Diffusivity and enzymatic activity control the exchange of carbonyl sulfide (COS) between soils and the atmosphere

Carbonylsulfid (COS) ist eines der stabilsten reduzierten schwefelhaltigen Spurengase in der Atmosphäre. In der gut durchmischten Troposphäre bewegt sich seine Konzentration um 500 ppt. COS spielt eine wichtige Rolle in der Produktion von stratosphärischem Aerosol und im Ozon Zyklus. Dieses Spurengas hat eine Vielfalt an natürlichen und anthropogenen Quellen, denen gleichstarke Senken, darunter die dominanten wie Vegetation und Boden, gegenüber stehen. Die Stärke der Senken ist trotz langjähriger Forschungen immer noch Gegenstand der Diskussionen. Daher ist es wichtig die kontrollierenden Parameter zu charakterisieren. Alle Austauschmessungen vor 1990 vermuteten Böden als Quelle von COS, was aber durch Castro and Galloway (1991) klar widerlegt wurde. Heute werden Böden in Ergänzung zur Vegetation grundsätzlich als Senke betrachtet. Vor diesem Hintergrund wurden Bodenproben auf den Austausch von Carbonylsulfid mit der Atmosphäre unter verschiedenen Umgebungsbedingungen untersucht. Drei Ackerböden aus Deutschland, China und Finnland und zwei Waldböden aus Sibirien und Surinam konnten parametrisiert werden in Relation zur atmosphärischen Umgebungskonzentration, Temperatur und Bodenfeuchte (WC). Neben Umgebungskonzentration und Bodenfeuchte, scheinen Bodenstruktur und enzymatische Aktivität die Richtung und Größe des Austauschflusses zu kontrollieren. Die übereinstimmenden Optima für boreale Böden in Relation zum wassergefüllten Porenvolumen des Bodens (WFPS) und die Linearität zwischen Depositionsgeschwindigkeit (Vd) und Bulk density lassen auf eine Dominanz der Abhängigkeit der COS-Aufnahme von der durch WFPS bestimmten Diffusionsfähigkeit schließen. WFPS ist abhängig von WC, Bodenstruktur und Bodenporosität. In Ergänzung zu diesen eher physikalischen Parametern konnte die Carboanhydrase (CA) als kontrollierendes Enzym in Böden identifiziert werden. Erste Versuche zur direkten Bestimmung der CA in den untersuchten Böden erlaubten eine erste, aber noch sehr ungenaue Abschätzung der Enzymaktivität.

Synthese von Sialyl-Lewis-X-Mimetika durch stereoselektive ortho-C-Glycosylierung von Phenolen

