Ethanol consumption increases the expression of endothelial nitric oxide synthase, inducible nitric oxide synthase and metalloproteinases in the rat kidney

Objectives The effects of longterm ethanol consumption on the levels of nitric oxide (NO) and the expression of endothelial NO synthase (eNOS), inducible NO synthase (iNOS) and metalloproteinase-2 (MMP-2) were studied in rat kidney. Methods Male Wistar rats were treated with 20% ethanol (v/v) for 6 weeks. Nitrite and nitrate generation was measured by chemiluminescence. Protein and mRNA levels of eNOS and iNOS were assessed by immunohistochemistry and quantitative real-time polymerase chain reaction, respectively. MMP-2 activity was determined by gelatin zymography. Histopathological changes in kidneys and indices of renal function (creatinine and urea) and tissue injury (mitochondrial respiration) were also investigated. Results Chronic ethanol consumption did not alter malondialdehyde levels in the kidney. Ethanol consumption induced a significant increase in renal nitrite and nitrate levels. Treatment with ethanol increased mRNA expression of both eNOS and iNOS. Immunohistochemical assays showed increased immunostaining for eNOS and iNOS after treatment with ethanol. Kidneys from ethanol-treated rats showed increased activity of MMP-2. Histopathological investigation of kidneys from ethanol-treated animals revealed tubular necrosis. Indices of renal function and tissue injury were not altered in ethanol-treated rats. Conclusions Ethanol consumption increased renal metalloproteinase expression/activity, which was accompanied by histopathological changes in the kidney and elevated NO generation. Since iNOS-derived NO and MMPs contribute to progressive renal injury, the increased levels of NO and MMPs observed in ethanol-treated rats might contribute to progressive renal damage.

Involvement of nitric oxide on the pathogenesis of irinotecan-induced intestinal mucositis: role of cytokines on inducible nitric oxide synthase activation

Purpose Intestinal mucositis and the closely associated diarrhea are common costly side effects of irinotecan. Cytokine modulators, such as thalidomide and pentoxifylline, are found capable of attenuating intestinal mucositis progression. Nitric oxide (NO) seems to be a key mediator of the antineoplastic drug toxicity. The aim of this study was to investigate the role of NO on the pathogenesis of intestinal mucositis, as well as the participation of cytokines upon inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression in irinotecan-induced intestinal mucositis. Methods iNOS-knockout (iNOS(-/-)) and C57BL/6 (WT, wild type) animals (n = 5-6) were given either saline or irinotecan (60 mg/kg i.p for 4 days), with or without pretreatment with aminoguanidine (50 mg/kg s.c.), thalidomide (60 mg/kg s.c), infliximab (5 mg/kg i.v.), or pentoxifylline (1.7 mg/kg s.c). On day 5, diarrhea was assessed, and following euthanasia, proximal intestinal samples were obtained for myeloperoxidase (MPO) and iNOS activity, morphometric analysis, western blot and immunohistochemistry to iNOS, cytokine dosage, and for in vitro evaluation of gut contractility. Results Irinotecan induced severe diarrhea and intestinal smooth muscle over-contractility, accompanied with histopathological changes. Additionally, increased MPO and iNOS activity and iNOS immunoexpression were found in WT animals treated with irinotecan. The rise in MPO, smooth muscle over-contractility, and diarrhea were abrogated in aminoguanidine-treated and iNOS(-/-) mice. Moreover, through western blot, we verified that infliximab and pentoxifylline significantly inhibited irinotecan-induced iNOS expression. In addition, cytokine concentration was found only partially decreased in irinotecan-treated iNOS(-/-) mice when compared with wild-type animals that were given irinotecan. Conclusions This study suggests a role of nitric oxide in the pathogenesis of irinotecan-induced intestinal mucositis and also provides evidence for the participation of cytokines on iNOS induction.

Synthesis, biological evaluation and molecular docking studies of 3-(triazolyl)coumarin derivatives: Effect on inducible nitric oxide synthase

A series of 3-(triazolyl)-coumarins were synthesized and tested as anti-inflammatory agents. It was possible to infer that these compounds do not alter the interaction of LPS with TLR-4 or TLR-2, as the intracellular pathways involved in the TNF-alpha secretion and COX-2 activity were not affected. Nevertheless, the compounds inhibited iNOS-derived NO production, without affecting the eNOS activity. The outcome of the docking studies showed that it pi center dot center dot center dot pi interactions with the heme group are important for the iNOS inhibition, thus making compound 3c a promising lead. Moreover, the efficacy of this compound was visualized by the reduced number of neutrophils in the LPS-inflamed subcutaneous tissue. Together, biological and docking data show that triazolyl-substituted coumarins, that can act on iNOS, are a good scaffold to be explored. (C) 2012 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Inducible Nitric Oxide Synthase Inhibition Attenuates Physical Stress-Induced Lung Hyper-Responsiveness and Oxidative Stress in Animals with Lung Inflammation

