Comparative Genome Analysis of Trichophyton rubrum and Related Dermatophytes Reveals Candidate Genes Involved in Infection

The major cause of athlete's foot is Trichophyton rubrum, a dermatophyte or fungal pathogen of human skin. To facilitate molecular analyses of the dermatophytes, we sequenced T. rubrum and four related species, Trichophyton tonsurans, Trichophyton equinum, Microsporum canis, and Microsporum gypseum. These species differ in host range, mating, and disease progression. The dermatophyte genomes are highly colinear yet contain gene family expansions not found in other human-associated fungi. Dermatophyte genomes are enriched for gene families containing the LysM domain, which binds chitin and potentially related carbohydrates. These LysM domains differ in sequence from those in other species in regions of the peptide that could affect substrate binding. The dermatophytes also encode novel sets of fungus-specific kinases with unknown specificity, including nonfunctional pseudokinases, which may inhibit phosphorylation by competing for kinase sites within substrates, acting as allosteric effectors, or acting as scaffolds for signaling. The dermatophytes are also enriched for a large number of enzymes that synthesize secondary metabolites, including dermatophyte-specific genes that could synthesize novel compounds. Finally, dermatophytes are enriched in several classes of proteases that are necessary for fungal growth and nutrient acquisition on keratinized tissues. Despite differences in mating ability, genes involved in mating and meiosis are conserved across species, suggesting the possibility of cryptic mating in species where it has not been previously detected. These genome analyses identify gene families that are important to our understanding of how dermatophytes cause chronic infections, how they interact with epithelial cells, and how they respond to the host immune response. IMPORTANCE Athlete's foot, jock itch, ringworm, and nail infections are common fungal infections, all caused by fungi known as dermatophytes (fungi that infect skin). This report presents the genome sequences of Trichophyton rubrum, the most frequent cause of athlete's foot, as well as four other common dermatophytes. Dermatophyte genomes are enriched for four gene classes that may contribute to the ability of these fungi to cause disease. These include (i) proteases secreted to degrade skin; (ii) kinases, including pseudokinases, that are involved in signaling necessary for adapting to skin; (iii) secondary metabolites, compounds that act as toxins or signals in the interactions between fungus and host; and (iv) a class of proteins (LysM) that appear to bind and mask cell wall components and carbohydrates, thus avoiding the host's immune response to the fungi. These genome sequences provide a strong foundation for future work in understanding how dermatophytes cause disease.

Proteasome inhibition and ROS generation by 4-nerolidylcatechol induces melanoma cell death

Induction of apoptotic cell death in response to chemotherapy and other external stimuli has proved extremely difficult in melanoma, leading to tumor progression, metastasis formation and resistance to therapy. A promising approach for cancer chemotherapy is the inhibition of proteasomal activity, as the half-life of the majority of cellular proteins is under proteasomal control and inhibitors have been shown to induce cell death programs in a wide variety of tumor cell types. 4-Nerolidylcatechol (4-NC) is a potent antioxidant whose cytotoxic potential has already been demonstrated in melanoma tumor cell lines. Furthermore, 4-NC was able to induce the accumulation of ubiquitinated proteins, including classic targets of this process such as Mcl-1. As shown for other proteasomal inhibitors in melanoma, the cytotoxic action of 4-NC is time-dependent upon the pro-apoptotic protein Noxa, which is able to bind and neutralize Mcl-1. We demonstrate the role of 4-NC as a potent inducer of ROS and p53. The use of an artificial skin model containing melanoma also provided evidence that 4-NC prevented melanoma proliferation in a 3D model that more closely resembles normal human skin.

