Heat stress induced alteration in bovine oocytes: functional and cellular aspects

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Gene expression profiles displayed by peripheral blood mononuclear cells from patients with type 2 diabetes mellitus focusing on biological processes implicated on the pathogenesis of the disease

Patients with type 2 diabetes mellitus (T2DM) exhibit insulin resistance associated with obesity and inflammatory response, besides an increased level of oxidative DNA damage as a consequence of the hyperglycemic condition and the generation of reactive oxygen species (ROS). In order to provide information on the mechanisms involved in the pathophysiology of T2DM, we analyzed the transcriptional expression patterns exhibited by peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from patients with T2DM compared to non-diabetic subjects, by investigating several biological processes: inflammatory and immune responses, responses to oxidative stress and hypoxia, fatty acid processing, and DNA repair. PBMCs were obtained from 20 T2DM patients and eight non-diabetic subjects. Total RNA was hybridized to Agilent whole human genome 4x44K one-color oligo-microarray. Microarray data were analyzed using the GeneSpring GX 11.0 software (Agilent). We used BRB-ArrayTools software (gene set analysis - GSA) to investigate significant gene sets and the Genomica tool to study a possible influence of clinical features on gene expression profiles. We showed that PBMCs from T2DM patients presented significant changes in gene expression, exhibiting 1320 differentially expressed genes compared to the control group. A great number of genes were involved in biological processes implicated in the pathogenesis of T2DM. Among the genes with high fold-change values, the up-regulated ones were associated with fatty acid metabolism and protection against lipid-induced oxidative stress, while the down-regulated ones were implicated in the suppression of pro-inflammatory cytokines production and DNA repair. Moreover, we identified two significant signaling pathways: adipocytokine, related to insulin resistance; and ceramide, related to oxidative stress and induction of apoptosis. In addition, expression profiles were not influenced by patient features, such as age, gender, obesity, pre/post-menopause age, neuropathy, glycemia, and HbA(1c) percentage. Hence, by studying expression profiles of PBMCs, we provided quantitative and qualitative differences and similarities between T2DM patients and non-diabetic individuals, contributing with new perspectives for a better understanding of the disease. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Losartan exerts no protective effects against acute pulmonary embolism-induced hemodynamic changes

The acute obstruction of pulmonary vessels by venous thrombi is a critical condition named acute pulmonary embolism (APE). During massive APE, severe pulmonary hypertension may lead to death secondary to right heart failure and circulatory shock. APE-induced pulmonary hypertension is aggravated by active pulmonary vasoconstriction. While blocking the effects of some vasoconstrictors exerts beneficial effects, no previous study has examined whether angiotensin II receptor blockers protect against the hemodynamic changes associated with APE. We examined the effects exerted by losartan on APE-induced hemodynamic changes. Hemodynamic evaluations were performed in non-embolized lambs treated with saline (n = 4) and in lambs that were embolized with silicon microspheres and treated with losartan (30 mg/kg followed by 1 mg/kg/h, n = 5) or saline (n = 7) infusions. The plasma and lung angiotensin-converting enzyme (ACE) activity were assessed using a fluorometric method. APE increased mean pulmonary arterial pressure (MPAP) and pulmonary vascular resistance index (PVRI) by 21 +/- 2 mmHg and 375 +/- 20 dyn s cm(-5) m(-2), respectively (P < 0.05). Losartan decreased MPAP significantly (by approximately 15%), without significant changes in PVRI and tended to decrease cardiac index (P > 0.05). Lung and plasma ACE activity were similar in both embolized and non-embolized animals. Our findings show evidence of lack of activation of the renin-angiotensin system during APE. The lack of significant effects of losartan on the pulmonary vascular resistance suggests that losartan does not protect against the hemodynamic changes found during APE.

