Étude de l’expression de « Bcl-2 modifying factor » (Bmf) et son implication dans la néphropathie diabétique

Objectif : Étudier les mécanismes apoptotiques impliqués dans la néphropathie diabétique en identifiant les gènes responsables de l’apoptose et activés par les espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules de tubules proximaux rénaux (RPTC) de différents modèles diabétiques. Méthodes : Une hybridation par puce à AND a été réalisée sur les ARN extraits à partir de RPTC de souris heterozygotes db/m+, db/db and db/db catalase (CAT)-transgénique (Tg) de 20 semaines. Des expériences de PCR en temps réel et d’immunohistochimie réalisées sur ces modèles et sur le modèle ou le diabète avait été induit par traitement au streptozotocin (STZ) ont permis de valider les gènes apoptotiques identifiés par puce à ADN. Des RPTC immortalisées de rat ont été utilisées pour montrer l’activité de ces gènes apoptotique et la régulation de leur expression. De plus, une étude additionnelle réalisée sur des sections rénales provenant de patients diabétiques et non diabétiques a démontré également une surexpression de ces gènes apoptotiques dans les IRPTC. Résultats: L’expression de Bcl-2-modifying factor (Bmf), une protéine apoptotique, semble augmentée dans les RPTC de souris db/db comparé aux souris contrôles db/m+, ou aux souris db/db CAT-tg. La surexpression de Bmf a également été identifiée dans les RPTC du modèle diabétique STZ. La normalisation de l’hyperglycémie chez ces souris par traitement à l’insuline semble normaliser également l’expression de Bmf. In vitro, la surexpression du cDNA de Bmf dans les RPTC promouvoit l’apoptose et augmente l’activité de caspase 3. La stimulation de RPTC de Rat avec le glucose élevé (25mM de D-glucose) semble augmenter l’expression de Bmf et le traitement de ces cellules avec la roténone, les Diphénylène iodonium, la catalase et l’apocynine semble renverser cette stimulation. L’inhibition de Bmf avec un siRNA semble réduire l’apoptose induite par le glucose élevé. L’expression de Bmf a également été démontrée dans les RPTC de patients diabétiques. Conclusion: Ces résultats ont démontré une surexpression de Bmf dans les RPTC de différents modèles diabétiques et suggèrent son potentiel rôle dans la régulation de l’apoptose et de l’atrophie tubulaire chez les diabétiques.

Use of L-Proline and ATP Production by Trypanosoma cruzi Metacyclic Forms as Requirements for Host Cell Invasion

The process of host cell invasion by Trypanosoma cruzi depends on parasite energy. What source of energy is used for that event is not known. To address this and other questions related to T. cruzi energy requirements and cell invasion, we analyzed metacyclic trypomastigote forms of the phylogenetically distant CL and G strains. For both strains, the nutritional stress experienced by cells starved for 24, 36, or 48 h in phosphate-buffered saline reduced the ATP content and the ability of the parasite to invade HeLa cells proportionally to the starvation time. Inhibition of ATP production by treating parasites with rotenone plus antimycin A also diminished the infectivity. Nutrient depletion did not alter the expression of gp82, the surface molecule that mediates CL strain internalization, but increased the expression of gp90, the negative regulator of cell invasion, in the G strain. When L-proline was given to metacyclic forms starved for 36 h, the ATP levels were restored to those of nonstarved controls for both strains. Glucose had no such effect, although this carbohydrate and L-proline were transported in similar fashions. Recovery of infectivity promoted by L-proline treatment of starved parasites was restricted to the CL strain. The profile of restoration of ATP content and gp82-mediated invasion capacity by L-proline treatment of starved Y-strain parasites was similar to that of the CL strain, whereas the Dm28 and Dm30 strains, whose infectivity is downregulated by gp90, behaved like the G strain. L-Proline was also found to increase the ability of the CL strain to traverse a gastric mucin layer, a property important for the establishment of T. cruzi infection by the oral route. Efficient translocation of parasites through gastric mucin toward the target epithelial cells in the stomach mucosa is an essential requirement for subsequent cell invasion. By relying on these closely associated ATP-driven processes, the metacyclic trypomastigotes effectively accomplish their internalization.

Tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial reactive oxygen species generation

Reactive oxygen species are a by-product of mitochondrial oxidative phosphorylation, derived from a small quantity of superoxide radicals generated during electron transport. We conducted a comprehensive and quantitative study of oxygen consumption, inner membrane potentials, and H(2)O(2) release in mitochondria isolated from rat brain, heart, kidney, liver, and skeletal muscle, using various respiratory substrates (alpha-ketoglutarate, glutamate, succinate, glycerol phosphate, and palmitoyl carnitine). The locations and properties of reactive oxygen species formation were determined using oxidative phosphorylation and the respiratory chain modulators oligomycin, rotenone, myxothiazol, and antimycin A and the Uncoupler CCCP. We found that in mitochondria isolated from most tissues incubated under physiologically relevant conditions, reactive oxygen release accounts for 0.1-0.2% of O(2) consumed. Our findings support an important participation of flavoenzymes and complex III and a substantial role for reverse electron transport to complex I as reactive oxygen species sources. Our results also indicate that succinate is an important substrate for isolated mitochondrial reactive oxygen production in brain, heart, kidney, and skeletal muscle, whereas fatty acids generate significant quantities of oxidants in kidney and liver. Finally, we found that increasing respiratory rates is an effective way to prevent mitochondrial oxidant release under many, but not all, conditions. Altogether, our data uncover and quantify many tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial ROS release. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Efeitos de espécies de timbós (Derris spp.: Fabaceae) em populações de Musca domestica L.

A partir de ensaios com dosagens crescentes, foi avaliado o efeito do pó da raiz de duas espécies de timbó (Derris urucu e D. nicou) sobre populações de larvas de duas linhagens de Musca domestica L., provenientes de duas localidades do Estado de São Paulo, Jaboticabal (Jab) e Brodósqui (Bro). Para obtenção das doses letais foram utilizados ajustes de regressão de acordo com o modelo logístico. D. urucu foi mais eficiente que D. nicou no controle das duas linhagens, sendo necessário mais que o dobro da quantidade de D. nicou para se obter os mesmos efeitos causados com D. urucu. Foi demonstrada a existência de especificidade de ação dos timbós nas linhagens de moscas. D, urucu foi mais eficiente no controle da linhagem Bro, enquanto que D. nicou controlou maior número de indivíduos da linhagem Jab.

In situ localization of heat-shock proteins and cell death labelling in the salivary gland of acaricide-treated honeybee larvae

The effects of the acaricides, rotenone and oxalic acid (OA) on salivary glands of honeybee larvae were evaluated. Immunohistochemical methods were used to detect cell death and heat-shock protein (HSP70 and 90) localizations. Heat-shock proteins (HSP70 and 90) were localized in the cytoplasm and/or the nuclei of secretory gland cells, both under stress and in normal conditions. In rotenone-treated larvae, there were no changes in the normal level of cell death and also there were no morphological alterations in the secretory cells. In the larvae treated with oxalic acid, the salivary gland showed varying degrees of morphological cellular alteration and an increase in the cell death level. The present data suggest that stress-induced HSP70 might have an antiapoptotic effect while the stress-induced HSP90 might have a chaperone function in the larval salivary glands.