Efficacy of Cosmetic Formulations Containing Dispersion of Liposome with Magnesium Ascorbyl Phosphate, Alpha-Lipoic Acid and Kinetin

The present study aimed to evaluate the photoprotective effects of cosmetic formulations containing a dispersion of liposome with magnesium ascorbyl phosphate (MAP), alpha-lipoic acid (ALA) and kinetin, as well as their effects on the hydration and viscoelastic skin properties. The photoprotection was determined in vitro (antioxidant activity) and in vivo on UV-irradiated hairless mouse skin. The hydration effects were performed with the application of the formulations under study on the forearm of human volunteers and skin conditions were analyzed before and after a single application and daily applications during 4 weeks in terms of transepidermal water loss (TEWL), skin moisture and viscoelastic properties. The raw material under study possessed free-radical scavenging activity and the formulation with it protected hairless mouse skin barrier function against UV damage. After 4 weeks of application on human skin, the formulation under study enhanced stratum corneum skin moisture and also showed hydration effects in deeper layers of the skin. Thus, it can be concluded that the cosmetic formulation containing a dispersion of liposome with MAP, ALA and kinetin under study showed photoprotective effects in skin barrier function as well as pronounced hydration effects on human skin, which suggests that this dispersion has potential antiaging effects.

Evaluation of sun protection factor of cosmetic formulations by a simple visual in vitro method mimicking the in vivo method

A new concept for in vitro visual evaluation of sun protection factor (SPF) of cosmetic formulations based on a supramolecular ultraviolet (UV) dosimeter was clearly demonstrated. The method closely parallels the method validated for in vivo evaluation and relies on the determination of the slightest perceptible bleaching of an iron-complex dye/nanocrystallinetitanium dioxide interface (UV dosimeter) in combination with an artificial skin substrate simulating the actual human skin in the presence and absence of a cosmetic formulation. The successful evaluation of SPF was ensured by the similarity of the erythema response of our dosimeter and human skin to UV light irradiation. A good linear correlation of in vitro and in vivo data up to SPF 40 confirmed the effectiveness of such a simple, cheap, and fast method. In short, here we unravel a convenient and accessible visual FPS evaluation method that can help improving the control on cosmetic products contributing to the reduction of skin cancer, one of the critical public health issues nowadays. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc. and the American Pharmacists Association J Pharm Sci 101:726732, 2012

Carotenoids and polyphenols in nutricosmetics, nutraceuticals, and cosmeceuticals

The market for cosmeceuticals continues with significant annual growth, but today consumers are more aware of nutritional products that contribute to both skin health and disease prevention. In the last 10 years, pharmacists, chemists, nutritionists, and physicians have been working together to develop new nutritional applications to satisfy peoples needs and demands. As a recent result of convergence phenomenon between cosmetics and food industries, nutricosmetics is a blurry area unfamiliar to many consumers and sometimes even to foods and cosmetics experts. Characterized by oral supplementation of nutrients, nutricosmetics are also known as beauty pills,beauty from within, and even oral cosmetics. The major claim is the antiaging effect, reducing wrinkles by fighting free radicals generated by solar radiation. Among the ingredients used in nutricosmetics, antioxidants represent the most crucial. The best-known antioxidants are carotenoids (beta-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin, and astaxanthin) and polyphenols (anthocyanidins, catechins, flavonoids, tannins, and procyanidins). This study presents an overview about the concept of nutricosmetics and gives us information about the difference between nutricosmetics, nutraceuticals, and cosmeceuticals. The article also discusses about carotenoids and polyphenols, two classes of ingredients often employed in such products.

Application of tetra-isopalmitoyl ascorbic acid in cosmetic formulations: Stability studies and in vivo efficacy

Liposoluble vitamin C derivatives, such as tetra-isopalmitoyl ascorbic acid (IPAA), are often used in dermocosmetic products due to their higher stability than vitamin C free form as well as its proposed effects in skin; however, there are no studies analyzing IPAA stability or its in vivo effects when present in dermocosmetic formulations. Thus, this study aimed to evaluate chemical stability and pre-clinical and clinical efficacy of dermocosmetic formulations containing IPAA in skin hydration and microrelief. Chemical stability of the formulations added with 1% IPAA was evaluated by heat stress during 35 days by HPLC. For pre-clinical evaluation, experimental formulations were topically applied on hairless skin mice during 5 days and animal skins were analyzed by non-invasive biophysic techniques (water content of stratum corneum, TEWL, viscoelasticity, and microrelief) and by histopathological studies. For clinical efficacy tests, the formulations were topically applied to the forearm and face of human volunteers, and 3 h and 15 days after applications, the skins were evaluated by the same non-invasive techniques mentioned before. Results showed that formulations containing IPAA had medium stability and had pronounced moisturizing effects on stratum corneum and on viable epidermis. These formulations also improved skin microrelief especially in relation to skin smoothness and roughness. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Topical Insulin Accelerates Wound Healing in Diabetes by Enhancing the AKT and ERK Pathways: A Double-Blind Placebo-Controlled Clinical Trial

