Kinin-B2 Receptor Mediated Neuroprotection after NMDA Excitotoxicity Is Reversed in the Presence of Kinin-B1 Receptor Agonists

Background: Kinins, with bradykinin and des-Arg(9)-bradykinin being the most important ones, are pro-inflammatory peptides released after tissue injury including stroke. Although the actions of bradykinin are in general well characterized; it remains controversial whether the effects of bradykinin are beneficial or not. Kinin-B2 receptor activation participates in various physiological processes including hypotension, neurotransmission and neuronal differentiation. The bradykinin metabolite des-Arg(9)-bradykinin as well as Lys-des-Arg(9)-bradykinin activates the kinin-B1 receptor known to be expressed under inflammatory conditions. We have investigated the effects of kinin-B1 and B2 receptor activation on N-methyl-Daspartate (NMDA)-induced excitotoxicity measured as decreased capacity to produce synaptically evoked population spikes in the CA1 area of rat hippocampal slices. Principal Findings: Bradykinin at 10 nM and 1 mu M concentrations triggered a neuroprotective cascade via kinin-B2 receptor activation which conferred protection against NMDA-induced excitotoxicity. Recovery of population spikes induced by 10 nM bradykinin was completely abolished when the peptide was co-applied with the selective kinin-B2 receptor antagonist HOE-140. Kinin-B2 receptor activation promoted survival of hippocampal neurons via phosphatidylinositol 3-kinase, while MEK/MAPK signaling was not involved in protection against NMDA-evoked excitotoxic effects. However, 100 nM Lys-des-Arg(9)-bradykinin, a potent kinin-B1 receptor agonist, reversed bradykinin-induced population spike recovery. The inhibition of population spikes recovery was reversed by PD98059,showing that MEK/MAPK was involved in the induction of apoptosis mediated by the B1 receptor. Conclusions: Bradykinin exerted protection against NMDA-induced excitotoxicity which is reversed in the presence of a kinin-B1 receptor agonist. As bradykinin is converted to the kinin-B1 receptor metabolite des-Arg(9)-bradykinin by carboxypeptidases, present in different areas including in brain, our results provide a mechanism for the neuroprotective effect in vitro despite of the deleterious effect observed in vivo.

Activation of Survival and Apoptotic Signaling Pathways in Lymphocytes Exposed to Palmitic Acid

The toxicity of palmitic acid (PA) towards a human T-lymphocyte cell line (Jurkat) has been previously investigated but the mechanism(s) of PA action were unknown. In the current study, Jurkat cells were treated with sub-lethal concentrations of PA (50-150 mu M) and the activity of various signaling proteins was investigated. PA-induced apoptosis and mitochondrial dysfunction in a dose-dependent manner as evaluated by DNA fragmentation assay and depolarization of the mitochondrial membrane, respectively. PA treatment provoked release of cytochrome c from the inner mitochondrial membrane to the cytosol, activated members of the MAPK protein family JNK, p38, ERK, activated caspases 3/9, and increased oxidative/nitrosative stress. Exposure of cells to PA for 12 h increased insulin receptor (IR) and GLUT-4 levels in the plasma membrane. Insulin treatment (10 mU/ml/30 min) increased the phosphorylation of the IR beta-subunit and Akt. A correlation was found between DNA fragmentation and expression levels of both IR and GLUT-4. Similar results were obtained for PA-treated lymphocytes from healthy human donors and from mesenteric lymph nodes of 48-h starved rats. PA stimulated glucose uptake by Jurkat cells (in the absence of insulin), stimulated accumulation of neutral lipids (triglyceride), and other lipid classes (phospholipids and cholesterol ester) but reduced glucose oxidation. Our results suggest that parameters of insulin signaling and non-oxidative glucose metabolism are stimulated as part of a coordinated response to prompt survival in lymphocytes exposed to PA but at higher concentrations, apoptosis prevails. These findings may explain aspects of lymphocyte dysfunction associated with diabetes. J. Cell. Physiol. 227: 339-350, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Long noncoding intronic RNAs are differentially expressed in primary and metastatic pancreatic cancer

