Defibrotide Interferes With Several Steps of the Coagulation-Inflammation Cycle and Exhibits Therapeutic Potential to Treat Severe Malaria

Objective-The coagulation-inflammation cycle has been implicated as a critical component in malaria pathogenesis. Defibrotide (DF), a mixture of DNA aptamers, displays anticoagulant, anti-inflammatory, and endothelial cell (EC)-protective activities and has been successfully used to treat comatose children with veno-occlusive disease. DF was investigated here as a drug to treat cerebral malaria. Methods and Results-DF blocks tissue factor expression by ECs incubated with parasitized red blood cells and attenuates prothrombinase activity, platelet aggregation, and complement activation. In contrast, it does not affect nitric oxide bioavailability. We also demonstrated that Plasmodium falciparum glycosylphosphatidylinositol (Pf-GPI) induces tissue factor expression in ECs and cytokine production by dendritic cells. Notably, dendritic cells, known to modulate coagulation and inflammation systemically, were identified as a novel target for DF. Accordingly, DF inhibits Toll-like receptor ligand-dependent dendritic cells activation by a mechanism that is blocked by adenosine receptor antagonist (8-p-sulfophenyltheophylline) but not reproduced by synthetic poly-A, -C, -T, and -G. These results imply that aptameric sequences and adenosine receptor mediate dendritic cells responses to the drug. DF also prevents rosetting formation, red blood cells invasion by P. falciparum and abolishes oocysts development in Anopheles gambiae. In a murine model of cerebral malaria, DF affected parasitemia, decreased IFN-gamma levels, and ameliorated clinical score (day 5) with a trend for increased survival. Conclusion-Therapeutic use of DF in malaria is proposed. (Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2012; 32:786-798.)

Impaired blood-brain/spinal cord barrier in ALS patients

Vascular pathology, including blood-brain/spinal cord barrier (BBB/BSCB) alterations, has recently been recognized as a key factor possibly aggravating motor neuron damage, identifying a neurovascular disease signature for ALS. However, BBB/BSCB competence in sporadic ALS (SALS) is still undetermined. In this study, BBB/BSCB integrity in postmortem gray and white matter of medulla and spinal cord tissue from SALS patients and controls was investigated. Major findings include (1) endothelial cell damage and pericyte degeneration, (2) severe intra- and extracellular edema, (3) reduced CD31 and CD105 expressions in endothelium, (4) significant accumulation of perivascular collagen IV, and fibrin deposits (5) significantly increased microvascular density in lumbar spinal cord, (6) IgG microvascular leakage, (7) reduced tight junction and adhesion protein expressions. Microvascular barrier abnormalities determined in gray and white matter of the medulla, cervical, and lumbar spinal cord of SALS patients are novel findings. Pervasive barrier damage discovered in ALS may have implications for disease pathogenesis and progression, as well as for uncovering novel therapeutic targets. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Methionine-induced hyperhomocysteinemia reverts fibrinolytic pathway activation in a murine model of acute promyelocytic leukemia

Increased fibrinolysis is an important component of acute promyelocytic leukemia (APL) bleeding diathesis. APL blasts overexpress annexin II (ANXII), a receptor for tissue plasminogen activator (tPA), and plasminogen, thereby increasing plasmin generation. Previous studies suggested that ANXII plays a pivotal role in APL coagulopathy. ANXII binding to tPA can be inhibited by homocysteine and hyperhomocysteinemia can be induced by L-methionine supplementation. In the present study, we used an APL mouse model to study ANXII function and the effects of hyperhomocysteinemia in vivo. Leukemic cells expressed higher ANXII and tPA plasma levels (11.95 ng/mL in leukemic vs 10.74 ng/mL in wild-type; P = .004). In leukemic mice, administration of L-methionine significantly increased homocysteine levels (49.0 mu mol/mL and < 6.0 mu mol/mL in the treated and nontreated groups, respectively) and reduced tPA levels to baseline concentrations. The latter were also decreased after infusion of the LCKLSL peptide, a competitor for the ANXII tPA-binding site (11.07 ng/mL; P = .001). We also expressed and purified the p36 component of ANXII in Pichia methanolica. The infusion of p36 in wild-type mice increased tPA and thrombin-antithrombin levels, and the latter was reversed by L-methionine administration. The results of the present study demonstrate the relevance of ANXII in vivo and suggest that methionine-induced hyperhomocysteinemia may reverse hyperfibrinolysis in APL. (Blood. 2012;120(1):207-213)

Actions of the Kunitz-type serine protease inhibitor Amblyomin-X on VEGF-A-induced angiogenesis

