Manipulation of the periovulatory sex steroidal milieu affects endometrial but not luteal gene expression in early diestrus Nelore cows

In beef cattle, the ability to conceive has been associated positively with size of the preovulatory follicle (POF). Proestrus estradiol and subsequent progesterone concentrations can regulate the endometrium to affect receptivity and fertility. The aim of the present study was to verify the effect of the size of the POF on luteal and endometrial gene expression during subsequent early diestrus in beef cattle. Eighty-three multiparous, nonlactating, presynchronized Nelore cows received a progesterone-releasing device and estradiol benzoate on Day–10 (D 10). Animals received cloprostenol (large follicle-large CL group; LF-LCL; N ¼ 42) or not (small follicle-small CL group; SF-SCL; N ¼ 41) on D 10. Progesterone devices were withdrawn and cloprostenol administered 42 to 60 hours (LF-LCL) or 30 to 36 hours (SF-SCL) before GnRH treatment (D0). Tissues were collected at slaughter on D7. The LF-LCL group had larger (P < 0.0001) POF (13.24 0.33 mm vs. 10.76 0.29 mm), greater (P < 0.0007) estradiol concentrations on D0 (2.94 0.28 pg/mL vs. 1.27 0.20 pg/mL), and greater (P < 0.01) progesterone concentrations on D7 (3.71 0.25 ng/mL vs. 2.62 0.26 ng/mL) compared with the SF-SCL group. Luteal gene expression of vascular endothelial growth factor A, kinase insert domain receptor, fms-related tyrosine kinase 1, steroidogenic acute regulatory protein, cytochrome P450, family 11, subfamily A, polypeptide 1, and hydroxy-delta-5-steroid dehydrogenase, 3 beta- and steroid deltaisomerase 7 was similar between groups. Endometrial gene expression of oxytocin receptor and peptidase inhibitor 3, skin-derived was reduced, and estrogen receptor alpha 2, aldo-keto reductase family 1, member C4, and lipoprotein lipase expression was increased in LF-LCL versus SF-SCL. Results support the hypothesis that the size of the POF alters the periovulatory endocrine milieu (i.e., proestrus estradiol and diestrus progesterone concentrations) and acts on the uterus to alter endometrial gene expression. It is proposed that the uterine environment and receptivity might also be modulated. Additionally, it is suggested that increased progesterone secretion of cows ovulating larger follicles is likely due to increased CL size rather than increased luteal expression of steroidogenic genes.

Atherosklerose und Apoptose

Subendothelial in den Arterienwänden abgelagertes LDL kann einer enzymatischen Modifikation unterliegen, die es in einen cytotoxischen Partikel überführt. In vitro Behandlung von LDL mit Proteasen (Trypsin) und Cholesterinesterase führt zu einem dem läsionalen LDL ähnlichen Produkt. Die Behandlung von humanen Endothelzellen mit enzymatisch verändertem LDL (E-LDL), das einen hohen Gehalt an freiem Cholesterin und freien Fettsäuren aufweist, führt zur Auslösung der Apoptose via ASK1 (apoptosis signal-regulating kinase 1) –abhängiger p38-Phosphorylierung. Durch eine Aktivierung der Effektor-Caspasen-3/-7 kommt es zur Fragmentierung der DNA und zur Spaltung des nukleären Enzyms Poly-(ADP-ribose)-Polymerase. Phosphatidylserin ist an der äußeren Zellmembran mittels Annexin-Bindung detektierbar. Natives oder oxidiertes LDL induziert bei gleicher Konzentration keinen programmierten Zelltod. In Depletions- und Rekonstitutionsexperimenten wurden freie Fettsäuren aus E-LDL als Auslöser der Apoptose identifiziert. In nativem LDL ist der Anteil an freien Fettsäuren gering, deshalb ist das Lipoprotein nicht cytotoxisch. E-LDL induziert weiterhin eine Erhöhung bzw. eine Hemmung der transkriptionellen Aktivität eines AP-1- bzw. NF-κB-Luciferase Reporterplasmids. Die Ausschaltung von ASK1 mittels RNA-Interferenz bzw. die Hemmung von p38 mit dem Inhibitor SB203580 rettet die Zellen vor dem programmierten Zelltod. E-LDL kann in Endothelzellen oxidativen Stress auslösen. Durch Vorbehandlung mit N-Acetyl-Cystein wird die Aktivierung sowohl von ASK1 als auch von p38 unterdrückt.

