Factors controlling water-column respiration in rivers of the central and southwestern Amazon Basin

We examined the factors controlling the variability in water-column respiration rates in Amazonian rivers. Our objectives were to determine the relationship between respiration rates and the in situ concentrations of the size classes of organic carbon (OC), and the biological source (C-3 and C-4 plants and phytoplankton) of organic matter (OM) supporting respiration. Respiration was measured along with OC size fractions and dissolved oxygen isotopes (delta O-18-O-2) in rivers of the central and southwestern Amazon Basin. Rates ranged from 0.034 mu mol O-2 L-1 h(-1) to 1.78 mu mol O-2 L-1 h(-1), and were four-fold higher in rivers with evidence of photosynthetic production (demonstrated by delta O-18-O-2<24.2 parts per thousand) as compared to rivers lacking such evidence (delta O-18-O-2>24.2 parts per thousand; 1.35 +/- 0.22 vs. 0.30 +/- 0.29 mu mol L-1 h(-1)). Rates were likely elevated in the former rivers, which were all sampled during low water, due to the stimulation of heterotrophic respiration via the supply of a labile, algal-derived substrate and/or the occurrence of autotrophic respiration. The organic composition of fine particulate OM (FPOM) of these rivers is consistent with a phytoplankton origin. Multiple linear regression analysis indicates that [FPOC], C:N-FPOC ratios, and [O-2] account for a high amount of the variability in respiration rates (r(2) = 0.80). Accordingly, FPOC derived from algal sources is associated with elevated respiration rates. The delta C-13 of respiration-derived CO2 indicates that the role of phytoplankton, C-3 plants, and C-4 grasses in supporting respiration is temporally and spatially variable. Future scaling work is needed to evaluate the significance of phytoplankton production to basin-wide carbon cycling.

Flavonoid interactions with human transthyretin: Combined structural and thermodynamic analysis

Transthyretin (TTR) is a carrier protein involved in human amyloidosis. The development of small molecules that may act as TTR amyloid inhibitors is a promising strategy to treat these pathologies. Here we selected and characterized the interaction of flavonoids with the wild type and the V30M amyloidogenic mutant TTR. TTR acid aggregation was evaluated in vitro in the presence of the different flavonoids. The best TTR aggregation inhibitors were studied by Isothermal Titration Calorimetry (ITC) in order to reveal their thermodynamic signature of binding to TTRwt. Crystal structures of TTRwt in complex with the top binders were also obtained, enabling us to in depth inspect TTR interactions with these flavonoids. The results indicate that changing the number and position of hydroxyl groups attached to the flavonoid core strongly influence flavonoid recognition by TTR, either by changing ligand affinity or its mechanism of interaction with the two sites of TTR. We also compared the results obtained for ITRwt with the V30M mutant structure in the apo form, allowing us to pinpoint structural features that may facilitate or hamper ligand binding to the V30M mutant. Our data show that the TTRwt binding site is labile and, in particular, the central region of the cavity is sensible for the small differences in the ligands tested and can be influenced by the Met30 amyloidogenic mutation, therefore playing important roles in flavonoid binding affinity, mechanism and mutant protein ligand binding specificities. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Pancreatic iron stores assessed by magnetic resonance imaging (MRI) in beta thalassemic patients

Purpose: To assess the correlation between MRI findings of the pancreas with those of the heart and liver in patients with beta thalassemia; to compare the pancreas T2* MRI results with glucose and ferritin levels and labile plasma iron (LPI). Materials and methods: We retrospectively evaluated chronically transfused patients, testing glucose with enzymatic tests, serum ferritin with chemiluminescence, LPI with cellular fluorescence, and T2* MRI to assess iron content in the heart, liver, and pancreas. MRI results were compared with one another and with serum glucose, ferritin, and LPI. Liver iron concentration (LIC) was determined in 11 patients' liver biopsies by atomic absorption spectrometry. Results: 289 MRI studies were available from 115 patients during the period studied. 9.4% of patients had overt diabetes and an additional 16% of patients had impaired fasting glucose. Both pancreatic and cardiac R2* had predictive power (p < 0.0001) for identifying diabetes. Cardiac and pancreatic R2* were modestly correlated with one another (r(2) = 0.20, p < 0.0001). Both were weakly correlated with LIC (r(2) = 0.09, p < 0.0001 for both) and serum ferritin (r(2) = 0.14, p < 0.0001 and r(2) = 0.03, p < 0.02, respectively). None of the three served as a screening tool for single observations. There is a strong log-log, or power-law, relationship between ratio of signal intensity (SIR) values and pancreas R2* with an r(2) of 0.91. Conclusions: Pancreatic iron overload can be assessed by MRI, but siderosis in other organs did not correlate significantly with pancreatic hemosiderosis. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Occurrence of molds on laminated paperboard for aseptic packaging, selection of the most hydrogen peroxide- and heat-resistant isolates and determination of their thermal death kinetics in sterile distilled water