Amblyomin-X is a Kunitz-type serine protease inhibitor (Kunitz-type SPI) designed from the cDNA library of the Amblyomma cajennense tick, which displays in vivo anti-tumor activities. Here, the mechanisms of actions of Amblyomin-X in vascular endothelial growth factor A (VEGF-A)-induced angiogenesis were characterized. Topical application of Amblyomin-X (10 or 100 ng/10 mu l; each 48 h) inhibited VEGF-A-induced (10 ng/10 mu l; each 48 h) angiogenesis in the dorsal subcutaneous tissue in male Swiss mice. Moreover, similar effect was observed in the VEGF-A-induced angiogenesis in the chicken chorioallantoic membrane (CAM). Additional in vitro assays in t-End cells showed that Amblyomin-X treatment delayed the cell cycle, by maintaining them in G0/G1 phase, and inhibited cell proliferation and adhesion, tube formation and membrane expression of the adhesion molecule platelet-endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-I), regardless of mRNA synthesis. Together, results herein reveal the role of Kunitz-type SPI on in vivo VEGF-A-induced angiogenesis, by exerting modulatory actions on endothelial cell proliferation and adhesion, especially on membrane expression of PECAM-1. These data provide further mechanisms of actions of Kunitz-type SPI, corroborating their relevance as scientific tools in the design of therapeutic molecules. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effects of phytoestrogens derived from soy bean on expression of adhesion molecules on HUVEC

Background The risks of hormone replacement therapy have led to a search for new alternatives such as phytoestrogens, plant compounds with estrogen-like biological activity. Isoflavones are the phytoestrogens most extensively studied and can be found in soybean, red clover and other plants. Due to this estrogen-like activity, phytoestrogens can have some effect on atherosclerosis. Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) have been extensively used to study the biology and pathobiology of human endothelial cells and most of the knowledge acquired is due to experiments with cultures of these cells. Objective To evaluate the effects of the phytoestrogen extracts from Glycine max soy bean, genistein, formononetin, biochanin A and daidzein, as well as a mixture of these extracts (Mix), on expression of adhesion molecules, VCAM-1, ICAM-1 and E-selectin, by endothelial cell HUVEC, stimulated with lipopolysaccharide. Methods HUVEC were cultured in medium EBM2, pretreated with isoflavones for 24 and 48 h and then stimulated with lipopolysaccharide; in addition, isoflavones were added, after stimulation by lipopolysaccharide, to HUVEC. We evaluated the production of VCAM-1, ICAM-1 and E-selectin on cell surface, by cell-based enzyme immunoassay, and of sVCAM-1, sICAM-1 and sE-selectin in culture supernatant, by ELISA. Results Genistein, formononetin, biochanin A and daidzein, as well as the Mix were able to reduce VCAM-1, ICAM-1 and E-selectin on cell surface and in culture supernatant. Conclusion Isoflavones extracted from Glycine max soy bean, in vitro, presented antiatherogenic effects, reducing the expression of adhesion molecules and acting as preventive agents as well as therapeutic agents.

Treatment With Methotrexate Inhibits Atherogenesis in Cholesterol-Fed Rabbits

A decrease in the number of cardiovascular events in patients with rheumatoid arthritis or psoriasis treated with methotrexate (MTX) has been observed in the literature. The aim of this study was to test whether MTX could promote anti-inflammatory effects and reduce the atherosclerotic lesions in rabbits with atherosclerosis induced by cholesterol feeding. Twenty male New Zealand rabbits were fed a 1% cholesterol diet for 60 days. Starting from day 30 of cholesterol feeding, 10 animals were treated with 4 weekly intravenous injections of MTX (4 mg/kg) and 10 with 4 weekly saline solution injections for 30 days. MTX reduced the size of the lesion areas of cholesterol-fed animals by 75% and intima-media ratio 2- fold. The drug inhibited macrophage migration into the intima by 50% and the presence of apoptotic cells by 84% but did not inhibit the intimal proliferation of smooth muscle cells. MTX treatment also diminished the positive staining area of metalloproteinase 9 in the intima, which is probably beneficial. In the tumor necrosis factor-alpha-treated human umbilical vein endothelial cell line, incubation with MTX led to downregulation of 5 pro-inflammatory genes, TNF-alpha, VAP-1, IL-1 beta, CXCL2, and TLR2, and upregulation of the antiinflammatory TGF-beta 1 gene, thus showing endothelium-protective properties. In conclusion, MTX showed direct in vivo anti-atherosclerotic action and may have potential in the treatment of this disorder.