Analyse der Transmembran-Agrin-abhängigen Signalkaskade in auswachsenden Axonen des zentralen Nervensystems

Die Entdeckung einer Transmembranform des Proteoglykans Agrin führte zu der Hypothese, dass TM-Agrin ein Rezeptor oder Korezeptor mit signaltransduzierenden Eigenschaften sein könnte. Die durch Antikörper simulierte Ligandenbindung an TM-Agrin resultiert in der Bildung von zahlreichen Ausläufern sowohl auf ZNS als auch auf PNS Axonen und Dendriten und unterstützt diese Hypothese. Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen führt die Überexpression von TM-Agrin in ZNS Neuronen ebenfalls zur Bildung von zahlreichen Ausläufern, wohingegen die Unterdrückung der TM-Agrin Expression durch siRNA die Anzahl der Ausläufer stark reduziert. Der Mechanismus der durch TM-Agrin induzierten Bildung von Ausläufern ist jedoch unbekannt. Ziel der Dissertation war es deshalb, die durch TM-Agrin induzierte Signalkaskade zu untersuchen. Mit Hilfe von biochemischen, immunozytochemischen und pharmakologischen Unter-suchungen konnte gezeigt werden, dass sich TM-Agrin auf auswachsenden Axonen und nach Überexpression in nicht-neuronalen Zellen in lipid rafts anreichert und das lipid rafts sowohl für die Bildung als auch für die Aufrechterhaltung der Ausläufer notwendig sind. Die durch polyklonale Antikörper induzierte Bildung von Ausläufern kann sowohl durch die Inhibierung der Src-Kinase Fyn, welche in lipid rafts lokalisiert ist, als auch der 44/42 MAPK gehemmt werden. Zudem führt die Aggregation von TM-Agrin durch polyklonale Antikörper zu einer erhöhten Aktivität der Fyn- und 44/42 MAP-Kinase. Im Gegensatz dazu hat eine Inhibierung der PI3-Kinase keine Auswirkungen auf die Bildung der Ausläufer. Der intrazelluläre, sekundäre Botenstoff cGMP, nicht aber cAMP, fördert die Bildung von Ausläufern. Die konzentrationsabhängige Blockierung des Coxsackie-Adenovirus-Rezeptors (CAR) führt zu einer Hemmung der Ausläuferbildung. Ferner interagiert CAR im Zentralnervensystem während der Phase des aktiven axonalen Wachstums mit TM-Agrin und induziert nach Überexpression in neuronalen und nicht-neuronalen Zellen die Bildung von Ausläufern. In der vorliegenden Arbeit konnten somit Teilabschnitte der durch TM-Agrin induzierten Signalkaskade entschlüsselt werden.

Untersuchungen zum Mechanismus der Zytotoxizität von alkylierenden Agenzien in malignen Melanomzellen