Avaliação in vitro do efeito genotóxico e neurotóxico da rotenona em populações neuronais de encéfalo de ratos

A doença de Parkinson (DP) é uma doença neurodegenerativa, que afeta principalmente neurônios dopaminérgicos da substância negra que projetam para o estriado. A rotenona, um composto amplamente usado como pesticida, pode estar relacionada a influências ambientais que aumentam o risco do aparecimento da DP. Estudo com análise de danos no DNA, como o ensaio em eletroforese do cometa foi introduzido neste trabalho para uma melhor compreensão de efeitos neurotóxicos da rotenona em modelo experimental da DP. O teste do cometa foi aplicado em neurônios provenientes de culturas mesencefálicas mistas de ratos expostas a diferentes concentrações em dois tempos de exposição, 24 e 48 horas. A média do índice de dano dos cometas mostrou-se, segundo análise estatística, significativamente diferente em relação ao grupo controle em todas as concentrações de rotenona testadas e nas duas durações analisadas. No entanto, na análise comparativa do índice de dano considerando o tempo de exposição para concentrações equivalentes, somente 20 e 30 nano molares demonstraram diferença significativa entre 24 e 48 horas de exposição. Este trabalho demonstrou que, nas condições empregadas, o teste do cometa detectou danos no material genético sem alteração detectável no teste de viabilidade celular pelo MTT (5 nM de rotenona por 24h), sugerindo que alterações genotóxicas podem anteceder alterações de viabilidade celular em neurônios expostos à rotenona. Entretanto, não é possível afirmar se tais alterações possuem caráter irreversível ou não.

Modelo in vitro de parkinsonismo experimental induzido por rotenona: investigação de mecanismos de ação, neuroproteção e morte celular

Evidências crescentes na literatura têm sugerido papel importante para os fatores ambientais, como a exposição a pesticidas, na patogênese da doença de Parkinson. Em animais experimentais, a exposição à rotenona, um pesticida e piscicida de uso comum, induz características de parkinsonismo através da inibição do complexo I mitocondrial. O objetivo deste estudo foi investigar a morte de neurônios induzida por rotenona utilizando culturas primárias mistas neurônio/glia derivadas de hipocampo e de mesencéfalo ventral de ratos, bem como o papel do Ca2+ na neste modelo experimental e a utilização de extrato aquoso de folhas de mogno com substâncias com alto poder antioxidante. A perda neuronal foi analisada com ensaios colorimétricos (MTT e LDH). Nossos resultados mostraram significativa redução na viabilidade celular após exposição à rotenona de maneira dependente de concentração, mas não dependente de tempo. Foi observada igual e elevada suscetibilidade em culturas mistas neurônio/glia derivadas de hipocampo e de mesencéfalo ventral ao agente neurotóxico. Em termos mecanicísticos, nossos resultados mostraram um papel discreto desempenhado pelo Ca2+ mitocondrial na neurodegeneração induzida por rotenona. Além disso, neste paradigma utilizado, verificamos que o extrato aquoso de folhas de mogno não promoveu proteção contra a toxicidade da rotenona, na concentração testada; ainda, promoveu efeito sinérgico em associação com rotenona. Verificou-se ainda que a rotenona, bem como o extrato de mogno promoveu indução de morte celular tanto por necrose quanto por apoptose, nas concentrações utilizadas. Os resultados deste estudo devem avançar nosso conhecimento sobre o mecanismo de ação de fatores ambientais na patogênese da doença de Parkinson.

Investigação de metabólitos secundários de folhas de Derris urucu (Killip et Smith) Macbr. com atividades biológicas