Ziel der Arbeit war es, Sialyl-LewisX-Mimetika auf Basis ortho-C-glycosylierter Phenole als Inhibitoren für die Selektin-Ligand-Wechselwirkungen zu synthetisieren. Dazu wurde zunächst die Stereoselektivität der ortho-C-Mannosylierung untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass bei der Umsetzung von Phenolen mit dem benzylgeschützten Mannosyl-trichloracetimidat in Gegenwart von TMSOTf selektiv das β-C-Mannosid erhalten wurde. Gleichzeitig konnte anhand der NMR-spektroskopischen Untersuchungen nachgewiesen werden, dass die in der Literatur beschriebenen α-C-Mannoside von Phenolen tatsächlich β-konfiguriert sind. Wenn Naphthole als Glycosylakzeptoren verwendet wurden, konnten durch Modifikation des Promotors auch die für die Synthese der Mimetika benötigten α-C-Mannoside erhalten werden, wobei ZnCl2 als Promotor die besten Ergebnisse lieferte. Allerdings zeigten die synthetisierten α-C-Mannoside und α-C-Galactoside eine Inversion des Pyranoseringes und lagen in der ungewöhnlichen 1C4-Konformation vor.rnAnschließend konnte auf diese Weise das durch Docking-Studien gefundene Mimetikum (2S)-3-Cyclohexyl-2-[7-hydroxy-8-(α-D-mannosyl)naphthalin-2-yloxy]propionsäure syntheti-siert werden. Es besaß jedoch in Zelladhäsionstests keine ausreichende Aktivität bei der Inhibierung der Selektin-Ligand-Wechselwirkung. Bei den ursprünglichen Dockingstudien war allerdings von der gewohnten 4C1-Konformation ausgegangen worden. Spätere NMR-Experimente und DFT-Berechnungen zeigten, dass das Mimetikum tatsächlich in der 1C4-Konformation vorlag und es deshalb nicht aktiv war. Die synthetisierten Stereo- und Regioisomere zeigten in Zelladhäsionstests ebenfalls keine Aktivität.rnVersuche, die α-1-C-Mannosylnaphthole zu den benötigten 1-C-2-O-Diglycosyl-naphthalinen umzusetzen waren nicht erfolgreich, da die phenolische OH-Gruppe sterisch zu sehr abgeschirmt war, um unter milden Reaktionsbedingungen glycosyliert zu werden, bzw. die α-1-C-Mannosylnaphthaline unter drastischeren Reaktionsbedingungen nicht stabil waren. Daher wurde 1-(2′,3′,4′,6′-Tetra-O-benzyl-β-D-galactopyranosyl)-2-naphthol mit 2,3,4,6-Tetra-O-acetyl-α-D-mannopyranosyl-trichloracetimidat in Gegenwart von TMSOTf zum ersten synthetischen 1-C-2-O-Diglycosyl-phenol umgesetzt. Nach Abspaltung der Schutzgruppen sollte das erhaltene 1-Galactosyl-2-O-mannosyl-naphthalin enzymatisch zum Sialyl-LewisX-Mimetikum verlängert werden. Es wurde vom Enzym jedoch nicht als Substrat erkannt. Versuche zur chemischen Anbindung des Säurebausteins stehen noch aus.rn

The relevance of the silica metabolizing enzyme silicatein-alpha to biomineralization and the formation of biogenic silica in siliceous sponges

