Photofixierung von Lipidmembranen aus Glykolipopolymeren auf Goldoberflächen

Ziel war Herstellung und Charakterisierung festkörperunterstützter Membransysteme aus Glykolipopolymeren auf Goldoberflächen, mit elektrischen Eigenschaften, die denen der Schwarzfilmmembranen entsprechen. Um diese Eigenschaften mit impedanzspektroskopischen Techniken messen zu können, ist die Präparation der Membranen auf Goldfilmen notwendig. Eine direkte Verankerung der Glykolipopolymermoleküle (GLP) auf der Goldoberfläche ist nicht möglich, daher werden die untersuchten GLP mit Hilfe von photoreaktiven Molekülen kovalent auf der Goldoberfläche immobilisiert. Untersuchten Abstandhalter waren Thio-Polyethylenglykol und eine Mischung zweier Alkanthiole, bestehend aus 1-Thiohexanol und Bis-(Aminododecyl)-disulfid. Thio-PEG-Monoschichten zeigten sehr unterschiedliche Schichtdicken, weil die Moleküle auf der Oberfläche sehr unterschiedliche Konformationen annehmen können, die eine regelmässige Anordnung erschweren. Langmuir-Blodgett Übertrag sowie die durchgeführte photochemische Fixierung der GLP-Moleküle auf Thio-PEG Schichten führte zu Eigenschaften, die auf den Aufbau einer Lipidmonolage hinweisen. Diese stellte jedoch im Bereich der Lipidmoleküle keine geschlossene Schicht dar. Es kommen als Abstandhaltermoleküle für die Photofunktionalisierung nur Moleküle in Frage, die aufgrund ihrer Eigenschaften eine regelmässige Anordnung auf der Goldoberfläche anstreben. Diese Voraussetzung erfüllt am besten die Gruppe der Alkanthiole. Terminal funktionalisierte Alkanthiole müssen jedoch mit nicht oder anderweitig funktionalisierten Alkanthiolen verdünnt assembliert werden, um weitergehende Funktionalisierungen einzugehen. Die untersuchten GLP lassen sich aufgrund ihrer amphiphilen Struktur an der Wasser-Luft Grenzfläche vororientieren. In allen Fällen gelingt auch der Langmuir-Blodgett Übertrag der komprimierten Schicht, sowie, nach der für die Anbindung notwendigen Trocknung, die photochemisch kovalente Fixierung der Monoschicht durch Bestrahlung mit UV-Licht. Damit konnte erstmals die photochemisch kovalente Fixierung von GLPs auf der Goldoberfläche gezeigt werden. Untersuchungen erfolgten an einem Copolymer sowie zwei unterschiedlichen Homopolymermolekülen. Der unterschiedliche molekulare Aufbau der GLP spiegelt sich in ihrem Verhalten an der Wasser-Luft Grenzfläche sowie in den Eigenschaften der gebildeten Monoschichten wieder. Die Copolymer-Schichten zeigten sehr unterschiedliche Schichtdicken. Auch die EIS-Daten sind schlecht reproduzierbar. Dies ist auf die molekulare Struktur des Copolymers zurückzuführen. Gänzlich unterschiedlich verhalten sich die Homopolymere. Aufgrund ihrer Struktur lassen sie sich zu dichten Schichten komprimieren. Messungen der Fluoreszenzerholung nach Photobleichung (FRAP) zeigen homogene aber nicht fluide Schichten. Die photochemisch kovalente Fixierung des Moleküls auf der Goldoberfläche konnte durch SPR- sowie EIS-Messungen nachgewiesen werden. Die EIS-Messungen zeigen Werte, die sich in Bereichen der idealen Modellmembran bewegen. Der erfolgreiche Einbau von Valinomycin konnte bestätigt werden. FRAP Untersuchungen zeigten die Bildung homogener Schichten. Diese sind jedoch im Bereich der proximalen Lipidschicht nicht fluide. Um die Fluidität in Anlehnung an die Eigenschaften der natürlichen Membranen zu erhöhen, wurden die photochemisch kovalent fixierten Anker-Glykolipopolymer-Moleküle durch Mischung mit freien Lipiden lateral verdünnt. Auch die kovalente Fixierung der GLP-Bausteine innerhalb gemischten Schichten konnte erfolgreich demonstriert werden. Die Schichten zeigten sich jedoch, mit Ausnahme der Schichten aus 50mol% Homopolymer und 50mol% Lipid, inhomogen. Nach Photobleichung durch den Laserblitz kam es nur bei den 50mol%:50mol% -Schichten (Ho: Lipid) zur Erholung der Fluoreszenz, was auf das Vorliegen von beweglichen Lipidmolekülen innerhalb der Membran schliessen lässt. Der Versuch der Inkorporation von Valinomycin gelang ebenfalls. Alle genannten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die molekulare Architektur der hergestellten Schichten durch die unterschiedlichen Längendimensionen des Homopolymer-Moleküls einerseits, sowie des Lipids andererseits nicht für alle Mischungsverhältnisse ausreichend stabil ist. Die für die kovalente Fixierung erforderliche Trocknung der Schicht führt zu einer deutlichen Verminderung des Wassergehaltes des Systems und einer daraus resultierenden starken Destabilisierung der aufgebauten Schichten. Insgesamt gesehen stellt somit die photochemische Fixierung der glykosidischen Homopolymer-Membranen ein vielversprechendes Modellsystem dar.

