Seasonal variations of melatonin in ram seminal plasma are correlated to those of testosterone and antioxidant enzymes

Abstract Background Some breeds of sheep are highly seasonal in terms of reproductive capability, and these changes are regulated by photoperiod and melatonin secretion. These changes affect the reproductive performance of rams, impairing semen quality and modifying hormonal profiles. Also, the antioxidant defence systems seem to be modulated by melatonin secretion, and shows seasonal variations. The aim of this study was to investigate the presence of melatonin and testosterone in ram seminal plasma and their variations between the breeding and non-breeding seasons. In addition, we analyzed the possible correlations between these hormones and the antioxidant enzyme defence system activity. Methods Seminal plasma from nine Rasa Aragonesa rams were collected for one year, and their levels of melatonin, testosterone, superoxide dismutase (SOD), glutathione reductase (GRD), glutathione peroxidase (GPX) and catalase (CAT) were measured. Results All samples presented measurable quantities of hormones and antioxidant enzymes. Both hormones showed monthly variations, with a decrease after the winter solstice and a rise after the summer solstice that reached the maximum levels in October-November, and a marked seasonal variation (P < 0.01) with higher levels in the breeding season. The yearly pattern of GRD and catalase was close to that of melatonin, and GRD showed a significant seasonal variation (P < 0.01) with a higher activity during the breeding season. Linear regression analysis between the studied hormones and antioxidant enzymes showed a significant correlation between melatonin and testosterone, GRD, SOD and catalase. Conclusions These results show the presence of melatonin and testosterone in ram seminal plasma, and that both hormones have seasonal variations, and support the idea that seasonal variations of fertility in the ram involve interplay between melatonin and the antioxidant defence system.

The antioxidant response of the liver of male Swiss mice raised on a AIN 93 or commercial diet

Background: Reactive oxygen species (ROS) are formed under natural physiological conditions and are thought to play an important role in many human diseases. A wide range of antioxidants are involved in cellular defense mechanisms against ROS, which can be generated in excess during stressful conditions, these include enzymes and non-enzymatic antioxidants. The aim of this study was to evaluate the antioxidant responses of mice to two diets control, commercial and the purified AIN 93 diet, commonly used in experiments with rodents. Results: Malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H2O2) concentrations and superoxide dismutase (SOD) and glutathione reductase (GR) activities determined in the liver were lower in the group of mice fed with the AIN 93 diet, while catalase (CAT) activity was higher in the same group, when compared to the group fed on the commercial diet. Liver glutathione peroxidase (GSH-Px) activity was similar in the groups fed on either AIN 93 or the commercial diets. Two SOD isoforms, Mn-SODII and a Cu/Zn-SODV, were specifically reduced in the liver of the AIN 93 diet fed animals. Conclusions: The clear differences in antioxidant responses observed in the livers of mice fed on the two diets suggest that the macro- and micro-nutrient components with antioxidant properties, including vitamin E, can promote changes in the activity of enzymes involved in the removal of the ROS generated by cell metabolism.

Phenolic compounds from Rosemary (Rosmarinus officinalis L.) attenuate oxidative stress and reduce blood cholesterol concentrations in diet-induced hypercholesterolemic rats