Abstract Background Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is known by its aggressiveness and lack of effective therapeutic options. Thus, improvement in current knowledge of molecular changes associated with pancreatic cancer is urgently needed to explore novel venues of diagnostics and treatment of this dismal disease. While there is mounting evidence that long noncoding RNAs (lncRNAs) transcribed from intronic and intergenic regions of the human genome may play different roles in the regulation of gene expression in normal and cancer cells, their expression pattern and biological relevance in pancreatic cancer is currently unknown. In the present work we investigated the relative abundance of a collection of lncRNAs in patients' pancreatic tissue samples aiming at identifying gene expression profiles correlated to pancreatic cancer and metastasis. Methods Custom 3,355-element spotted cDNA microarray interrogating protein-coding genes and putative lncRNA were used to obtain expression profiles from 38 clinical samples of tumor and non-tumor pancreatic tissues. Bioinformatics analyses were performed to characterize structure and conservation of lncRNAs expressed in pancreatic tissues, as well as to identify expression signatures correlated to tissue histology. Strand-specific reverse transcription followed by PCR and qRT-PCR were employed to determine strandedness of lncRNAs and to validate microarray results, respectively. Results We show that subsets of intronic/intergenic lncRNAs are expressed across tumor and non-tumor pancreatic tissue samples. Enrichment of promoter-associated chromatin marks and over-representation of conserved DNA elements and stable secondary structure predictions suggest that these transcripts are generated from independent transcriptional units and that at least a fraction is under evolutionary selection, and thus potentially functional. Statistically significant expression signatures comprising protein-coding mRNAs and lncRNAs that correlate to PDAC or to pancreatic cancer metastasis were identified. Interestingly, loci harboring intronic lncRNAs differentially expressed in PDAC metastases were enriched in genes associated to the MAPK pathway. Orientation-specific RT-PCR documented that intronic transcripts are expressed in sense, antisense or both orientations relative to protein-coding mRNAs. Differential expression of a subset of intronic lncRNAs (PPP3CB, MAP3K14 and DAPK1 loci) in metastatic samples was confirmed by Real-Time PCR. Conclusion Our findings reveal sets of intronic lncRNAs expressed in pancreatic tissues whose abundance is correlated to PDAC or metastasis, thus pointing to the potential relevance of this class of transcripts in biological processes related to malignant transformation and metastasis in pancreatic cancer.

Modulation of host cell signaling pathways as a therapeutic approach in periodontal disease

Recently, new treatment approaches have been developed to target the host component of periodontal disease. This review aims at providing updated information on host-modulating therapies, focusing on treatment strategies for inhibiting signal transduction pathways involved in inflammation. Pharmacological inhibitors of MAPK, NFκB and JAK/STAT pathways are being developed to manage rheumatoid arthritis, periodontal disease and other inflammatory diseases. Through these agents, inflammatory mediators can be inhibited at cell signaling level, interfering on transcription factors activation and inflammatory gene expression. Although these drugs offer great potential to modulate host response, their main limitations are lack of specificity and developments of side effects. After overcoming these limitations, adjunctive host modulating drugs will provide new therapeutic strategies for periodontal treatment.

Adaptations of the aging animal to exercise: role of daily supplementation with melatonin

The pineal gland, through melatonin, seems to be of fundamental importance in determining the metabolic adaptations of adipose and muscle tissues to physical training. Evidence shows that pinealectomized animals fail to develop adaptive metabolic changes in response to aerobic exercise and therefore do not exhibit the same performance as control-trained animals. The known prominent reduction in melatonin synthesis in aging animals led us to investigate the metabolic adaptations to physical training in aged animals with and without daily melatonin replacement. Male Wistar rats were assigned to four groups: sedentary control (SC), trained control (TC), sedentary treated with melatonin (SM), and trained treated with melatonin (TM). Melatonin supplementation lasted 16 wk, and the animals were subjected to exercise during the last 8 wk of the experiment. After euthanasia, samples of liver, muscle, and adipose tissues were collected for analysis. Trained animals treated with melatonin presented better results in the following parameters: glucose tolerance, physical capacity, citrate synthase activity, hepatic and muscular glycogen content, body weight, protein expression of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), mitogen-activated protein kinase (MAPK), and protein kinase activated by adenosine monophosphate (AMPK) in the liver, as well as the protein expression of the glucose transporter type 4 (GLUT4) and AMPK in the muscle. In conclusion, these results demonstrate that melatonin supplementation in aging animals is of great importance for the required metabolic adaptations induced by aerobic exercise. Adequate levels of circulating melatonin are, therefore, necessary to improve energetic metabolism efficiency, reducing body weight and increasing insulin sensitivity.