Synthese, Tritierung, 99m Tc-Markierung und Evaluierung von Benzamid-Derivaten zur Visualisierung der D 2, D 3-Rezeptoren

Die Diagnose und Therapie von neurodegenerativen Krankheiten, wie beispielsweise Morbus Parkinson besitzt in der heutigen Gesellschaft eine immer größere Bedeutung. Über moderne, bild¬gebende nuklear¬medizinische Verfahren wie SPECT und PET ist es mit geeigneten Radioliganden möglich, Morbus Parkinson vor dem Auftreten von Symptomen zu diagnostizieren. Ein wichtiger Ansatzpunkt zur Diagnose von Morbus Parkinson ist die Visualisierung der postsynaptischen Dopamin-Rezeptoren über radioaktiv (11C, 18F, 123I) markierte Benz¬amid-Derivate. Auf Grundlage der (S)-Pyrolidin-2,3-dimethoxy-Benzamid-Struktur des 18F-Liganden Fallypride wurden verschiedene 99mTc-markierte Benzamid-Derivate als potentielle Radio¬liganden zur Parkinson-Diagnostik entwickelt. Um das Potential von Metall-konjugierten Benzamiden abschätzen zu können, wurden zunächst einfache Vergleichssubstanzen entwickelt. Diese sollten die Einführung eines Chelators simulieren und wurden hierfür hinsichtlich ihrer in vitro-Bindungsaffinitäten zu den Dopamin-, Serotonin- und adrenergen Rezeptoren evaluiert. Die zunächst entwickelten Derivate mit unterschiedlichen Kettenlängen zur Kopplung des Chelators zeigten für die Propylkette Affinitäten im nanomolaren Bereich. Im Anschluss sollten basierend auf diesen Ergebnissen vier verschiedene Chelatoren (Carbony-Cyclopentadienyl, Amido-Cyclopentadienyl, 2-Pyridyl-Imin und N2S2) über eine Propylkette an die 5-Position der Benzamidgrundstruktur gekoppelt werden. Die geplante Synthese des Carbonyl-Cyclopentadienyl-Derivates gelang jedoch nicht. Für die weiteren Chelatoren (Amido-Cyclopentadieny, 2-Pyridyl-Imin und N2S2) konnten die jeweiligen Markierungs¬vorläufer und Rhenium-Komplexe dargestellt werden, die ebenfalls hinsichtlich ihrer Bindungs¬affinitäten evaluiert wurden. Die erzielten Affinitäten zeigten, dass eine Über¬tragung der Affinitäten der einfachen Vergleichssubstanzen auf die komplexeren Metall-Benzamide nicht möglich war. Insbesondere der N2S2-Rhenium-Komplex besitzt nur noch geringe Affinität (490 - 900 nM) zu den D2- und D3-Rezeptoren. Die mittel-affinen 2-Pyridyl-Imin- und Amdio¬cyclopentadien-Komplexe wurden mit 99mTc markiert und die Markierungsausbeute hinsichtlich Reaktionstemperatur, Markierungs-vorläuferkonzentration und Heizmethoden optimiert. Dabei konnte der Imin-Komplex quantitativ mittels fac-[99mTc(CO)3(H2O)3]+ in 30 Minuten bei 45°C markiert werden. Der Amido-Cyclopentadien-Komplex konnte über die Umsetzung des Ferrocen-Markierungsvorläufer mit Mn(CO)5Br und [99mTcO4]- in Ausbeuten von bis zu 60 % markiert werden. Im Anschluss an die Markierungen wurden die 99mTc-Komplexe über HPLC isoliert und in in vitro-Auto¬radiographien von Rattenhirnschnitten weiter evaluiert. Die erhaltenen Ergebnisse bestätigten die für die Rhenium-Komplexe erzielten Affinitäten und zeigten keine spezifische Anreicherung in bestimmten Hirnarealen. Aus diesen Ergebnissen kann ge¬schlossen werden, dass die dargestellten 99mTc-Benzamide aufgrund mangelnder Affinitäten und einer hohen unspezifischen Bindung keine geeigneten Liganden zur Darstellung der D2- und D3- Rezeptoren sind. Um die dargestellten 99mTc-Benzamide mit [18F]Fallypride vergleichen zu können, wurde zusätzlich [3H]Fallypride dargestellt. Hierfür wurde zunächst der Nor-Markierungsvor¬läufer synthetisiert und die Markierungsausbeute optimiert. Die finale Umsetzung mit [3H]Methylnosylat ergab nach HPLC-Aufreinigung 15 mCi [3H]Fallypride mit einer radio¬chemischen Reinheit von >99,5 %. Erste Autoradiographien zeigten eine hohe Anreicherung des Liganden im Striatum, verbunden mit einer sehr niedrigen unspezifischen Bindung.