A clinical comparison between DisCoVisc and 2% hydroxypropylmethylcellulose in phacoemulsification: a fellow eye study

OBJECTIVE: This study sought to compare the effects and outcomes of two ophthalmic viscosurgical devices, 1.6% hyaluronic acid/4.0% chondroitin sulfate and 2.0% hydroxypropylmethylcellulose, during phacoemulsification. METHODS: This prospective, randomized clinical trial comprised 78 eyes (39 patients) that received phacoemulsification performed by the same surgeon using a standardized technique. Patients were randomly assigned to receive either 1.6% hyaluronic acid/4.0% chondroitin sulfate or 2.0% hydroxypropylmethylcellulose on the first eye. The other eye was treated later and received the other viscoelastic agent. Preoperative and postoperative examinations (5, 24 and 48 hours; 7 and 14 days; 3 and 6 months) included measurements of the total volume of the ophthalmic viscosurgical device, ultrasound and washout times to completely remove the ophthalmic viscosurgical device, intraocular pressure, central corneal thickness and best-corrected visual acuity. The corneal endothelial cell count was measured at baseline and at six months postoperatively. ClinicalTrials.gov: NCT01387620. RESULTS: There were no statistically significant differences between groups in terms of cataract density or ultrasound time. However, it took longer to remove 2.0% hydroxypropylmethylcellulose than 1.6% hyaluronic acid/ 4.0% chondroitin sulfate, and the amount of viscoelastic material used was greater in the 2.0% hydroxypropylmethylcellulose group. In addition, the best-corrected visual acuity was significantly better in the hyaluronic acid/ chondroitin sulfate group, but this preferable outcome was only observed at 24 hours after the operation. There were no statistically significant differences between the two ophthalmic viscosurgical devices regarding the central corneal thickness or intraocular pressure measurements at any point in time. The corneal endothelial cell count was significantly higher in the hyaluronic acid/chondroitin sulfate group. CONCLUSION: The ophthalmic viscosurgical device consisting of 1.6% hyaluronic acid/4.0% chondroitin sulfate was more efficient during phacoemulsification and was easier to remove after IOL implantation than 2.0% hydroxypropylmethylcellulose. In addition, the corneal endothelial cell count was significantly higher following the use of hyaluronic acid/chondroitin sulfate than with hydroxypropylmethylcellulose, which promoted an improved level of corneal endothelium protection.

Biphasic positive airway pressure minimizes biological impact on lung tissue in mild acute lung injury independent of etiology

Abstract Introduction Biphasic positive airway pressure (BIVENT) is a partial support mode that employs pressure-controlled, time-cycled ventilation set at two levels of continuous positive airway pressure with unrestricted spontaneous breathing. BIVENT can modulate inspiratory effort by modifying the frequency of controlled breaths. Nevertheless, the optimal amount of inspiratory effort to improve respiratory function while minimizing ventilator-associated lung injury during partial ventilatory assistance has not been determined. Furthermore, it is unclear whether the effects of partial ventilatory support depend on acute lung injury (ALI) etiology. This study aimed to investigate the impact of spontaneous and time-cycled control breaths during BIVENT on the lung and diaphragm in experimental pulmonary (p) and extrapulmonary (exp) ALI. Methods This was a prospective, randomized, controlled experimental study of 60 adult male Wistar rats. Mild ALI was induced by Escherichia coli lipopolysaccharide either intratracheally (ALIp) or intraperitoneally (ALIexp). After 24 hours, animals were anesthetized and further randomized as follows: (1) pressure-controlled ventilation (PCV) with tidal volume (Vt) = 6 ml/kg, respiratory rate = 100 breaths/min, PEEP = 5 cmH2O, and inspiratory-to-expiratory ratio (I:E) = 1:2; or (2) BIVENT with three spontaneous and time-cycled control breath modes (100, 75, and 50 breaths/min). BIVENT was set with two levels of CPAP (Phigh = 10 cmH2O and Plow = 5 cmH2O). Inspiratory time was kept constant (Thigh = 0.3 s). Results BIVENT was associated with reduced markers of inflammation, apoptosis, fibrogenesis, and epithelial and endothelial cell damage in lung tissue in both ALI models when compared to PCV. The inspiratory effort during spontaneous breaths increased during BIVENT-50 in both ALI models. In ALIp, alveolar collapse was higher in BIVENT-100 than PCV, but decreased during BIVENT-50, and diaphragmatic injury was lower during BIVENT-50 compared to PCV and BIVENT-100. In ALIexp, alveolar collapse during BIVENT-100 and BIVENT-75 was comparable to PCV, while decreasing with BIVENT-50, and diaphragmatic injury increased during BIVENT-50. Conclusions In mild ALI, BIVENT had a lower biological impact on lung tissue compared to PCV. In contrast, the response of atelectasis and diaphragmatic injury to BIVENT differed according to the rate of spontaneous/controlled breaths and ALI etiology.