Carbohydrate supplementation delays DNA damage in elite runners during intensive microcycle training

The aim of this study was to evaluate the effect of carbohydrate supplementation on free plasma DNA and conventional markers of training and tissue damage in long-distance runners undergoing an overload training program. Twenty-four male runners were randomly assigned to two groups (CHO group and control group). The participants were submitted to an overload training program (days 1-8), followed by a high-intensity intermittent running protocol (10 x 800 m) on day 9. The runners received maltodextrin solution (CHO group) or zero energy placebo solution as the control equivalent before, during, and after this protocol. After 8 days of intensive training, baseline LDH levels remained constant in the CHO group (before: 449.1 +/- 18.2, after: 474.3 +/- 22.8 U/L) and increased in the control group (from 413.5 +/- 23.0 to 501.8 +/- 24.1 U/L, p < 0.05). On day 9, LDH concentrations were lower in the CHO group (509.2 +/- 23.1 U/L) than in the control group (643.3 +/- 32.9 U/L, p < 0.01) post-intermittent running. Carbohydrate ingestion attenuated the increase of free plasma DNA post-intermittent running (48,240.3 +/- 5,431.8 alleles/mL) when compared to the control group (73,751.8 +/- 11,546.6 alleles/mL, p < 0.01). Leukocyte counts were lower in the CHO group than in the control group post-intermittent running (9.1 +/- 0.1 vs. 12.2 +/- 0.7 cells/mu L; p < 0.01) and at 80 min of recovery (10.6 +/- 0.1 vs. 13.9 +/- 1.1 cells/mu L; p < 0.01). Cortisol levels were positively correlated with free plasma DNA, leukocytes, and LDH (all r > 0.4 and p < 0.001). The results showed that ingestion of a carbohydrate beverage resulted in less DNA damage and attenuated the acute post-exercise inflammation response, providing better recovery during intense training.

Within-plant isoprene oxidation confirmed by direct emissions of oxidation products methyl vinyl ketone and methacrolein

Isoprene is emitted from many terrestrial plants at high rates, accounting for an estimated 1/3 of annual global volatile organic compound emissions from all anthropogenic and biogenic sources combined. Through rapid photooxidation reactions in the atmosphere, isoprene is converted to a variety of oxidized hydrocarbons, providing higher order reactants for the production of organic nitrates and tropospheric ozone, reducing the availability of oxidants for the breakdown of radiatively active trace gases such as methane, and potentially producing hygroscopic particles that act as effective cloud condensation nuclei. However, the functional basis for plant production of isoprene remains elusive. It has been hypothesized that in the cell isoprene mitigates oxidative damage during the stress-induced accumulation of reactive oxygen species (ROS), but the products of isoprene-ROS reactions in plants have not been detected. Using pyruvate-2-13C leaf and branch feeding and individual branch and whole mesocosm flux studies, we present evidence that isoprene (i) is oxidized to methyl vinyl ketone and methacrolein (iox) in leaves and that iox/i emission ratios increase with temperature, possibly due to an increase in ROS production under high temperature and light stress. In a primary rainforest in Amazonia, we inferred significant in plant isoprene oxidation (despite the strong masking effect of simultaneous atmospheric oxidation), from its influence on the vertical distribution of iox uptake fluxes, which were shifted to low isoprene emitting regions of the canopy. These observations suggest that carbon investment in isoprene production is larger than that inferred from emissions alone and that models of tropospheric chemistry and biotachemistryclimate interactions should incorporate isoprene oxidation within both the biosphere and the atmosphere with potential implications for better understanding both the oxidizing power of the troposphere and forest response to climate change.

Both XPA and DNA polymerase eta are necessary for the repair of doxorubicin-induced DNA lesions

Doxorubicin (DOX) is an important tumor chemotherapeutic agent, acting mainly by genotoxic action. This work focus on cell processes that help cell survival, after DOX-induced DNA damage. In fact, cells deficient for XPA or DNA polymerase eta (pol eta, XPV) proteins (involved in distinct DNA repair pathways) are highly DOX-sensitive. Moreover, LY294002, an inhibitor of PIKK kinases, showed a synergistic killing effect in cells deficient in these proteins, with a strong induction of G2/M cell cycle arrest. Taken together, these results indicate that XPA and pol eta proteins participate in cell resistance to DOX-treatment, and kinase inhibitors can selectively enhance its killing effects, probably reducing the cell ability to recover from breaks induced in DNA. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Early and late neurodegeneration and memory disruption after intracerebroventricular streptozotocin