Die technische Silikatproduktion erfordert in der Regel hohe Temperaturen und extreme pH-Werte. In der Natur hingegen haben insbesondere Kieselschwämme die außergewöhnliche Fähigkeit, ihr Silikatskelett, das aus einzelnen sogenannten Spiculae besteht, enzymatisch mittels des Proteins Silicatein zu synthetisieren. rnIm Inneren der Spiculae, im zentralen Kanal, befindet sich das Axialfilament, welches hauptsächlich aus Silicatein-α aufgebaut ist. Mittels Antikörperfärbungen und Elektronenmikroskopischen Analysen konnte festgestellt werden, dass Silicatein in mit Kieselsäure-gefüllten Zellorganellen (silicasomes) nachzuweisen ist. Mittels dieser Vakuolen kann das Enzym und die Kieselsäure aus der Zelle zu den Spiculae im extrazellulären Raum befördert werden, wo diese ihre endgültige Länge und Dicke erreichen. Zum ersten Mal konnte nachgewiesen werden, dass rekombinant hergestelltes Silicatein-α sowohl als Siliciumdioxid-Polymerase als auch Siliciumdioxid-Esterase wirkt. Mittels Massenspektroskopie konnte die enzymatische Polymerisation von Kieselsäure nachverfolgt werden. Durch Spaltung der Esterbindung des künstlichen Substrates Bis(p-aminophenoxy)-dimethylsilan war es möglich kinetische Parameter der Siliciumdioxid-Esterase-Aktivität des rekombinanten Silicateins zu ermitteln.rnZu den größten biogenen Silikatstukuren auf der Erde gehören die Kieselnadeln der Schwammklasse Hexactinellida. Nadelextrakte aus den Schwammklassen Demospongien (S. domuncula) und Hexactinellida (M. chuni) wurden miteinander verglichen um die potentielle Existenz von Silicatein oder Silicatein-ähnliche Molekülen und die dazu gehörige proteolytischen Aktivität nachzuweisen. Biochemische Analysen zeigten, dass das 27 kDA große isolierte Polypeptid in Monoraphis mehrere gemeinsame Merkmale mit den Silicateinen der Demospongien teilt. Dazu gehören die Größe und die Proteinase-Aktivität. rnUm die Frage zu klären, ob das axiale Filament selbst zur Formbildung der Skelettelemente beiträgt, wurde ein neues mildes Extraktionsverfahren eingeführt. Dieses Verfahren ermöglichte die Solubilisierung des nativen Silicateins aus den Spiculae. Die isolierten Silicateine lagen als Monomere (24 kDa) vor, die Dimere durch nicht-kovalente Bindungen ausbildeten. Darüber hinaus konnten durch PAGE-Gelelektrophorese Tetramere (95 kDa) und Hexamere (135 kDa) nachgewiesen werden. Die Monomere zeigten eine beträchtliche proteolytische Aktivität, die sich während der Polymerisationsphase des Proteins weiter erhöhte. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie (TEM) konnte die Assemblierung der Proteine zu filamentartigen Strukturen gezeigt werden. Die Selbstorganisation der Silicatein-α-Monomeren scheint eine Basis für Form- und Musterbildung der wachsenden Nadeln zu bilden.rn Um die Rolle des kürzlich entdeckten Proteins Silintaphin-1, ein starker Interaktionspartner des Silicatein-α, während der Biosilifizierung zu klären, wurden Assemblierungs-Experimente mit den rekombinanten Proteinen in vitro durchgeführt. Zusätzlich wurde deren Effekt auf die Biosilikatsynthese untersucht. Elektronenmikroskopische Analysen ergaben, dass rekombinantes Silicatein-α zufällig verteilte Aggregate bildet, während die Koinkubation beider Proteine (molekulares Verhältnis 4:1) über fraktal artige Strukturen zu Filamenten führt. Auch die enzymatische Aktivität der Silicatein-α-vermittelte Biosilikatsynthese erhöhte sich in Gegenwart von Silintaphin-1 um das 5,3-fache. rn