Mechanisms involved in stress-induced asthmatic alterations have been poorly characterised. We assessed whether inducible nitric oxide synthase (iNOS) inhibition modulates the stress-amplified lung parenchyma responsiveness, oxidative stress and extracellular matrix remodelling that was previously increased by chronic lung inflammation. Guinea pigs were subjected to 7 exposures to ovalbumin (1-5 mg/ml) or saline (OVA and SAL groups) over 4 weeks. To induce behavioural stress, animals were subjected to a forced swimming protocol (5 times/week, over 2 weeks; SAL-Stress and OVA-Stress groups) 24 h after the 4th inhalation. 1400W (iNOS-specific inhibitor) was administered intraperitoneally in the last 4 days of the protocol (SAL-1400W, OVA-1400W, SAL-Stress+1400W and OVA-Stress+1400W groups). Seventy-two hours after the last inhalation, animals were anaesthetised and exsanguinated, and adrenal glands were removed. Lung tissue resistance and elastance were evaluated by oscillatory mechanics and submitted for histopathological evaluation. Stressed animals had higher adrenal weights compared to non-stressed groups, which were reduced by 1400W treatment. Behavioural stress in sensitised animals amplified the resistance and elastance responses after antigen challenge, numbers of eosinophils and iNOS+ cells, actin content and 8-iso-PGF2 alpha density in the distal lung compared to the OVA group. 1400W treatment in ovalbumin-exposed and stressed animals reduced lung mechanics, iNOS+ cell numbers and 8-iso-PGF2a density compared to sensitised and stressed animals that received vehicle treatment. We concluded that stress amplifies the distal lung constriction, eosinophilic inflammation, iNOS expression, actin content and oxidative stress previously induced by chronic lung inflammation. iNOS-derived NO contributes to stress-augmented lung tissue functional alterations in this animal model and is at least partially due to activation of the oxidative stress pathway. copyright (C) 2012S. Karger AG, Basel

Cloning and characterization of bifunctional enzyme farnesyl diphosphate/geranylgeranyl diphosphate synthase from Plasmodium falciparum

Abstract Background Isoprenoids are the most diverse and abundant group of natural products. In Plasmodium falciparum, isoprenoid synthesis proceeds through the methyl erythritol diphosphate pathway and the products are further metabolized by farnesyl diphosphate synthase (FPPS), turning this enzyme into a key branch point of the isoprenoid synthesis. Changes in FPPS activity could alter the flux of isoprenoid compounds downstream of FPPS and, hence, play a central role in the regulation of a number of essential functions in Plasmodium parasites. Methods The isolation and cloning of gene PF3D7_18400 was done by amplification from cDNA from mixed stage parasites of P. falciparum. After sequencing, the fragment was subcloned in pGEX2T for recombinant protein expression. To verify if the PF3D7_1128400 gene encodes a functional rPfFPPS protein, its catalytic activity was assessed using the substrate [4-14C] isopentenyl diphosphate and three different allylic substrates: dimethylallyl diphosphate, geranyl diphosphate or farnesyl diphosphate. The reaction products were identified by thin layer chromatography and reverse phase high-performance liquid chromatography. To confirm the product spectrum formed of rPfFPPS, isoprenic compounds were also identified by mass spectrometry. Apparent kinetic constants KM and Vmax for each substrate were determined by Michaelis–Menten; also, inhibition assays were performed using risedronate. Results The expressed protein of P. falciparum FPPS (rPfFPPS) catalyzes the synthesis of farnesyl diphosphate, as well as geranylgeranyl diphosphate, being therefore a bifunctional FPPS/geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS) enzyme. The apparent KM values for the substrates dimethylallyl diphosphate, geranyl diphosphate and farnesyl diphosphate were, respectively, 68 ± 5 μM, 7.8 ± 1.3 μM and 2.06 ± 0.4 μM. The protein is expressed constitutively in all intra-erythrocytic stages of P. falciparum, demonstrated by using transgenic parasites with a haemagglutinin-tagged version of FPPS. Also, the present data demonstrate that the recombinant protein is inhibited by risedronate. Conclusions The rPfFPPS is a bifunctional FPPS/GGPPS enzyme and the structure of products FOH and GGOH were confirmed mass spectrometry. Plasmodial FPPS represents a potential target for the rational design of chemotherapeutic agents to treat malaria.