Maligne Melanome sind gegenüber Chemotherapeutika relativ resistent. Das methylierende Alkylanz Temozolomid sowie das chlorethylierende und DNA-Interstrand Crosslink (ICL) bildende Alkylanz Fotemustin kommen bei der Behandlung des malignen Melanoms als Mittel erster Wahl zum Einsatz. In der vorliegenden Arbeit konnte das erste Mal nachgewiesen werden, dass die zytotoxische Wirkung von Temozolomid und Fotemustin in Melanomzellen durch Apoptose vermittelt wird. Unter Verwendung klinisch relevanter Dosen der beiden Alkylantien konnte die Induktion von Apoptose durch vier unabhängige Methoden (Bestimmung der SubG1-Fraktion und der Apoptose- / Nekrose-Frequenz, Aktivierung der Effektorcaspasen-3 und -7 sowie Spaltung von PARP-1) nachgewiesen werden. Die Alkylierungen an der O6-Position des Guanins, welche durch beide Agenzien induziert werden, sind auch in Melanomzellen die wichtigsten Zytotoxizität-bewirkenden Läsionen in der DNA, und die O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist folglich ein herausragender Resistenzmarker. Eine der verwendeten Zelllinien (D05) exprimierte p53-Wildtypprotein. Diese Zelllinie war resistenter als alle anderen Zelllinien gegenüber Temozolomid und Fotemustin. Dies weist darauf hin, dass p53 nicht die Apoptoseinduktion in Melanomzellen verstärkt. Die Prozessierung des O6MeG erfolgt über die Mismatch-Reparatur (MMR) unter Generierung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Die Untersuchung der durch Temozolomid induzierten DSBs, nachgewiesen durch gammaH2AX-Induktion, korrelierte direkt mit der apoptotischen Antwort von Melanomzelllinien und DSBs können somit als eine entscheidende apoptoseauslösende Größe angesehen werden. Eine Resistenz gegenüber dem methylierenden Temozolomid in der Zelllinie MZ7 konnte auf einen Defekt in der MMR-Schadenserkennung auf der Ebene des MutSalpha-Komplexes zurückgeführt werden. Dieser Defekt hatte keinen Einfluss auf die Fotemustin-vermittelte Apoptoseinduktion. Neben MGMT konnte somit die MMR als Resistenzfaktor gegenüber methylierenden Agenzien in Melanomen identifiziert werden. Die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde in Melanomzelllinien im Detail untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Fotemustin-bedingte ICLs in Zellen einen G2/M-Arrest im Behandlungszyklus induzieren. Wie anhand G1-arretierter Zellen nachgewiesen werden konnte, war das Durchlaufen der DNA-Replikation vor Erreichen des Arrests für die Induktion der Apoptose notwendig. Die Prozessierung von ICLs ist im Vergleich zu Methylierungen der DNA deutlich komplexer. Dies könnte erklären, warum in Melanomzellen die durch gammaH2AX-Induktion repräsentierten DSBs nicht mit der Sensitivität der einzelnen Zelllinien korreliert. Die Untersuchung unterschiedlich sensitiver Zelllinien zeigte ein vergleichbares Schadensniveau an ICLs und eine ebenso vergleichbare initiale Prozessierung derselben unter Generierung von DSBs. Die Prozessierung dieser sekundären Läsionen, welche anhand der Abnahme von gammaH2AX-Foci untersucht wurde, war hingegen in der sensitiveren Melanomzelllinie deutlich weniger effektiv. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass eine uneffektive Prozessierung der sekundären Läsionen einhergeht mit einer verstärkten und länger anhaltenden Aktivierung der in der DSB-Detektion beteiligten Kinase ATM und der Checkpoint Kinase 1. Es wäre daher denkbar, dass eine verstärkte Aktivität dieser Kinasen proapoptotische Signale vermittelt. Unterschiede in der Prozessierung der sekundären Läsionen könnten somit ein wichtiger Marker der ICL-induzierten Apoptose darstellen. Des weitern konnte nachgewiesen werden, dass nach Fotemustingabe die mitochondrial-vermittelte Apoptose einen effektiven Exekutionsweg in Melanomen darstellt. Während Cytochrom C-Freigabe, Bcl-2-Abnahme an den Mitochondrien, Bax-Rekrutierung und Caspase-9 Aktivität nachgewiesen werden konnten, wurden keine Hinweise auf eine Fas-Rezeptor-vermittelte Apoptose gefunden. Die Unfähigkeit, Rezeptor-vermittelte Apoptose zu unterlaufen, könnte die Bedeutungslosigkeit des p53-Gens in Melanomen begründen, da gerade dieser Weg in der Alkylantien-induzierten Apoptose in anderen Zellsystemen eine große Relevanz besitzt. Bei der Suche nach einem alternativen proapoptotischen Signalweg konnten Hinweise für die Beteiligung des Rb/E2F-1-Wegs, welcher über p73 agiert, in einer p53-mutierten Melanomzelllinie gefunden werden. Einen Einfluss der Proteine Survivin und XIAP als Resistenzfaktoren auf die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde hingegen nicht nachgewiesen.