Funktionelle Analyse der onkologisch relevanten Protease Threonin-Aspartase 1

Krebs stellt eine der häufigsten Todesursachen in Europa dar. Grundlage für eine langfristige Verbesserung des Behandlungserfolgs ist ein molekulares Verständnis der Mechanismen, welche zur Krankheitsentstehung beitragen. In diesem Zusammenhang spielen Proteasen nicht nur eine wichtige Rolle, sondern stellen auch bei vielerlei Erkrankungen bereits anerkannte Zielstrukturen derzeitiger Behandlungsstrategien dar. Die Protease Threonin Aspartase 1 (Taspase1) spielt eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung von Mixed Lineage Leukemia (MLL)-Fusionsproteinen und somit bei der Entstehung aggressiver Leukämien. Aktuelle Arbeiten unterstreichen zudem die onkologische Relevanz von Taspase1 auch für solide Tumore. Die Kenntnisse über die molekularen Mechanismen und Signalnetzwerke, welche für die (patho)biologischen Funktionen von Taspase1 verantwortlich sind, stellen sich allerdings noch immer als bruchstückhaft dar. Um diese bestehenden Wissenslücken zu schließen, sollten im Rahmen der Arbeit neue Strategien zur Inhibition von Taspase1 erarbeitet und bewertet werden. Zusätzlich sollten neue Einsichten in evolutionären Funktionsmechanismen sowie eine weitergehende Feinregulation von Taspase1 erlangt werden. Zum einen erlaubte die Etablierung und Anwendung eines zellbasierten Taspase1-Testsystem, chemische Verbindungen auf deren inhibitorische Aktivität zu testen. Überraschenderweise belegten solch zelluläre Analysen in Kombination mit in silico-Modellierungen eindeutig, dass ein in der Literatur postulierter Inhibitor in lebenden Tumorzellen keine spezifische Wirksamkeit gegenüber Taspase1 zeigte. Als mögliche Alternative wurden darüber hinaus Ansätze zur genetischen Inhibition evaluiert. Obwohl publizierte Studien Taspase1 als ααββ-Heterodimer beschreiben, konnte durch Überexpression katalytisch inaktiver Mutanten kein trans-dominant negativer Effekt und damit auch keine Inhibition des wildtypischen Enzyms beobachtet werden. Weiterführende zellbiologische und biochemische Analysen belegten erstmalig, dass Taspase1 in lebenden Zellen in der Tat hauptsächlich als Monomer und nicht als Dimer vorliegt. Die Identifizierung evolutionär konservierter bzw. divergenter Funktionsmechanismen lieferte bereits in der Vergangenheit wichtige Hinweise zur Inhibition verschiedenster krebsrelevanter Proteine. Da in Drosophila melanogaster die Existenz und funktionelle Konservierung eines Taspase1-Homologs postuliert wurde, wurde in einem weiteren Teil der vorliegenden Arbeit die evolutionäre Entwicklung der Drosophila Taspase1 (dTaspase1) untersucht. Obwohl Taspase1 als eine evolutionär stark konservierte Protease gilt, konnten wichtige Unterschiede zwischen beiden Orthologen festgestellt werden. Neben einem konservierten autokatalytischen Aktivierungsmechanismus besitzt dTaspase1 verglichen mit dem humanen Enzym eine flexiblere Substraterkennungs-sequenz, was zu einer Vergrößerung des Drosophila-spezifischen Degradoms führt. Diese Ergebnisse zeigen des Weiteren, dass zur Definition und Vorhersage des Degradoms nicht nur proteomische sondern auch zellbiologische und bioinformatische Untersuchungen geeignet und notwendig sind. Interessanterweise ist die differentielle Regulation der dTaspase1-Aktivität zudem auf eine veränderte intrazelluläre Lokalisation zurückzuführen. Das Fehlen von in Vertebraten hochkonservierten aktiven Kernimport- und nukleolären Lokalisationssignalen erklärt, weshalb dTaspase1 weniger effizient nukleäre Substrate prozessiert. Somit scheint die für die humane Taspase1 beschriebene Regulation von Lokalisation und Aktivität über eine Importin-α/NPM1-Achse erst im Laufe der Entwicklung der Vertebraten entstanden zu sein. Es konnte also ein bislang unbekanntes evolutionäres Prinzip identifiziert werden, über welches eine Protease einen Transport- bzw. Lokalisations-basierten Mechanismus zur Feinregulation ihrer Aktivität „von der Fliege zum Menschen“ nutzt. Eine weitere Möglichkeit zur dynamischen Funktionsmodulation bieten post-translationale Modifikationen (PTMs) der Proteinsequenz, zu welcher Phosphorylierung und Acetylierung zählen. Interessanterweise konnte für die humane Taspase1 über den Einsatz unabhängiger Methoden einschließlich massenspektrometrischer Analysen eine Acetylierung durch verschiedene Histon-Acetyltransferasen (HATs) nachgewiesen werden. Diese Modifikation erfolgt reversibel, wobei vor allem die Histon-Deacetylase HDAC1 durch Interaktion mit Taspase1 die Deacetylierung der Protease katalysiert. Während Taspase1 in ihrer aktiven Konformation acetyliert vorliegt, kommt es nach Deacetylierung zu einer Reduktion ihrer enzymatischen Aktivität. Somit scheint die Modulation der Taspase1-Aktivität nicht allein über intra-proteolytische Autoaktivierung, Transport- und Interaktionsmechanismen, sondern zudem durch post-translationale Modifikationen gesteuert zu werden. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit entscheidende neue Einblicke in die (patho)biologische Funktion und Feinregulation der Taspase1 gewonnen werden. Diese Ergebnisse stellen nicht nur einen wichtigen Schritt in Richtung eines verbesserten Verständnis der „Taspase1-Biologie“, sondern auch zur erfolgreichen Inhibition und Bewertung der krebsrelevanten Funktion dieser Protease dar.