Glucose metabolism and insulin signaling disruptions in the brain have been proposed as a likely etiology of Alzheimer's disease. The aim of the present study was to investigate the time course of cognitive impairments induced by intracerebroventricular injection of streptozotocin (STZ) in rats and correlate them with the ensuing neurodegenerative process. Early and late effects of STZ were evaluated by using the reference and working memory versions of the Morris' water maze task and the evaluation of neurodegenerative markers by immunoblotting and the Fluoro-jade C histochemistry. The results revealed different types of behavioral and neurodegenerative responses, with distinct time courses. We observed an early disruption on the working memory as early as 3 h after STZ injections, which was followed by degenerative processes in the hippocampus at 1 and 15 days after STZ injections. Memory disruption increases over time and culminates with significant changes in amyloid-beta peptide and hyperphosphorylated Tau protein levels in distinct brain structures. These findings add information on the Alzheimer's disease-like STZ animal model and on the mechanisms underlying neurodegenerative processes. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

SET overexpression decreases cell detoxification efficiency: ALDH2 and GSTP1 are downregulated, DDR is impaired and DNA damage accumulates

Alcohol and tobacco consumption are risk factors for head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) and glutathione Stransferase pi 1 (GSTP1) are important enzymes for cellular detoxification and low efficiencies are implicated in cancer. We assessed the potential role of SET protein overexpression, a histone acetylation modulator accumulated in HNSCC, in gene regulation and protein activity of ALDH2 and GSTP1. SET was knocked down in HN13, HN12 and Cal27, and overexpressed in HEK293 cells; ethanol and cisplatin were the chemical agents. Cells with SET overexpression (HEK293/SET, HN13 and HN12) showed lower ALDH2 and GSTP1 mRNA levels and trichostatin A increased them (real-time PCR). Ethanol upregulated GSTP1 and ALDH2 mRNAs, whereas cisplatin upregulated GSTP1 in HEK293 cells. SET-chromatin binding revealed SET interaction with ALDH2 and GSTP1 promoters, specifically via SET NAP domain; ethanol and cisplatin abolished SET binding. ALDH2 and GSTP1 efficiency was assessed by enzymatic and comet assay. A lower ALDH2 activity was associated with greater DNA damage (tail intensity) in HEK293/SET compared with HEK293 cells, whereas HN13/siSET showed ALDH2 activity higher than HN13 cells. HN13/siSET cells showed increased tail intensity. Cisplatin-induced DNA damage response showed negative relationship between SET overexpression and BRCA2 recruitment. SET downregulated repair genes ATM, BRCA1 and CHEK2 and upregulated TP53. Cisplatin-induced cell-cycle arrest occurred in G0/G1 and S in HEK293 cells, whereas HEK293/SET showed G2/M stalling. Overall, cisplatin was more cytotoxic for HN13 than HN13/siSET cells. Our data suggest a role for SET in cellular detoxification, DNA damage response and genome integrity.

UVB-induced cell death signaling is associated with G1-S progression and transcription inhibition in primary human fibroblasts