This study aimed at enumerating molds (heat-labile and heat-resistant) on the surface of paperboard material to be filled with tomato pulps through an aseptic system and at determining the most heat-and hydrogen peroxide-resistant strains. A total of 118 samples of laminated paperboard before filling were collected, being 68 before and 50 after the hydrogen peroxide bath. Seven molds, including heat-resistant strains (Penicillium variotii and Talaromyces flavus) with counts ranging between 0.71 and 1.02 CFU/cm(2) were isolated. P. variotii was more resistant to hydrogen peroxide than T. flavus and was inactivated after heating at 85 degrees C/15 min. When exposed to 35 % hydrogen peroxide at 25 degrees C, T. flavus (F5E2) and N. fischeri (control) were less resistant than P. variotti (F1A1). P. citrinum (F7E2) was shown to be as resistant as P. variotti. The D values (the time to cause one logarithmic cycle reduction in a microbial population at a determined temperature) for spores of P. variotii (F1A1) and N. fischeri (control) with 4 months of age at 85 and 90 degrees C were 3.9 and 4.5 min, respectively. Although the contamination of packages was low, the presence of heat-and chemical-resistant molds may be of concern for package sterility and product stability during shelf-life. To our knowledge, this is the first report that focuses on the isolation of molds, including heat-resistant ones, contaminating paperboard packaging material and on estimating their resistance to the chemical and physical processes used for packaging sterilization.

Increasing the activity of copper(II) complexes against Leishmania through lipophilicity and pro-oxidant ability

Copper complexes with fluorinated beta-diketones were synthesized and characterized in terms of lipophilicity and peroxide-assisted oxidation of dihydrorhodamine as an indicator of redox activity. The biological activity of the complexes was tested against promastigotes of Leishmania amazonensis. Inhibition of trypanosomatid-specific trypanothione reductase was also tested. It was found that the highly lipophilic and redox-active bis(trifluoroacetylacetonate) derivative had increased toxicity towards promastigotes. These results indicate that it is possible to modulate the activity of metallodrugs based on redox-active metals through the appropriate choice of lipophilic chelators in order to design new antileishmanials. Further work will be necessary to improve selectivity of these compounds against the parasite.

Population structure and distribution of UCA ( Brachyura: Ocypodidae) influenced by abiotic factors in a tropical estuary

Uca populations have an important functional and structural role in many estuarine ecosystems. These crabs exhibit distinct physiological tolerance to salinity gradients, which may partially explain their heterogeneous distribution. In order to investigate the population structure and distribution of Uca spp. in a tropical estuary, we sampled Uca crabs in replicated 0.75 m2 quadrats at six muddy plain areas during monthly intervals between July and November 2012 in spring tidal conditions. Environmental factors including water temperature, salinity, sediment total organic matter, chlorophyll-a, and granulometry were analyzed. We sampled a total of 2919 individuals distributed in three Uca species (U. uruguayensis, U. thayeri and U. maracoani), from which U. uruguayensis was dominant. The density and biomass of individuals were spatially and temporally heterogeneous. During October and November we found higher Uca spp. densities (71.3 ± 47.3 to 77.6 ± 44,5 ind. 0.75 m-²) and biomass (1.8 ± 1.1 to 2.1 ± 1.0 g 0.75 m-2 AFDW) if compared to the previous months, density (July 55,5± 44,1 August 52,5± 34,9 and September 47,7 ± 25,6 ind. 0,75m-²) and biomass in others months (July 1,0± 0,94 August 1,1 ± 0,72 and September 1,3±0,93 g 0.75 m-2 AFDW ). The same pattern was found for other variables, such as salinity (32 and 34), organic matter (30 and 67%) and chlorophyll-a (89 and 46 μg g-1). In two study areas we found this pattern which suggests that higher Uca productivity and food availability are related. A principal component analysis (PCA) suggests that salinity and granulometry (silt) can influence (60% correspondence) the distribution of U. maracoani. For U. uruguayensis and U. thayeri the PCA suggests chlorophyll-a was important, which is a good indicator for labile organic matter. Our study suggests that the population structure and distribution of Uca species may be regulated by food availability, supporting their utility as biological models for ecosystem monitoring.