Abstract Background Phenolic compounds combine antioxidant and hypocholesterolemic activities and, consequently, are expected to prevent or minimize cardiometabolic risk. Methods To evaluate the effect of an aqueous extract (AQ) and non-esterified phenolic fraction (NEPF) from rosemary on oxidative stress in diet-induced hypercholesterolemia, 48 male 4-week old Wistar rats were divided into 6 groups: 1 chow diet group (C) and 5 hypercholesterolemic diet groups, with 1 receiving water (HC), 2 receiving AQ at concentrations of 7 and 140 mg/kg body weight (AQ70 and AQ140, respectively), and 2 receiving NEPF at concentrations of 7 and 14 mg/kg body weight (NEPF7 and NEPF14, respectively) by gavage for 4 weeks. Results In vitro, both AQ and NEPF had remarkable antioxidant activity in the 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH●) assay, which was similar to BHT. In vivo, the group that received AQ at 70 mg/kg body weight had lower serum total cholesterol (−39.8%), non-HDL-c (−44.4%) and thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) levels (−37.7%) compared with the HC group. NEPF (7 and 14 mg/kg) reduced the tissue TBARS levels and increased the activity of tissular antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase). Neither AQ nor NEPF was able to ameliorate the alterations in the hypercholesterolemic diet-induced fatty acid composition in the liver. Conclusions These data suggest that phenolic compounds from rosemary ameliorate the antioxidant defense in different tissues and attenuate oxidative stress in diet-induced hypercholesterolemic rats, whereas the serum lipid profile was improved only in rats that received the aqueous extract.

Effects of in vitro selenium supplementation on blood and milk neutrophils from dairy cows

The study was designed to assess the effects of in vitro selenium addition on intracellular hydrogen peroxide production by neutrophils from the milk and blood of dairy cows. Blood from 10 dairy cows and 20 milk samples from five dairy cows were incubated with 0 mg (control) or 10μM of sodium selenite. Then, milk and blood neutrophils were submitted for evaluation of intracellular hydrogen peroxide production by flow cytometry using 2',7'-dichlorofluorescein diacetate as a probe. The selenium status of the animals was evaluated by determination of the blood glutathione peroxidase activity. The results of the present work showed that in vitro selenium supplementation leads to an enhancement in intracellular hydrogen peroxide production, which indicates an improvement in the bactericidal effects of blood and milk neutrophils even in cows with a selenium-adequate status. Thus, the present study showed that in vitro Se supplementation leads to an enhancement in intracellular hydrogen peroxide production, indicating an improvement in the bactericidal effects of blood and milk neutrophils in cows with Se-adequate status.

Sea bream (Sparus aurata) intensive larval rearing : effects of microalgae and phages addition on the performance of the larvae

Máster Oficial en Cultivos Marinos. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Alimenti Funzionali e Componenti Nutraceutici come Biomodulatori

Recent knowledge supports the hypothesis that, beyond meeting nutrition needs, diet may modulate various functions in the body and play beneficial roles in some diseases. Research on functional foods is addressing the physiologic effects and health benefits of foods and food components, with the aim of authorizing specific health claims. The recognition that oxidative stress plays a major role in the pathophysiology of cardiac disorders has led to extensive investigations of the protective effects of exogenous antioxidants, but results are controversial. A promising strategy for protecting cardiac cells against oxidative damage may be through the induction of endogenous phase 2 enzymes with the enhancement of cellular antioxidant capacity. Sulforaphane (SF), a naturally occurring isothiocyanate abundant in Cruciferous vegetables, has gained attention as a potential chemopreventive compound thanks to its ability to induce several classes of genes implicated in reactive oxygen species (ROS) and electrophiles detoxification. Antioxidant responsive element (ARE)-mediated gene induction is a pivotal mechanism of cellular defence against the toxicity of electrophiles and ROS. The transcription factor NF-E2-related factor-2 (Nrf2), is essential for the up-regulation of these genes. We investigated whether SF could exert cardioprotective effects against oxidative stress and elucidated the mechanisms underpinning these effects. Accordingly, using cultured rat neonatal cardiomyocytes as a model system, we evaluated the time-dependent induction of gene transcription, the corresponding protein expression and activity of various antioxidant and phase 2 enzymes (catalase, superoxide dismutase, glutathione and related enzymes glutathione reductase, glutathione peroxidase and glutathione S-transferase, NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1 and thioredoxine reductase) elicited by SF. The results were correlated to intracellular ROS production and cell viability after oxidative stress generated by H2O2, and confirmed the ability of SF to exert cytoprotective effects acting as an indirect antioxidant. Furthermore, to get better insight into SF mechanism of action, we investigated the effect of SF treatment on Nrf2 and the upstream signalling pathways MAPK ERK1/2 and PI3K/Akt, known to mediate a pro survival signal in the heart. The use of specific inhibitors of ERK1/2 and Akt phosphorylation demonstrated their involvement in phase 2 enzymes induction. The concentration of SF tested in this study is comparable to peak plasma concentration achieved after dietary exposure giving clear relevance to our data to support dietary intake of Cruciferous vegetables in cytoprotection against oxidative stress, a common determinant of many cardiovascular diseases.