DNA damage induced by ultraviolet (UV) radiation can be removed by nucleotide excision repair through two sub-pathways, one general (GGR) and the other specific for transcribed DNA (TCR), and the processing of unrepaired lesions trigger signals that may lead to cell death. These signals involve the tumor suppressor p53 protein, a central regulator of cell responses to DNA damage, and the E3 ubiquitin ligase Mdm2, that forms a feedback regulatory loop with p53. The involvement of cell cycle and transcription on the signaling to apoptosis was investigated in UVB-irradiated synchronized, DNA repair proficient, CS-B (TCR-deficient) and XP-C (GGR-deficient) primary human fibroblasts. Cells were irradiated in the G1 phase of the cell cycle, with two doses with equivalent levels of apoptosis (low and high), defined for each cell line. In the three cell lines, the low doses of UVB caused only a transient delay in progression to the S phase, whereas the high doses induced permanent cell cycle arrest. However, while accumulation of Mdm2 correlated well with the recovery from transcription inhibition at the low doses for normal and CS-B fibroblasts, for XP-C cells this protein was shown to be accumulated even at UVB doses that induced high levels of apoptosis. Thus, UVB-induced accumulation of Mdm2 is critical for counteracting p53 activation and apoptosis avoidance, but its effect is limited due to transcription inhibition. However, in the case of XP-C cells, an excess of unrepaired DNA damage would be sufficient to block S phase progression, which would signal to apoptosis, independent of Mdm2 accumulation. The data clearly discriminate DNA damage signals that lead to cell death, depending on the presence of UVB-induced DNA damage in replicating or transcribing regions.

The role of Nox2-derived ROS in the development of cognitive impairment after sepsis

BACKGROUND: Sepsis- associated encephalopathy (SAE) is an early and common feature of severe infections. Oxidative stress is one of the mechanisms associated with the pathophysiology of SAE. The goal of this study was to investigate the involvement of NADPH oxidase in neuroinflammation and in the long-term cognitive impairment of sepsis survivors. METHODS: Sepsis was induced in WT and gp91phox knockout mice (gp91phox-/-) by cecal ligation and puncture (CLP) to induce fecal peritonitis. We measured oxidative stress, Nox2 and Nox4 gene expression and neuroinflammation in the hippocampus at six hours, twenty-four hours and five days post-sepsis. Mice were also treated with apocynin, a NADPH oxidase inhibitor. Behavioral outcomes were evaluated 15 days after sepsis with the inhibitory avoidance test and the Morris water maze in control and apocynin-treated WT mice. RESULTS: Acute oxidative damage to the hippocampus was identified by increased 4-HNE expression in parallel with an increase in Nox2 gene expression after sepsis. Pharmacological inhibition of Nox2 with apocynin completely inhibited hippocampal oxidative stress in septic animals. Pharmacologic inhibition or the absence of Nox2 in gp91phox-/- mice prevented glial cell activation, one of the central mechanisms associated with SAE. Finally, treatment with apocynin and inhibition of hippocampal oxidative stress in the acute phase of sepsis prevented the development of long-term cognitive impairment. CONCLUSIONS: Our results demonstrate that Nox2 is the main source of reactive oxygen species (ROS) involved in the oxidative damage to the hippocampus in SAE and that Nox2-derived ROS are determining factors for cognitive impairments after sepsis. These findings highlight the importance of Nox2-derived ROS as a central mechanism in the development of neuroinflammation associated with SAE.

Bedeutung endogener Faktoren für Steady-State-Level und Reparatur oxidativer DNA-Modifikationen in Säugerzellen