Cleavage of IgG1 and IgG3 by gingipain K from Porphyromonas gingivalis may compromise host defense in progressive periodontitis

Degradation of immunoglobulins is an effective strategy of bacteria to evade the immune system. We have tested whether human IgG is a substrate for gingipain K of Porphyromonas gingivalis and found that the enzyme can hydrolyze subclass 1 and 3 of human IgG. The heavy chain of IgG(1) was cleaved at a single site within the hinge region, generating Fab and Fc fragments. IgG(3) was also cleaved within the heavy chain, but at several sites around the CH2 region. Investigation of the enzyme kinetics of IgG proteolysis by gingipain K, using FPLC- and isothermal titration calorimetry-based assays followed by Hill plots, revealed non-Michaelis-Menten kinetics involving a mechanism of positive cooperativity. In ex vivo studies, it was shown that gingipain K retained its IgG hydrolyzing activity in human plasma despite the high content of natural protease inhibitors; that IgG(1) cleavage products were detected in gingival crevicular fluid samples from patients with severe periodontitis; and that gingipain K treatment of serum samples from patients with high antibody titers against P. gingivalis significantly hindered opsonin-dependent phagocytosis of clinical isolates of P. gingivalis by neutrophils. Altogether, these findings underline a biological function of gingipain K as an IgG protease of pathophysiological importance.

Cleavage of IgG1 in gingival crevicular fluid is associated with the presence of Porphyromonas gingivalis

BACKGROUND AND OBJECTIVES: Immunoglobulin (Ig) G1 plays an important role in the adaptive immune response. Kgp, a lysine-specific cysteine protease from Porphyromonas gingivalis, specifically hydrolyses IgG1 heavy chains. The purpose of this study was to examine whether cleavage of IgG1 occurs in gingival crevicular fluid (GCF) in vivo, and whether there is any association with the presence of Porphyromonas gingivalis and other periodontopathogens. MATERIAL AND METHODS: GCF was obtained from nine patients with aggressive periodontitis, nine with chronic periodontitis and five periodontally healthy individuals. The bacterial loads of Porphyromonas gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Treponema denticola, Prevotella intermedia and Tannerella forsythia were analysed by real-time polymerase chain reaction, and the presence and cleavage of IgG1 and IgG2 were determined using Western blotting. Kgp levels were measured by ELISA. RESULTS: Cleaved IgG1 was identified in the GCF from 67% of patients with aggressive periodontitis and in 44% of patients with chronic periodontitis. By contrast, no cleaved IgG1 was detectable in healthy controls. No degradation of IgG2 was detected in any of the samples, regardless of health status. Porphyromonas gingivalis was found in high numbers in all samples in which cleavage of IgG1 was detected (P < 0.001 compared with samples with no IgG cleavage). Furthermore, high numbers of Tannerella forsythia and Prevotella intermedia were also present in these samples. The level of Kgp in the GCF correlated with the load of Porphyromonas gingivalis (r = 0.425, P < 0.01). The presence of Kgp (range 0.07-10.98 ng/mL) was associated with proteolytic fragments of IgG1 (P < 0.001). However, cleaved IgG1 was also detected in samples with no detectable Kgp. CONCLUSION: In patients with periodontitis, cleavage of IgG1 occurs in vivo and may suppress antibody-dependent antibacterial activity in subgingival biofilms especially those colonized by Porphyromonas gingivalis.