Background: Wound healing is impaired in diabetes mellitus, but the mechanisms involved in this process are virtually unknown. Proteins belonging to the insulin signaling pathway respond to insulin in the skin of rats. Objective: The purpose of this study was to investigate the regulation of the insulin signaling pathway in wound healing and skin repair of normal and diabetic rats, and, in parallel, the effect of a topical insulin cream on wound healing and on the activation of this pathway. Research Design and Methods: We investigated insulin signaling by immunoblotting during wound healing of control and diabetic animals with or without topical insulin. Diabetic patients with ulcers were randomized to receive topical insulin or placebo in a prospective, double-blind and placebo-controlled, randomized clinical trial (NCT 01295177) of wound healing. Results and Conclusions: Expression of IR, IRS-1, IRS-2, SHC, ERK, and AKT are increased in the tissue of healing wounds compared to intact skin, suggesting that the insulin signaling pathway may have an important role in this process. These pathways were attenuated in the wounded skin of diabetic rats, in parallel with an increase in the time of complete wound healing. Upon topical application of insulin cream, the wound healing time of diabetic animals was normalized, followed by a reversal of defective insulin signal transduction. In addition, the treatment also increased expression of other proteins, such as eNOS (also in bone marrow), VEGF, and SDF-1 alpha in wounded skin. In diabetic patients, topical insulin cream markedly improved wound healing, representing an attractive and cost-free method for treating this devastating complication of diabetes.

Oral Administration of Oleic or Linoleic Acid Accelerates the Inflammatory Phase of Wound Healing

The effects of oral ingestion of oleic (OLA) and linoleic (LNA) acids on wound healing in rats were investigated. LNA increased the influx of inflammatory cells, the concentration of hydrogen peroxide (H(2)O(2)) and cytokine-induced neutrophil chemoattractant-2 alpha beta (CINC-2 alpha beta), and the activation of the transcription factor activator protein-1 (AP-1) in the wound at 1 hour post wounding. LNA decreased the number of inflammatory cells and IL-1, IL-6, and macrophage inflammatory protein-3 (MIP-3) concentrations, as well as NF-kappa B activation in the wound at 24 hours post wounding. LNA accelerated wound closure over a period of 7 days. OLA increased TNF-alpha concentration and NF-kappa B activation at 1 hour post wounding. A reduction of IL-1, IL-6, and MIP-3 alpha concentrations, as well as NF-kappa B activation, was observed 24 hours post wounding in the OLA group. These data suggest that OLA and LNA accelerate the inflammatory phase of wound healing, but that they achieve this through different mechanisms.

DNA Dosimetry Assessment for Sunscreen Genotoxic Photoprotection

Background: Due to the increase of solar ultraviolet radiation (UV) incidence over the last few decades, the use of sunscreen has been widely adopted for skin protection. However, considering the high efficiency of sunlight-induced DNA lesions, it is critical to improve upon the current approaches that are used to evaluate protection factors. An alternative approach to evaluate the photoprotection provided by sunscreens against daily UV radiation-induced DNA damage is provided by the systematic use of a DNA dosimeter. Methodology/Principal Findings: The Sun Protection Factor for DNA (DNA-SPF) is calculated by using specific DNA repair enzymes, and it is defined as the capacity for inhibiting the generation of cyclobutane pyrimidine dimers (CPD) and oxidised DNA bases compared with unprotected control samples. Five different commercial brands of sunscreen were initially evaluated, and further studies extended the analysis to include 17 other products representing various formulations and Sun Protection Factors (SPF). Overall, all of the commercial brands of SPF 30 sunscreens provided sufficient protection against simulated sunlight genotoxicity. In addition, this DNA biosensor was useful for rapidly screening the biological protection properties of the various sunscreen formulations. Conclusions/Significance: The application of the DNA dosimeter is demonstrated as an alternative, complementary, and reliable method for the quantification of sunscreen photoprotection at the level of DNA damage.