Die endogene Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) - wie beispielsweise Hydroxyl-Radikale, Superoxid-Radikalanionen, Wasserstoffperoxid und Singulett-Sauerstoff - bei essentiellen Stoffwechselreaktionen in allen aeroben Lebewesen stellt eine potentielle Gefahr für die Integrität der DNA in jeder Zelle dar. ROS generieren in der DNA unter anderem oxidative DNA-Modifikationen (zum größten Teil wahrscheinlich 8-Hydroxyguanin (8-oxoG)), welche wiederum zu einem Teil zu Mutationen führen.In dieser Arbeit wurden Untersuchungen vorgenommen, in welchem Ausmaß zum einen die Steady-State-Level oxidativer DNA-Schäden in Säugerzellen zum anderen die Reparaturgeschwindig-keiten solcher DNA-Modifikationen durch verschiedene endogene Faktoren beeinflußt werden.Im Mittelpunkt der Arbeit stand dabei die Charakterisierung der 8-Hydroxyguaninglykosylase der Säugerzellen. Sie ist das Produkt des OGG1-Gens, das erst 1997 kloniert wurde. In transfizierten Zellinien konnte durch eine konstitutive Überexpression des menschlichen OGG1-Gens demonstriert werden, daß die Reparatur von induzierten oxidativen Basenmodifikationen bis zu dreifach beschleunigt wird und daß eine Korrelation zwischen dem Grad der Überexpression und der Reparaturrate besteht. Dagegen waren die Steady-State-Level der oxidativen DNA-Schäden durch die Überexpression unbeeinflußt. Sowohl bei den spontanen Mutationsraten als auch bei den durch oxidative Schädigungen induzierten Mutationsfrequenzen konnte keine Erniedrigung bedingt durch die hOGG1-Überexpression beobachtet werden.Weitere Untersuchungen zur Bedeutung von Ogg1-Protein konnten in Mäusezellen durchgeführt werden, in denen das OGG1-homologe Mäusegen, mOGG1, homozygot inaktiviert (mOGG1(-/-)) worden war. Hierbei konnte gezeigt werden, daß in den mOGG1-defizienten Zellen im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyp-Zellen (mOGG1(+/+)) eine Reparatur induzierter oxidativer Basenmodifikationen erst nach 8 h einsetzt, während in den Kontrollzellen schon nach 3-4 h 50 % der Modifikationen repariert waren. Die Steady-State-Level oxidativer Modifikationen in mOGG1(-/-)-Zellen waren in immortalisierten, schnell proliferierenden Mäusefibroblasten nur um den Faktor 1.4, in primären Mäusehepatocyten jedoch um den Faktor 2.5 gegenüber den Wildtyp-Zellen erhöht.Inwieweit das menschliche Reparaturprotein Xrcc1 (X-ray repair cross complementing group 1) auch an der Prozessierung oxidativer DNA-Modifikationen beteiligt ist, und ob dabei möglicherweise eine Interaktion mit Ogg1 vorliegt, wurde in der XRCC1-defizienten CHO-Zellinie EM9 untersucht. Dabei wurde ermittelt, daß weder die Steady-State-Level noch die Reparaturkinetiken der oxidativen Basenmodifikationen durch die XRCC1-Defizienz beeinflußt werden. Aufgrund weiterer Ergebnisse kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, daß das Xrcc1-Protein zumindest am Ligationsschritt während der Reparatur oxidativer DNA-Schäden beteiligt ist.In einem weiteren Schwerpunkt der Arbeit wurde untersucht, ob Unterschiede im Steady-State-Level in Abhängigkeit von Organ-, Gewebe- und Zelltyp auftreten. Dazu wurden Untersuchungen in Bronchialkarzinom-Zellinien verschiedener Subtypen durchgeführt. Des weiteren wurde zur Frage der Zelltyp-Abhängigkeit in der menschlichen Zellinie HL60 der Einfluß des Zelldifferenzierungsstadiums auf die Steady-State-Level untersucht.