MAPKs and signal transduction in the control of gastrointestinal epithelial cell proliferation and differentiation

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways are activated by several stimuli and transduce the signal inside cells, generating diverse responses including cell proliferation, differentiation, migration and apoptosis. Each MAPK cascade comprises a series of molecules, and regulation takes place at different levels. They communicate with each other and with additional pathways, creating a signaling network that is important for cell fate determination. In this review, we focus on ERK, JNK, p38 and ERK5, the major MAPKs, and their interactions with PI3K-Akt, TGFβ/Smad and Wnt/β-catenin pathways. More importantly, we describe how MAPKs regulate cell proliferation and differentiation in the rapidly renewing epithelia that lines the gastrointestinal tract and, finally, we highlight the recent findings on nutritional aspects that affect MAPK transduction cascades.

Nuevos compuestos antileucémicos

[ES] Los flavonoides son compuestos polifenólicos que están omnipresentes en las plantas y muestran un amplio espectro de actividades biológicas. Aquí hemos estudiado el efecto del derivado tetraacetilado (QD) del producto natural 3 metil éter quercetina, sobre la viabilidad celular en las líneas celulares de leucemia humana Hl-60 y u937. Los resultados muestran que QD es citotóxico e induce parada en la fase G2-M del ciclo celular en ambas líneas celulares y es un potente inductor de la apoptosis. La apoptosis inducida por QD (i) es mediada por la activación de las caspasas, (ii) está asociada con la liberación del citocromo c y (iii) es activada en células u937 que sobreexpresan bcl-2. El tratamiento de células Hl-60 y u937 con QD provoca la activación de la vía de las quinasas activadas por mitógenos (MaPKs), incluyendo JNK, p38 MaPK y ErK 1/2. La inhibición de JNK mediante el sP600125 y de p38 MaPK mediante sB203580 no tiene influencia en la apoptosis mediada por QD. Por el contrario, la inhibición de ErK 1/2 con inhibidores farmacológicos u0126 o PD98059 potenció el porcentaje de apoptosis inducida por QD y sugiere que la inhibición de esta vía es una estrategia valiosa para aumentar la sensibilidad de células de leucemia humana Hl-60 hacia la QD.

Regulation of SRC-3 localization and dynamics by phosphorylation during ERα-dependent transcriptional activation