Longterm peripheral baroreflex and chemoreflex function after bilateral eversion carotid endarterectomy

Introduction The “eversion” technique for carotid endarterectomy (e-CEA), that involves the transection of the internal carotid artery at the carotid bulb and its eversion over the atherosclerotic plaque, has been associated with an increased risk of postoperative hypertension possibly due to a direct iatrogenic damage to the carotid sinus fibers. The aim of this study is to assess the long-term effect of the e-CEA on arterial baroreflex and peripheral chemoreflex function in humans. Methods A retrospective review was conducted on a prospectively compiled computerized database of 3128 CEAs performed on 2617 patients at our Center between January 2001 and March 2006. During this period, a total of 292 patients who had bilateral carotid stenosis ≥70% at the time of the first admission underwent staged bilateral CEAs. Of these, 93 patients had staged bilateral e-CEAs, 126 staged bilateral s- CEAs and 73 had different procedures on each carotid. CEAs were performed with either the eversion or the standard technique with routine Dacron patching in all cases. The study inclusion criteria were bilateral CEA with the same technique on both sides and an uneventful postoperative course after both procedures. We decided to enroll patients submitted to bilateral e-CEA to eliminate the background noise from contralateral carotid sinus fibers. Exclusion criteria were: age >70 years, diabetes mellitus, chronic pulmonary disease, symptomatic ischemic cardiac disease or medical therapy with b-blockers, cardiac arrhythmia, permanent neurologic deficits or an abnormal preoperative cerebral CT scan, carotid restenosis and previous neck or chest surgery or irradiation. Young and aged-matched healthy subjects were also recruited as controls. Patients were assessed by the 4 standard cardiovascular reflex tests, including Lying-to-standing, Orthostatic hypotension, Deep breathing, and Valsalva Maneuver. Indirect autonomic parameters were assessed with a non-invasive approach based on spectral analysis of EKG RR interval, systolic arterial pressure, and respiration variability, performed with an ad hoc software. From the analysis of these parameters the software provides the estimates of spontaneous baroreflex sensitivity (BRS). The ventilatory response to hypoxia was assessed in patients and controls by means of classic rebreathing tests. Results A total of 29 patients (16 males, age 62.4±8.0 years) were enrolled. Overall, 13 patients had undergone bilateral e-CEA (44.8%) and 16 bilateral s-CEA (55.2%) with a mean interval between the procedures of 62±56 days. No patient showed signs or symptoms of autonomic dysfunction, including labile hypertension, tachycardia, palpitations, headache, inappropriate diaphoresis, pallor or flushing. The results of standard cardiovascular autonomic tests showed no evidence of autonomic dysfunction in any of the enrolled patients. At spectral analysis, a residual baroreflex performance was shown in both patient groups, though reduced, as expected, compared to young controls. Notably, baroreflex function was better maintained in e-CEA, compared to standard CEA. (BRS at rest: young controls 19.93 ± 2.45 msec/mmHg; age-matched controls 7.75 ± 1.24; e-CEA 13.85 ± 5.14; s-CEA 4.93 ± 1.15; ANOVA P=0.001; BRS at stand: young controls 7.83 ± 0.66; age-matched controls 3.71 ± 0.35; e-CEA 7.04 ± 1.99; s-CEA 3.57 ± 1.20; ANOVA P=0.001). In all subjects ventilation (VÝ E) and oximetry data fitted a linear regression model with r values > 0.8. Oneway analysis of variance showed a significantly higher slope both for ΔVE/ΔSaO2 in controls compared with both patient groups which were not different from each other (-1.37 ± 0.33 compared with -0.33±0.08 and -0.29 ±0.13 l/min/%SaO2, p<0.05, Fig.). Similar results were observed for and ΔVE/ΔPetO2 (-0.20 ± 0.1 versus -0.01 ± 0.0 and -0.07 ± 0.02 l/min/mmHg, p<0.05). A regression model using treatment, age, baseline FiCO2 and minimum SaO2 achieved showed only treatment as a significant factor in explaining the variance in minute ventilation (R2= 25%). Conclusions Overall, we demonstrated that bilateral e-CEA does not imply a carotid sinus denervation. As a result of some expected degree of iatrogenic damage, such performance was lower than that of controls. Interestingly though, baroreflex performance appeared better maintained in e-CEA than in s-CEA. This may be related to the changes in the elastic properties of the carotid sinus vascular wall, as the patch is more rigid than the endarterectomized carotid wall that remains in the e-CEA. These data confirmed the safety of CEA irrespective of the surgical technique and have relevant clinical implication in the assessment of the frequent hemodynamic disturbances associated with carotid angioplasty stenting.