Derris urucu, pertencente à família Leguminosae/Fabaceae, é conhecida popularmente como “timbó”. As raízes desta espécie são utilizadas comumente como pesticidas e veneno para peixe. Do gênero Derris foram relatados muitos estudos fitoquímicos, sendo as raízes a parte mais estudada das plantas desse gênero. A denominação “timbó” é mais generalizada para as espécies Derris urucu e Derris nicou que são as espécies que produzem, nas raízes, substâncias da classe dos rotenóides como a rotenona e a deguelina, de onde deriva a importância dessas plantas. Os extratos, bem como, as substâncias isoladas deste gênero são responsáveis por um vasto conjunto de atividades biológicas, principalmente a atividade inseticida. Do extrato etanólico das folhas de D. urucu, doze substâncias foram isoladas e purificadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência: cinco estilbenos, seis diidroflavonóis e uma flavanona. A identificação estrutural foi feita com base na análise espectrométrica de massas, de RMN 1H e 13C e técnicas de RMN bidimensionais, além de comparação com dados encontrados na literatura. O extrato etanólico das folhas de D. urucu foi submetido a bioensaios para avaliação do seu potencial alelopático, tendo exibido relevantes percentuais de inibição da germinação de sementes e do desenvolvimento de plantas invasoras de pastagens. Com o objetivo de detectar as substâncias responsáveis pela atividade alelopática, três estilbenos e três diidroflavonóis foram selecionados e submetidos a bioensaios de inibição de germinação e de desenvolvimento da radícula e do hipocótilo de plantas daninhas. Os ensaios alelopáticos foram realizados com as substâncias isoladas e com a combinação delas, visando também avaliar o sinergismo entre elas, no entanto, as inibições observadas foram de magnitudes muito baixas. Por outro lado, quando as substâncias foram testadas em misturas observou-se um aumento significativo dos percentuais de inibição, por isso essas substâncias em misturas, podem ser consideradas promissoras para futuros estudos, envolvendo atividade alelopática. Foram realizados, também, bioensaios de atividade antioxidante com oito substâncias, sendo três estilbenos e cinco diidroflavonóis frente ao radical DPPH. Neste bioensaio, não foi observada uma atividade antioxidante relevante, justificada pela presença de poucas hidroxilas fenólicas nas estruturas das substâncias testadas.

Prospecção de biocida em plantas amazônicas e exóticas, visando seu uso racional

O principal método de controle do carrapato bovino Boophilus microplus é o uso de carrapaticidas sintéticos. Entretanto, o rápido desenvolvimento de resistência ao princípio ativo, os riscos de resíduo nos produtos de origem animal e a contaminação ambiental tem incentivado a busca por fontes alternativas de controle desse parasita. Dentro desse contexto, o uso de fitoterápicos aponta como uma alternativa no controle do carrapato, podendo reduzir os impactos econômicos e ambientais ao uso de produtos químicos sintéticos. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar “in vitro” o efeito dos óleos essenciais de capim-salsar (Cymbopogon interanius Jowitt) e priprioca (Cyperus articulatus L.), substâncias químicas isoladas do timbó (Derris nicou; Derris urucu): rotenona, rotenolona e deguelina e óleos de andiroba (Carapa guianensis Aublet.) e nim (Azadirachta indica A. Juss.), no controle do carrapato. As pesquisas foram desenvolvidas nas instalações da Unidade de Pesquisa Animal “Sen. Álvaro Adolpho”, da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa Amazônia Oriental, no município de Belém, estado do Pará, no período de março a julho de 2008. As fêmeas ingurgitadas de Boophilus microplus foram colhidas manualmente, de bovinos naturalmente infestados, em propriedade particular localizada à uma hora de Belém. Após a coleta, foram transportadas para o laboratório em vasilhames plásticos, identificados, limpos e aerados. No laboratório, foram lavadas em água corrente, secas em papel absorvente e pesadas em balança analítica (precisão de 0,0001g). A metodologia utilizada foi a imersão de teleóginas por tempo de cinco minutos. Após a imersão, os carrapatos foram secos em papel absorvente, fixados em placas de Petri e mantidos em temperatura ambiente para realização da postura. Durante todo período experimental a temperatura e umidade relativa do ar em laboratório foi aferida com auxílio de um termohigrometro. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado. Os percentuais de mortalidade de fêmeas ingurgitadas de B. microplus ,no dia 5 e 15, variaram de: 45% a 90%; 37% a 90% e 60 a 90%; 60% a 90%, para capim-salsar e priprioca, respectivamente. Os resultados referentes a postura não evidenciaram diferença estatística entre as concentrações 2% e 10%, em relação ao controle (água + etanol). Entretanto, houve diferença na concentração 50%, tanto para capim-salsar quanto priprioca. Para capim-salsar, nesta concentração, foi observada postura de ovos inférteis. Com relação aos percentuais de eficiência do produto, os valores obtidos foram de: 100%; 95,63%; 98,77%; 100% e 99,30%; 96,97%; 99,85% e 100%, para os efeitos do óleo essencial de capim-salsar e priprioca nas concentrações 2%, 5%, 10%, 50%, respectivamente. As taxas de mortalidade, no dia 5, variaram de 37% a 41%, 49% a 64% e 52% a 41% para rotenona, rotenolona e deguelina, da menor para maior concentração, respectivamente. Todas as substâncias testadas apresentaram taxa de mortalidade significativamente maior do que as obtidas pelo grupo controle (água + etanol). Os melhores resultados de percentual da postura foram de 49% e 26% para rotenona e deguelina a 200ppm, respectivamente e 34% para rotenolona a 100ppm. Os percentuais de eficiência nos testes com rotenona foram de 95,24% e 98,68%, para rotenolona da ordem de 97,29%; 98,08%; 100% e deguelina 95,45%; 98,23% e 100%, em 100ppm, 200ppm e 300ppm, respectivamente. Para andiroba e nim, o percentual de mortalidade foi observado no dia 15 e demonstrou um comportamento natural do ciclo biológico dos carrapatos, pois não houve diferença estatística significativa entre o controle (água + etanol) e os tratamentos nas diferentes concentrações. Para andiroba e nim a maior eficiência obtida foi de 98,01% e 100%, na concentração de 50%, respectivamente.