Angiogenesis and angioregression gene expression analyses in swine corpus luteum

The corpus luteum (CL) lifespan is characterized by a rapid growth, differentiation and controlled regression of the luteal tissue, accompanied by an intense angiogenesis and angioregression. Indeed, the CL is one of the most highly vascularised tissue in the body with a proliferation rate of the endothelial cells 4- to 20-fold more intense than in some of the most malignant human tumours. This angiogenic process should be rigorously controlled to allow the repeated opportunities of fertilization. After a first period of rapid growth, the tissue becomes stably organized and prepares itself to switch to the phenotype required for its next apoptotic regression. In pregnant swine, the lifespan of the CLs must be extended to support embryonic and foetal development and vascularisation is necessary for the maintenance of luteal function. Among the molecules involved in the angiogenesis, Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) is the main regulator, promoting endothelial cells proliferation, differentiation and survival as well as vascular permeability and vessel lumen formation. During vascular invasion and apoptosis process, the remodelling of the extracellular matrix is essential for the correct evolution of the CL, particularly by the action of specific class of proteolytic enzymes known as matrix metalloproteinases (MMPs). Another important factor that plays a role in the processes of angiogenesis and angioregression during the CL formation and luteolysis is the isopeptide Endothelin-1 (ET-1), which is well-known to be a potent vasoconstrictor and mitogen for endothelial cells. The goal of the present thesis was to study the role and regulation of vascularisation in an adult vascular bed. For this purpose, using a precisely controlled in vivo model of swine CL development and regression, we determined the levels of expression of the members of VEGF system (VEGF total and specific isoforms; VEGF receptor-1, VEGFR-1; VEGF receptor-2, VEGFR-2) and ET- 1 system (ET-1; endothelin converting enzyme-1, ECE-1; endothelin receptor type A, ET-A) as well as the activity of the Ca++/Mg++-dependent endonucleases and gelatinases (MMP-2 and MMP-9). Three experiments were conducted to reach such objectives in CLs isolated from ovaries of cyclic, pregnant or fasted gilts. In the Experiment I, we evaluated the influence of acute fasting on VEGF production and VEGF, VEGFR-2, ET-1, ECE-1 and ET-A mRNA expressions in CLs collected on day 6 after ovulation (midluteal phase). The results indicated a down-regulation of VEGF, VEGFR-2, ET-1 and ECE-1 mRNA expression, although no change was observed for VEGF protein. Furthermore, we observed that fasting stimulated steroidogenesis by luteal cells. On the basis of the main effects of VEGF (stimulation of vessel growth and endothelial permeability) and ET-1 (stimulation of endothelial cell proliferation and vasoconstriction, as well as VEGF stimulation), we concluded that feed restriction possibly inhibited luteal vessel development. This could be, at least in part, compensated by a decrease of vasal tone due to a diminution of ET-1, thus ensuring an adequate blood flow and the production of steroids by the luteal cells. In the Experiment II, we investigated the relationship between VEGF, gelatinases and Ca++/Mg++-dependent endonucleases activities with the functional CL stage throughout the oestrous cycle and at pregnancy. The results demonstrated differential patterns of expression of those molecules in correspondence to the different phases of the oestrous cycle. Immediately after ovulation, VEGF mRNA/protein levels and MMP-9 activity are maximal. On days 5–14 after ovulation, VEGF expression and MMP-2 and -9 activities are at basal levels, while Ca++/Mg++-dependent endonuclease levels increased significantly in relation to day 1. Only at luteolysis (day 17), Ca++/Mg++-dependent endonuclease and MMP-2 spontaneous activity increased significantly. At pregnancy, high levels of MMP-9 and VEGF were observed. These results suggested that during the very early luteal phase, high MMPs activities coupled with high VEGF levels drive the tissue to an angiogenic phenotype, allowing CL growth under LH (Luteinising Hormone) stimulus, while during the late luteal phase, low VEGF and elevate MMPs levels may play a role in the apoptotic tissue and extracellular matrix remodelling during structural luteolysis. In the Experiment III, we described the expression patterns of all distinct VEGF isoforms throughout the oestrous cycle. Furthermore, the mRNA expression and protein levels of both VEGF receptors were also evaluated. Four novel VEGF isoforms (VEGF144, VEGF147, VEGF182, and VEGF164b) were found for the first time in swine and the seven identified isoforms presented four different patterns of expression. All isoforms showed their highest mRNA levels in newly formed CLs (day 1), followed by a decrease during mid-late luteal phase (days 10–17), except for VEGF182, VEGF188 and VEGF144 that showed a differential regulation during late luteal phase (day 14) or at luteolysis (day 17). VEGF protein levels paralleled the most expressed and secreted VEGF120 and VEGF164 isoforms. The VEGF receptors mRNAs showed a different pattern of expression in relation to their ligands, increasing between day 1 and 3 and gradually decreasing during the mid-late luteal phase. The differential regulation of some VEGF isoforms principally during the late luteal phase and luteolysis suggested a specific role of VEGF during tissue remodelling process that occurs either for CL maintenance in case of pregnancy or for noncapillary vessel development essential for tissue removal during structural luteolysis. In summary, our findings allow us to determine relationships among factors involved in the angiogenesis and angioregression mechanisms that take place during the formation and regression of the CL. Thus, CL provides a very interesting model for studying such factors in different fields of the basic research.