Einfluss von Resveratrol auf oxidative DNA-Schäden und Mutagenese in vivo

Oxidative DNA-Basenmodifikationen, wie 7,8-Dihydro-8-oxoguanin (8-oxoG), werden endogen in allen Zellen gebildet. Die beobachtbaren Spiegel ergeben sich aus dem Gleichgewicht zwischen der Bildung durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS), sowie der gleichzeitigen Reparatur der DNA-Schäden. Durch ihr hohes mutagenes Potential, tragen oxidative DNA-Basenmodifikationen zur spontanen Mutationsrate bei. Der Ausfall wichtiger DNA-Reparaturmechanismen führt in Ogg1(-/-)Csb(-/-)-Knockout-Mäusen zu einem Anstieg von 8 oxoG und der spontanen Mutationsrate.rnIn dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob die basalen Spiegel an oxidativen Basenmodifikationen und die spontanen Mutationsraten in vivo durch die orale Gabe von Resveratrol moduliert werden können. Resveratrol ist ein Pflanzeninhaltsstoff (u.a. aus Rotwein) mit einer Vielzahl von Wirkungen, der bereits in zahlreichen Studien ein chemopräventives Potential gezeigt hat und antioxidativ wirkt.rnAn verschiedenen Mausgenotypen wurden zum einen eine Kurzzeit-Behandlung (7 Tage mit 100 mg/kg per Gavage) und zum anderen eine Langzeit-Behandlung (3-9 Monate mit 0,04% ad libitum) mit Resveratrol durchgeführt. Die oxidativen DNA Schäden wurden in primären Maushepatozyten mit Hilfe einer modifizierten Alkalischen Elution, mit der bakteriellen Formamidopyrimidin-DNA Glykosylase als Sonde, bestimmt. Zur Analyse der Mutationsrate wurde der BigBlue® Mutationsassay mit anschließender Sequenzierung der Mutationen verwendet.rnDie Ergebnisse zeigen, dass die Kurzzeit- und die Langzeit-Behandlung mit Resveratrol die basalen Spiegel oxidativer DNA-Basenmodifikationen senken. Die Reduktion ist jeweils wesentlich ausgeprägter in den reparaturdefizienten Ogg1(-/-)Csb(-/-)-Mäusen zu erkennen. Auch die spontane Mutationsrate wird durch eine mehrmonatige Behandlung mit Resveratrol um ungefähr 20-30% reduziert.rnAnschließende mechanistische Untersuchungen zeigten, dass dieser Schutz wahrscheinlich auf einer Induktion der antioxidativen Schutzmechanismen begründet ist. So wurde gefunden, dass primäre Hepatozyten aus mit Resveratrol behandelten Mäusen wesentlich besser gegen exogen herbeigeführten oxidativen Stress geschützt sind, als Hepatozyten von unbehandelten Tieren. Ein weiterer Hinweis ist die Hochregulation der mRNA-Spiegel von verschiedenen antioxidativen Schutzenzymen, wie Superoxiddismutase 1 / 2, Hämoxygenase 1, Glutathionperoxidase 1, nach der Gabe von Resveratrol in Mäuselebern. Außerdem sind die oxidativen Markermutationen (GC->TA-Transversionen) stärker von der Reduktion der spontanen Mutationsrate betroffen, als andere Mutationen (z.B. GC->AT-Transitionen).rnDie Ergebnisse zeigen erstmalig, dass spontane Mutationen in vivo durch Fremdstoffe in der Nahrung reduziert werden können. Im Falle von Resveratrol wird diese Reduktion wahrscheinlich durch eine Stimulation der antioxidativen Schutzmechanismen ausgelöst.rn