Einfluss von Stickstoffmonoxid, Hydroxylradikalen und Peroxynitrit auf DNA-Schäden, DNA-Reparatur und Mutationen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht über welche Mechanismen und unter welchen Bedingungen Stickstoffmonoxid (NO) und verwandte reaktive Spezies wie Peroxynitrit und Hydroxylradikale zur Krebsentstehung beitragen können. NO führte an zellfreier DNA kaum zu oxidativen DNA-Schäden. Peroxynitrit, generiert aus 3-Morpholinosydnonimin (SIN-1), induzierte neben Einzel-strangbrüchen und AP-Läsionen vor allem oxidierte Purinmodifikationen (50 % 8-Hydroxyguanin (8-oxoG)). Hydroxylradikale, freigesetzt aus 4-Hydroxypyridinthion, induzierten neben Einzelstrangbrüchen und AP-Läsionen oxidierte Pyrimidinmodifikationen in der DNA. Nach Transformation und Replikation der geschädigten DNA in E. coli DT-2 wurden überwiegend GC nach AT Transitionen (Hydroxylradikalschädigung), wahrscheinlich verursacht durch das in der DNA induzierte 5-Hydroxycytidin, bzw. GC nach TA Transversionen (Peroxynitrit), verursacht durch das induzierte 8-oxoG, detektiert. In Zellkulturexperimenten führte endogenes NO, freigesetzt von B6-INOS-Zellen (8µM) nicht zu einem Anstieg der Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden, hatte keinen Einfluss auf deren Induzierbarkeit und Reparatur, die Zellpro-liferation und den Glutathionspiegel, schützte jedoch vor der Induktion von Einzelstrangbrüchen und Mikrokernen durch Wasserstoffperoxid. Exogenes NO, freigesetzt durch den Zerfall von Dipropylentriamin-NONOat, hemmte in Konzentrationen ab 0,5 mM spezifisch die Reparatur oxidativer DNA-Schäden, nicht jedoch die von Pyrimidindimeren, AP-Läsionen und Einzelstrangbrüchen,und führte in Konzentrationen > 1 mM zu einer Induktion von DNA-Schäden in den B6-Mausfibroblasten. Dabei ähnelte das induzierte Schadensprofil sehr dem von SIN-1.

Generierung und Prozessierung oxidativer DNA-Schäden

Generierung und Prozessierung oxidativer DNA Schäden --- Ziel dieser Arbeit war es, adaptive Antworten der Zellen auf einen DNA Schädigung zu untersuchen. Hierzu wurden Experimente zur Reparatur oxidierter Basen (Substrate der Basen Exzisions Reparatur (BER)) oder von Pyrimidindimeren (Substrate der Nukleotid Exzisions Reparatur (NER)) nach einer Vorbehandlung mit DNA-schädigender Agenzien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl eine Vorbehandlung mit einer alkylierenden als auch mit einer oxidierenden Substanz zu einer adaptiven Erhöhung des zellulären Glutathionspiegels führte, die 16 h nach der Schädigung ihr Maximum erreichte. Jedoch waren die 8-oxoG Glykosylaseaktivitäten über einen Zeitraum von 18 h konstant. Diese Effekte waren unabhängig davon, ob Maus Embryofibroblasten, primäre oder p53 profiziente menschliche Zellen verwendet wurden. Die BER war ebenfalls in keiner der verschiedenen Zelllinien signifikant verbessert. Die adaptive Antwort bezüglich der Glutathionspiegel war also nicht mit einer entsprechenden Veränderung bei der DNA-Reparatur verbunden. Folglich ist die Reparatur von oxidativen DNA-Schäden durch eine vorausgehende Schädigung nicht induzierbar. Der zweite Teil der Untersuchungen zu der Reparatur beschäftigte sich mit der NER. Hierzu wurde die Reaktivierung eines mit UVB-Strahlung geschädigten Plasmids untersucht. Als Wirtszellen fungierten primäre menschliche Fibroblasten und Keratinozyten, die entweder mit UVB vorbehandelt oder ungeschädigt waren. Auch für die NER konnte keine signifikante Beschleunigung der Reparatur von Pyrimidindimeren durch eine Vorbehandlung festgestellt werden. Die Reaktivierung erfolgte ferner unabhängig vom p53-Status der Zellen, wie Versuche mit p53-siRNA zeigten. Neben der Prozessierung war die Generierung oxidativer DNA Schäden Gegenstand der Arbeit. Die verwendete Substanz Tirapazamin (TPZ) ist ein für hypoxische Zellen selektives, neues Zytostatikum und befindet sich momentan in Phase 2/3 der klinischen Prüfung. Ziel war es die von TPZ verursachten DNA Modifikationen zu charakterisieren, sowie die Toxizität und Genotoxizität zu untersuchen. Da es Hinweise auf eine Aktivierung von TPZ über eine Oxidoreduktase (OR) gab, wurden die Experimente in Wildtyp und hOR überexprimierenden Zellen durchgeführt. Die Quantifizierung der verursachten DNA-Modifikationen zeigte, dass der von TPZ verursachte Schaden in Zellen mit hOR erhöht war. Das erhaltene Schadensprofil der durch TPZ verursachten DNA-Modifikationen war dem Schadensprofil von durch Gamma-Strahlung intrazellulär verursachten Hydroxylradikalen sehr ähnlich. Da es nach der Aktivierung von TPZ durch eine OR zu einer Abspaltung von Hydroxylradikalen kommt, bestätigte dies den vermuteten Mechanismus. Weitere Untersuchungen mit t-Butanol, einem Hydroxylradikal Fänger, ergaben eine verminderte DNA-Schädigung, was ebenfalls für eine DNA-Schädigung durch Hydroxylradikale spricht. Untersuchungen zur Mutagenität zeigten das die Mutationsrate in Zellen mit hOR um das 4 fache erhöht ist. Erstaunlich war jedoch, dass der im gleichen Ausmaß von Gamma-Strahlung verursachte DNA-Schaden für die beobachtete Toxizität dieser verantwortlich war, während bei TPZ unter den gleichen Bedingungen keine Toxizität vorlag. Erklärt werden könnte die erhöhte Toxizität und Mutagenität durch so genannte geclusterte DNA-Schäden, die von Gamma-Strahlen, nicht jedoch von TPZ gebildet werden. Nach einer verlängerten Inkubation wurde sowohl für die Toxizität als auch für die Genotoxizität erneut ein verstärkender Effekt durch die OR bestätigt. Überraschend war weiterhin die von der OR unabhängige Generierung von Doppelstrangbrüchen, für die demnach ein grundsätzlich anderer Mechanismus, wie zum Beispiel eine direkte Interaktion mit der Topoisomerase II, angenommen werden muss.