Untersuchungen zur induzierbaren Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin und dessen potentieller Bedeutung bei der Tumormetastasierung

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die durch TNFalpha-, als auch durch Röntgenstrahlen vermittelte Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin in Endothelzellen durch kleine GTPasen der Rho-Proteinfamilie reguliert ist. Hemmung dieser kleinen G-Proteine z.B. durch HMG-CoA Reduktase-Inhibitoren (Statine) oder clostridiale Toxine führt zu verminderter Expression von E-Selektin in humanen Endothelzellen (HUVEC; EA.hy-926). Aus den in der Arbeit erhaltenen Ergebnissen kann außerdem die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Regulation der zytokininduzierten E-Selektin-Genexpression von der gamma-Strahlen-vermittelten Expression des E-Selektingens differiert. Für die strahleninduzierte endotheliale E-Selektin-Expression scheint beispielsweise der Transkriptionsfaktor AP-1 als ein weiterer Kontrollfaktor neben NF-kappaB zu fungieren. Des Weiteren konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass eine gesteigerte E-Selektin-Proteinexpression mit erhöhter Tumorzelladhäsion und -transmigration an bzw. durch humane Endothelzellen korreliert. Hemmung der TNFalpha- bzw. gamma-Strahlen-induzierten Expression von E-Selektin durch Statine oder Retinsäuren ist ausreichend, sowohl Tumorzelladhäsion als auch Tumorzelldiapedese zu reduzieren. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Adhäsionsmolekül E-Selektin eine vielversprechende Zielstruktur ist, über deren kontrollierte Beeinflussung es auch in vivo möglich sein sollte, das Risiko der Metastasierung zu reduzieren. Mit Statinen und Retinsäurederivaten wurden somit Pharmaka identifiziert, die durch Hemmung der Rho-regulierten E-Selektin-Expression der Tumorzellmetastasierung vorbeugen könnten. Um diese Hypothese in zukünftigen tierexperimentelle Studien zu bestätigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit mit der Generierung transgener Tiermodelle begonnen.

Regulation der BDNF-Expression in Endothelzellen

Das Neurotrophin BDNF ist ein protektiver Faktor, der das Wachstum, die Differenzierung und das Überleben neuronaler Zellen fördert. Neben der neuronalen Expression wird BDNF auch peripher exprimiert, so auch in Endothelzellen. Dort stimuliert BDNF die Angiogenese und fördert das Endothelzellüberleben. Eine Regulation der BDNF-Expression unter pathologischen Bedingungen wie Epilepsie, M. Alzheimer, M. Parkinson, Depression und Ischämie ist bereits mehrfach beschrieben worden. Literaturdaten zeigen veränderte BDNF-Expressionen unter pathologischen Bedingungen zeitgleich mit einem erhöhten Spiegel des Tumornekrosefaktors (TNF-a) bzw. einer Aktivierung der Proteinkinase C (PKC). Ob ein erhöhter TNF-a-Spiegel bzw. die Aktivierung der PKC Ursache der veränderten BDNF-Expression ist, ist bisher noch nicht bekannt. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl TNF-a als auch eine Aktivierung der PKC in peripheren Endothelzellen die BDNF-Expression konzentrations- und zeitabhängig reduziert. Im Fall von TNF-a wird diese Reduktion über den TNF-a-Rezeptor 1 (TNFR1) vermittelt und auf dem Niveau der Transkription reguliert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass BDNF die Angiogenese-Aktivität von humanen Umbilikalvenen-Endothelzellen (HUVEC) in Abhängigkeit der BDNF-Rezeptoren TrkB und p75NTR stimuliert. TNF-a hingegen reduziert die Angiogenese in HUVEC. Bei der Regulation der BDNF-Expression durch den PKC-aktivierenden Phorbolester Phorbol-12-Myristat-13-Acetat (PMA) konnte eine Beteiligung der PKC-Isoformen d gezeigt werden. Die Verminderung der BDNF-Expression durch PKC-Aktivierung konnte durch Inhibitoren der PKC d aufgehoben werden. PMA hatte keine destabilisierende Wirkung auf die BDNF-mRNA. Auch hier wird BDNF durch PMA auf dem Niveau der Transkription reguliert. Weiterhin ist bisher eine pharmakologische Regulation der BDNF-Expression noch nicht näher untersucht worden. Erstmalig konnte eine Wirkung des b1-Adrenorezeptorblockers Nebivolol auf die BDNF-mRNA-Expression beobachtet werden. Nebivolol erhöht die BDNF-Expression in zerebralen Endothelzellen in vitro und im Mäuseherzen in vivo. Hierbei handelt es sich um eine substanzspezifische Wirkung von Nebivolol, die NO-unabhängig verläuft und nicht über den b3-Adrenozeptor vermittelt wird. Teile der klinisch beobachteten protektiven Wirkungen von Nebivolol könnten auf eine erhöhte BDNF-Expression zurückgeführt werden.