Daily cycling of nitric oxide synthase (NOS) in the hippocampus of pigeons (C. livia)

Abstract: Background: Nitric oxide synthase (NOS) is essential for the synthesis of nitric oxide (NO), a non-conventional neurotransmitter with an important role in synaptic plasticity underlying processes of hippocampus-dependent memory and in the regulation of biological clocks and circadian rhythms. Many studies have shown that both the NOS cytosolic protein content and its enzymatic activity present a circadian variation in different regions of the rodent brain, including the hippocampus. The present study investigated the daily variation of NOS enzymatic activity and the cytosolic content of nNOS in the hippocampus of pigeons. Results: Adult pigeons kept under a skeleton photoperiod were assigned to six different groups. Homogenates of the hippocampus obtained at six different times-of-day were used for NOS analyses. Both iNOS activity and nNOS cytosolic protein concentrations were highest during the subjective light phase and lowest in the subjective dark phase of the circadian period. ANOVA showed significant time differences for iNOS enzymatic activity (p < 0.05) and for nNOS protein content (p < 0.05) in the hippocampus. A significant daily rhythm for both iNOS and nNOS was confirmed by analysis with the Cosinor method (p < 0.05). The present findings indicate that the enzymatic activity of iNOS and content of nNOS protein in the hippocampus of pigeons exhibit a daily rhythm, with acrophase values occurring during the behavioral activity phase. Conclusions: The data corroborate the reports on circadian variation of NOS in the mammalian hippocampus and can be considered indicative of a dynamic interaction between hippocampus-dependent processes and circadian clock mechanisms.

Daily cycling of nitric oxide synthase (NOS) in the hippocampus of pigeons (C. livia)

Background: Nitric oxide synthase (NOS) is essential for the synthesis of nitric oxide (NO), a non-conventional neurotransmitter with an important role in synaptic plasticity underlying processes of hippocampus-dependent memory and in the regulation of biological clocks and circadian rhythms. Many studies have shown that both the NOS cytosolic protein content and its enzymatic activity present a circadian variation in different regions of the rodent brain, including the hippocampus. The present study investigated the daily variation of NOS enzymatic activity and the cytosolic content of nNOS in the hippocampus of pigeons. Results: Adult pigeons kept under a skeleton photoperiod were assigned to six different groups. Homogenates of the hippocampus obtained at six different times-of-day were used for NOS analyses. Both iNOS activity and nNOS cytosolic protein concentrations were highest during the subjective light phase and lowest in the subjective dark phase of the circadian period. ANOVA showed significant time differences for iNOS enzymatic activity (p < 0.05) and for nNOS protein content (p < 0.05) in the hippocampus. A significant daily rhythm for both iNOS and nNOS was confirmed by analysis with the Cosinor method (p < 0.05). The present findings indicate that the enzymatic activity of iNOS and content of nNOS protein in the hippocampus of pigeons exhibit a daily rhythm, with acrophase values occurring during the behavioral activity phase. Conclusions: The data corroborate the reports on circadian variation of NOS in the mammalian hippocampus and can be considered indicative of a dynamic interaction between hippocampus-dependent processes and circadian clock mechanisms.

Intrinsic uncoupling in the ATP synthase of Escherichia coli. Studies on WT and ε-truncated mutants

The H+/ATP ratio in the catalysis of ATP synthase has generally been considered a fixed parameter. However, Melandri and coworkers have recently shown that, in the ATP synthase of the photosynthetic bacterium Rb.capsulatus, this ratio can significantly decrease during ATP hydrolysis when the concentration of either ADP or Pi is maintained at a low level (Turina et al., 2004). The present work has dealt with the ATP synthase of E.coli, looking for evidence of this phenomenon of intrinsic uncoupling in this organism as well. First of all, we have shown that the DCCD-sensitive ATP hydrolysis activity of E.coli internal membranes was strongly inhibited by ADP and Pi, with a half-maximal effect in the submicromolar range for ADP and at 140 µM for Pi. In contrast to this monotonic inhibition, however, the proton pumping activity of the enzyme, as estimated under the same conditions by the fluorescence quenching of the ΔpH-sensitive probe ACMA, showed a clearly biphasic progression, both for Pi, increasing from 0 up to approximately 200 µM, and for ADP, increasing from 0 up to a few µM. We have interpreted these results as indicating that the occupancy of ADP and Pi binding sites shifts the enzyme from a partially uncoupled state to a fully coupled state, and we expect that the ADP- and Pi-modulated intrinsic uncoupling is likely to be a general feature of prokaryotic ATP synthases. Moreover, the biphasicity of the proton pumping data suggested that two Pi binding sites are involved. In order to verify whether the same behaviour could be observed in the isolated enzyme, we have purified the ATP synthase of E.coli and reconstituted it into liposomes. Similarly as observed in the internal membrane preparation, in the isolated and reconstituted enzyme it was possible to observe inhibition of the hydrolytic activity by ADP and Pi (with half-maximal effects at few µM for ADP and at 400 µM for Pi) with a concomitant stimulation of proton pumping. Both the inhibition of ATP hydrolysis and the stimulation of proton pumping as a function of Pi were lost upon ADP removal by an ADP trap. These data have made it possible to conclude that the results obtained in E.coli internal membranes are not due to the artefactual interference of enzymatic activities other than the ones of the ATP synthase. In addition, data obtained with liposomes have allowed a calibration of the ACMA signal by ΔpH transitions of known extent, leading to a quantitative evaluation of the proton pumping data. Finally, we have focused our efforts on searching for a possible structural candidate involved in the phenomenon of intrinsic uncoupling. The ε-subunit of the ATP-synthase is known as an endogenous inhibitor of the hydrolysis activity of the complex and appears to undergo drastic conformational changes between a non-inhibitory form (down-state) and an inhibitory form (up-state)(Rodgers & Wilce, 2000; Gibbons et al., 2000). In addition, the results of Cipriano & Dunn (2006) indicated that the C-terminal domain of this subunit played an important role in the coupling mechanism of the pump, and those of Capaldi et al. (2001), Suzuki et al. (2003) were consistent with the down-state showing a higher hydrolysis-to-synthesis ratio than the up-state. Therefore, we decided to search for modulation of pumping efficiency in a C-terminally truncated ε mutant. A low copy number expression vector has been built, carrying an extra copy of uncC, with the aim of generating an ε-overexpressing E.coli strain in which normal levels of assembly of the mutated ATP-synthase complex would be promoted. We have then compared the ATP hydrolysis and the proton pumping activity in membranes prepared from these ε-overexpressing E.coli strains, which carried either the WT ε subunit or the ε88-stop truncated form. Both strains yielded well energized membranes. Noticeably, they showed a marked difference in the inhibition of hydrolysis by Pi, this effect being largely lost in the truncated mutant. However, pre-incubation of the mutated enzyme with ADP at low nanomolar concentrations (apparent Kd = 0.7nM) restored the hydrolysis inhibition, together with the modulation of intrinsic uncoupling by Pi, indicating that, contrary to wild-type, during membrane preparation the truncated mutant had lost the ADP bound at this high-affinity site, evidently due to a lower affinity (and/or higher release) for ADP of the mutant relative to wild type. Therefore, one of the effects of the C-terminal domain of ε appears to be to modulate the affinity of at least one of the binding sites for ADP. The lack of this domain does not appear so much to influence the modulability of coupling efficiency, but instead the extent of this modulation. At higher preincubated ADP concentrations (apparent Kd = 117nM), the only observed effects were inhibition of both hydrolysis and synthesis, providing a direct proof that two ADP-binding sites on the enzyme are involved in the inhibition of hydrolysis, of which only the one at higher affinity also modulates the coupling efficiency.