In-vivo-Tumorbiologie mittels 68 Ga-PET: Beurteilung der p-Glykoprotein-Aktivität in Weichgewebe-Tumoren sowie Diagnose und Therapie von Knochenmetastasen

Krebs ist eine der häufigsten Krankheiten und stellt eine der wichtigsten medizinischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Eine frühzeitige Diagnose ist dabei essentiell für eine individuell angepasste Therapie zur Verbesserung der Lebensqualität und -erwartung der Patienten. Hierbei kommen der 68Ge/68Ga-Generator und das daraus resultierende PET-Nuklid 68Ga immer stärker in den Fokus von Wissenschaft und Medizin. rnrnFür eine erfolgreiche Therapie stellt die Chemoresistenz (Multi-Drug-Resistance) zahlreicher Tumore eine schwerwiegende Komplikation dar. Für das Therapieversagen ist die Aktivierung des Transportproteins p-Glykoprotein (pGP) maßgeblich mit verantwortlich. Mit Hilfe der Schiff’schen Base [68Ga]MFL6.MZ konnte die Aktivitätsänderung von pGP unter verschiedener Beeinflussung erstmals in vivo beobachtet werden. So zeigte sich, dass sich unter azidotischen Bedingungen in Tumoren die Aktivität des pGP erhöht und somit vermehrt auch Zytostatika, die pGP-Substrate sind, aus den Tumoren transportiert werden. Durch Aufklärung der Abhängigkeit der pGP-Aktivität von dessen Signalkaskade konnte gezeigt werden, dass durch eine Blockade der MAP-Kinase p38 eine Erniedrigung der pGP-Aktivität zu verzeichnen ist. Die ebenfalls in der Signalkaskade eingebundene MAP-Kinase ERK1/2 hingegen spielt hier nur eine untergeordnete Rolle.rnrnNeben dem Versagen der Chemotherapie stellt auch die Metastasierung eines Malignoms massive Einschnitte in die Lebensqualität von Erkrankten dar. Befallen die Metastasen das Skelett eines Menschen, wird dies zumeist erst spät registriert. 68Ga-markierte Bisphosphonate bieten nun die Möglichkeit, Patienten quantitativ auf Knochenmetastasen hin untersuchen zu können. So konnten zu Beginn einfache Phosphonate wie EDTMP und DOTP nicht die nötige in vivo Stabilität bzw. hohe radiochemische Ausbeuten liefern und sind damit für die Anwendung am Menschen uninteressant. Jedoch die DOTA-basierten Bisphosphonate allen voran der Ligand BPAMD zeigen ein großes Potential. In vivo-Versuche an Ratten mit Knochenmetastasen zeigten, dass sich [68Ga]BPAMD an den Metastasen anreichert und einen sehr guten Kontrast zum gesunden Knochen darstellt. Der Tracer konnte erstmals am Menschen angewendet werden und zeigte in ausgewählten Regionen eine höhere Anreicherung als eine zuvor durchgeführte PET-Aufnahme mit [18F]Fluorid. Der Ligand BPAMD bietet außerdem den Vorteil, neben 68Ga auch andere dreiwertige Radionuklide wie das therapeutische 177Lu komplexieren zu können. Durch Studien zur Komplexbildung und Stabilität konnte auch [177Lu]BPAMD in der klinischen Anwendung erprobt werden und zeigte eine Anreicherung an den Knochenmetastasen. So ist es nun möglich, Knochenmetastasen mittels 68Ga-PET zu diagnostizieren, eine entsprechende Dosisberechnung anzustellen und anschließend mit dem gleichen Liganden eine Therapie mit [177Lu]BPAMD durchzuführen.

Untersuchungen zum Ectodomain shedding des Receptor for advanced glycation endproducts