Formation and stability of oil-in-water nanoemulsions containing rice bran oil: in vitro and in vivo assessments

Abstract Background Nanoemulsions have practical application in a multitude of commercial areas, such as the chemical, pharmaceutical and cosmetic industries. Cosmetic industries use rice bran oil in sunscreen formulations, anti ageing products and in treatments for skin diseases. The aim of this study was to create rice bran oil nanoemulsions using low energy emulsification methods and to evaluate their physical stability, irritation potential and moisturising activity on volunteers with normal and diseased skin types. Results The nanoemulsion developed by this phase diagram method was composed of 10% rice bran oil, 10% surfactants sorbitan oleate/PEG-30 castor oil, 0.05% antioxidant and 0.50% preservatives formulated in distilled water. The nanoemulsion was stable over the time course of this study. In vitro assays showed that this formulation has a low irritation potential, and when applied to human skin during in vivo studies, the nanoemulsion improved the skin's moisture and maintained normal skin pH values. Conclusion The results of irritation potential studies and in vivo assessments indicate that this nanoemulsion has potential to be a useful tool to treat skin diseases, such as atopic dermatitis and psoriasis.

Untersuchung der Wirkung von Schwerionenstrahlen auf menschliche Hautfibroblasten unter besonderer Berücksichtigung chromosomaler Veränderungen

In der vorliegenden Arbeit wurden humane diploide Vorhaut-Fibroblasten u.a. auf Chromosomensch?den hin untersucht. Die konfluenten Zellen wurden mit d?nnionisierender R?ntgen-und Kohlenstoffstrahlung, sowie mit dichtionisierendenKohlenstoff- und Nickelionen bestrahlt und der chromosomaleSchaden in Intervallen bis zu 100 h nach Bestrahlungbestimmt. Dabei wurde nach dichtionisierender Strahlung ein deutlicher Anstieg in der Frequenz aberranter Zellen undAberrationen je Metaphase mit der Sammelzeit gefunden. Dieszeigt, dass gesch?digte Zellen von Zellzyklusverz'ogerungenst?rker betroffen sind als ungesch?digte Zellen.Durch Integration ?ber die Zeit wurde der genetische Gesamt-schaden in der proliferierenden Zellpopulation bestimmt. Dabei zeigte sich, dass ein Grossteil der Zellen nachTeilchenbestrahlung einen permanenten Zellzyklusarrest bzw.eine beschleunigte Differenzierung erf?hrt. Nur ein kleinerTeil erreicht die 1. Mitose nach Bestrahlung, so dass nurein geringer Teil der genetischen Sch?den auf die folgendenGenerationen ?bertragen wird. Der beobachtete Gesamtschadenist viel kleiner, als anhand von Daten aus Experimenten mitV79-Zellen abgesch?tzt wurde. Die direkte Extrapolation vonDaten etablierter Nagerzellen auf prim?re menschliche Zellenist demnach nicht m?glich. F?r die Beurteilung vonErgebnissen aus Tierexperimenten w?re es w?nschenswert zuwissen, ob die Unterschiede auf der Art der Zellen, alsoetablierten und prim?ren Zellen beruhen, oder von derSpezies abh?ngen.