Studio della subunità epsilon della DNA polimerasi III di Escherichia coli: stabilità e interazione con la subunità polimerasica

Faithful replication of DNA from one generation to the next is crucial for long-term species survival. Genomic integrity in prokaryotes, archaea and eukaryotes is dependent on efficient and accurate catalysis by multiple DNA polymerases. Escherichia coli possesses five known DNA polymerases (Pol). DNA polymerase III holoenzyme is the major replicative polymerase of the Escherichia coli chromosome (Kornberg, 1982). This enzyme contains two Pol III cores that are held together by a t dimer (Studwell-Vaughan and O’Donnell, 1991). The core is composed of three different proteins named α-, ε- and θ-subunit. The α-subunit, encoded by dnaE, contains the catalytic site for DNA polymerisation (Maki and Kornberg, 1985), the ε-subunit, encoded by dnaQ, contains the 3′→5′ proofreading exonuclease (Scheuermann, et al., 1983) and the θ-subunit, encoded by hole, that has no catalytic activity (Studwell-Vaughan, and O'Donnell, 1983). The three-subunit α–ε–θ DNA pol III complex is the minimal active polymerase form purified from the DNA pol III holoenzyme complex; these three polypeptides are tightly associated in the core (McHenry and Crow, 1979) Despite a wealth of data concerning the properties of DNA polymerase III in vitro, little information is available on the assembly in vivo of this complex enzyme. In this study it is shown that the C-terminal region of the proofreading subunit is labile and that the ClpP protease and the molecular chaperones GroL and DnaK control the overall concentration in vivo of ε. Two α-helices (comprising the residues E311-M335 and G339-D353, respectively) of the N-terminal region of the polymerase subunit were shown to be essential for the binding to ε. These informations could be utilized to produce a conditional mutator strain in which proofreading activity would be titrated by a a variant that can only bind e and that is polymerase-deficient. In this way the replication of DNA made by DNA Pol-III holoenzyme would accordingly become error-prone.

Distribuzione e biodisponibilità dei metalli in traccia nei sedimenti della Pialassa Baiona

Il presente lavoro di tesi è stato realizzato al fine di valutare la distribuzione geografica ed i livelli ambientali di concentrazione per una serie di metalli (Cr, Cu, Ni, Zn, Mn, Co, V, Ba, Pb, Sr e Hg) presenti all’interno dei sedimenti della laguna costiera Pialassa Baiona, situata nei pressi del porto e dell’area industriale di Ravenna. L’area di studio considerata rappresenta un esempio di ambiente di transizione, dove i fattori fisici e chimici variano su scala spaziale e temporale e dove le attività antropiche, recenti e non, hanno provocato impatti significativi sullo stato di qualità dei sedimenti, delle acque e degli ecosistemi. Lo studio è stato progettato seguendo un disegno di campionamento ortogonale, che tiene conto del gradiente naturale terra-mare, tipico delle zone di transizione, e del gradiente antropico, legato alla vicinanza con l’area industriale. Sulla base di questo disegno sono state campionate 4 aree differenti e per ciascuna area sono stati scelti casualmente tre siti. La caratterizzazione dei sedimenti dal punto di vista chimico è stata effettuata determinando la frazione labile e quindi più biodisponibile dei metalli, oggetto del presente studio, per mezzo di una tecnica di estrazione parziale con HCl 1 M. Le concentrazioni biodisponibili ottenute sono state poi confrontate con il contenuto totale dei metalli, determinato mediante digestione totale al micronde. I sedimenti sono stati inoltre caratterizzati dal punto di vista granulometrico e del contenuto in sostanza organica (Loss on Ignition, LOI%). I risultati ottenuti dalle analisi chimiche sono stati confrontati con i valori tipi di fondo naturale del Mar Adriatico e con i valori guida di riferimento nazionale (SQA-MA) ed internazionale (ERL, ERM, TEL e PEL), al fine di valutare lo stato di qualità dei sedimenti della Baiona e di effettuare uno screening per individuare eventuali situazioni di rischio per gli organismi bentonici. I risultati ottenuti sono stati poi elaborati statisticamente con un analisi della varianza (ANOVA) con lo scopo di valutare la variabilità spaziale dei metalli nei campioni analizzati e la presenza di eventuali differenze significative.