Zu den Liganden des Zelloberflächenrezeptors RAGE gehören AGEs, S100-Proteine, HMGB1 und Aβ. RAGE wird daher eine Rolle bei verschiedenen neurologischen Erkrankungen sowie Diabetes, Arteriosklerose und Krebs zugesprochen. Des Weiteren geht eine Verringerung der Menge an sRAGE häufig mit diesen Krankheiten einher. Aus diesen Gründen stellt die pharmakologische Stimulierung der Proteolyse von RAGE eine vielversprechende Therapieform dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Steigerung der sRAGE-Bildung über PAC1-, V2- und OT-Rezeptoren möglich ist. Die Untersuchung der PAC1-Signalwege zeigte, dass PKCα/PKCβI, CaMKII, Ca2+-Ionen, PI3-Kinase und der MAP-Kinase-Weg wichtig für die Stimulierung sind und dass der PKA-Weg nicht beteiligt ist. Die dreimonatige Behandlung von Mäusen mit PACAP-38 weist darauf hin, dass eine Stimulierung des Ectodomain Sheddings von RAGE auch in vivo erfolgen kann. Die Untersuchung der Signalwege, ausgehend von den V2- und OT-Rezeptoren, zeigte, dass ebenfalls PKCα/PKCβI, CaMKII, Ca2+-Ionen zur Aktivierung der Proteasen führen, dagegen konnte weder ein Einfluss des PKA- noch des MAP-Kinase-Weges festgestellt werden. Außerdem wurden sowohl MMP-9 als auch ADAM-10 als RAGE-spaltende Proteasen identifiziert. Die nähere Untersuchung der RAGE-Spaltstelle erbrachte, dass keine spezifische Sequenz, sondern vielmehr die Sekundärstruktur eine Rolle bei der Erkennung durch die Proteasen spielt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde weiterhin ein anti-RAGE Antikörper anhand einer neu entwickelten Methode zunächst gereinigt und dann erfolgreich an ein mit dem Fluoreszenzfarbstoff Rhodamin markiertes Polymer gekoppelt. Die Stimulierung der Proteolyse von Meprin β wurde auch untersucht und es konnte ebenfalls eine Beteiligung von ADAM-10 an der Spaltung nachgewiesen werden.

Expressionsunterschiede verschiedener miRNAs bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen konfrontieren unsere heutige Gesellschaft mit hohen Inzidenzraten in der westlichen Welt und zunehmend steigenden Inzidenzraten im asiatischen Raum. Die Folgen für die Patienten sind eine starke Beeinträchtigung der Lebensqualität, mit sozialen und wirtschaftlichen Folgen sowie ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung kolorektaler Karzinome. Durch die Entdeckung von 22 nt langen, regulierenden RNAs, auch genannt miRNAs, wurde ein neuer Baustein im Verständnis zellulärer Regelprozesse und der Differenzierung und Aktivierung von Antworten etwa des Immunsystems entdeckt. Somit stellt sich die Frage nach der Bedeutung von miRNAs im Rahmen von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen. Hierzu wurden in dieser Arbeit über ein miRNA-Array System 12 miRNAs als potentiell relevante Ziele identifiziert und an einem Kollektiv aus insgesamt 131 Patienten und 163 Biopsien aus dem Bereich des Darmes überprüft. Es zeigte sich hierbei, dass im Rahmen eines Morbus Crohn mit Befall des Dickdarms die miRNAs let-7d und miR-22 in gesteigerter Expression vorlagen. Da im terminalen Ileum eine gesonderte Immunsituation vorliegt, wurde dieser Bereich zusätzlich bei der Erkrankung Morbus Crohn untersucht. Es zeigten sich Expressionsveränderungen für die miRNAs miR-30e, miR-185, miR-374b und miR-424. Bei Patienten mit einer Colitis ulcerosa waren die miRNAs let-7d, miR-185 und miR-424 in ihrem Expressionsverhalten verändert. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass in Abhängigkeit vom Entzündungsgrad bei bestehender Colitis ulcerosa eine zunehmenden Überexpression der miRNAs let-7d, miR-185 und miR-424 erfolgte. Die miRNAs miR-18a und miR-185 wiesen unter Remissionsbedingungen Expressionsveränderungen auf und lassen somit den Verdacht eines protektiven Effektes aufkommen. Mit Hilfe von computerbasierten Datenbankanalysen konnten gemeinsam regulierenden miRNAs Proteine und Pathways zugeordnet werden, welche einen Zusammenhang mit bereits pathogenetisch bestätigten Signalwegen wie etwa dem nF-ĸB und MAPK-Signalweg nahelegen. Auch konnte herausgearbeitet werden, dass einige, der von diesen miRNAs regulierten Proteine, bereits in veröffentlichten Arbeiten als fehlreguliert festgestellt wurden, jedoch blieb die Ursache dieser Fehlregulation gänzlich unbekannt. Mit den in dieser Arbeit erhobenen Daten konnte gezeigt werden, dass eine Kongruenz der Befunde vorliegt, welche einen Zusammenhang der miRNA-Expression mit der Fehlregulation bestimmter Proteine nicht nur nahelegt, sondern darüber hinaus auch noch einige weitere potentielle Proteinziele für weitere Untersuchungen aufführt. Dazu ist es jedoch notwendig, die Relevanz der hier entdeckten, computerbasierten Proteine in zukünftigen Untersuchungen einer genauen Prüfung zu unterziehen.

