwendung kommen sollte.rnZunächst wurde dafür ein DNA-Konstrukt erzeugt. Dieses enthält die Melanom-Onkogene BrafV600E, Cdk4R24C und Mitf deren Expression durch die Tamoxifen-induzierbare Rekombinase CreERT2 kontrollierbar sein sollte. Die Verwendung des Tyrosinasepromoters sollte die melanozytenspezifische Expression der eingebrachten Gene gewährleisten. Ein weiterer Bestandteil des Konstrukts ist ein Luziferase-Gen, welches die Lokalisierung Onkogen-exprimierender Zellen durch in vivo-Biolumineszenz-Imaging erlaubt, da die Onkogen- und Luziferase-Expression durch 2A-Sequenzen gekoppelt sind.rnVor der Generierung der transgenen Tiere sollten in vitro Analysen die Funktionalität des Konstruktteils, bestehend aus den Onkogenen und der Luziferase, klären. Zu diesem Zweck wurde die Zelllinie C22 mit einem Expressionsvektor transfiziert, welcher den genannten Konstruktteil enthielt. Es konnte ein Anstieg der Braf- und Cdk4-Expression auf Protein Ebene, das Vorhandensein von Luziferase-Aktivität und die Aktivierung des MAP-Kinase-Signalwegs nachgewiesen werden. Die Funktionalität des untersuchten Konstruktteils war damit nahegelegt und die Generierung der transgenen Tiere wurde fortgesetzt.rnDie Pronukeus-Injektion resultierte schließlich in 3 Founder-Tieren, die mittels PCR und Southern Blot identifiziert wurden und die Bezeichnung „B6 tg Tyr iOnkogene“ (TyriOn) erhielten. Durch Verkreuzen der Founder-Tiere mit C57BL/6 Mäusen wurden im weiteren Verlauf 3 Linien erzeugt. Bei in vivo Biolumineszenz-Messungen zeigten Tiere der Linie D einen gewissen Grad an Hintergrund-Luziferase-Aktivität, die jedoch durch Tamoxifen-Injektionen verstärkt werden konnte. In den Folgegenerationen ging diese Tamoxifen-induzierte Verstärkung der Luziferase-Aktivität teilweise verloren. Es wurde die Vermutung angestellt, dass funktionelle und nicht-funktionelle Varianten des Transgens an unterschiedlichen Stellen im Genom von Founder D integriert hatten, und sich in den folgenden Generationen auf die Nachkommen verteilten. Die mangelnde Induzierbarkeit betroffener Tiere konnte nicht auf fehlende Integrität der Sequenz „iOnkogene“ in diesen Tieren oder auf nicht-funktionelle loxP-Stellen im Konstrukt zurückgeführt werden.rnTamoxifen-Injektionen führten in TyriOn-D Tieren im Laufe von 15 Monaten nicht zur Entwicklung von Tumoren. Ebenso wenig konnten in TyriOn-D / Cre del Tieren, welche die eingebrachten Onkogene maximal exprimieren sollten, Tumoren detektiert werden. Um zu analysieren, ob die eingebrachten Onkogene die Bildung von Tumoren begünstigen, wurden TyriOn-D Tiere mit dem Melanom-anfälligen Stamm MT/ret verkreuzt. Hierzu konnte im Rahmen dieser Arbeit noch kein Ergebnis erzielt werden. Allerdings konnte in Melanomen von TyriOn-D / MT/ret Tieren Luziferase-Aktivität bei in vivo Biolumineszenz-Messungen und CreERT2 RNA durch RT-PCR detektiert werden.rnTyriOn-D / MT/ret Tiere werden im weiteren Verlauf dieses Projektes nicht nur der Analyse der Melanomentwicklung dienen. Deren Tumore ermöglichen außerdem weitere Untersuchungen bezüglich der Funktionalität des Konstrukts, die teilweise in TyriOn Tieren keine Resultate ergaben.

Faltung, Assemblierung und Stabilisierung des Transmembranproteins Cytochrom b 6

In dieser Arbeit wurde der Beitrag der interhelikalen Loops zur Faltung, Assemblierung und Stabilität des kofaktortragenden Transmembranproteins Cytochrom b6 in vitro untersucht. Cytochrom b6 ist aus vier Transmembranhelices aufgebaut, die über drei Loops miteinander verbunden sind. Die beiden nicht-kovalent gebundenen Kofaktoren werden spontan in der Häm-Bindespalte zwischen den zwei Cytochrom b6-Hälften gebunden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verlängerung oder Eliminierung des Loops, der die beiden Hälften verbindet, nicht die Faltung und Assemblierung des Proteins beeinflusst. Der Loop ist für eine räumliche Positionierung und Orientierung der Hälften während der Assemblierung nicht essentiell. Weiterhin scheint keiner der drei interhelikalen Loops für die Bindung der Kofaktoren notwendig zu sein. Die Cytochrom b6-Hälfte, bestehend aus den Helices A und B, besitzt eine Konformation, die stabil genug ist um Häm alleine zu binden. Ebenso zeigt Helix B alleine eine α-helikale Struktur und bindet ebenfalls Häm. In vivo wurden bislang keine Faktoren beschrieben, die an der Assemblierung beteiligt sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden strukturelle Merkmale des Häms identifiziert, welche die Spezifität der Häm-Bindung, wenigstens in vitro, ausmachen. Von großer Bedeutung ist dabei das zentrale Eisen-Ion, dessen Eliminierung oder Austausch die Häm-Bindung verhindert. Die Substituenten des Porphyrinrings scheinen hingegen für die Stabilität der Bindung notwendig zu sein.

Beta-Endorphin Modulates the Effect of Stress on Novelty-Suppressed Feeding

Although stress is implicated in the pathophysiology of mood and anxiety disorders, not all individuals who suffer stressful life events develop psychopathology. Differential susceptibility to stress may be influenced by genetically mediated differences in hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis activity and moderation of the stress response by the opioid peptide beta-endorphin (beta-E). The present study investigated genetic contributions to coping behavior by examining anxious behavior of transgenic mice with varying capacities to synthesize beta-E [B6.129S2-Pomc(tm1Low)/J; regulated by insertion of a premature stop codon into one or both copies of the proopiomelanocortin (POMC) gene], both under normal conditions and following 3 min of forced swim (FS). Ten minutes after this stress exposure or a control manipulation, acutely food-deprived female and male transgenic mice were subjected to a novelty-suppressed feeding (NSF) test, during which their interaction with an almond slice located in the center of an open field box was measured. There was an interaction between genotype and stress for latency to approach the almond and whether or not the almond was approached, such that mice with low or absent beta-E displayed a stronger aversion to novelty-feeding after stress exposure than did mice with normal levels. These data provide evidence for a moderating effect of beta-E on the behavioral response to stress. Genotypic differences in anxious behavior emerged when mice were stressed prior to behavioral assessment, suggesting that beta-E plays a role in coping behavior. These findings indicate that genetic variability in sensitivity of the beta-E system to stress may contribute, at least in part, to heritable differences in stress reactivity as well as vulnerability to stress-related psychopathology.