Entwicklung und Charakterisierung von Gassterilisationsprozessen am Beispiel der Oberflächensterilisation mittels Wasserstoffperoxid und Ethylenoxid

Bei der Auswahl einer Sterilisationsmethode stehen, gemäß den Vorgaben des Europäischen Arzneibuches, die Sterilisation mittels Hitze (Dampf bzw. Heißluft) oder ionisierender Strahlung im Vordergrund. Diese so genannten Referenzverfahren verfügen neben einem breiten Wirkungsspektrum über eine hohe Effektivität und zeichnen sich durch eine gute Reproduzierbarkeit aus. Häufig jedoch verbieten die physikalisch – chemischen Eigenschaften des zu sterilisierenden Gutes eine Anwendung der Referenzverfahren. In derartigen Fällen muss nach geeigneten Alternativverfahren gesucht werden, will man eine aseptische Herstellung vermeiden. Besonders bei thermolabilen Gütern hat sich der Einsatz von gasförmigen Agenzien mit keimtötender Wirkung bewährt. Bei entsprechenden Rahmenbedingungen ist hier eine Sterilisation unterhalb der Raumtemperatur möglich. Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendbarkeit der Ethylenoxidsterilisation bzw. der Sterilisation mittels gasförmigen Wasserstoffperoxids (Vapour Phase Hydrogen Peroxide) auf verschiedene Materialoberflächen am Beispiel zweier aktueller Anwendungen aus der pharmazeutischen Industrie. Dabei werden die Vor- und Nachteile der beiden Verfahren aufgezeigt und in Relation zu den Referenzverfahren gestellt. Im Rahmen der abschließenden mikrobiologischen Leistungsbeurteilung beider Verfahren werden verschiedene methodische Ansätze, wie Halbzyklus und Fraction Negative Analysis zur Anwendung gebracht und bewertet.

Funzioni della subunità θ e del dominio PHP della subunità α nel core catalitico della DNA polimerasi III di Escherichia coli

Il core catalitico della DNA polimerasi III, composto dalle tre subunità α, ε e θ, è il complesso minimo responsabile della replicazione del DNA cromosomiale in Escherichia coli. Nell'oloenzima, α ed ε possiedono rispettivamente un'attività 5'-3' polimerasica ed un'attività 3'-5' esonucleasica, mentre θ non ha funzioni enzimatiche. Il presente studio si è concentrato sulle regioni del core che interagiscono direttamente con ε, ovvero θ (interagente all'estremità N-terminale di ε) e il dominio PHP di α (interagente all'estremità C-terminale di ε), delle quali non è stato sinora identificato il ruolo. Al fine di assegnare loro una funzione sono state seguite tre linee di ricerca parallele. Innanzitutto il ruolo di θ è stato studiato utilizzando approcci ex-vivo ed in vivo. I risultati presentati in questo studio mostrano che θ incrementa significativamente la stabilità della subunità ε, intrinsecamente labile. Durante gli esperimenti condotti è stata anche identificata una nuova forma dimerica di ε. Per quanto la funzione del dimero non sia definita, si è dimostrato che esso è attivamente dissociato da θ, che potrebbe quindi fungere da suo regolatore. Inoltre, è stato ritrovato e caratterizzato il primo fenotipo di θ associato alla crescita. Per quanto concerne il dominio PHP, si è dimostrato che esso possiede un'attività pirofosfatasica utilizzando un nuovo saggio, progettato per seguire le cinetiche di reazione catalizzate da enzimi rilascianti fosfato o pirofosfato. L'idrolisi del pirofosfato catalizzata dal PHP è stata dimostrata in grado di sostenere l'attività polimerasica di α in vitro, il che suggerisce il suo possibile ruolo in vivo durante la replicazione del DNA. Infine, è stata messa a punto una nuova procedura per la coespressione e purificazione del complesso α-ε-θ