Synthesis of new xanthene derivatives

Xanthene dyes, including fluorescein, are a well-known class of fluorescent dyes, which have widespread applications in natural sciences. The synthesis of xanthene derivatives via acid catalyzed condensation of substituted phenols with phthalic anhydride, to afford the asymmetric derivatives, is well established. The high temperature, harsh reaction conditions and often low yields make this method less convenient. The synthesis of xanthene dyes by direct modification of the fluorophore moiety is a great option to circumvent the above mentioned drawbacks. rnOur new synthetic strategy for the preparation of novel asymmetric xanthene dyes via direct conversion of hydroxyl groups on 3'- and 6'-positions into leaving groups by mesylation is reported. It was discovered that 3',6'-di-mesylated fluorescein underwent a nucleophilic aromatic substitution with sulfur nucleophiles and afforded new asymmetric xanthene sulfides. rnThe impact of substituents possessing an electron-withdrawing character such as chlorines and bromines was investigated with the aim to improve the aromatic substitution on the electron-rich fluorescein structure. It was observed that the incorporation of these groups did not considerably affect the substitution reaction and the yields were comparable with the unsubstituted fluorescein. rnThis strategy provided novel fluorescent probes with the linker suitable to further modifications. The modifications of the linker delivered fluorescein derivatives that could be used as fluorescent labels in peptides, oligonucleotides and for cell imaging. rnThe hydroxyl group on the linker was modified to achieve potent bioconjugate functionality such as azide. The new fluorescent azides were obtained in a 4-step synthesis, namely 2-(6-(2-azidoethylthio)-3-oxo-3H-xanthen-9-yl)benzoic acid with an overall yield of 13%, its 2',7'-dichloro derivative with an overall yield of 10% and its 2',4',5'-tribromo derivative with an overall yield of 1%, respectively. rnAn asymmetric xanthene sulfide with an amino functionality placed on the aliphatic linker, namely 2-(6-((2-aminoethyl)thio)-3-oxo-3H-xanthen-9-yl)benzoic acid, was obtained in a 3-step synthesis with an overall yield of 33%. rnThe impact of the substitution with sulfur nucleophiles on the 6'-position of the xanthene moiety on its fluorescent characteristics was investigated. In comparison with fluorescein new asymmetric xanthene sulfides afforded lower extinction coefficients and fluorescent quantum yields. On the other hand, the substitution with a sulfur nucleophile significantly improved the photostability of xanthene dyes. It was shown that after 10 hours of continuous excitation, the asymmetric sulfur-containing xanthene fluorophores exhibited 58-94% of their initial fluorescent intensities. This observation suggested that the novel dyes were 1-2 orders of magnitude more stable than fluorescein. rnThe azido-modified xanthenes were “clicked” via Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition with an oligonucleotide, which contained the terminal alkyne residue. rn