Etablierung eines In-vivo-Modells zur Untersuchung der Rolle epidermaler Langerhanszellen bei der Entstehung der Transplantat-gegen-Wirt-Erkrankung nach allogener Blutstammzelltransplantation

Dendritische Zellen der Haut, wie z.B. die Langerhanszellen (LC) der Epidermis, sind potente antigenpräsentierende Zellen (APC). Nach allogener Blutstammzelltransplantation (engl.: hematopoietic stemm cell transplantation, HSCT) persistieren Empfänger-APC und können Spender-T-Zellen aktivieren. Somit spielen dendritische Zellen eine kritische Rolle bei der Initiierung von akuter Transplantat-Gegen-Wirt-Reaktion (engl.: graft-versus-host-disease, GvHD).rnIn der vorliegenden Arbeit wurde ein Modellsystem entwickelt, welches humane Haut in einem Xenotransplantationsmodell nutzt, um die Wechselwirkung dieser gewebsständigen APC mit alloreaktiven T-Zellen zu untersuchen. Dafür wurden humane Resthautpräparate von subkutanem Gewebe befreit und intraskaptulär auf immunsupprimierte NOD/LtSz-scid IL2R#-null Mäuse (NSG) transplantiert. Diesen Tieren fehlen funktionale T-, B- und NK-Zellen, und sie tolerieren somit ein xenogenes Transplantat. Im Vergleich zu anderen immundefizienten Stämmen, haben sie eine erhöhte Lebenserwartung und es ist zudem möglich humane Hämatopoese durch Stammzellgabe zu etablieren.rnPublizierte Methoden der Hauttransplantation wurden für diese Arbeit optimiert und weiterentwickelt. So konnte die Erfolgsrate von 44% auf bis zu 95% gesteigert werden. Erste Untersuchungen fokussierten den Einfluss der Wundheilung auf die Verteilung dermaler Zellpopulationen, wie z.B. CD11c positive APC, und die Population der LC in der Epidermis. Während der ersten Wochen der Wundheilung war ein vorübergehendes Verschwinden der LC aus der Epidermis zu beobachten. Im Gegensatz dazu waren CD11c positive dermale Zellen permanent detektierbar. Die zu späteren Zeitpunkten festgestellte Repopulation der Epidermis mit LC unterstützt die Hypothese einer lokalen Vorläuferzelle. Die vorgelegten Daten und die lokale proliferative Aktivität dieser Zellen unterstreichen ihre Unabhängigkeit vom peripheren Blut. Versuche, eine Depletion der LC mittels UVC-Bestrahlung zu erreichen, gelangen nicht. Auch dies spricht für das Vorhandensein eines lokalen Vorläufers.rnZur Induktion von GvHD in der transplantierten Haut wurden in vitro DC des Hautspenders generiert und damit HLA-disparate T-Zellen stimuliert. Auf diese Weise sollte eine maximale Alloreaktivität gegen das Hauttransplantat generiert werden. In allen vorgestellten Systemen ließ sich nach Infusion der T-Lymphozyten in transplantierte Tiere, eine T-Zellinduzierte inflammatorische Reaktion auslösen. Optisch war eine deutliche Rötung des Transplantats feststellbar. Diese war jedoch nur in den Proben besonders deutlich, welche T-Zellen mit vorheriger in vitro Stimulation durch DC des Hautspenders erhalten hatten. Histologisch konnten Anzeichen einer Entzündung nachgewiesen werden. Neben Akanthose und Hyperparakeratose, waren deutliche T-Zellinfiltrate detektierbar. Auch Spaltbildung und Ablösung der Epidermis, sowie vereinzelte Apoptosen der epidermalen Zellen wiesen auf eine GvHD artige Entzündung hin.rnEine weitere Beobachtung nach T-Zellgabe, war die Depletion der LC aus der Epidermis. Auch konnte durch spätere T-Zellgaben keine weitere Hautrötung ausgelöst werden. Dies belegt die Funktion der LC als primäre Zielzelle der alloreaktiven T-Zellen. Unterstrichen wird dies durch Verwendung einer LC defizienten Haut, welche keine Hautrötung oder Anzeichen einer Entzündung entwickelte.rnZusammenfassend wurde für diese Arbeit ein Modellsystem entwickelt, welches es erlaubt Untersuchungen entzündlicher Hautkrankheiten unter Berücksichtigung hautständiger APC durchzuführen. Dabei kann dieses Modell in Zukunft für die Untersuchung von APC modulierenden Agenzien genutzt werden, da präklinische Modelle für spezies-spezifische Therapien bislang fehlten. Das Entstehen einer Entzündung könnte so verhindert oder eine Behandlung ermöglicht werden.