Radiation-induced defects in calcium fluoride and their influence on material properties under 193 nm laser irradiation

Calcium fluoride (CaF2) is one of the key lens materials in deep-ultraviolet microlithography because of its transparency at 193 nm and its nearly perfect optical isotropy. Its physical and chemical properties make it applicable for lens fabrication. The key feature of CaF2 is its extreme laser stability. rnAfter exposing CaF2 to 193 nm laser irradiation at high fluences, a loss in optical performance is observed, which is related to radiation-induced defect structures in the material. The initial rapid damage process is well understood as the formation of radiation-induced point defects, however, after a long irradiation time of up to 2 months, permanent damage of the crystals is observed. Based on experimental results, these permanent radiation-induced defect structures are identified as metallic Ca colloids.rnThe properties of point defects in CaF2 and their stabilization in the crystal bulk are calculated with density functional theory (DFT). Because the stabilization of the point defects and the formation of metallic Ca colloids are diffusion-driven processes, the diffusion coefficients for the vacancy (F center) and the interstitial (H center) in CaF2 are determined with the nudged elastic band method. The optical properties of Ca colloids in CaF2 are obtained from Mie-theory, and their formation energy is determined.rnBased on experimental observations and the theoretical description of radiation-induced point defects and defect structures, a diffusion-based model for laser-induced material damage in CaF2 is proposed, which also includes a mechanism for annealing of laser damage. rn

Ursachen der Anthrazyklin-induzierten Kardiotoxizität : Einfluss der individuellen genetischen Ausstattung, des oxidativen Stresses und der Metabolisierung