Reinigung der Vinorin-Synthase aus Zellkulturen von Rauvolfia serpentina

Abstrakt - DeutschThema: Reinigung der Vinorin-Synthase aus Zellkulturen von Rauvolfia serpentina Die Arbeit befaßte sich mit der Reinigung und Charakterisierung des Enzyms Vinorin-Synthase aus Zellkulturen von Rauvolfia serpentina. Dieses Acetyl-Coenzym-A-abhängige Enzym katalysiert im Biosyntheseweg des Alkaloids Ajmalin die Umwandlung von 16-epi-Vellosimin zu Vinorin. Mit Hilfe eines neu entwickelten Enzymaktivitätstests ist eine einfache und schnelle qualitative sowie quantitative Bestimmung der Aktivität der Vinorin-Synthase möglich. Das Molekulargewicht der Vinorin-Synthase wurde durch Größenausschlußchromatographie an Superdex 75 zu 43 kD ermittelt. Das entwickelte Reinigungsschema mit den vier säulenchromatographischen Reinigungsschritten Anionenaustauschchromatographie an SOURCE 30Q, Chromatographie an Hydroxyapatit, Anionenaustauschchromatographie an Mono Q und Chromatofokussierung an Mono P führte zu einer 340fachen Anreicherung der Vinorin-Synthase. Das nach der Reinigung durchgeführten gelelektrophoretischen Untersuchungen ermöglichten keine Zuordnung einer Bande zur Bande der Vinorin-Synthase. Mögliche Ursachen für die Nichtzuordnung einer Bande im SDS-Gel zur Vinorin-Synthase sind in einer möglichen Überlagerung eines Fremdprotein mit der Vinorin-Synthase, eine niedrige Expression der Vinorin-Synthase, die eine deutlich bessere Anreicherung erfordern würde oder der Aufbau des Proteins aus Untereinheiten, in die es während der Behandlung mit SDS zerfällt, gegeben.

Untersuchung der Strukturdynamik arbeitender F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus in Einzelschußexperimenten mit Synchrotronstrahlung