Flavonoids from the leaves of Deguelia utilis (Leguminosae): structural elucidation and neuroprotective properties

Das folhas de Deguelia utilis foram isolados cinco flavonoides: 5,3'-di-hidróxi-4'-metóxi2'',2''-dimetilcromeno-(5'',6'':6,7)-di-hidroflavonol (1), 5,3'-di-hidróxi-7,4'-dimetóxi-6,8dimetilalil-di-hidroflavonol (2), 5,3'-di-hidróxi-4'-metóxi-8-prenil-2'',2''-dimetilcromeno(5'',6'':6,7)-flavanona (3), 5,3'-di-hidróxi-7,4'-dimetóxi-6,8-dimetilalil-flavanona (4), 3,5,3'-tri-hidróxi-7,4'-dimetóxi-6,8-dimetilalil-flavanol (5), juntamente com os estilbenos: 4-metoxilonchocarpeno (6) e lonchocarpeno (7). Suas estruturas químicas foram elucidadas com base nos seus dados de NMR (ressonância magnética nuclear) e HRESITOF-MS (espectrometria de massas de alta resolução por tempo de vôo, com ionização por eletrospray). Além disso, a fim de investigar o potencial efeito citoprotetor desses flavonoides, foi utilizada uma fração eluída com hexano:AcOEt contendo os sete flavonoides, em um modelo in vitro de neurodegeneração, utilizando culturas primárias do hipocampo de ratos neonatal (PND2-P3) expostos à rotenona, um inibidor mitocondrial do complexo I. Houve uma redução significativa da viabilidade celular (19,4 ± 1,6%), quando as culturas foram expostas à rotenona 30 nmol L^-1 por 72 h. A exposição concomitante das culturas a FR3 (5 µg mL^-1) e rotenona 30 nmol L^-1 resultou em valores de viabilidade celular semelhante ao grupo controle (99,6 ± 4,8%), sugerindo um efeito citoprotetor para essa fração.

Teores de rotenona em Clones de Timbó (Derris Spp. Fabaceae) de diferentes regiões da Amazônia e os seus efeitos na emergência de Imagos em Musca Domestica L

The rotenone contents analysis in clones of three timbó species permited the classification of these plants based on their efficiency to control Musca domestica larvae. The results showed significant correlations between the rotenone contents in the Derris urucu and D. nicou clones with the capacity to control the larvae. The plants with high rotenone contents were more effective. The rotenone contents, the effect of Derris species clones on the flics and the localization of the plants origin, showed that among the plants could have happened a populational isolation in the Amazonia during the pleistocene epoch. In Derris sp., that presented lower rotenone contents and was ineffective to control of the larvae, these differences were not observed.