Synthetische Glycopeptide mit Sulfatyl-Lewis X-Struktur als potenzielle Inhibitoren der Zelladhäsion

Zelladhäsionsprozesse sind von großer Bedeutung für zahlreiche biologische Prozesse, wie etwa die Immunantwort, die Wundheilung und die Embryogenese. Außerdem spielen sie eine entscheidende Rolle im Verlauf inflammatorischer Prozesse. An der Zelladhäsion sind verschiedene Klassen von Adhäsionsmolekülen beteiligt. Die erste leichte „rollende“ Adhäsion von Leukozyten am Ort einer Entzündung wird durch die Selektine vermittelt. Diese binden über die Kohlenhydrat-Strukturen Sialyl-Lewisx und Sialyl-Lewisa über eine calciumabhängige Kohlenhydrat-Protein-Bindung an ihre spezifischen Liganden und vermitteln so den ersten Zellkontakt, bevor andere Adhäsionsmoleküle (Cadherine, Integrine) die feste Adhäsion und den Durchtritt durch das Endothel bewirken. Bei einer pathogenen Überexpression der Selektine kommt es jedoch zu zahlreichen chronischen Erkrankungen wie z. B. rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße oder dem Reperfusions-syndrom. Außerdem wird eine Beteiligung der durch die Selektine vermittelten Zellkontakte bei der Metastasierung von Karzinomzellen angenommen. Ein Ansatzpunkt für die Behandlung der oben genannten Erkrankungen ist die Gabe löslicher kompetitiver Inhibitoren für die Selektine. Ziel der Arbeit war die Modifikation des Sialyl-Lewisx-Leitmotivs zur Steigerung der metabolischen Stabilität und dessen Einbau in die Peptidsequenz aus der für die Bindung verantwortlichen Domäne des endogenen Selektin-Liganden PSGL-1. Dazu wurden mit einer modifizierten Lewisx-Struktur glycosylierte Aminosäurebausteine dargestellt (Abb.1). Die Verwendung von Arabinose und des Sulfatrestes anstelle von Fusose und Sialinsäure sollte außerdem zu einer gesteigerten metabolischen Stabilität des synthetischen Liganden beitragen. Die so erhaltenen Glycosylaminosäuren sollten nun in die Festphasenpeptidsynthese eingesetzt werden. Aufgrund der großen säurelabilität konnte hier nicht auf das Standartverfahren (Wang-Harz, Abspaltung mit TFA) zurückgegriffen werden. Deshalb kam ein neuartiges UV-labiles Ankersystem zum Einsatz. Dazu wurde ein Protokoll für die Synthese und Abspaltung von Peptiden an diesem neuen System entwickelt. Daran gelang die Synthese des nichtglycosylierten Peptidrückgrats sowie eines mit der dem sulfatierten Lewisx-Motiv versehenen Glycopeptids. Ein vierfach sulfatiertes Glycopeptid, welches durch den Einsatz von im Vorfeld chemisch sulfatierer Tyrosin-Bausteinen dargestellt werden sollte, konnte massenspektrometrisch nachgewiesen werden.

Morphologischer und biochemischer Aufbau von Silikatnadeln der Hexactinelliden am Beispiel von Monorhaphis chuni