ZusammenfassungDie ATP-Synthase koppelt im Energiestoffwechsel der Zellen den Protonentransport über die biologische Membran mit der Synthese des energiespeichernden Moleküls ATP aus ADP und Phosphat. ATP-Synthasen bestehen aus 2 Subkomplexen, wobei der katalytische F1-Teil von der membranständigen Domäne abgelöst werden kann und nur zur ATP-Hydrolyse fähig ist. Der hochkooperative Reaktionsmechanismus der dreizentrigen ATP-Synthasen ist weitgehend unklar.Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ATP-Synthasekomplex und ihr wasserlösliches katalytisches F1-Fragment aus Micrococcus luteus in präparativem Maßstab mittels chromatographischer Trennmethoden isoliert. Die Überprüfung der Funktionalität beider Enzyme erfolgte mit enzymatischen Methoden. Durch zeitaufgelöste Röntgenkleinwinkelstreuung wurde die Strukturdynamik der arbeitenden ATP-Synthase und ihres F1-Fragmentes aus Micrococcus luteus im Laufe des ATP-Hydrolysezyklus untersucht. Diese Methode diente zum Nachweis weiträumiger Konformationsänderungen innerhalb der arbeitenden Enzyme unter nativen physiologischen Bedingungen. Die zeitaufgelösten Streuexperimente fanden an der ESRF (Europäische Synchrotronstrahlungsquelle) in Grenoble (F) statt. Dort wurden für beide Enzyme im Laufe des ATP-Hydrolysezykus molekulare Bewegungen nachgewiesen. Als Referenz zu den zeitaufgelösten Messungen dienten statische Messungen zur Strukturuntersuchung der Proteine am schwächeren DESY. Anhand dieser Strukturdaten wurden Molekülmodelle der F1-ATPase und ATP-Synthase aus Micrococcus luteus konstruiert. Das Molekülmodell der F1-ATPase war die Grundlage zur Modellierung einzelner Teilschritte des ATP-Hydrolysezyklus bei 20°C. Die experimentellen Daten wurden mit einer Kippbewegung der membranseitigen Domäne der katalytischen b-Untereinheiten der F1-ATPase während des ATP-Hydrolysezyklus interpretiert.

Charakterisierung der Vinorin-Synthase aus Rauvolfia serpentina durch Reinigung, Expression, Mutation und Kristallisation

ABSTRACTDie vorliegende Arbeit befasste sich mit der Reinigung,heterologen Expression, Charakterisierung, molekularenAnalyse, Mutation und Kristallisation des EnzymsVinorin-Synthase. Das Enzym spielt eine wichtige Rolle inder Ajmalin-Biosynthese, da es in einerAcetyl-CoA-abhängigen Reaktion die Umwandlung desSarpagan-Alkaloids 16-epi-Vellosimin zu Vinorin unterBildung des Ajmalan-Grundgerüstes katalysiert. Nach der Reinigung der Vinorin-Synthase ausHybrid-Zellkulturen von Rauvolfia serpentina/Rhazya strictamit den fünf chromatographischen TrennmethodenAnionenaustauschchromatographie an SOURCE 30Q, HydrophobeInteraktionen Chromatographie an SOURCE 15PHE,Chromatographie an MacroPrep Ceramic Hydroxyapatit,Anionenaustauschchromatographie an Mono Q undGrößenausschlußchromatographie an Superdex 75 konnte dieVinorin-Synthase aus 2 kg Zellkulturgewebe 991fachangereichert werden.Das nach der Reinigung angefertigte SDS-Gel ermöglichte eineklare Zuordnung der Protein-Bande als Vinorin-Synthase.Der Verdau der Enzymbande mit der Endoproteinase LysC unddie darauffolgende Sequenzierung der Spaltpeptide führte zuvier Peptidsequenzen. Der Datenbankvergleich (SwissProt)zeigte keinerlei Homologien zu Sequenzen bekannterPflanzenenzyme. Mit degenerierten Primern, abgeleitet voneinem der erhaltenen Peptidfragmente und einer konserviertenRegion bekannter Acetyltransferasen gelang es, ein erstescDNA-Fragment der Vinorin-Synthase zu amplifizieren. Mit derMethode der RACE-PCR wurde die Nukleoidsequenzvervollständigt, was zu einem cDNA-Vollängenklon mit einerGröße von 1263 bp führte, der für ein Protein mit 421Aminosäuren (46 kDa) codiert.Das Vinorin-Synthase-Gen wurde in den pQE2-Expressionsvektorligiert, der für einen N-terminalen 6-fachen His-tagcodiert. Anschließend wurde sie erstmals erfolgreich in E.coli im mg-Maßstab exprimiert und bis zur Homogenitätgereinigt. Durch die erfolgreiche Überexpression konnte dieVinorin-Synthase eingehend charakterisiert werden. DerKM-Wert für das Substrat Gardneral wurde mit 20 µM, bzw.41.2 µM bestimmt und Vmax betrug 1 pkat, bzw. 1.71 pkat.Nach erfolgreicher Abspaltung des His-tags wurden diekinetischen Parameter erneut bestimmt (KM- Wert 7.5 µM, bzw.27.52 µM, Vmax 0.7 pkat, bzw. 1.21 pkat). Das Co-Substratzeigt einen KM- Wert von 60.5 µM (Vmax 0.6 pkat). DieVinorin-Synthase besitzt ein Temperatur-Optimum von 35 °Cund ein pH-Optimum bei 7.8.Homologievergleiche mit anderen Enzymen zeigten, dass dieVinorin-Synthase zu einer noch kleinen Familie von bisher 10Acetyltransferasen gehört. Alle Enzyme der Familie haben einHxxxD und ein DFGWG-Motiv zu 100 % konserviert. Basierendauf diesen Homologievergleichen und Inhibitorstudien wurden11 in dieser Proteinfamilie konservierte Aminosäuren gegenAlanin ausgetauscht, um so die Aminosäuren einer in derLiteratur postulierten katalytischen Triade(Ser/Cys-His-Asp) zu identifizieren.Die Mutation aller vorhandenen konservierten Serine undCysteine resultierte in keiner Mutante, die zumvollständigen Aktivitätsverlust des Enzyms führte. Nur dieMutationen H160A und D164A resultierten in einemvollständigen Aktivitätsverlust des Enzyms. Dieses Ergebniswiderlegt die Theorie einer katalytischen Triade und zeigte,dass die Aminosäuren H160A und D164A exklusiv an derkatalytischen Reaktion beteiligt sind.Zur Überprüfung dieser Ergebnisse und zur vollständigenAufklärung des Reaktionsmechanismus wurde dieVinorin-Synthase kristallisiert. Die bis jetzt erhaltenenKristalle (Kristallgröße in µm x: 150, y: 200, z: 200)gehören der Raumgruppe P212121 (orthorhombisch primitiv) anund beugen bis 3.3 Å. Da es bis jetzt keine Kristallstruktureines zur Vinorin-Synthase homologen Proteins gibt, konntedie Struktur noch nicht vollständig aufgeklärt werden. ZurLösung des Phasenproblems wird mit der Methode der multiplenanomalen Dispersion (MAD) jetzt versucht, die ersteKristallstruktur in dieser Enzymfamilie aufzuklären.