Regulation der Selenoproteinsynthese durch den Mevalonatweg

Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Einfluss des Mevalonatpfads auf die Expression von Selenoproteinen untersucht werden. Im Mevalonatpfad, einem universellen Stoffwechselweg eukaryontischer Zellen, entstehen neben Cholesterol auch verschiedene Isoprenoide, die z.B. für die post-transkriptionelle Modifikation der Selenocystein-tRNA herangezogen werden. Selenocystein ist funktioneller Bestandteil von Selenoproteinen, welche häufig in den Abbau von oxidativem Stress involviert sind. rnDer Mevalonatpfad wird hauptsächlich durch die HMG-CoA-Reduktase (HMGCR) reguliert. Pharmaka vom „Statin“-Typ gelten als wirkungsvolle kompetitive Inhibitoren dieses Enzyms und finden ihren Einsatz bei Patienten zur Behandlung von Hypercholesterolämie, welche eine Grundlage für vaskuläre Krankheiten bildet. Trotz der allgemein guten Verträglichkeit der Statine treten jedoch auch unerwünschte Nebeneffekte, wie Erhöhung der Leberenzyme oder Myopathien auf, deren biochemischer Hintergrund bislang noch im Dunkeln liegt. rnDie in dieser Arbeit durchgeführten Experimente belegen, dass Atorvastatin, Cerivastatin und Lovastatin in klinisch relevanten Dosen die Synthese bestimmter Selenoproteine, wie der Glutathionperoxidase (GPx), in klonalen humanen Hepatocyten post-transkriptionell unterdrücken, wodurch die Zellen anfälliger für oxidativen Stress in Form von Peroxiden werden. Dieser Mechanismus könnte eine Erklärung für die häufig beobachteten abnormen Leberwerte von Statin-behandelten Patienten darstellen.rnEndogenes Cholesterol gilt ebenfalls als potenter Inhibitor der HMGCR. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass Cholesterol in verschiedenen Formen, als Low-Density-Lipoprotein (LDL), als 25-Hydroxycholesterol, und als Methylcyclodextrin-Komplex in unterschiedlichen humanen Zelltypen die Selenoproteinsynthese ebenfalls unterdrücken. Der negative Zusammenhang zwischen Cholesterol und bestimmten Selenoproteinen konnte auch in vivo beobachtet werden. In juvenilen Mäusen konnte gezeigt werden, dass ein Knockout des LDL-Rezeptors sowie auch ein Knockout von Apolipoprotein E zu einer Senkung des Lebercholesterols führte, was in einer Zunahme der GPx in der Leber resultierte.rnDie vorliegenden Daten belegen erstmals einen direkten und funktionellen Zusammenhang zwischen dem Mevalonatpfad und der Selenoproteinsynthese. Unterdrückung dieses Pfades, entweder durch exogene Substanzen wie Statine, oder durch endogene Substanzen wie Cholesterol, hat offenbar zur Folge, dass essentielle Zwischenprodukte für die Modifizierung der Selenocystein-tRNA fehlen, was in einer post-transkriptionellen Verminderung der induzierbaren Selenoproteine resultiert. Dies könnte die biochemische Grundlage für einen Teil der vielfältigen gesundheitlich negativen Auswirkungen schon geringfügig erhöhter Cholesterolspiegel sein.