Schon 1904 beschrieb Schulze den Aufbau von Silikatnadeln des Schwammes Monorhaphis chuni, eines Mitglieds der zweiten Familie von biosilifizierenden Schwämmen, den Hexactinelliden (Glasschwämmen). Weitergehende morphologische Untersuchungen und biochemische Analysen insbesondere mit modernen Methoden wurden an Hexactinelliden bisher kaum durchgeführt. Ziel der vorliegenden Arbeit bestand deshalb darin, Untersuchungen zur Morphologie, der chemischen Zusammensetzung, der Verteilung und Charakterisierung der beteiligten anorganischen und organischen Komponenten sowie einen molekularbiologischer Nachweis der Existenz von Silicatein in Hexactinelliden durchzuführen. Für diese Untersuchungen wurden zwei Spezies verwendet: Monorhaphis chuni und Crateromorpha meyeri. Mittels Elektronen-Mikrosonden-Technik wurde an Querschnitten der Pfahlnadel von M. chuni die Verteilung der Elemente innerhalb der Nadel untersucht. Am äußeren Rand der Nadel (150 µm) traten im Vergleich zur Nadelmitte prägnante Unterschiede in der Konzentration von Kaliumoxid und Natriumoxid auf. Diese Ergebnisse deuten auf das Vorhandensein eines ähnlichen Transportsystems zur Anreicherung von Silizium/Silikat bei der Nadelbildung hin, wie es bereits in S. domuncula bekannt ist. Mit elektronen- und lichtmikroskopischen Untersuchungen wurden die organischen Substanzen der Silikatnadel nachgewiesen und deren Verteilung innerhalb dieser Nadeln analysiert. In der lamellaren Zone befindet sich, eine säurelabile organische Netzstruktur, sowie eine, die Silikatschichten durchspannende, säulenähnliche Struktur. Im Axialzylinder zeigt das organische Material eine leicht verzweigte fibrilläre Anordnung. Mit biochemischen Verfahren wurden die organischen Komponenten der Nadeln detaillierter untersucht. Mehrere Proteine mit Molekulargewichten von 17, 24, 27 ,30, 36 und 70 kDa wurden durch gelelektrophoretische Analysen von Material der Pfahlnadel identifiziert. Die Analyse isolierter Anteile der lamellaren Zone zeigte ausschließlich ein 27 kDa Protein. Die restlichen Proteinbanden konnten hier nicht nachgewiesen werden. Das 27 kDa Protein reagierte im Westernblot mit Antikörpern gegen Silicatein aus S. domuncula. Ein weiteres Protein wurde näher charakterisert. Ein positiver Agglutinationsassay wies ein lectinähnliches Molekül innerhalb der Nadeln nach, wie es aus S. domuncula bekannt ist. Nach einer Deglycolysierung der Proteine reduzierte sich das scheinbare Molekulargewicht der 36 kDa Bande auf 30 kDa. Durch molekularbiologische Untersuchungen wurde erstmals in Hexactinelliden die Existenz von Silicatein nachgewiesen. Nach Isolierung der Gesamt-RNA von Crateromorpha meyeri, RT-PCR und Amplifizierung mit silicateinspezifischen Primern wurde eine 549 kBp Nukleotidsequenz gefunden, die auf Aminosäureebene starke Homologien (76% identische Aminosäuren) zu bekannten Silicateinen der Demospongia aufweist. Die Aminosäuren der katalytische Triade des Silicateins, essenziell für die enzymatische Katalyse des Enzyms, sind an den selben Positionen wie bei bekannten Silicateinen vorhanden.

Relevanz der Methioninoxidation aus evolutionärer Sicht und im akuten oxidativen Stressmodell der Alzheimerschen Krankheit