Tamoxifen Subcellular Localization; Observation of Cell-Specific Cytotoxicity Enhancement by Inhibition of Mitochondrial ETC Complexes I and III

Recently, a nongenomic cytotoxic component of the chemotherapeutic agent tamoxifen (TAM) has been identified that predominantly triggers mitochondrial events. The present study delineates the intracellular fate of TAM and studies its interaction with a spectrum of cell homeostasis modulators primarily relevant to mitochondria. The subcellular localization of TAM was assessed by confocal fluorescence microscopy. The effect of the modulators on TAM cytotoxicity was assessed by standard MTT assays. Our findings show that in estrogen receptor positive MCF7 breast adenocarcinoma cells and DU145 human prostate cancer cells, TAM largely accumulates in the mitochondria and endoplasmic reticulum, but not lysosomes. Our results further demonstrate that in MCF7, but not in DU145 cells, mitochondrial electron transport chain complex I and III inhibitors exacerbate TAM toxicity with an order of potency of myxothiazol = stigmatellin > rotenone > antimycin A, suggesting a cell-specific cytotoxic interplay between mitochondrial complex I and III function and TAM action.

Untersuchung neuer hochwirksamer neuroprotektiver Antioxidantien in experimentellen Modellen der Parkinsonschen Krankheit

Bei der Parkinsonschen Krankheit kommt es zu einer selektiven Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra pars compacta. Die Rolle des oxidativen Stresses in der Pathogenese dieser Erkrankung konnte an post mortem Untersuchungen der Parkinson-Patienten, wie auch an zahlreichen in vitro und in vivo Modellen bestätigt werden. Die Anwendung von Antioxidantien wurde als therapeutische Strategie der Parkinsonschen Krankheit vorgeschlagen. In dieser Hinsicht wurden bereits antioxidative Substanzen in klinischen Studien evaluiert. Klinische Studien mit Antioxidantien haben jedoch bislang nur wenig überzeugende Ergebnisse erbracht, mit Ausnahme des Einsatzes des Ubichinons (Coenzym Q). Eine kritische Analyse der klinischen Studien lässt zusammenfassen, dass auf Seiten der verwendeten Antioxidantien noch massiver Optimierungsbedarf besteht. Für einen erfolgreichen therapeutischen Einsatz von Antioxidantien bei dieser Krankheit sind folgende Eigenschaften der Substanzen von höchster Bedeutung: i) maximale neuroprotektive Aktivität bei geringen Dosen; ii) geringe Nebenwirkungen; iii) eine hohe Blut-Hirn-Schrankengängigkeit.In dieser Arbeit wurde das neuroprotektive Potential von drei Bisarylimin-basierten antioxidativen Strukturen (Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin) in in vitro und in vivo Parkinson-Modellsystemen evaluiert. Beide experimentellen Modelle basieren auf der Wirkung der mitochondrialen Komplex I Inhibitoren 1-Methyl-4-Phenylpyridin (MPP+) und Rotenon, welche pathophysiologische Charakteristika der Parkinsonschen Krankheit reproduzieren. Unsere in vitro Untersuchungen an primären Neuronen des Mittelhirns und der klonalen SH-SY5Y-Neuroblastomazelllinie konnten zeigen, dass die Komplex I Inhibition krankheitsspezifische zelluläre Merkmale induziert, wie die Abnahme der antioxidativen Verteidigungskapazität und Verlust des mitochondrialen