Pathogenetische Bedeutung der Glutathionperoxidase-1 in der arteriellen Gefäßwand

Die antioxidative Aktivität des Enzyms Glutathionperoxidase-1 (GPx-1) schützt vor Atherosklerose und ihren Folgeerkrankungen. In einer Vorstudie konnten wir zeigen, dass der Mangel an GPx-1 die Atheroskleroseentwicklung in Apolipoprotein E defizienten (ApoE-/-) Mäusen beschleunigt und modifiziert. Allerdings sind die Verteilung der GPx-1 in atherosklerotischen Läsionen und die Mechanismen für den erhöhten Makrophagengehalt in der Läsion noch nicht geklärt. Deshalb haben wir (1) die in-situ Expression der GPx-Isoformen in atherosklerotischen Läsionen von GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Mäusen und (2) den Einfluss der GPx-1 Defizienz auf die Schaumzellbildung und Proliferation der Peritonealmakrophagen in ApoE-/- Mäusen untersucht. Die GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Weibchen wurden für 6 und 12 Wochen auf einer atherogenen „Western-type“ Diät gehalten. Die in situ-Hybridisierung zeigte, dass die verschiedenen Isoformen der GPx (GPx-1, GPx-3, GPx-4) vorwiegend in Makrophagen, nicht jedoch in glatten Muskelzellen der atherosklerotischen Läsionen von ApoE-/- Mäusen exprimiert wurden. Für die in vitro Untersuchungen wurden 5 Monate alte, GPx-1 defiziente und Wildtyp-Mäuse, gehalten auf Normaldiät, verwendet. Die Öl-Rot-O Färbung zeigte, dass die GPx-1 Defizienz die OxLDL (oxidiertes LDL) - und E-LDL (enzymatisch modifiziertes LDL) - induzierte Schaumzellbildung förderte. Darüber hinaus war die OxLDL-induzierte Cholesterinakkumulation (zellulärer Cholesterinester/ Cholesterin-Gehalt) in GPx-1 defizienten Makrophagen verstärkt, sodass ein Mangel an GPx-1 die Aufnahme von OxLDL durch Monozyten und damit die Umwandlung in Schaumzellen beschleunigt. Hinsichtlich der Proliferation zeigte sich, dass MCSF (Macrophage Colony-Stimulating Facotr) ein stärkerer Stimulus als OxLDL ist. Ein Mangel an GPx-1 fördert die Proliferation zusätzlich. Daran ist die ERK1/2 (extracellular-signal regulated kinase 1/2) - Kaskade beteiligt, denn es wurde eine schnelle Phosphorylierung der ERK1/2-Kaskade durch MCSF und/oder OxLDL nachgewiesen. Entsprechend reduzieren ERK1/2-Inhibitoren die proliferative Aktivität der Makrophagen. Die Hemmung der p38-MAPK (p38 mitogen-activated protein kinase) führt zur vermehrten Proliferation und bei gleichzeitig verringerter Caspase-3/7 Aktivität der Makrophagen unabhängig von der Expression der GPx-1. Ein Mangel an GPx-1 hat auch keinen Einfluss auf die MCSF-vermittelte Aktivierung der p38-MAPK und JNK (c-Jun N-terminal kinase). Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass die GPx-1-Defizienz einen signifikanten Einfluss auf die Schaumzellbildung und Proliferation von Makrophagen hat, was zur Beschleunigung der Atherosklerose und zu vermehrter Zellularität der entstehenden atherosklerotischen Läsionen führt. Die Proliferation wird über den ERK1/2 Signal-transduktionsweg positiv und über den p38-MAPK Weg negativ reguliert, wobei die ERK1/2-Kaskade empfindlich gegenüber oxidativem Stress bei GPx-1-Defizienz ist.