The angiogenesis inhibitor vasostatin is regulated by neutrophil elastase-dependent cleavage of calreticulin in AML patients

The calcium-binding protein calreticulin (CRT) regulates protein folding in the endoplasmic reticulum (ER) and is induced in acute myeloid leukemia (AML) cells with activation of the unfolded protein response. Intracellular CRT translocation to the cell surface induces immunogenic cell death, suggesting a role in tumor suppression. In this study, we investigated CRT regulation in the serum of patients with AML. We found that CRT is not only exposed by exocytosis on the outer cell membrane after treatment with anthracyclin but also ultimately released to the serum in vitro and in AML patients during induction therapy. Leukemic cells of 113 AML patients showed increased levels of cell-surface CRT (P < .0001) and N-terminus serum CRT (P < .0001) compared with normal myeloid cells. Neutrophil elastase was identified to cleave an N-terminus CRT peptide, which was characterized as vasostatin and blocked ATRA-triggered differentiation. Levels of serum vasostatin in patients with AML inversely correlated with bone marrow vascularization, suggesting a role in antiangiogenesis. Finally, patients with increased vasostatin levels had longer relapse-free survival (P = .04) and specifically benefited from autologous transplantation (P = .006). Our data indicate that vasostatin is released from cell-surface CRT and impairs differentiation of myeloid cells and vascularization of the bone marrow microenvironment.

Enzymatic Activity of Soybean Lipoxygenase-1 on Linoleoyl-Derivatized Agarose

Soybean lipoxygenase-1 (SBLO-1) catalyzes the oxygenation of linoleic acid to form 13(S) and 9(R) hydroperoxides. The manner in which substrates bind to the lipoxygenase family of enzymes is not known. It is believed fatty acid substrates may bind either with the aliphatic end first or with the carboxylate group facing the interior of the protein. This thesis tested a potential methyl-end first substrate binding mechanism by studying the activity of SBLO-1 to oxygenate immobilized linoleoyl residues attached to an insoluble polymer. Linoleic acid was attached to aminohexyl agarose in the presence of N-(3- dimethylaminopropyl)-N’-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) and Nhydroxysuccinimide (NHS). The concentration of the covalently attached residues was facilitated by enriching linoleic acid with a small amount of the radioactive 14C-isotope. Functionalization yields of 3% available primary amines on the resin were obtained. Enzymatic oxygenation of the linoleoyl-residues was verified using the ferrous oxidation in xylenol orange (FOX) assay. Approximately 30% of the attached linoleoyl moieties were converted to hydroperoxides in the presence of SBLO-1. A disulfide-containing cleavable linker, cystamine, was used as part of an improved method to isolate the product in a facile manner. Cystamine was attached to NHS-activated agarose with approximately 5% overall functionalization yield of available functional groups. 14C-linoleic acid was successfully covalently linked to the cystamine moieties in the presence of EDC and NHS. The FOX assay verified the enzymatic oxygenation of the linoleoyl residues attached to cystamine-derivatized agarose. The isolation of the peroxide product was attempted in a series of extractions in organic solvents. The product was analyzed using GC/MS which did not show a new peak indicative of product. Further work is needed to successfully analyze the stereoand regiochemistry of the oxygenated product. The presence of the peroxides in this study indicated the linoleoyl residues behave as substrates of SBLO-1. It is unknown how bulky substrates bind to the active site; however, it is difficult to rationalize a carboxylate group-first binding mode. Discovery of the 13(S)-hydroperoxide product on the linoleoyl-agarose would support the claim of a potential methyl-end first binding mechanism.

Post-translational signal peptide cleavage controls differential epitope recognition in the QP-rich domain of recombinant Theileria parva PIM