On-surface chemical reactions on an insulating substrate

Diese Arbeit beschreibt zum ersten Mal die kovalente Verknüpfung organischer Moleküle auf einer Isolatoroberfläche, motiviert im Hinblick auf die Nutzung der Synthesemethode für die molekulare Elektronik und verwandte Anwendungen. Durch die Verwendung der Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskopie und der Kelvinprobe-Mikroskopie bei Raumtemperatur wurden grundlegende molekulare Prozesse der Wechselwirkungen zwischen Molekülen und der Calcit(10.4) Oberfläche sowie die chemische Reaktivität der Moleküle auf der Oberfläche analysiert. Das Zusammenspiel zwischen intermolekularen und Molekül-Oberfläche Wechselwirkungen zeigt sich für Biphenyl-4,4'-dicarbonsäure (BPDCA) durch die Koexistenz zweier unterschiedlicher molekularer Strukturen, die einen Einblick in die treibenden Kräfte der molekularen Selbstorganisation bieten. Die sehr ausgeprägte Reihenstruktur basiert auf der optimalen geometrischen Struktur der BPDCA Moleküle zu den Abmessungen des Substrats, während die zweite Struktur durch Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen gekennzeichnet ist. Der Deprotonierungsvorgang von 2,5-Dihydroxybenzoesäure (DHBA)-Molekülen auf Calcit wird bei Zimmertemperatur gezeigt. Zwei Phasen werden beobachtet, die nach Aufbringen der Moleküle koexistieren. Mit der Zeit geht eine bulk-ähnliche Phase in eine stabile, dicht gepackte Phase über. Der Übergang wird durch Betrachtung des Protonierungszustands der Moleküle erklärt. Die bulk-ähnliche Phase benötigt Wasserstoffbrückbindungen zur Strukturbildung. Werden die Moleküle deprotoniert, so wird die resultierende dicht gepackte Phase durch die elektrostatische Wechselwirkung der deprotonierten Carboxylatgruppen mit den Oberflächen-Calciumkationen stabilisiert. 4-Iodbenzoesäure (IBA)-Moleküle bilden auf Calcit nur Inseln an Stufenkanten, was auf die schwache Molekül-Oberflächen-Wechselwirkung zurückzuführen ist. Für einen stärkeren Einfluss des Substrats durchlaufen die Moleküle einen kontrollierten Übergangsschritt vom protonierten zum deprotonierten Zustand. Im deprotonierten Zustand nehmen die Moleküle eine wohldefinierte Adsorptionsposition auf dem Substrat ein. Die deprotonierte Säuregruppe wird ausgenutzt, um die Desorption der halogensubstituierten Benzoesäure-Moleküle bei der thermischer Aktivierung für die Vernetzungsreaktion zu vermeiden. Darüber hinaus wird die Carboxylatgruppe als starker Elektronendonor verwendet um die Phenyl-Halogen-Bindung zu schwächen und somit die homolytische Spaltung dieser Bindung auch bei moderaten Temperaturen zu ermöglichen. Diesem Konzept folgend ist die erste erfolgreiche kovalente Verknüpfung von 2,5-Diiod-benzoesäure, 2,5-Dichlorbenzoesäure, 3,5-Diiod Salicylsäure und 4-Iod-benzoesäure zu durchkonjugierten molekularen Drähten, Zick-Zack-Strukturen sowie Dimere gezeigt durch Ausnutzen von unterschiedlichen Substitutionsposition sowie Ändern der Anzahl der substituierten Halogenatome. Aufbauend auf diesem Erfolg, wird eine zweistufige Vernetzungsreaktion vorgestellt. Zum Induzieren der ortsspezifischen und sequentiellen kovalenten Verknüpfung wird ein Ausgangsmolekül gewählt, das sowohl eine Bromphenyl als auch eine Chlorphenyl Gruppe mit unterschiedlichen Dissoziationsenergien für die homolytische Spaltung besitzt. Die Reaktionsstellen und sequentielle Reihenfolge für die Reaktion sind somit in der molekularen Struktur einkodiert und bisher unerreichte Reaktionspfade können mithilfe der kovalente Verknüpfung organischer Moleküle auf einer Isolatoroberfläche beschritten werden.