Membranpotentials. Zusätzlich kommt es in primären Neuronen des Mittelhirns zur selektiven Degeneration dopaminerger Neurone, welche in der Parkinsonschen Erkrankung besonders betroffen sind. Ko-Inkubation der in vitro Modelle mit Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin in niedrigen Konzentrationen (50 nM) halten die pathologischen Prozesse fast vollständig auf. In vivo Untersuchungen am MPP+- und Rotenon-basierten Caenorhabditis elegans (C. elegans) Modell bestätigen das neuroprotektive Potential der Bisarylimine. Hierfür wurde eine transgene C. elegans Linie mithilfe einer dopaminerg spezifischen DsRed2- (Variante des rot fluoreszierenden Proteins von Discosoma sp.)-Expression und pan-neuronaler CFP- (cyan fluoreszierendes Protein)-Expression zur Visualisierung der dopaminergen Neuronenpopulation in Kontrast zum Gesamtnervensystem erstellt. Behandlung des C. elegans mit MPP+ und Rotenon im larvalen und adulten Stadium führt zu einer selektiven Degeneration dopaminerger Neurone, sowie zum Entwicklungsarrest der larvalen Population. Die dopaminerge Neurodegeneration, wie auch weitere phänotypische Merkmale des C. elegans Modells, können durch Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin in niedrigen Konzentrationen (500 nM) komplett verhindert werden. Ein systemischer Vergleich aromatischer Bisarylimine mit bekannten, gut charakterisierten Antioxidantien, wie α-Tocopherol (Vitamin E), Epigallocatechingallat und β-Catechin, zeigt, dass effektive Konzentrationen für Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin um Zehnerpotenzen niedriger liegen im Vergleich zu natürlichen Antioxidantien. Der Wirkungsmechanismus der Bisarylimine konnte in biochemischen und in vitro Analysen, sowie in Verhaltensuntersuchungen an C. elegans von der Wirkungsweise strukturell ähnlicher, neuroleptisch wirkender Phenothiazin-Derivate differenziert werden. Die Analyse des dopaminerg-gesteuerten Verhaltens (Beweglichkeit) in C. elegans konnte verdeutlichen, dass antioxidative und Dopaminrezeptor-bindende Eigenschaften der Bisaryliminstrukturen sich gegenseitig ausschließen. Diese qualitativen Merkmale unterscheiden Bisarylimine fundamental von klinisch angewandten Neuroleptika (Phenothiazin-Derivate), welche als Dopaminrezeptor-Antagonisten zur Behandlung psychischer Erkrankungen klinisch eingesetzt werden.Aromatische Bisarylimine (Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin) besitzen günstige strukturelle Eigenschaften zur antioxidativ-basierter Neuroprotektion. Durch die Anwesenheit der antioxidativ wirkenden, nicht-substituierten Iminogruppe unterscheiden sich Bisarylimine grundlegend von neuroleptisch-wirkenden Phenothiazin-Derivaten. Wichtige strukturelle Voraussetzungen eines erfolgreichen antioxidativen Neuropharmakons, wie eine hohe Radikalisierbarkeit, die stabile Radikalform und der lipophile Charakter des aromatischen Ringsystems, werden in der Bisaryliminstruktur erfüllt. Antioxidative Bisarylimine könnten in der Therapie der Parkinsonschen Krankheit als eine effektive neuroprotektiv-therapeutische Strategie weiter entwickelt werden.

Untersuchungen zur Wechselbeziehung zwischen Proteom, Energiestoffwechsel, Redoxstatus und Radiosensibilität von Tumorzellen in vitro und in vivo