Die Leber als Latenzort des murinen Cytomegalovirus: Identifizierung und Charakterisierung des latent infizierten Zelltyps

Die Untersuchungen der murinen Cytomegalovirus (mCMV) Infektion im BALB/c Mausmodell konzentrierten sich bislang auf die Lunge, da diese einen Hauptort der mCMV Latenz darstellt. Da latentes CMV auch häufig durch Lebertransplantationen übertragen wird, wurde in dieser Arbeit die Leber als ein weiteres medizinisch relevantes Organ der CMV Latenz und Reaktivierung untersucht. Um zunächst die zellulären Orte der mCMV Latenz in der Leber zu ermitteln, wurden verschiedengeschlechtliche Knochenmarktransplantationen (KMT) mit männlichen tdy-positiven Spendern und weiblichen, tdy-negativen Empfängern, mit anschließender mCMV Infektion durchgeführt, um latent infizierte Mäuse mit geschlechtschromosomalem Chimärismus zu generieren. Diese Chimären erlaubten eine Unterscheidung zwischen tdy-positiven Zellen hämatopoetischen Ursprungs und tdy-negativen stromalen und parenchymalen Gewebszellen. Die Separation von Leberzellen der Chimären mittels zentrifugaler Elutriation und anschließender DNA Quantifizierung viraler und zellulärer Genome durch eine quantitative real-time PCR ergab einen ersten Hinweis, dass Endothelzellen ein zellulärer Ort der mCMV Latenz sind. Die darauf folgende immunomagnetische Zelltrennung lokalisierte latente virale DNA in der CD31-positiven Zellfraktion. Die Koexpression von CD31 mit dem endothelzellspezifischen Oberflächenmarker ME-9F1 identifizierte die sinusoidalen Endothelzellen der Leber (LSEC) als die Zellen, die latente virale DNA beherbergen. In den zytofluorometrisch aufgereinigten CD31+/ME-9F1+ LSEC waren bei gleichzeitigem Rückgang der männlichen tdy Markergene virale Genome angereichert, was darauf hinwies, dass Zellen, die virale DNA enthalten, vom Knochenmark-Empfänger stammen. Durch zytofluorometrische Analysen isolierter LSEC konnte eine vom Spender abstammende Subpopulation MHCII+/CD11b+ LSEC identifiziert werden. Anschließende Quantifizierungen viraler DNA aus latent infizierten Mäusen detektierten eine Abnahme viraler Genome mit zunehmender Menge an tdy-positiven Zellen, was beweist, dass MHCII+/CD11b+ LSEC keinen Ort der mCMV Latenz darstellen. Die limiting dilution Untersuchungen der isolierten latent infizierten LSEC ergaben eine Frequenz von einer latent infizierten Zelle unter ~1,9x104 LSEC und eine Anzahl von 7 bis 19 viralen Genomen pro latent infizierter Zelle. Nach 24 Stunden Kultivierung der LSEC konnte mittels quantitativer real-time RT-PCR mit Gesamt-RNA aus LSEC ein Anstieg der Genexpression der immediate early Gene ie1 und ie3 sowie eine Induktion des early Gens e1 gezeigt werden. Eine Erhöhung der transkriptionellen Reaktivierung durch die Inkubation der LSEC mit unterschiedlichen HDAC Inhibitoren konnte allerdings nicht erzielt werden, da sowohl die Menge der isolierten RNA aus behandelten Kulturen, als auch die Anzahl viraler Transkripte im Vergleich zu den unbehandelten Kulturen erniedrigt war. Aufgrund der kurzen Lebensdauer isolierter LSEC in vitro konnte durch Kokultivierungen latent infizierter LSEC zusammen mit murinen embryonalen Fibroblasten keine Virusreaktivierung induziert werden. Im Gegensatz dazu wurden durch den Transfer gereinigter ME-9F1+/CD31+ LSEC aus latent infizierten Spendern in immunsupprimierte Empfänger virale Rekurrenzen in Lungenexplantatkulturen des Rezipienten detektiert. Damit konnten LSEC eindeutig als zellulärer Ort von mCMV Latenz und Reaktivierung in der Leber identifiziert werden.