NCX-1000, a nitric oxide-releasing derivative of UDCA, does not decrease portal pressure in patients with cirrhosis: results of a randomized, double-blind, dose-escalating study

NCX-1000 (2(acetyloxy) benzoic acid-3(nitrooxymethyl)phenyl ester) is an nitric oxide (NO)-releasing derivative of ursodeoxycholic acid (UDCA), which showed selective vasodilatory effect on intrahepatic circulation in animal models of cirrhosis. This study was aimed at testing the efficacy and tolerability of this compound in patients with cirrhosis and portal hypertension.

The glycine deportation system and its pharmacological consequences

The glycine deportation system is an essential component of glycine catabolism in man whereby 400 to 800mg glycine per day are deported into urine as hippuric acid. The molecular escort for this deportation is benzoic acid, which derives from the diet and from gut microbiota metabolism of dietary precursors. Three components of this system, involving hepatic and renal metabolism, and renal active tubular secretion help regulate systemic and central nervous system levels of glycine. When glycine levels are pathologically high, as in congenital nonketotic hyperglycinemia, the glycine deportation system can be upregulated with pharmacological doses of benzoic acid to assist in normalization of glycine homeostasis. In congenital urea cycle enzymopathies, similar activation of the glycine deportation system with benzoic acid is useful for the excretion of excess nitrogen in the form of glycine. Drugs which can substitute for benzoic acid as substrates for the glycine deportation system have adverse reactions that may involve perturbations of glycine homeostasis. The cancer chemotherapeutic agent ifosfamide has an unacceptably high incidence of encephalopathy. This would appear to arise as a result of the production of toxic aldehyde metabolites which deplete ATP production and sequester NADH in the mitochondrial matrix, thereby inhibiting the glycine deportation system and causing de novo glycine synthesis by the glycine cleavage system. We hypothesize that this would result in hyperglycinemia and encephalopathy. This understanding may lead to novel prophylactic strategies for ifosfamide encephalopathy. Thus, the glycine deportation system plays multiple key roles in physiological and neurotoxicological processes involving glycine.

Syntheses and structures of molybdenum and tungsten complexes capable of epoxidaton and copper coordination polymers and dendrimers