Fine Mapping of qroot-yield-1.06, a QTL for Root, Plant Vigor and Yield in Maize

Root-yield-1.06 is a major QTL affecting root system architecture (RSA) and other agronomic traits in maize. The effect of this QTL has been evaluated with the development of near isogenic lines (NILs) differing at the QTL position. The objective of this study was to fine map qroot-yield-1.06 by marker-assisted searching for chromosome recombinants in the QTL interval and concurrent root phenotyping in both controlled and field conditions, through successive generations. Complementary approaches such as QTL meta-analysis and RNA-seq were deployed in order to help prioritizing candidate genes within the QTL target region. Using a selected group of genotypes, field based root analysis by ‘shovelomics’ enabled to accurately collect RSA information of adult maize plants. Shovelomics combined with software-assisted root imaging analysis proved to be an informative and relatively highly automated phenotyping protocol. A QTL interval mapping was conducted using a segregating population at the seedling stage grown in controlled environment. Results enabled to narrow down the QTL interval and to identify new polymorphic markers for MAS in field experiments. A collection of homozygous recombinant NILs was developed by screening segregating populations with markers flanking qroot-yield-1.06. A first set of lines from this collection was phenotyped based on the adapted shovelomics protocol. QTL analysis based on these data highlighted an interval of 1.3 Mb as completely linked with the target QTL but, a larger safer interval of 4.1 Mb was selected for further investigations. QTL meta-analysis allows to synthetize information on root QTLs and two mQTLs were identified in the qroot-yield-1.06 interval. Trascriptomics analysis based on RNA-seq data of the two contrasting QTL-NILs, confirmed alternative haplotypes at chromosome bin 1.06. qroot-yield-1.06 has now been delimited to a 4.1-Mb interval, and thanks to the availability of additional untested homozygous recombinant NILs, the potentially achievable mapping resolution at qroot-yield-1.06 is c. 50 kb.

SphK1 regulates proinflammatory responses associated with endotoxin and polymicrobial sepsis

During sepsis, activation of phagocytes leads to the overproduction of proinflammatory cytokines, causing systemic inflammation. Despite substantial information regarding the underlying molecular mechanisms that lead to sepsis, several elements in the pathway remain to be elucidated. We found that the enzyme sphingosine kinase 1 (SphK1) is up-regulated in stimulated human phagocytes and in peritoneal phagocytes of patients with severe sepsis. Blockade of SphK1 inhibited phagocyte production of endotoxin-induced proinflammatory cytokines. We observed protection against sepsis in mice treated with a specific SphK1 inhibitor that was enhanced by treatment with a broad-spectrum antibiotic. These results demonstrated a critical role for SphK1 in endotoxin signaling and sepsis-induced inflammatory responses and suggest that inhibition of SphK1 is a potential therapy for septic shock.

AICAR and metformin, but not exercise, increase muscle glucose transport through AMPK-, ERK-, and PDK1-dependent activation of atypical PKC