Transcription is controlled by promoter-selective transcriptional factors (TFs), which bind to cis-regulatory enhancers elements, termed hormone response elements (HREs), in a specific subset of genes. Regulation by these factors involves either the recruitment of coactivators or corepressors and direct interaction with the basal transcriptional machinery (1). Hormone-activated nuclear receptors (NRs) are well characterized transcriptional factors (2) that bind to the promoters of their target genes and recruit primary and secondary coactivator proteins which possess many enzymatic activities required for gene expression (1,3,4). In the present study, using single-cell high-resolution fluorescent microscopy and high throughput microscopy (HTM) coupled to computational imaging analysis, we investigated transcriptional regulation controlled by the estrogen receptor alpha (ERalpha), in terms of large scale chromatin remodeling and interaction with the associated coactivator SRC-3 (Steroid Receptor Coactivator-3), a member of p160 family (28) primary coactivators. ERalpha is a steroid-dependent transcriptional factor (16) that belongs to the NRs superfamily (2,3) and, in response to the hormone 17-ß estradiol (E2), regulates transcription of distinct target genes involved in development, puberty, and homeostasis (8,16). ERalpha spends most of its lifetime in the nucleus and undergoes a rapid (within minutes) intranuclear redistribution following the addition of either agonist or antagonist (17,18,19). We designed a HeLa cell line (PRL-HeLa), engineered with a chromosomeintegrated reporter gene array (PRL-array) containing multicopy hormone response-binding elements for ERalpha that are derived from the physiological enhancer/promoter region of the prolactin gene. Following GFP-ER transfection of PRL-HeLa cells, we were able to observe in situ ligand dependent (i) recruitment to the array of the receptor and associated coregulators, (ii) chromatin remodeling, and (iii) direct transcriptional readout of the reporter gene. Addition of E2 causes a visible opening (decondensation) of the PRL-array, colocalization of RNA Polymerase II, and transcriptional readout of the reporter gene, detected by mRNA FISH. On the contrary, when cells were treated with an ERalpha antagonist (Tamoxifen or ICI), a dramatic condensation of the PRL-array was observed, displacement of RNA Polymerase II, and complete decreasing in the transcriptional FISH signal. All p160 family coactivators (28) colocalize with ERalpha at the PRL-array. Steroid Receptor Coactivator-3 (SRC-3/AIB1/ACTR/pCIP/RAC3/TRAM1) is a p160 family member and a known oncogenic protein (4,34). SRC-3 is regulated by a variety of posttranslational modifications, including methylation, phosphorylation, acetylation, ubiquitination and sumoylation (4,35). These events have been shown to be important for its interaction with other coactivator proteins and NRs and for its oncogenic potential (37,39). A number of extracellular signaling molecules, like steroid hormones, growth factors and cytokines, induce SRC-3 phosphorylation (40). These actions are mediated by a wide range of kinases, including extracellular-regulated kinase 1 and 2 (ERK1-2), c-Jun N-terminal kinase, p38 MAPK, and IkB kinases (IKKs) (41,42,43). Here, we report SRC-3 to be a nucleocytoplasmic shuttling protein, whose cellular localization is regulated by phosphorylation and interaction with ERalpha. Using a combination of high throughput and fluorescence microscopy, we show that both chemical inhibition (with U0126) and siRNA downregulation of the MAP/ERK1/2 kinase (MEK1/2) pathway induce a cytoplasmic shift in SRC-3 localization, whereas stimulation by EGF signaling enhances its nuclear localization by inducing phosphorylation at T24, S857, and S860, known partecipants in the regulation of SRC-3 activity (39). Accordingly, the cytoplasmic localization of a non-phosphorylatable SRC-3 mutant further supports these results. In the presence of ERalpha, U0126 also dramatically reduces: hormone-dependent colocalization of ERalpha and SRC-3 in the nucleus; formation of ER-SRC-3 coimmunoprecipitation complex in cell lysates; localization of SRC-3 at the ER-targeted prolactin promoter array (PRL-array) and transcriptional activity. Finally, we show that SRC-3 can also function as a cotransporter, facilitating the nuclear-cytoplasmic shuttling of estrogen receptor. While a wealth of studies have revealed the molecular functions of NRs and coregulators, there is a paucity of data on how these functions are spatiotemporally organized in the cellular context. Technically and conceptually, our findings have a new impact upon evaluating gene transcriptional control and mechanisms of action of gene regulators.

Alimenti Funzionali e Componenti Nutraceutici come Biomodulatori

Recent knowledge supports the hypothesis that, beyond meeting nutrition needs, diet may modulate various functions in the body and play beneficial roles in some diseases. Research on functional foods is addressing the physiologic effects and health benefits of foods and food components, with the aim of authorizing specific health claims. The recognition that oxidative stress plays a major role in the pathophysiology of cardiac disorders has led to extensive investigations of the protective effects of exogenous antioxidants, but results are controversial. A promising strategy for protecting cardiac cells against oxidative damage may be through the induction of endogenous phase 2 enzymes with the enhancement of cellular antioxidant capacity. Sulforaphane (SF), a naturally occurring isothiocyanate abundant in Cruciferous vegetables, has gained attention as a potential chemopreventive compound thanks to its ability to induce several classes of genes implicated in reactive oxygen species (ROS) and electrophiles detoxification. Antioxidant responsive element (ARE)-mediated gene induction is a pivotal mechanism of cellular defence against the toxicity of electrophiles and ROS. The transcription factor NF-E2-related factor-2 (Nrf2), is essential for the up-regulation of these genes. We investigated whether SF could exert cardioprotective effects against oxidative stress and elucidated the mechanisms underpinning these effects. Accordingly, using cultured rat neonatal cardiomyocytes as a model system, we evaluated the time-dependent induction of gene transcription, the corresponding protein expression and activity of various antioxidant and phase 2 enzymes (catalase, superoxide dismutase, glutathione and related enzymes glutathione reductase, glutathione peroxidase and glutathione S-transferase, NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1 and thioredoxine reductase) elicited by SF. The results were correlated to intracellular ROS production and cell viability after oxidative stress generated by H2O2, and confirmed the ability of SF to exert cytoprotective effects acting as an indirect antioxidant. Furthermore, to get better insight into SF mechanism of action, we investigated the effect of SF treatment on Nrf2 and the upstream signalling pathways MAPK ERK1/2 and PI3K/Akt, known to mediate a pro survival signal in the heart. The use of specific inhibitors of ERK1/2 and Akt phosphorylation demonstrated their involvement in phase 2 enzymes induction. The concentration of SF tested in this study is comparable to peak plasma concentration achieved after dietary exposure giving clear relevance to our data to support dietary intake of Cruciferous vegetables in cytoprotection against oxidative stress, a common determinant of many cardiovascular diseases.