Post-transkriptionelle Regulation der Expression der humanen induzierbaren NO-Synthase

Die Expression der humanen induzierbaren NO-Synthase (iNOS) wird sowohl über transkriptionelle als auch über post-transkriptionelle Mechanismen reguliert. Dabei spielt die Modulation der iNOS-mRNA-Stabilität durch RNA-bindende Proteine eine bedeutende Rolle. In dieser Arbeit konnte eine Beteiligung des p38-MAPK-Signaltransduktionsweges sowie der RNA-bindenden Proteine TTP, KSRP, HuR und PTB an der Regulation der iNOS-Expression dargestellt werden. Hemmung der p38-MAPK führte zu einer Reduktion der iNOS-mRNA-Expression, hatte aber keinen Effekt auf die iNOS-Promotoraktivität. Das RNA-bindende Protein Tristetraprolin (TTP) erhöhte die Stabilität der iNOS-mRNA nach Zytokin-Stimulation, ohne jedoch mit ihr zu interagieren. Die Proteinexpression von TTP war unter dem Einfluss von Zytokinen erhöht; Inhibition der p38-MAPK verursachte eine Verminderung der Zytokin-stimulierten TTP-Expression. Das „KH-type splicing regulatory protein" (KSRP) übte einen destabilisierenden Effekt auf die iNOS-mRNA aus. Der Abbau der mRNA wird dabei wahrscheinlich durch eine Zytokin-unabhängige Interaktion von KSRP mit dem Exosom vermittelt. Ebenso konnte zwischen KSRP und TTP eine Wechselwirkung beobachtet werden, die nach Induktion der iNOS-Expression mit Zytokinen verstärkt und durch p38-MAPK-Inhibitoren hemmbar war. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Bindung von KSRP an die iNOS-mRNA-3’-UTR für die Vermittlung des destabilisierenden Effekts essentiell ist. Eine genaue Lokalisierung der KSRP-Bindungsstelle ergab, dass KSRP ebenso wie HuR mit dem AU-reichen Element am 3’-Ende der 3’-UTR interagiert. KSRP und HuR sind in der Lage, um diese Bindungsstelle zu konkurrieren. Nach Zytokin-Stimulation war dementsprechend die endogene Bindung von KSRP an die iNOS-mRNA vermindert, während die endogene Bindung von HuR an die iNOS-mRNA verstärkt war. Die Stabilisierung der iNOS-mRNA nach Zytokin-Stimulation ergibt sich demnach aus einer Verminderung der Bindung des KSRP-Exosom-Komplexes an die iNOS-mRNA als Folge der verstärkten Interaktion von TTP und KSRP. Dies ermöglicht parallel eine vermehrte Bindung von HuR an die iNOS-3’-UTR und führt damit zu einer Stabilisierung der iNOS-mRNA und so letztendlich auch zu einer Erhöhung der iNOS-Expression. Außerdem konnte eine Beteiligung des Polypyrimidin-Trakt-bindenden Proteins (PTB) an der Regulation der humanen iNOS-Expression gezeigt werden. PTB erhöhte die Expression der iNOS und interagierte Zytokin-unabhängig mit KSRP. Zusammenfassend lässt sich schließen, dass ein Zusammenspiel verschiedener Proteine in einem komplexen Netzwerk für die fein abgestimmte Regulation der humanen iNOS-Expression auf post-transkriptioneller Ebene verantwortlich.