Einfluss der AMPK-Aktivität auf Endothelfunktion, oxidativen Stress und vaskuläre Inflammation

Die AMPK ist ein ubiquitär exprimiertes, heterotrimeres Enzym, das bei Energiemangel das Überleben der Zelle sichert. Um diese Funktion ausüben zu können fungiert die AMPK als sogenannter „Energie-Sensor“, der durch steigende AMP Mengen aktiviert wird. In diesem Zustand werden ATP verbrauchende Reaktionen inhibiert und gleichzeitig ATP generierende Vorgänge induziert. Im vaskulären System konnte gezeigt werden, dass die endotheliale NOSynthase durch die AMPK aktiviert, die Angiogenese stimuliert, die Endothelzellapoptose und das Wachstum von Gefäßmuskelzellen inhibiert wird. All diese Prozesse sind fundamental in der Entwicklung von kardiovaskulären Krankheiten, was auf eine protektive Funktion der AMPK im vaskulären System hindeutet. In der vorliegenden Arbeit sollten die Effekte der in vivo Modulation der AMPK Aktivität auf Endothelfunktion, oxidativen Stress und Inflammation untersucht werden. Dazu wurden zwei unterschiedliche Mausmodelle genutzt: Einerseits wurde die AMPK Aktivität durch den pharmakologischen AMPK-Aktivator AICAR stimuliert und andererseits die vaskulär vorherrschende AMPK-Isoform durch knock out ausgeschaltet. Zur Induktion von oxidativem Stress wurde ein bereits charakterisiertes Angiotensin II-Modell angewandt. Zur Untersuchung gehörten neben den Superoxid-Messungen auch die Bestimmung der Stickstoffmonoxid-Mengen in Serum und Aortengewebe, die Relaxationsmessungen in isometrischen Tonusstudien sowie HPLC-basierte Assays. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Aktivierung der AMPK mittels AICAR die Angiotensin II induzierte Endotheldysfunktion, der oxidative Stress und auch die vaskuläre Inflammation verbessert werden konnte. Weiterhin zeigte sich dass der knock out der vaskulären Isoform (α1) im Angiotensin II Modell eine signifikant verstärkte Endotheldysfunktion, oxidativen Stress und Inflammation nach sich zog. Anhand der erhobenen Daten konnte die NADPH-Oxidase als Hauptquelle des Angiotensin II induzierten oxidativen Stresses identifiziert werden, wobei sich diese Quelle als AMPK sensitiv erwies. Durch die Aktivierung konnte die Aktivität der NADPH-Oxidase verringert und durch die α1AMPK Defizienz signifikant erhöht werden. Auch die mitochondriale Superoxidproduktion konnte durch die Modulation der AMPK Aktivität beeinflusst werden. Die vaskuläre Inflammation, die anhand der Surrogaten VCAM-1, COX-2 und iNOS untersucht wurde, konnte durch Aktivierung der AMPK verringert werden, der knock out der α1AMPK führte so einer sehr starken Expressionssteigerung der induzierbaren NO-Synthase, was in einem starken Anstieg der NO-Produktion und somit der Peroxynitritbildung resultierte.Die dargestellten Daten deuten stark auf eine protektive Funktion der AMPK im vaskulären System hin und sollte als therapeutisches Ziel, nicht nur in Bezug auf diabetische Patienten, in Betracht gezogen werden.

Discovery and Pharmacological Characterization of a Novel Small Molecule Antagonist of Integrin α4β1: Focus on Antiallergic Activity

Allergy is a common hypersensitivity disorder that affects 15% to 20% of the population and its prevalence is increasing worldwide. Its severity correlates with the degree of eosinophil infiltration into the conjunctiva, which is mediated by chemokines that stimulate the production of adhesion molecules like intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) and vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) on the endothelial cell surface. The α4β1 and α4β7 integrins are expressed in eosinophils and contribute to their activation and infiltration in AC through the binding to VCAM-1 or fibronectin, expressed on vascular endothelial cells. Blockade of α4 integrins might be a therapeutical achievement in allergic eye diseases. DS 70, that show an IC50 in the nanomolar range against α4β1 integrin in Jurkat cells and in the eosinophilic cell line EOL-1. This compound was able to prevent cell adhesion to VCAM-1 and FN in vitro. In a scintillation proximity assay DS70 displaced 125I-FN binding to human α4β1 integrin and, in flow cytometry analysis, it antagonized the binding of a primary antibody to α4β1 integrin expressed on the Jurkat cells surface as well. Furthermore, we analysed also its effects on integrin α4β1 signalling. In an vivo model of allergic conjunctivitis, topical DS70 reduced the clinical aspects of EPR (early phase reaction) and LPR (late phase reaction), by reducing clinical score, eosinophil accumulation, mRNA levels of cytochines and chemochines pro-inflammatory and the conjunctival expression of α4 integrin. In conclusion, DS70 seems a novel antiallergic ocular agent that has significant effects on both early and late phases of ocular allergy.