Untersuchung von T-Zell-vermittelten Immunantworten in der murinen und humanen kutanen Leishmaniasis

Für die Ausheilung von L. major-Infektionen ist eine effektive Th1-/Tc1-Antwort unerlässlich. Dennoch sind bis heute nicht alle Mechanismen der schützenden Immunabwehr beim Menschen und in der Maus endgültig geklärt. Deshalb bestand das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, Th1-/Tc1-Antworten und damit die Schnittstelle zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem eingehender zu untersuchen. Für diesen Ansatz wurde zunächst der Einfluss des genetischen Hintergrundes auf den Verlauf der Infektion anhand von BALB/c- und C57BL/6-Zellen analysiert. Als entscheidender Faktor für Heilung und Suszeptibilität wurde mit Hilfe von Knochenmarkschimären die Herkunft der T und/oder B Zellen identifiziert. Erst die Aktivierung durch Th1-/Tc1-Zellen versetzt L. major-infizierte Makrophagen in die Lage, die intrazellulären Parasiten abzutöten. In diesem Aktivierungsprozess spielt die TNF-induzierte Signalweiterleitung über den TNF-Rezeptor 1 (TNF-R1) eine wichtige Rolle. TNF-R1 ist mit dem Signalmolekül FAN assoziiert. In dieser Arbeit konnte anhand von Mäusen, denen FAN fehlt, die Involvierung dieses Moleküls in der Induktion eines Th1-Zytokinsprofils und in der Kontrolle der Parasitenzahl sowie der lokalen Begrenzung der Infektion gezeigt werden. Weiterhin wurde unter Verwendung immundefizienter Mäuse die Realisierbarkeit eines PBMC-Transfermodells geprüft. Ein solches wird zur Validierung an Mäusen gewonnener Erkenntnisse und als präklinisches Testsystem der humanen kutanen Leishmaniasis dringend benötigt. In allen getesteten Stämmen ließ sich durch den Transfer humaner PBMC die L. major-Infektion beeinflussen. Humane CD4+ und CD8+ T-Zellen waren an den Infektionsstellen präsent und es konnten antigenspezifische Immunreaktionen nnachgewiesen werden. Das PBMC-Transfermodell konnte durch die Transplantation humaner Haut auf immundefiziente Mäuse zusätzlich entscheidend verbessert werden. In diesen Transplantaten ließen sich L. major-Infektionen etablieren und durch zusätzlichen Transfer von PBMC die Zahl humaner CD45+ Zellen an der Infektionsstelle deutlich steigern. In ihrer Gesamtheit trägt die vorliegende Arbeit wesentlich zum Verständnis der Determinanten von Heilung und Suszeptibilität der kutanen Leishmaniasis bei und zeigt neue Ansatzpunkte für eine Beeinflussung des Krankheitsverlaufes auf. Die Etablierung eines präklinischen Testmodells der humanen Leishmaniasis ist entscheidend, um das Wissen über die murine Leishmaniasis auf die humane Erkrankung zu übertragen. So kann dem dauerhaften Problem der Entwicklung von Vakzinen an Mäusen, die keine Wirksamkeit gegen die humane Erkrankung zeigen, begegnet werden. Ein vollständig etabliertes Modell wird es ermöglichen, der humanen Erkrankung zugrundeliegende Mechanismen zu untersuchen und Patienten-spezifisch aber auch allgemeingültig Vakzinierungs-Ansätze und Therapien unter experimentellen Bedingungen zu testen.