Effects of maternal PETN treatment of spontaneously hypertensive rats on blood pressure in the offspring

Pentaerithrityltetranitrat (PETN) ist ein organisches Nitrat und wird in der Klinik zur Behandlung der Angina Pectoris eingesetzt. PETN hat, wenn direkt verabreicht, kaum Wirkung auf den Blutdruck. Diese Arbeit wurde konzipiert, um einen potentiellen „perinatalen Programmierung“-Effekt von PETN in spontan-hypertensiven Ratten (SHR), einem Rattenmodel der genetischen Hypertonie, zu testen. Die F0-Elterntiere wurden mit PETN (50 mg/kg/Tag) während der Schwangerschaft und der Laktation behandelt; die F1-Nachkommen bekamen nach der Ablaktation normales Haltungsfutter. Der Blutdruck wurde an den Nachkommen vom 3. Monat bis zum 8. Monat nach der Geburt gemessen. Maternale PETN-Behandlung hatte kaum Wirkung auf den Blutdruck in den männlichen SHR-Nachkommen. Dagegen zeigten die weiblichen Nachkommen der PETN-Behandlungsgruppe eine persistente Reduktion des Blutdrucks. Der systolische Blutdruck war in den weiblichen Nachkommen in der PETN-Gruppe etwa 13 mmHg niedriger im 4. Monat und etwa 10 mmHg niedriger im 8. Monat als in den Kontrolltieren. Dieser lang-anhaltende Effekt ging mit einer substanziellen Änderung der Genexpression einher, die auch beim 8. Monat noch nachzuweisen war. In den Aorten der weiblichen F1-Nachkommen wurde Veränderungen an Genexpression der α-adrenergen Rezeptoren sowie Endothelin-Rezeptoren festgestellt, die aber funktionell von minimaler Bedeutung für die PETN-Wirkung waren. Hingegen war eine klare Rolle des StickstoffmoNOXid (NO) zu sehen. Maternale PETN-Behandlung führte zur Heraufregulation der endothelialen NO-Synthase (eNOS) und der GTP-Cyclohydrolase I (GCH-1). GCH-1 ist für die Biosynthese des Tetrahydrobiopterins, eines essentiellen eNOS-Kofaktors, entscheidend, und dadurch auch für die eNOS-Funktionalität. Zusätzlich wurden auch anti-oxidative Enzyme wie die mitochondriale Superoxid-Dismutase (SOD2), die Glutathion-Peroxidase 1 (GPx1) und die Hem-Oxygenase 1 (HO-1) heraufreguliert, und die Superoxid-produzierende NADPH-Oxidase NOX1 herunterreguliert. Dies kann zur Verminderung vom oxidativen Stress und Erhöhung der NO-Bioverfügbarkeit führen. Letztlich wurde auch ~ 74 ~ die Sirtuin 1 (SIRT1) durch maternale PETN-Behandlung heraufreguliert, die auch zur Heraufregulation der SOD2, GPx1 und eNOS beitragen kann. Im Organbad-Experiment wurde die Acetylcholin-induzierte, Endothel-abhängige Vasodilatation in der Aorta der weiblichen Nachkommen der PETN-Gruppe verstärkt. Diese verbesserte Endothelfunktion, was vermutlich aus der Genexpressionsänderung resultiert, stellt sehr wahrscheinlich einen Schlüsselmechanismus der Blutdrucksenkung in den Nachkommen der PETN-behandelten F0-Tiere dar.

Genetic and pharmacologic manipulation of oxidative stress after neonatal hypoxia-ischemia