Asymmetrisches Dimethylarginin als kardiovaskulärer Risikofaktor : Transportmechanismen und Auswirkungen einer Akkumulation

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit dem Membrantransporter-vermittelten Export von asymmetrischem Dimethyl-L-Arginin (ADMA) aus der Endothelzelle. Da ADMA-Plasmakonzentrationen mit Erkrankungen wie koronaren Herzkrankheiten, Atherosklerose, Bluthochdruck und Endotheldysfunktion in Verbindung gebracht werden, ist ein effektiver ADMA-Export aus der Zelle heraus unabdingbar. Um den Mechanismus hierfür aufzuklären, wurden die immortalisierte Endothelzelllinie EA.hy926 und weitere primäre Endothelzellen (humane Umbilikalvenenendothelzellen und Endothelzellen der großen und kleinen Herzgefäße) auf die Expression basischer Aminosäuretransporter mittels einer qRT-PCR hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass alle getesteten Endothelzellen die Aminosäuretransporter hCAT-1, y+LAT1 und y+LAT2 exprimierten. Basierend auf ADMA-Exportdaten, die mit entsprechenden Transporter-überexprimierenden Xenopus laevis-Oozyten gewonnen wurden, wurde festgestellt, dass alle drei Membrantransporter ADMA exportieren konnten. Der physiologisch wichtige Exportweg für intrazellulär anfallendes ADMA scheint dabei der via y+L zu sein, da es sich hierbei um einen aktiven Exportmechanismus handelt, der im Gegentransport von im humanen Plasma reichlich vorhandenen neutralen Aminosäuren und Natriumionen den nach innen gerichteten Natriumgradienten ausnutzt. Die Wichtigkeit des Membrantransportes für die Kontrolle intrazellulärer ADMA-Konzentrationen wurde in vitro durch Entzug von extrazellulären Austauschsubstraten und einer daraus resultierenden Blockade der Transportfunktion gezeigt. Hierbei wurde innerhalb von zwei Stunden ein 2,5-facher Anstieg der intrazellulären ADMA-Konzentration festgestellt, die bei Präsenz von Austauschsubstrat für die Transporter nicht auftrat. Die Relevanz der y+LATs für den ADMA-Export wurde durch Herunterregulation dieser Proteine mittels siRNA sichtbar: Unter diesen Bedingungen konnte ADMA auch in Anwesenheit von Austauschsubstrat für das System y+L weniger effektiv exportiert werden. Eine wichtige Aufgabe des humanen Endothels ist die Bildung bioaktiven Stickstoffmonoxids, das unter anderem eine Vasodilatation der Gefäße bewirkt. Für diese NO-Synthese wird L-Arginin als Substrat von der endothelialen NO-Synthase benötigt. ADMA stellt einen kompetitiven Inhibitor dar, dessen erhöhtes intrazelluläres Vorkommen möglicherweise hemmend auf die NO-Synthase wirken könnte. Es konnten hier allerdings keine Auswirkungen eines um das 4-fache gestiegenen, intrazellulären ADMA-Spiegels auf die Tätigkeit der endothelialen NO-Synthase festgestellt werden. Möglicherweise bedarf es eines noch weiter zu Gunsten des ADMAs verschobenen, intrazellulären L-Arginin:ADMA-Verhältnisses, um eine Hemmung der NO-Synthase festzustellen. Dies könnte bei einem pathologischen Transporterausfall eintreten, der intrazellulär permanent höhere ADMA-Konzentrationen zur Folge hätte. Des Weiteren hätte ein Anstieg der Arginasetätigkeit und damit einhergehend ein Substratdefizit für die NO-Synthase den gleichen Effekt. Der translationale Ansatz mit humanen peripheren mononukleären Blutzellen von Patienten aus der 2. Medizinischen Klinik zeigte die Tendenz einer Korrelation zwischen dem ADMA-Exportvermögen und der Endothelfunktion und brachte zudem die Erkenntnis eines individuell äußerst variablen ADMA-Exportvermögens zutage.