Induktion und Signaltransduktion bei der Expression des Chemokins MCP-1 in Monozyten

Das Chemokin 'Monocyte Chemoattractant Protein-1' (MCP-1) spielt bei inflammatorischen Erkrankungen eine wesentliche Rolle. Verschiedene Zelltypen produzieren MCP-1. Es interessierte, welche Stimuli in Monozyten MCP-1 induzieren können und welche Signaltransduktionskaskaden daran beteiligt sind. Darüber hinaus sollte die Rolle einzelner Transkriptionsfaktoren und Promotorregionen des MCP-1-Gens untersucht werden.Komponenten Gram-positiver und -negativer Bakterien, Phorbolester und Substanzen, die die intrazelluläre Calciumkonzentration erhöhen, induzierten die MCP-1-Expression in einer humanen myelomonozytären Zellinie (THP-1) und in frisch isolierten Monozyten. Die mit Lipopolysaccharid (LPS)-induzierte MCP-1-Expression war stark von der MAPK/ERK-Kinase (MEK)-1/-2 und von I-kappaB Kinasen beziehungsweise NF-kappaB abhängig, dagegen scheinen Calcineurin, Calmodulinkinasen und die 'Mitogen-Activated Protein Kinase' p38 keine entscheidende Rolle zu spielen. Die Thapsigargin (TG)-induzierte MCP-1-Bildung durch Erhöhung der intrazellulären Calciumkonzentration war zusätzlich von Calcineurin und Calmodulinkinasen abhängig. Als nukleäre Transkriptionsfaktoren wurden bei der LPS-Stimulation NF-kappaB sowie AP-1 und zusätzlich NF-ATc3 bei Stimulation durch TG nachgewiesen. Die Untersuchung des MCP-1-Promotors konnte eine Bindung von NF-kappaB- und AP-1-Mitglieder an eine bislang nicht untersuchte distale Region und eine AP-1-Bindung an eine proximale Region nachweisen. Die Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß die Aktivierung der MCP-1-Expression durch verschiedene Stimuli unter Beteiligung teilweise unterschiedlicher Signaltransduktionswege abläuft und sowohl eine proximale als auch eine distale Promotorregion des MCP-1-Gens daran beteiligt ist.