Oxidative stress is a critical component of the injury response to hypoxia-ischemia (HI) in the neonatal brain, and this response is unique and at times paradoxical to that seen in the mature brain. Previously, we showed that copper-zinc superoxide-dismutase (SOD1) over-expression is not beneficial to the neonatal mouse brain with HI injury, unlike the adult brain with ischemic injury. However, glutathione peroxidase 1 (GPx1) over-expression is protective to the neonatal mouse brain with HI injury. To further test the hypothesis that an adequate supply of GPx is critical to protection from HI injury, we crossed SOD1 over-expressing mice (hSOD-tg) with GPx1 over-expressing mice (hGPx-tg). Resulting litters contained wild-type (wt), hGPx-tg, hSOD-tg and hybrid hGPx-tg/hSOD-tg pups, which were subjected to HI at P7. Confirming previous results, the hGPx-tg mice had reduced injury compared to both Wt and hSOD-tg littermates. Neonatal mice over-expressing both GPx1 and SOD1 also had less injury compared to wt or hSOD-tg alone. A result of oxidative stress after neonatal HI is a decrease in the concentration of reduced (i.e. antioxidant-active) glutathione (GSH). In this study, we tested the effect of systemic administration of alpha-lipoic acid on levels of GSH in the cortex after HI. Although GSH levels were restored by 24h after HI, injury was not reduced compared to vehicle-treated mice. We also tested two other pharmacological approaches to reducing oxidative stress in hSOD-tg and wild-type littermates. Both the specific inhibitor of neuronal nitric oxide synthase, 7-nitroindazole (7NI), and the spin-trapping agent alpha-phenyl-tert-butyl-nitrone (PBN) did not reduce HI injury, however. Taken together, these results imply that H2O2 is a critical component of neonatal HI injury, and GPx1 plays an important role in the defense against this H2O2 and is thereby neuroprotective.

Differential vulnerability of immature murine neurons to oxygen-glucose deprivation

In vivo studies support selective neuronal vulnerability to hypoxia-ischemia (HI) in the developing brain. Since differences in intrinsic properties of neurons might be responsible, pure cultures containing immature neurons (6-8 days in vitro) isolated from mouse cortex and hippocampus, regions chosen for their marked vulnerability to oxidative stress, were studied under in vitro ischemic conditions-oxygen-glucose deprivation (OGD). Twenty-four hours of reoxygenation after 2.5 h of OGD induced significantly greater cell death in hippocampal than in cortical neurons (67.8% vs. 33.4%, P = 0.0068). The expression of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) protein, production of nitric oxide (NO), and reactive oxygen species (ROS), as well as glutathione peroxidase (GPx) activity and intracellular levels of reduced glutathione (GSH), were measured as indicators of oxidative stress. Hippocampal neurons had markedly higher nNOS expression than cortical neurons by 24 h of reoxygenation, which coincided with an increase in NO production, and significantly greater ROS accumulation. GPx activity declined significantly in hippocampal but not in cortical neurons at 4 and 24 h after OGD. The decrease in GSH level in hippocampal neurons correlated with the decline of GPx activity. Our data suggest that developing hippocampal neurons are more sensitive to OGD than cortical neurons. This finding supports our in vivo studies showing that mouse hippocampus is more vulnerable than cortex after neonatal HI. An imbalance between excess prooxidant production (increased nNOS expression, and NO and ROS production) and insufficient antioxidant defenses created by reduced GPx activity and GSH levels may, in part, explain the higher susceptibility to OGD of immature hippocampal neurons.

Manipulation of antioxidant pathways in neonatal murine brain

To assess the role of brain antioxidant capacity in the pathogenesis of neonatal hypoxic-ischemic brain injury, we measured the activity of glutathione peroxidase (GPX) in both human-superoxide dismutase-1 (hSOD1) and human-GPX1 overexpressing transgenic (Tg) mice after neonatal hypoxia-ischemia (HI). We have previously shown that mice that overexpress the hSOD1 gene are more injured than their wild-type (WT) littermates after HI, and that H(2)O(2) accumulates in HI hSOD1-Tg hippocampus. We hypothesized that lower GPX activity is responsible for the accumulation of H(2)O(2). Therefore, increasing the activity of this enzyme through gene manipulation should be protective. We show that brains of hGPX1-Tg mice, in contrast to those of hSOD-Tg, have less injury after HI than WT littermates: hGPX1-Tg, median injury score = 8 (range, 0-24) versus WT, median injury score = 17 (range, 2-24), p < 0.01. GPX activity in hSOD1-Tg mice, 2 h and 24 h after HI, showed a delayed and bilateral decline in the cortex 24 h after HI (36.0 +/- 1.2 U/mg in naive hSOD1-Tg versus 29.1 +/- 1.7 U/mg in HI cortex and 29.2 +/- 2.0 for hypoxic cortex, p < 0.006). On the other hand, GPX activity in hGPX1-Tg after HI showed a significant increase by 24 h in the cortex ipsilateral to the injury (48.5 +/- 5.2 U/mg, compared with 37.2 +/- 1.5 U/mg in naive hGPX1-Tg cortex, p < 0.008). These findings support the hypothesis that the immature brain has limited GPX activity and is more susceptible to oxidative damage and may explain the paradoxical effect seen in ischemic neonatal brain when SOD1 is overexpressed.