Im Laufe der Evolution müssen Sauerstoff-metabolisierende Organismen eine Reihe von Anpassungen entwickelt haben, um in der zytotoxischen oxidativen Umgebung der sauerstoff-haltigen Erdatmosphäre überleben zu können. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten vergleichenden Analysen mitochondrial kodierter und kern-kodierter Proteome mehrerer hundert Spezies haben ergeben, dass die Evolution eines alternativen genetischen Codes in Mitochondrien eine moderne Adaptation in diesem Sinne war. Viele aerobe Tiere und Pilze dekodieren in Abweichung vom genetischen Standard-Code das Codon AUA als Methionin. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass diese Spezies dadurch eine massive Akkumulation der sehr leicht oxidierbaren Aminosäure Methionin in ihren Atmungskettenkomplexen erreichen, die generell ein bevorzugtes Ziel reaktiver Sauerstoffspezies sind. Der gewonnene Befund lässt sich widerspruchsfrei nur unter Annahme einer antioxidativen Wirkung dieser Aminosäure erklären, wie sie erstmals 1996 von R. Levine anhand von Oxidationsmessungen in Modellproteinen postuliert worden war. In der vorliegenden Arbeit wird diese Hypothese nun direkt mittels neuartiger Modellsubstanzen in lebenden Zellen bestätigt. Die durchgeführten bioinformatischen Analysen und zellbiologischen Experimente belegen, dass kollektive Proteinveränderungen die Triebkraft für die Evolution abweichender genetischer Codes sein können.rnDie Bedeutung von oxidativem Stress wurde darüber hinaus auch im Referenzrahmen einer akuten oxidativen Schädigung im Einzelorganismus untersucht. Da oxidativer Stress in der Pathogenese altersassoziierter neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimerschen Krankheit prominent involviert zu sein scheint, wurden die Auswirkungungen von Umwelt-induziertem oxidativem Stress auf den histopathologischen Verlauf in einem transgenen Modell der Alzheimerschen Krankheit in vivo untersucht. Dabei wurden transgene Mäuse des Modells APP23 im Rahmen von Fütterungsversuchen einer lebenslangen Defizienz der Antioxidantien Selen oder Vitamin E ausgesetzt. Während die Selenoproteinexpression durch die selendefiziente Diät gewebespezifisch reduziert wurde, ergaben sich keine Anzeichen eines beschleunigten Auftretens pathologischer Marker wie amyloider Plaques oder Neurodegeneration. Es war vielmehr ein unerwarteter Trend hinsichtlich einer geringeren Plaquebelastung in Vitamin E-defizienten Alzheimermäusen zu erkennen. Auch wenn diese Daten aufgrund einer geringen Versuchstiergruppengröße nur mit Vorsicht interpretiert werden dürfen, so scheint doch ein Mangel an essentiellen antioxidativen Nährstoffen die Progression in einem anerkannten Alzheimermodell nicht negativ zu beeinflussen.rn

Die Synthese eines Sialyl-Lewis X-Mimetikums als Baustein zur Herstellung von Glycopeptid-Zelladhäsionsinhibitoren für Selektine

Zelladhäsionsphänomene spielen eine wichtige Rolle in vielen biologischen Vorgängen, wie z. B. in der Embryogenese, der Wundheilung, der Immunantwort und Entzündungsprozessen. So wird die inflammatorische Kaskade durch P- und E-Selektin vermittelte Adhäsion der im Blutstrom zirkulierenden Leukozyten an Endothelzellen eingeleitet. Übermäßige Zelladhäsion kann hingegen eine Vielzahl von Krankheiten bewirken. Nachgewiesen ist eine solche Beteiligung der Selektine u. a. bei rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße und dem Reperfusionssyndrom. Ein Ansatz zur Therapie besteht in der Verabreichung löslicher Selektinliganden, die kompetitiv an die Selektine binden und deren Aktivität dadurch mindern. Die wichtigste Leitstruktur für pharmakologisch aktive Selektinliganden stellt hierbei das Tetrasaccharid-Epitop Sialyl-Lewisx (sLex) dar.rnrnIn dieser Arbeit wurde nach einer nicht enzymatischen Strategie ein auf der sLex Struktur basierender Baustein für die Festphasen-Peptidsynthese synthetisiert. Aus diesem sollen nach Schutzgruppen-Manipulationen durch Einsatz in automatisierten Festphasen-Peptidsynthesen, verschiedene Glycopeptide als Zelladhäsionsinhibitoren für Selektine gewonnen werden. Der rasche Abbau der sLex-Struktur im Organismus schränkt die pharmakologische Nutzung von sLex-Derivaten jedoch stark ein. Das synthetisierte Kohlenhydrat Epitop weist daher gegenüber der natürlichen sLex-Struktur mehrere Modifikationen auf, die zu einer erhöhten metabolischen Stabilität führen sollen, ohne die für eine effektive Bindung zum Rezeptor nötigen Wechselwirkungen zu beeinträchtigen. rnrnAus diesem Grund wurde der synthetisch anspruchsvolle Sialinsäure-Baustein durch die L-Cyclohexylmilchsäure substituiert. Die Anbindung des Kohlenhydrat-Epitops an das Peptid wird im Gegensatz zur natürlichen N-glycosidischen Verknüpfung hier über eine zusätzliche Glucosamin-Einheit O-glycosidisch an die Aminosäure L-Threonin bewirkt. Außerdem wird der labile Fucose-Rest durch die D-Arabinose ersetzt, die nicht im menschlichen Organismus vorkommt, jedoch die drei essentiellen pharmakophoren Hydroxylfunktionen in der gleichen dreidimensionalen Orientierung präsentiert wie die L-Fucose.