Activators of 5'-AMP-activated protein kinase (AMPK) 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-d-ribofuranoside (AICAR), metformin, and exercise activate atypical protein kinase C (aPKC) and ERK and stimulate glucose transport in muscle by uncertain mechanisms. Here, in cultured L6 myotubes: AICAR- and metformin-induced activation of AMPK was required for activation of aPKC and ERK; aPKC activation involved and required phosphoinositide-dependent kinase 1 (PDK1) phosphorylation of Thr410-PKC-zeta; aPKC Thr410 phosphorylation and activation also required MEK1-dependent ERK; and glucose transport effects of AICAR and metformin were inhibited by expression of dominant-negative AMPK, kinase-inactive PDK1, MEK1 inhibitors, kinase-inactive PKC-zeta, and RNA interference (RNAi)-mediated knockdown of PKC-zeta. In mice, muscle-specific aPKC (PKC-lambda) depletion by conditional gene targeting impaired AICAR-stimulated glucose disposal and stimulatory effects of both AICAR and metformin on 2-deoxyglucose/glucose uptake in muscle in vivo and AICAR stimulation of 2-[(3)H]deoxyglucose uptake in isolated extensor digitorum longus muscle; however, AMPK activation was unimpaired. In marked contrast to AICAR and metformin, treadmill exercise-induced stimulation of 2-deoxyglucose/glucose uptake was not inhibited in aPKC-knockout mice. Finally, in intact rodents, AICAR and metformin activated aPKC in muscle, but not in liver, despite activating AMPK in both tissues. The findings demonstrate that in muscle AICAR and metformin activate aPKC via sequential activation of AMPK, ERK, and PDK1 and the AMPK/ERK/PDK1/aPKC pathway is required for metformin- and AICAR-stimulated increases in glucose transport. On the other hand, although aPKC is activated by treadmill exercise, this activation is not required for exercise-induced increases in glucose transport, and therefore may be a redundant mechanism.

A sensitized RNA interference screen identifies a novel role for the PI3K p110γ isoform in medulloblastoma cell proliferation and chemoresistance

Medulloblastoma is the most common malignant brain tumor in children and is associated with a poor outcome. We were interested in gaining further insight into the potential of targeting the human kinome as a novel approach to sensitize medulloblastoma to chemotherapeutic agents. A library of small interfering RNA (siRNA) was used to downregulate the known human protein and lipid kinases in medulloblastoma cell lines. The analysis of cell proliferation, in the presence or absence of a low dose of cisplatin after siRNA transfection, identified new protein and lipid kinases involved in medulloblastoma chemoresistance. PLK1 (polo-like kinase 1) was identified as a kinase involved in proliferation in medulloblastoma cell lines. Moreover, a set of 6 genes comprising ATR, LYK5, MPP2, PIK3CG, PIK4CA, and WNK4 were identified as contributing to both cell proliferation and resistance to cisplatin treatment in medulloblastoma cells. An analysis of the expression of the 6 target genes in primary medulloblastoma tumor samples and cell lines revealed overexpression of LYK5 and PIK3CG. The results of the siRNA screen were validated by target inhibition with specific pharmacological inhibitors. A pharmacological inhibitor of p110γ (encoded by PIK3CG) impaired cell proliferation in medulloblastoma cell lines and sensitized the cells to cisplatin treatment. Together, our data show that the p110γ phosphoinositide 3-kinase isoform is a novel target for combinatorial therapies in medulloblastoma.

The transforming parasite Theileria co-opts host cell mitotic and central spindles to persist in continuously dividing cells

The protozoan parasite Theileria inhabits the host cell cytoplasm and possesses the unique capacity to transform the cells it infects, inducing continuous proliferation and protection against apoptosis. The transforming schizont is a multinucleated syncytium that resides free in the host cell cytoplasm and is strictly intracellular. To maintain transformation, it is crucial that this syncytium is divided over the two daughter cells at each host cell cytokinesis. This process was dissected using different cell cycle synchronization methods in combination with the targeted application of specific inhibitors. We found that Theileria schizonts associate with newly formed host cell microtubules that emanate from the spindle poles, positioning the parasite at the equatorial region of the mitotic cell where host cell chromosomes assemble during metaphase. During anaphase, the schizont interacts closely with host cell central spindle. As part of this process, the schizont recruits a host cell mitotic kinase, Polo-like kinase 1, and we established that parasite association with host cell central spindles requires Polo-like kinase 1 catalytic activity. Blocking the interaction between the schizont and astral as well as central spindle microtubules prevented parasite segregation between the daughter cells during cytokinesis. Our findings provide a striking example of how an intracellular eukaryotic pathogen that evolved ways to induce the uncontrolled proliferation of the cells it infects usurps the host cell mitotic machinery, including Polo-like kinase 1, one of the pivotal mitotic kinases, to ensure its own persistence and survival.