Kristallisation der Arbutin-Synthase und der Strictosidin Glukosidase - zwei Enzyme aus dem sekundären Glykosidstoffwechsel von Rauvolfia serpentina

Kristallisation der Arbutin-Synthase und der Strictosidin Glukosidase - zwei Enzyme aus dem sekundären Glykosidstoffwechsel von Rauvolfia serpentina Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Kristallisation und der strukturellen Auswertung der Arbutin-Synthase (AS) und der Strictosidin Glukosidase (SG). Beide Enzyme stammen aus der Medizinalpflanze Rauvolfia serpentina. Für die Kristallisation der Arbutin-Synthase wurden ca. 2500 verschiedene Beding-ungen experimentell untersucht. Für einige dieser Experimente wurde das Enzym molekularbiologisch und chemisch verändert. Trotzdem konnten keine Kristalle erhalten werden. Die bei diesen Veränderungen erhaltenen Ergebnisse wurden anhand von Vergleichen mit Strukturen anderer Glykosyltransferasen der gleichen Familie analysiert. Bei der Reinigung der AS konnte mit verschiedenen Trennsystemen nie eine homogene Lösung produziert werden. Der wahrscheinliche Grund für diese schlechte Isolierbarkeit, und damit der wahrscheinliche Grund für die schwierige Kris-tallisation, liegt in der überdurchschnittlich hohen Anzahl an Cysteinen in der Proteinsequenz. Mit den Aminosäuren Cys171, Cys253 und Cys461 wurden drei Cysteine gefunden, die einem Strukturvergleich nach an der Proteinoberfläche liegen und möglicherweise durch Quervernetzungen mit anderen Proteinmolekülen ein heterogenes Gemisch bilden, das nicht geordnet kristallisieren kann. Durch gezielte Mutationen dieser drei Aminosäuren könnte die Kristallisation zukünftig ermöglicht werden. Für die SG waren bereits Bedingungen bekannt bei denen nicht vermessbare Enzymkristalle (Nadeln) wuchsen. In weit gefächerten Versuchen konnten diese Kristalle jedoch nicht zu 3D-Wachstum angeregt werden. Es wurden mit einem HTS-Screening neue Bedingungen zur Kristallisation gefunden. Anschließend konnten die native Struktur und der Strictosidin/Enzym-Komplex vermessen und aufgeklärt werden. Die SG gehört zur Familie 1 der Glukosidasen (GH-1) und besitzt die in dieser Familie konservierte (beta/alpha)8-Barrel-Faltung. Im Vergleich mit 16 bekannten Glykosidasen der Familie GH-1 wurde die Substratbindung untersucht. Dabei wurde die in der Familie konservierte Zuckerbindung vorgefunden, jedoch große Unterschiede in der Aglykonbindung entdeckt. Es wurden Bedingungen für die Konformationsänderung des Trp388 erkannt. Diese Konformationsänderung dirigiert den Aglykonteil des Substrates auf verschiedene Seiten der Substratbindungstasche und teilt so die Familie GH-1 in zwei Gruppen.

Effects of glucocorticoids on vascular NADPH oxidases and endothelial NO synthase