Lysosomaler Transport kationischer Aminosäuren durch Mitglieder der SLC7-Familie

Lysosomaler Transport kationischer Aminosäuren (KAS) stellt einen Rettungsweg in der Cystinose-Therapie dar. Ein solches Transportsystem wurde in humanen Hautfibroblasten beschrieben und mit System c benannt. Des Weiteren stellt lysosomales Arginin eine Substratquelle für die endotheliale NO-Synthase (eNOS) dar. Das von der eNOS gebildete NO ist ein wichtiges vasoprotektiv wirkendes Signalmolekül. Ziel war es daher, herauszufinden, ob Mitglieder der SLC7-Unterfamilie hCAT möglicherweise System c repräsentieren.rnIn dieser Arbeit konnte ich die lysosomale Lokalisation verschiedener endogener, sowie als EGFP-Fusionsproteine überexprimierter CAT-Isoformen nachweisen. Mittels Fluoreszenz-mikroskopie wurde festgestellt, dass die in U373MG-Zellen überexprimierten Fusionsproteine hCAT-1.EGFP sowie SLC7A14.EGFP mit dem lysosomalen Fluoreszenz-Farbstoff LysoTracker co-lokalisieren. Eine Lokalisation in Mitochondrien oder dem endoplasmatischem Retikulum konnte mit entsprechenden Fluoreszenz-Farbstoffen ausgeschlossen werden. Zusätzlich reicherten sich die überexprimierten Proteine hCAT-1.EGFP, hCAT-2B.EGFP und SLC7A14.EGFP in der lysosomalen Fraktion C aus U373MG-Zellen zusammen mit den lysosomalen Markern LAMP-1 und Cathepsin D an. Gleiches galt für den endogenen hCAT-1 in der lysosomalen Fraktion C aus EA.hy926- und U373MG-Zellen sowie für den SLC7A14 in den humanen Hautfibroblasten FCys5. Mit dem im Rahmen dieser Arbeit generierte Antikörper gegen natives SLC7A14 konnte erstmals die endogene Expression und Lokalisation von SLC7A14 in verschiedenen Zelltypen analysiert werden.rnObwohl eine Herunterregulation des hCAT-1 in EA.hy926-Endothelzellen nicht zu einer Reduktion der Versorgung der eNOS mit lysosomalem Arginin führte, ist eine Funktion von hCAT-1 im Lysosom wahrscheinlich. Sowohl die [3H]Arginin- als auch die [3H]Lysin-Aufnahme der Fraktion C aus U373MG-hCAT-1.EGFP war signifikant höher als in die Fraktion C aus EGFP-Kontrollzellen. Dies konnte ebenfalls für den hCAT-2B.EGFP gezeigt werden. Zusätzlich zeigten lysosomale Proben aus U373MG-hCAT-2B.EGFP-Zellen in der SSM-basierten Elektrophysiologie eine elektrogene Transportaktivität für Arginin. Das Protein SLC7A14.EGFP zeigte in keiner der beiden durchgeführten Transportstudien eine Aktivität. Dies war unerwartet, da die aus der Diplomarbeit stammende und im Rahmen dieser Dissertation erweiterte Charakterisierung der hCAT-2/A14_BK-Chimäre, die die „funktionelle Domäne“ des SLC7A14 im Rückgrat des hCAT-2 trug, zuvor den Verdacht erhärtet hatte, dass SLC7A14 ein lysosomal lokalisierter Transporter für KAS sein könnte. Diese Studien zeigten allerding erstmals, dass die „funktionelle Domäne“ der hCATs die pH-Abhängigkeit vermittelt und eine Rolle in der Substraterkennung spielt.rnZukünftig soll weiter versucht werden auch endogen eine Transportaktivität der hCATs für KAS im Lysosom nachzuweisen und das Substrat für das intrazellulär lokalisierte Waisen-Protein SLC7A14 zu finden. Eine mögliche Rolle könnte SLC7A14 als Transporter für Neurotransmitter spielen, da eine sehr prominente Expression im ZNS festgestellt wurde.rn