We are interested in the syntheses of new complexes and in their characterization by single crystal X-ray diffraction techniques. Once we understand the structures, studies aimed at understanding uses of these complexes in the field of catalytic epoxidation using complexes soluble in water and syntheses of thin films (not assessed) were conducted. The syntheses, characterization and catalytic properties of a series of mononuclear, dinuclear and tetranuclear molybdenum and tungsten oxo complexes are described. The syntheses and structural characterization of two copper coordination polymers with 3,5-dihydroxylbenzoate ligand, and five paddlewheel shaped copper dendrimers coordinated with Fréchet-type dendrons are also detailed. The background of this dissertation is outlined in Chapter 1. Chapter 2 describes the syntheses, and characterization of two new mononuclear molybdenum(VI) and tungsten(VI) oxo complexes, MoO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, and WO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, bearing hydrophilic phosphine oxide ligand. The catalytic properties of these complexes for the epoxidation of cis-cyclooctene were also studied. Two new dinuclear molybdenum(VI) and tungsten(VI) oxo complexes Mo2O4Cl2[(HOCH2)PhPOO]2, and (CH3O)2(O)W(μ-O)(μ-O2PPh2)2W(O)(CH3O)2, bearing organophosphinate ligand are described in Chapter 3 and 4. Chapter 4 and 5 describes the syntheses and characterization of tetranuclear molybdenum(V) oxo complexes bearing various organophosphinate ligands. The catalytic abilities of these complexes for the epoxidation of cis-cyclooctene in the presence of hydrogen peroxide as oxidant were explored as well. Various spectroscopic methods, such as IR, UV-vis, and NMR are used to characterize the nature of these complexes. Crystal structures of compounds MoO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, WO2Cl2(OPPh2CH2OH)2, Mo2O4Cl2[(HOCH2)PhPOO]2, (CH3O)2(O)W(μ-O)(μ-O2PPh2)2W(O)(CH3O)2, and Mo4(µ3-O)4(µ-O2PR2)4O4 (R=Ph, Me, ClCH2, o-C6H4(CH2)2) are also presented. The syntheses, and structural characterization of three copper(II) coordination polymers bearing 3,5-dihydroxybenzoate ligand are described in Chapter 6. Two copper(II) coordination polymers, [Cu2(3,5-dhb)2(pyridine)4]n, and [Cu2(3,5-dhb)4]n were afforded based on different amount of pyridine used in the reaction. The structures of these complexes are further built into 2D or 3D networks via inter or intra hydrogen bonds. The syntheses and structural characterization of the zinc(II) monomer, Zn(3,5-dhb)2(pyridine)2 is also described in this Chapter. Chapter 7 describes the syntheses, and characterization of five dendronized dicopper complexes bearing different generations of Fréchet-type dendrons. The structures of 3,5- bis(benzoyloxl)benzoic acid, 3,5-(PhCOO)2PhCOOH (G1), Cu2(3,5-dhb)4(THF)2, Cu2(G1)4(pyridine)2, and Cu2(G1)4(CH3OH)2 were characterized unambiguously by single X-ray diffraction. In addition, all compounds were characterized by FT-IR, UV-vis spectroscopy and elemental analyses.

Schizosaccharomyces selective differential media

This study discusses the optimisation of a selectiv e and differential medium which would facilitate the isolation of Schizosaccharomyces (a genus with a low incidence compared to other microorganisms) to select individuals from this genus for industrial purposes, especially in light of the recent approval of the use of yeasts from this genus in the wine industry by the International Organisation of Vine and Wine, or to detect the presence of such yeasts, for those many authors who consider them food spoilers. To this end, we studied various selective differential agents based on the main thephysiological characteristics of this species, such as its high resistance to high concentrations of sugar, sulfur dioxide, sorbic acid, benzoic acid, acetic acid or malo ethanolic fermentation. This selective medium is based on the resistance of the genus to the antibiotic actidione and its high resistance to inhibitory agents such as benzoic acid compared to possible microorganisms which can give rise to false positive results. Malic acid was used as a differential fact or due to the ability of this genus to metabolise it to ethanol, which allows detecting of the degradation of this compound. Lastly, the medium was successfully used to isolate strains of Schizosaccharomyces pombe from honey.

Induction of ovulation in rabbits by adding Lecirelin to the seminal dose: In vitro and in vivo effects of different excipients.