DCLK1 variants are associated across schizophrenia and attention deficit/hyperactivity disorder

Doublecortin and calmodulin like kinase 1 (DCLK1) is implicated in synaptic plasticity and neurodevelopment. Genetic variants in DCLK1 are associated with cognitive traits, specifically verbal memory and general cognition. We investigated the role of DCLK1 variants in three psychiatric disorders that have neuro-cognitive dysfunctions: schizophrenia (SCZ), bipolar affective disorder (BP) and attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). We mined six genome wide association studies (GWASs) that were available publically or through collaboration; three for BP, two for SCZ and one for ADHD. We also genotyped the DCLK1 region in additional samples of cases with SCZ, BP or ADHD and controls that had not been whole-genome typed. In total, 9895 subjects were analysed, including 5308 normal controls and 4,587 patients (1,125 with SCZ, 2,496 with BP and 966 with ADHD). Several DCLK1 variants were associated with disease phenotypes in the different samples. The main effect was observed for rs7989807 in intron 3, which was strongly associated with SCZ alone and even more so when cases with SCZ and ADHD were combined (P-value = 4 × 10(-5) and 4 × 10(-6), respectively). Associations were also observed with additional markers in intron 3 (combination of SCZ, ADHD and BP), intron 19 (SCZ+BP) and the 3'UTR (SCZ+BP). Our results suggest that genetic variants in DCLK1 are associated with SCZ and, to a lesser extent, with ADHD and BP. Interestingly the association is strongest when SCZ and ADHD are considered together, suggesting common genetic susceptibility. Given that DCLK1 variants were previously found to be associated with cognitive traits, these results are consistent with the role of DCLK1 in neurodevelopment and synaptic plasticity.

Vascular endothelial growth factor-A and aldosterone: relevance to normal pregnancy and preeclampsia

Aldosterone levels are markedly elevated during normal pregnancy but fall even though volume contracts when preeclampsia occurs. The level of aldosterone in either condition cannot be explained solely by the activity of the renin-angiotensin II system. In normal gestation, vascular endothelial growth factor (VEGF) is thought to maintain vascular health, but its role in adrenal hormone production is unknown. We hypothesized that the role of VEGF in the adrenal gland is to maintain vascular health and regulate aldosterone production. Here, we demonstrate that supernatant of endothelial cells grown in the presence of VEGF enhanced aldosterone synthase activity in human adrenocortical cells. VEGF either alone or combined with angiotensin II increased aldosterone production in adrenal cells. These data suggest that endothelial cell-dependent and independent activation of aldosterone is regulated by VEGF. In contrast to angiotensin II, VEGF did not upregulate the steroidogenic acute regulatory protein. Consistent with this observation, angiotensin II stimulated both aldosterone and cortisol synthesis from progesterone, whereas VEGF stimulated selectively aldosterone production. In rats, overexpression of soluble fms-like tyrosine kinase-1, an endogenous VEGF inhibitor, led to adrenocortical capillary rarefaction and fall in aldosterone concentrations that correlated inversely with soluble fms-like tyrosine kinase-1 levels. These findings may explain why aldosterone increases so markedly during normal gestation and why preeclampsia, a condition characterized by high soluble fms-like tyrosine kinase-1, is associated with inappropriately low aldosterone levels in spite of relatively lower plasma volumes.

Serum markers for predicting pre-eclampsia

Pre-eclampsia, a pregnancy-specific disorder, contributes substantially to perinatal morbidity and mortality of both, mother and newborn. An increasing number of biochemical agents were evaluated as markers for predicting pre-eclampsia. None of them has been proved to be of clinical value yet. Much effort has been put into assessing novel potential markers and their combination with other screening methods such as Doppler sonography. The purpose of this review is to reflect the current knowledge of serum markers for predicting pre-eclampsia. So far, the most promising serum markers are placental protein 13 (PP-13), as well as soluble fms-like tyrosine kinase-1 (sFlt-1), placental growth factor (PIGF) and soluble endoglin (sEng). These markers allow screening at a relatively early stage and, most importantly, show relatively high predictive values and improved diagnostic performance if combined with first trimester Doppler sonography. Large-scale prospective studies, assessing these markers, are important to justify their clinical use in view of early intervention to prevent pre-eclampsia in the future.