Die Expression und Regulation der CYP3A in menschlicher Haut

In Leber und Dünndarm bauen CYP3A-Enzyme eine Vielzahl von Fremdstoffen ab, die in den Körper gelangt sind. Zudem aber sind diese Enzyme auch in anderen Organen, wie der Haut exprimiert. Doch weder die genaue Zusammensetzung der CYP3A-Isozyme noch deren physiologische Rolle in der Haut sind bisher bekannt. Basierend auf begrenzten in vitro-Daten ist eine Rolle der CYP3A in der kutanen Vitamin D-Synthese denkbar. Auf der anderen Seite könnten die kutanen CYP3A auch lokal oder systemisch verabreichte Medikamente in der Haut verstoffwechseln und so zur Entstehung immunologischer und nicht-immunologischer unerwünschter Arzneimittelwirkungen beitragen, von denen sich bis zu 45 % in der Haut manifestieren.rnDie Arbeitshypothese dieses Projekts war, dass die CYP3A die kutane Synthese von Vitamin D regulieren. In dieser Funktion wurden sie zur Vermeidung von Vitamin D-Mangel-Erkrankungen wie Rachitis oder Osteomalazie in Europäern negativ selektiert. rnDie Expression und Regulation der CYP3A wurde in Hautbiopsien, einer Zelllinie epidermalen Ursprungs und primären Hautzellen wie auch in transgenen Mäusen untersucht. Die metabolische Aktivität der CYP3A gegenüber den kutanen Vitamin D-Vorstufen wurde mit Hilfe rekombinant exprimierter Enzyme untersucht. CYP3A5-mRNA war die häufigste der CYP3A in humanen Hautproben und überstieg die von CYP3A4 um das Dreifache, die von CYP3A7 um das 130-Fache. Damit entsprach diese 1,3 %, 0,01 % bzw. 0,01 % der jeweiligen hepatischen Genexpression. Die Expression von CYP3A43 war zu vernachlässigen. CYP3A5 zeigte eine bimodale Expression sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene. So zeigten Träger der Wildtyp-Allels *1 eine 3,3-fach höhere mRNA- und 1,8-fach höhere Proteinmenge als homozygote Träger des Nullallels *3. CYP3A4/7- und CYP3A5-Protein wurde v. a. in den Keratinozyten der Epidermis und den Talgdrüsen, also den Bereichen der kutanen Vitamin D-Synthese lokalisiert. Die CYP3A5-Expression wurde ferner in der Haut transgener Mäusen gezeigt, die das Reportergen Luziferase unter Kontrolle des humanen CYP3A5-Promoters exprimieren. Verglichen mit der Leber war die kutane Expression des Vitamin D-Rezeptors (VDR) 100-fach höher, die der Xenosensoren CAR und PXR vergleichbar bzw. zu vernachlässigen. Dementsprechend erhöhte die Behandlung mit 1,25-Dihydroxyvitamin D, dem aktiven Vitamin D-Hormon, und dessen Vorstufen außer 7-Dehydrocholesterol, jedoch nicht der PXR-Ligand Rifampicin, die Expression der CYP3A. Wie in Zwei-Hybrid-Experimenten gezeigt, wurden die Effekte des 1,25-Dihydroxyvitamin D und dessen Vorstufen alleinig durch VDR vermittelt. Die Effektstärke hingegen war abhängig von Zellspender, Zellpassage und Zelltypus. Alle drei CYP3A-Isozyme metabolisieren Vitamin D zu einem oder mehreren unbekannten Metaboliten, jedoch nicht zu 25-Hydroxyvitamin D, dem direkten Vorläufer des aktiven Vitamin D. rnZusammengefasst legen die Daten nahe, dass die kutanen CYP3A, allen voran CYP3A5, die Vitamin D-Homöostase durch VDR-vermittelte Induktion des Abbaus von Vitamin D-Vorstufen regulieren. Dies zusammen mit Sequenzdaten liefert starke Indizien für Vitamin D als treibende Kraft der Selektion des CYP3A-Lokus in Europäern. Der Einfluss der CYP3A-Expression auf selektiv wirksame, klinisch relevante Knochenveränderungen wie Rachitis oder Osteomalazie müssen folgen.rn