Oxidative stress in lungs of mice infected with influenza A virus

As oxidative stress has been implicated in the pathogenesis of certain viral diseases we determined antioxidant and prooxidant parameters in lungs and bronchoalveolar lavage fluid (BALF) of mice infected with a lethal dose of influenza A/PR8/34 virus. Viral infection was characterized by massive infiltration of leukocytes, mainly polymorphonuclear leukocytes, into the alveolar space. The total number of BALF cells increased up to 8-fold (day 3 post-infection) and these cells appeared activated as judged by their increased rates of superoxide anion radical (O2-.) generation upon stimulation. Maximal rates of radical generation by BALF cells during the early stages of infection were 15- or 70-fold higher than those of cells from control animals when expressed per cell or total BALF cells, respectively. At the terminal stages of infection the total capacity of BALF cells to release O2-. declined to approximately 35-fold the control values. Infection also resulted in increased in vivo formation of hydrogen peroxide (H2O2) within the lungs at a time that coincided with the maximal capacity of BALF cells to release O2-.. Whereas pulmonary activities of glutathione peroxidase and reductase remained unaltered, levels of ascorbate in the cell-free BALF decreased significantly during the early stages of the infection and then returned to normal levels and above, late in infection. The oxidation state of the dehydroascorbic acid/ascorbate couple increased concomitantly with the decrease in ascorbate concentrations early in infection and remained elevated throughout the infection. As assessed by the prevention of peroxyl radical-induced loss of phycoerythrin fluorescence, the total antioxidant capacity present in lung tissue homogenate from terminally ill animals was not diminished when compared to that prepared from lungs of control mice. We conclude that although early stages of influenza infection are associated with the presence of oxidative stress in the lung tissue and alveolar fluid lining the epithelial cells, this stress does not appear to overwhelm local antioxidant defenses. The results therefore do not support a direct causative role of oxidative tissue damage in the pathogenesis of influenza virus infection.

T cell lipid peroxidation induces ferroptosis and prevents immunity to infection

The selenoenzyme glutathione peroxidase 4 (Gpx4) is a major scavenger of phospholipid hydroperoxides. Although Gpx4 represents a key component of the reactive oxygen species-scavenging network, its relevance in the immune system is yet to be defined. Here, we investigated the importance of Gpx4 for physiological T cell responses by using T cell-specific Gpx4-deficient mice. Our results revealed that, despite normal thymic T cell development, CD8(+) T cells from T(ΔGpx4/ΔGpx4) mice had an intrinsic defect in maintaining homeostatic balance in the periphery. Moreover, both antigen-specific CD8(+) and CD4(+) T cells lacking Gpx4 failed to expand and to protect from acute lymphocytic choriomeningitis virus and Leishmania major parasite infections, which were rescued with diet supplementation of high dosage of vitamin E. Notably, depletion of the Gpx4 gene in the memory phase of viral infection did not affect T cell recall responses upon secondary infection. Ex vivo, Gpx4-deficient T cells rapidly accumulated membrane lipid peroxides and concomitantly underwent cell death driven by ferroptosis but not necroptosis. These studies unveil an essential role of Gpx4 for T cell immunity.