Doxorubizin (Dox) gehört zur Gruppe der Anthrazykline, welche seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich gegen ein breites Spektrum an Tumoren eingesetzt wird. Neben der guten Wirksamkeit besitzt Dox jedoch auch ein sehr hohes Nebenwirkungspotential. Die wohl folgenschwerste Nebenwirkung stellt die irreversible Schädigung des Herzens dar. Zahlreiche Faktoren, wie zum Beispiel die kumulative Dox-Dosis konnten bereits mit einer erhöhten Inzidenz an kardialen Schäden in Verbindung gebracht werden. Bislang ungeklärt war jedoch die Frage, warum Patienten unterschiedlich sensibel auf die Verabreichung von Dox reagierten. rnAn dem Patientenkollektiv der Ricover60-Studie wurde der Einfluss der individuellen genetischen Ausstattung auf die Entstehung der Anthrazyklin-induzierten Herzschädigung untersucht. Alle Patienten mit Dox-induzierten Herzschäden wurden identifiziert und auf das Vorhandensein von genetischen Polymorphismen der NAD(P)H-Oxidase (CYBA, RAC2 und NCF4) und der Anthrazyklin-Transporter (MRP1 und MRP2) untersucht. Sowohl für CYBA als auch für RAC2 konnte eine Anreicherung bestimmter Genotypen (CYBA: CT/TT; RAC2: TA/AA) in der Gruppe der herzgeschädigten Patienten nachgewiesen werden. In der Multivariaten Analyse von RAC2 erreichte diese Anreicherung ein signifikantes Niveau (p=0.028). Damit konnte für diesen Polymorphismus die klinische Relevanz bestätigt werden.rnDie Ursachen der Dox-induzierten Toxizität wurden außerdem an verschiedenen Mäusestämmen und Zelllinien untersucht. Balb/c- und C57BL/6-Mäuse, die bekanntermassen unterschiedlich sensibel auf Dox reagierten, wurden mit Dox behandelt. Anschliessend wurden die Organe Herz, Leber und Blut via HPLC untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich 1. die Hauptanreicherungsorte für Dox und Doxol (Balb/c: Herz und Blut versus C57BL/6: Leber), 2. die nachgewiesenen Gesamtmengen an Dox+Doxol+Doxon in den drei Organen (MengeC57BL/6 > MengeBalb/c) sowie 3. die An- und Abflutungsgeschwindigkeiten von Dox zwischen den beiden Mäusestämmen unterscheiden. Schlussendlich konnte im Vergleich zu den Balb/c-Mäusen, bei den C57BL/6-Mäusen eine stärkere kardiale Anreicherung von Dox nach der mehrmaligen Dox-Injektion nachgewiesen werden. Somit scheinen der deutlich höhere Dox-Gehalt und die längere Verweilzeit in den Herzen für die stärkere kardiale Schädigung der C57BL/6-Mäuse verantwortlich zu sein. Hingegen verlief die Art der Dox-Metabolisierung in beiden Mäusestämmen ähnlich. rnBei der Betrachtung des oxidativen Stresses konnte gezeigt werden, dass in den Herzen der C57BL/6-Mäusen ein gröβerer oxidativer Stress vorlag, als bei den Balb/c-Mäusen. Ähnlich wie bei der Ricover60-Studie ließ sich auch bei den Mäusen eine Beteiligung der NAD(P)H-Oxidase am Dox-induzierten oxidativen Stress nachweisen. rnMit der HTETOP-Zelllinie konnte gezeigt werden, dass Dox unter physiologischen Bedingungen oxidativen Stress auslösen kann. Die Art und die Konzentration der gebildeten ROS waren abhängig von der Dox-Konzentration, der Einwirkzeit und der Kompensationsfähigkeit der Zellen. Durch die Gabe von Dex ließ sich das Ausmaß des oxidativen Stresses lediglich in den Mäuseherzen reduzieren. In den HTETOP-Zellen zeigte Dex selbst stressauslösende Eigenschaften. Durch die Behandlung mit Dex / DOXY konnte gezeigt werden, dass die Hemmung der Topo IIα selbst oxidativen Stress in den HTETOP-Zellen auslöst. Jedoch scheint weder die Topo IIalpha-Hemmung, noch der Dox-induzierte oxidative Stress bei physiologischen Dox-Konzentrationen (< 1 µM) eine entscheidende Rolle für die Toxizität zu spielen. rnIn der Mikroarray-Analyse der HTETOP-Zellen konnten verschiedene Gene identifiziert werden, die in den oxidativen Stress involviert sind und die durch die Gabe von Dox differentiell reguliert werden. Durch die Komedikation mit Dex / DOXY ließen sich diese Veränderungen teilweise modulieren. rn