This study evaluates the effect of Lecirelin (Dalmarelin®, Fatro, Italy) diluted in different excipients (benzilic alcohol, benzoic acid and paraben) added to a seminal dose on LH concentrations, progesterone concentrations and ovarian status in rabbits. The in vitro effect on spermatozoa was also tested. A total of 100 multiparous female rabbits were divided into 5 groups, which at the moment of AI, received 0.2 mL (5 μg/dose) intramuscular (im) inoculation of Lecirelin (control) or the same Lecirelin dose administered intravaginally (iv) with the seminal dose alone (Lecirelin group) or with benzilic alcohol (Lecirelin BA group), benzoic acid (Lecirelin BAc group) or parabens (Lecirelin PA group) as an excipient. After 7 days, 10 rabbits per group were euthanized to analyze their ovarian status. In the control group, a high LH peak was detected 30 min post AI, while in the iv groups a slight increase in LH occurred after 120 min. The ovulation and fertility rate was similar in control and Lecirelin groups, while the lowest fertility rate was detected in the Lecirelin BA group. In a second experiment, the semen samples collected from male rabbits were diluted in TALP (control) or mixed with the 5 μg of Lecirelin solutions used in the first experiment. The highest percentage of capacitated sperm (68.3%) was recorded in the Lecirelin PA. The lowest percentages were observed in the Lecirelin BA and BAc groups. In conclusion, the iv administration of Lecirelin represents an alternative method for simplifying rabbit insemination procedures.

A release mechanism for stored ATP in ocular ciliary epithelial cells

Purines can modify ciliary epithelial secretion of aqueous humor into the eye. The source of the purinergic agonists acting in the ciliary epithelium, as in many epithelial tissues, is unknown. We found that the fluorescent ATP marker quinacrine stained rabbit and bovine ciliary epithelia but not the nerve fibers in the ciliary bodies. Cultured bovine pigmented and nonpigmented ciliary epithelial cells also stained intensely when incubated with quinacrine. Hypotonic stimulation of cultured epithelial cells increased the extracellular ATP concentration by 3-fold; this measurement underestimates actual release as the cells also displayed ecto-ATPase activity. The hypotonically triggered increase in ATP was inhibited by the Cl−-channel blocker 5-nitro-2-(3-phenylpropylamino)benzoic acid (NPPB) in both cell types. In contrast, the P-glycoprotein inhibitors tamoxifen and verapamil and the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) blockers glybenclamide and diphenylamine-2-carboxylate did not affect ATP release from either cell type. This pharmacological profile suggests that ATP release is not restricted to P-glycoprotein or the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, but can proceed through a route sensitive to NPPB. ATP release also was triggered by ionomycin through a different NPPB-insensitive mechanism, inhibitable by the calcium/calmodulin-activated kinase II inhibitor KN-62. Thus, both layers of the ciliary epithelium store and release ATP, and purines likely modulate aqueous humor flow by paracrine and/or autocrine mechanisms within the two cell layers of this epithelium.

Two Genetically Separable Phases of Growth Inhibition Induced by Blue Light in Arabidopsis Seedlings1

High fluence-rate blue light (BL) rapidly inhibits hypocotyl growth in Arabidopsis, as in other species, after a lag time of 30 s. This growth inhibition is always preceded by the activation of anion channels. The membrane depolarization that results from the activation of anion channels by BL was only 30% of the wild-type magnitude in hy4, a mutant lacking the HY4 BL receptor. High-resolution measurements of growth made with a computer-linked displacement transducer or digitized images revealed that BL caused a rapid inhibition of growth in wild-type and hy4 seedlings. This inhibition persisted in wild-type seedlings during more than 40 h of continuous BL. By contrast, hy4 escaped from the initial inhibition after approximately 1 h of BL and grew faster than wild type for approximately 30 h. Wild-type seedlings treated with 5-nitro-2-(3-phenylpropylamino)-benzoic acid, a potent blocker of the BL-activated anion channel, displayed rapid growth inhibition, but, similar to hy4, these seedlings escaped from inhibition after approximately 1 h of BL and phenocopied the mutant for at least 2.5 h. The effects of 5-nitro-2-(3-phenylpropylamino)-benzoic acid and the HY4 mutation were not additive. Taken together, the results indicate that BL acts through HY4 to activate anion channels at the plasma membrane, causing growth inhibition that begins after approximately 1 h. Neither HY4 nor anion channels appear to participate greatly in the initial phase of inhibition.