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die Erforschung ursächlicher Unterschiede im Energiestoffwechsel von hoch- und niedrig-glykolytischen Tumorzelllinien. Darüber hinaus wurde die Hypothese überprüft, wonach eine hohe glykolytische Aktivität in Tumorzellen zu einer Anreicherung von antioxidativen Metaboliten führt und infolgedessen eine Therapieresistenz gegen Gammabestrahlung hervorruft. Abschließend sollte durch biochemische und gentechnische Manipulationen des Energie- bzw. Glukosestoffwechsels die Strahlenresistenz von Tumorzellen verändert und somit neue therapeutische Interventionen eröffnet werden.rnDie zur Klärung dieser Fragestellung erforderlichen molekularbiologischen Experimente erfolgten an jeweils zwei Ovarialkarzinomzelllinien (OC316 und IGROV-1) und zwei Plattenepithelkarzinomzelllinien der Kopf- und Halsregion (SAS und FaDu) sowie den entsprechenden Experimentaltumoren.rnUnabhängig von der Tumorentität und dem Tumormodell konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Expression Stoffwechsel-assoziierter Proteine mit einem gesteigerten Energiestoffwechsel einhergeht. Der Transfer der Ovarial- und Plattenepithelkarzinomzelllinien in das Mausmodell führte zu keiner grundsätzlichen Änderung des Tumormikromilieus. So wies die hoch-metabolische Linie OC316 in vitro und in vivo eine stark erhöhte MCT-4 Expression auf, deren gentechnische Inhibition jedoch zu keiner Reduktion der Glykolyserate führte.rnDie Hypothese, dass die Laktatproduktion als prädiktiver Marker für die Strahlenresistenz einer Tumorzelllinie fungiert, konnte nicht bestätigt werden. Jedoch führte die Manipulation der intrazellulären Laktatbildung und des Energiestoffwechsels mit nicht zelltoxischen Konzentrationen von 2-Deoxy-D-glukose (2DG) und Rotenon (ROT) bei den Ovarialkarzinomzelllinien zu einer Erhöhung der intrazellulären O2--Anionen, einer Zunahme der Strahlenempfindlichkeit sowie zur Steigerung der initialen und residualen DNA-Doppelstrangbrüche nach Gammabestrahlung.rnHierbei wirken 2DG und ROT synergistisch durch die Inhibierung antioxidativer Systeme sowie durch die Erhöhung des zellulären Radikal-Status. Die Anwendung von Stoffwechselmanipulatoren zur Optimierung und Unterstützung vorhandener Radikal-erzeugender Therapieformen wird aktuell in klinischen Studien überprüft. Translational könnte die durch 2DG und ROT beschriebene Erhöhung der Strahlenempfindlichkeit bei Ovarialkarzinomzelllinien z. B. in Kombination mit intensitätsmodulierten Strahlentherapien neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen, was in weiterführenden in vivo Studien zu überprüfen ist.rn

Metformin inhibits human androgen production by regulating steroidogenic enzymes HSD3B2 and CYP17A1 and complex I activity of the respiratory chain

Metformin is treatment of choice for the metabolic consequences seen in polycystic ovary syndrome for its insulin-sensitizing and androgen-lowering properties. Yet, the mechanism of action remains unclear. Two potential targets for metformin regulating steroid and glucose metabolism are AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling and the complex I of the mitochondrial respiratory chain. Androgen biosynthesis requires steroid enzymes 17α-Hydroxylase/17,20 lyase (CYP17A1) and 3β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (HSD3B2), which are overexpressed in ovarian cells of polycystic ovary syndrome women. Therefore, we aimed to understand how metformin modulates androgen production using NCI-H295R cells as an established model of steroidogenesis. Similar to in vivo situation, metformin inhibited androgen production in NCI cells by decreasing HSD3B2 expression and CYP17A1 and HSD3B2 activities. The effect of metformin on androgen production was dose dependent and subject to the presence of organic cation transporters, establishing an important role of organic cation transporters for metformin's action. Metformin did not affect AMPK, ERK1/2, or atypical protein kinase C signaling. By contrast, metformin inhibited complex I of the respiratory chain in mitochondria. Similar to metformin, direct inhibition of complex I by rotenone also inhibited HSD3B2 activity. In conclusion, metformin inhibits androgen production by mechanisms targeting HSD3B2 and CYP17-lyase. This regulation involves inhibition of mitochondrial complex I but appears to be independent of AMPK signaling.