Glukokortikoide (GCs) stellen wichtige Hormone in der Regulation der metabolischen Homöostase dar. Synthetische GCs, wie Dexamethasone (DEX), spielen eine essentielle Rolle in der Behandlung inflammatorischer Krankheiten. Jedoch sind unter einer Dexamethason-Therapie zahlreiche Nebenwirkungen bekannt, so z.B. auch die Entwicklung einer Hypertonie, in deren Pathogenese oxidativer Stress eine entscheidende Rolle spielt. Obwohl sich in den vergangenen Jahren zahlreiche Studien zum Ziel setzten die GC-induzierte Hypertonie (GC-HT) aufzuklären, sind die genauen Mechanismen bis heute unklar. Eine erhöhte Expression von NADPH Oxidasen (Nox) und eine Entkopplung der endothelialen NO Synthase (eNOS), die Hauptquellen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) im vaskulären System, tragen maßgeblich zur Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen bei. Daher ist eine Beteiligung dieser Enzyme in GC-induziertem oxidativen Stress sehr wahrscheinlich. Folglich wurde die Hypothese aufgestellt, dass NADPH Oxidasen und eine entkoppelte eNOS die vielversprechendsten unter den zahlreichen involvierten pro- und anti-oxidativen Enzymen sind. Mit Fokus auf die oben genannten Systeme wurde in der vorliegenden Studie der Effekt von DEX mit Hilfe von in vivo (WKY Ratten) ebenso wie in vitro Experimenten (A7r5 und EA.hy 926 Zellen) untersucht. Dabei zeigte sich, dass Nox1, Nox4 und p22phox durch DEX unterschiedlich reguliert wurden. Nox1 wurde hoch-, Nox4 hingegen herunterreguliert, während p22phox unverändert blieb. Die Modufikation schien hierbei auf transkriptioneller und post-transkriptioneller Ebene stattzufinden. Durch die gegensätzliche Regulation von Nox1 und Nox4 bleibt die Nettowirkung der verschiedenen Nox Isoformen unklar. Immer mehr Studien bringen vaskulären oxidativen Stress mit der Pathogenese einer GC-HT in Zusammenhang, welche letztendlich zu einer verminderten Bioverfügbarkeit von Stickstoffmonoxid (NO) führt. Durch die eNOS produziertes NO stellt einen essentiellen Schutzfaktor der Blutgefäße dar. Eine verminderte NO-Bioverfügbarkeit könnte die Folge einer eNOS-Entkopplung darstellen, ausgelöst durch oxidativen Stress. Da die Verfügbarkeit von Tetrahydrobiopterin (BH4) entscheident ist für die Aktivität und enzymatische Kopplung der eNOS, beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit GC-induzierten Veränderungen in der BH4-Versorgung. Die Behandlung von EA.hy 926 Zellen mit DEX führte zu einer zeit- und konzentrationsabhängigen Herunterregulation von eNOS auf mRNA- und Proteinebene. Gleichzeitig wurde die Phosphorylierung an Serine1177 vermindert. Als maßgeblicher “Kopplungs-Schalter” kann BH4 endogen über zwei verschiedene Signalwege synthetisiert werden, welche durch die Enzyme GCH1 und DHFR reguliert werden. DEX führte zu einer zeit- und konzentrationsabhängigen Herunterregulation von BH4, BH2 und Biopterin, wobei ebenso das BH4 / BH2 -Verhältnis vermindert wurde. Beide Enzyme, GCH1 genauso wie DHFR, wurden auf mRNA- und Proteinebene herunterreguliert, was auf einen Effekt von GCs auf beide rnBH4-produzierenden Signalwege schließen lässt. Nach Behandlung mit DEX wurde die Produktion von NO in Endothelzellen maßgeblich vermindert. In ROS-Messungen zeigte sich eine Tendenz hin zu einer eNOS-Entkopplung, jedoch war es mit unserem experimentellen Aufbau nicht möglich, diese endgültig zu beweisen.rnZusammenfassend lässt sich sagen, dass die Behandlung mit GCs zu Veränderungen in beiden untersuchten Systemen, den NADPH Oxidasen ebenso wie dem eNOS-NO System, führte. DEX erhöhte die Expression von Nox1 in glatten Muskelzellen und reduzierte die Nox4-Expression in Endothelzellen. Gleichzeitig verminderte DEX die Verfügbarkeit von BH4 und inhibierte die Phosphorylierung / Aktivität von eNOS. Mithilfe weiterer Studien muss die endgültige Beteiligung von NADPH Oxidasen und einer eNOS-Entkopplung an oxidativem Stress in GC-HT abschließend aufgeklärt werden.rn

Physiologische Konsequenzen eines gestörten Ceramid Stoffwechsels unter Beteiligung von Ceramidsynthase 3 und saurer Ceramidase = Physiological consequences of a disturbed ceramide metabolism due to altered activities of ceramide synthase 3 and acidic ceramidase

Tiefes Wissen über den Ceramid Stoffwechsel ist rudimentär für das Verständnis der Haut-Pathophysiologie (z.B. für atopische Dermatitis oder Psoriasis ) und unabdingbar für gezielte Therapieansätze. Wenn die zwei wichtigen Barriere Funktionen, gegen transepidermalen Wasserverlust und Pathogene Invasionen undicht werden, sind bestimmte Barriere Komponenten wie z.B. Ceramide stark verändert. In Haut und Hoden führt die Deletion der Ceramid-Synthase 3 zu einem Arrest der epidermalen Reifung und der Spermatogenese, welches ihre Bedeutung für eine intakte Barriere heraushebt. Sphingosin (So), ein Abbauprodukt von Cer, wurde als antimikrobielles Mittel identifiziert. So konnte das Wachstum von Candida albicans hemmen und die Invasion von Pathogenen in tiefere Hautschichten verringern, wodurch ihre mögliche Rolle in der Therapie von Hauterkrankungen gezeigt wurde. Auch eine neue Klasse von Ceramiden, die 1-O-acylceramide, wurde entdeckt. 1-O-acylceramide könnten zu einer funktionellen Wasserdurchlässigkeit Barriere beitragen, da sie zu den hydrophobesten der epidermalen Cers gehören. Die neutrale Glucosylceramidase scheint topologisch mit der 1-Oacylceramid Produktion verbunden zu sein, sowie die Enzyme der Diacylglycerol O-Acyltransferase-2 (DGAT2) Familie eine Rolle dabei spielen könnten. Die Identifizierung der für die 1-O-acylceramid Synthese verantwortlichen Enzyme wir Gegenstand weiterer Forschung sein, jedoch zeigten Untersuchungen an Mäusen, defizient für die saure Ceramidase (Farber-Krankheit), dass Makrophagen ein weiterer potenzieller Produktionsort sein könnten.