The presence of the schizont stage of the obligate intracellular parasites Theileria parva or T. annulata in the cytoplasm of an infected leukocyte results in host cell transformation via a mechanism that has not yet been elucidated. Proteins, secreted by the schizont, or expressed on its surface, are of interest as they can interact with host cell molecules that regulate host cell proliferation and/or survival. The major schizont surface protein is the polymorphic immunodominant molecule, PIM, which contains a large glutamine- and proline-rich domain (QP-rd) that protrudes into the host cell cytoplasm. Analyzing QP-rd generated by in vitro transcription/translation, we found that the signal peptide was efficiently cleaved post-translationally upon addition of T cell lysate or canine pancreatic microsomes, whereas signal peptide cleavage of a control protein only occurred cotranslationally and in the presence of microsomal membranes. The QP-rd of PIM migrated anomalously in SDS-PAGE and removal of the 19 amino acids corresponding to the predicted signal peptide caused a decrease in apparent molecular mass of 24kDa. The molecule was analyzed using monoclonal antibodies that recognize a set of previously defined PIM epitopes. Depending on the presence or the absence of the signal peptide, two conformational states could be demonstrated that are differentially recognized, with N-terminal epitopes becoming readily accessible upon signal peptide removal, and C-terminal epitopes becoming masked. Similar observations were made when the QP-rd of PIM was expressed in bacteria. Our observations could also be of relevance to other schizont proteins. A recent analysis of the proteomes of T. parva and T. annulata revealed the presence of a large family of potentially secreted proteins, characterized by the presence of large stretches of amino acids that are also particularly rich in QP-residues.

Calpain-mediated cleavage of Atg5 switches autophagy to apoptosis

Autophagy-related gene (Atg) 5 is a gene product required for the formation of autophagosomes. Here, we report that Atg5, in addition to the promotion of autophagy, enhances susceptibility towards apoptotic stimuli. Enforced expression of Atg5-sensitized tumour cells to anticancer drug treatment both in vitro and in vivo. In contrast, silencing the Atg5 gene with short interfering RNA (siRNA) resulted in partial resistance to chemotherapy. Apoptosis was associated with calpain-mediated Atg5 cleavage, resulting in an amino-terminal cleavage product with a relative molecular mass of 24,000 (Mr 24K). Atg5 cleavage was observed independent of the cell type and the apoptotic stimulus, suggesting that calpain activation and Atg5 cleavage are general phenomena in apoptotic cells. Truncated Atg5 translocated from the cytosol to mitochondria, associated with the anti-apoptotic molecule Bcl-xL and triggered cytochrome c release and caspase activation. Taken together, calpain-mediated Atg5 cleavage provokes apoptotic cell death, therefore, represents a molecular link between autophagy and apoptosis--a finding with potential importance for clinical anticancer therapies.

Epidermal caspase-3 cleavage associated with interferon-gamma-expressing lymphocytes in acute atopic dermatitis lesions

Keratinocyte apoptosis mediated by Fas/Fas ligand molecular interactions and subsequent caspase activation is believed to play an important role in the pathogenesis of atopic dermatitis (AD), in particular for the formation of spongiosis. To estimate epidermal caspase activation in normal and AD skin under in vivo conditions, we analysed caspase-3 cleavage by immunohistology. In normal skin as well as non-lesional AD skin, we detected caspase-3 cleavage in single cells of the basal layer. In contrast, in acute lesional AD skin, we not only obtained evidence for increased expression of cleaved caspase-3 in keratinocytes of the basal layer but also observed caspase-3 cleavage in one or more layers of the spinous cell layer, in particular in spongiotic areas. Short-term topical treatment of the skin lesions with tacrolimus or pimecrolimus abolished the expression of cleaved caspase-3 in the spinous layer. Moreover, epidermal caspase-3 cleavage correlated with the numbers of dermal interferon-gamma (IFN-gamma)-expressing CD4+ and CD8+ lymphocytes in skin lesions of AD patients, supporting the view that IFN-gamma is important for the activation of proapoptotic pathways in keratinocytes. This is also confirmed by the observation of increased Fas expression on keratinocytes in acute AD lesions that was markedly reduced following topical calcineurin inhibitor treatment. These data suggest that caspase-3 cleavage in the spinous layer of the epidermis is a pathologic event contributing to spongiosis formation in AD, whereas cleavage of caspase-3 in basal cells might represent a physiologic mechanism within the process of epidermal renewal.