Interaction of Cryptochrome 1, Phytochrome, and Ion Fluxes in Blue-Light-Induced Shrinking of Arabidopsis Hypocotyl Protoplasts1

Protoplasts isolated from red-light-adapted Arabidopsis hypocotyls and incubated under red light exhibited rapid and transient shrinking within a period of 20 min in response to a blue-light pulse and following the onset of continuous blue light. Long-persisting shrinkage was also observed during continuous stimulation. Protoplasts from a hy4 mutant and the phytochrome-deficient phyA/phyB double mutant of Arabidopsis showed little response, whereas those from phyA and phyB mutants showed a partial response. It is concluded that the shrinking response itself is mediated by the HY4 gene product, cryptochrome 1, whereas the blue-light responsiveness is strictly controlled by phytochromes A and B, with a greater contribution by phytochrome B. It is shown further that the far-red-absorbing form of phytochrome (Pfr) was not required during or after, but was required before blue-light perception. Furthermore, a component that directly determines the blue-light responsiveness was generated by Pfr after a lag of 15 min over a 15-min period and decayed with similar kinetics after removal of Pfr by far-red light. The anion-channel blocker 5-nitro-2-(3-phenylpropylamino)-benzoic acid prevented the shrinking response. This result, together with those in the literature and the kinetic features of shrinking, suggests that anion channels are activated first, and outward-rectifying cation channels are subsequently activated, resulting in continued net effluxes of Cl− and K+. The postshrinking volume recovery is achieved by K+ and Cl− influxes, with contribution by the proton motive force. External Ca2+ has no role in shrinking and the recovery. The gradual swelling of protoplasts that prevails under background red light is shown to be a phytochrome-mediated response in which phytochrome A contributes more than phytochrome B.

Anion Channels and the Stimulation of Anthocyanin Accumulation by Blue Light in Arabidopsis Seedlings1

Activation of anion channels by blue light begins within seconds of irradiation in seedlings and is related to the ensuing growth inhibition. 5-Nitro-2-(3-phenylpropylamino)-benzoic acid (NPPB) is a potent, selective, and reversible blocker of these anion channels in Arabidopsis thaliana. Here we show that 20 μm NPPB blocked 72% of the blue-light-induced accumulation of anthocyanin pigments in seedlings. Feeding biosynthetic intermediates to wild-type and tt5 seedlings provided evidence that NPPB prevented blue light from up-regulating one or more steps between and including phenylalanine ammonia lyase and chalcone isomerase. NPPB was found to have no significant effect on the blue-light-induced increase in transcript levels of PAL1, CHS, CHI, or DFR, which are genes that encode anthocyanin-biosynthetic enzymes. Immunoblots revealed that NPPB also did not inhibit the accumulation of the chalcone synthase, chalcone isomerase, or flavanone-3-hydroxylase proteins. This is in contrast to the reduced anthocyanin accumulation displayed by a mutant lacking the HY4 blue-light receptor, as hy4 displayed reduced expression of the above enzymes. Taken together, the data indicate that blue light acting through HY4 leads to an increase in the amount of biosynthetic enzymes, but blue light must also act through a separate, anion-channel-dependent system to create a fully functional biosynthetic pathway.

Co-Permeability of 3H-Labeled Water and 14C-Labeled Organic Acids across Isolated Plant Cuticles1 : Investigating Cuticular Paths of Diffusion and Predicting Cuticular Transpiration

Penetration of 3H-labeled water (3H2O) and the 14C-labeled organic acids benzoic acid ([14C]BA), salicylic acid ([14C]SA), and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid ([14C]2,4-D) were measured simultaneously in isolated cuticular membranes of Prunus laurocerasus L., Ginkgo biloba L., and Juglans regia L. For each of the three pairs of compounds (3H2O/[14C]BA, 3H2O/[14C]SA, and 3H2O/[14C]2,4-D) rates of cuticular water penetration were highly correlated with the rates of penetration of the organic acids. Therefore, water and organic acids penetrated the cuticles by the same routes. With the combination 3H2O/[14C]BA, co-permeability was measured with isolated cuticles of nine other plant species. Permeances of 3H2O of all 12 investigated species were highly correlated with the permeances of [14C]BA (r2 = 0.95). Thus, cuticular transpiration can be predicted from BA permeance. The application of this experimental method, together with the established prediction equation, offers the opportunity to answer several important questions about cuticular transport physiology in future investigations.