Immune escape durch Überexpression von HER-2/neu

In Tumoren und Onkogen-transformierten Zellen finden sich häufig Defizienzen in der Expression von Komponenten der MHC Klasse I-Antigenprozessierung, die mit einer verminderten MHC Klasse I-Oberflächenexpression und einer reduzierten Sensitivität der Zellen gegenüber einer ZTL-vermittelten Lyse gekoppelt sein können. Da in den meisten Fällen die reduzierten Expressionsmuster über Zytokine revertiert werden können, werden verschiedene Regulationsmechanismen als Ursache für die Defizienzen postuliert. Auch in Zellen, die den „human epidermal growth factor receptor 2“ (HER-2/neu) überexprimieren, wurden derartige „Immune escape“-Mechanismen identifiziert. Aufgrund der Amplifikation und/oder Überexpression dieses Onkogens in Tumoren, die mit einer schnellen Progression der Erkrankung und einer schlechten Heilungsprognose assoziiert ist, wurden zahlreiche Therapien entwickelt, die auf einer Mobilisierung des Immunsystems gegenüber HER-2/neu oder dessen Blockade durch spezifische Antikörper abzielen. Die bisher jedoch nur unzureichenden Erfolge dieser Therapien könnten ihre Ursache in einer verminderten Immunogenität der HER-2/neu+-Zellen aufgrund von Defizienzen in der MHC Klasse I-Antigenprozessierung haben, weshalb die Untersuchung der molekularen Ursachen dieser Suppression für die Therapie von HER-2/neu+-Tumoren von besonderer Bedeutung ist. In dieser Arbeit wurde anhand eines in vitro-Systems ein HER-2/neu-vermittelter „Immune escape“-Phänotyp charakterisiert und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen untersucht. Hierzu wurden murine, HER-2/neu--NIH3T3-Zellen mit HER-2/neu-transfizierten NIH3T3-Zellen verglichen. Die Untersuchung zeigte, dass die Oberflächenexpression von MHC Klasse I-Antigenen bei einer HER-2/neu-Überexpression vermindert ist. Dies ist assoziiert mit reduzierten Expressionen von LMP2, LMP10, PA28a, PA28b, ERAAP, TAP1, TAP2, und Tapasin, einem blockiertem TAP-Transport und einer fehlenden Sensitivität gegenüber einer ZTL-vermittelten Lyse. Da die analysierten Defekte durch eine Stimulation mit IFN‑g wieder revertiert werden können, wird eine transkriptionelle oder translationelle Regulation der betroffenen Gene durch HER-2/neu postuliert. Aufgrund dieser Ergebnisse ist eine T-Zell-vermittelte Therapie von HER-2/neu+-Tumoren als kritisch anzusehen. Die Untersuchung der Promotoren von TAP1/LMP2, TAP2 und Tapasin ergab geringere und durch IFN‑g-induzierbare Promotoraktivitäten in den HER-2/neu+-Zellen im Vergleich zu den HER-2/neu—-Zellen. Mittels Mutagenese-PCR und Gelretardationsanalysen konnte die Bindung eines Komplexes an zwei E2F- und einer P300-Bindungsstelle im Tapasin-Promotor identifiziert werden, die für die HER-2/neu-vermittelte Hemmung der Tapasin-Promotor­aktivität essentiell ist. Eine Inaktivierung der E2F- und P300-Motve in den TAP1/LMP2- und TAP2-Promotoren hatte dagegen keinen Einfluss auf die HER-2/neu-vermittelte Blockade der Promotoraktivität. Ein Vergleich der Promotoraktivitäten der HER-2/neu+- mit Ras-transformierten Zellen ergab, dass die TAP1/LMP2- und TAP2-Promotoren in beiden Zellen supprimiert werden, während der Tapasin-Promotor bei Ras-Transformation nicht beein­trächtigt ist. Der Einsatz von Inhibitoren zeigte, dass die Suppression des Tapasin-Promotors vermutlich über die PLC-g-PKC-Kaskade erfolgt. Dagegen konnte mit Inhibitoren gegen MAPK und PI3Kinase kein vergleichbarer Effekt erzielt werden. Aufgrund dieser Daten wird postuliert, dass HER-2/neu über die Signalkaskade PLC-g–PKC–E2F/P300 die Tapasin-Promotoraktivität supprimiert, wohingegen noch bisher unbekannte Signalkaskaden von HER-2/neu und Ras zu einer Hemmung der TAP1/LMP2- und TAP2-Promotoraktivität führen. Da die Komplexbildung von E2F und P300 auch im Zellzyklus eine Rolle spielt, wird eine negative Korrelation zwischen Zell-Proliferation und MHC Klasse I-Antigenpräsentation postuliert, die Gegenstand künftiger Studien sein wird.

Post-transkriptionelle Regulation der Expression der humanen induzierbaren NO-Synthase

Die Expression der humanen induzierbaren NO-Synthase (iNOS) wird sowohl über transkriptionelle als auch über post-transkriptionelle Mechanismen reguliert. Dabei spielt die Modulation der iNOS-mRNA-Stabilität durch RNA-bindende Proteine eine bedeutende Rolle. In dieser Arbeit konnte eine Beteiligung des p38-MAPK-Signaltransduktionsweges sowie der RNA-bindenden Proteine TTP, KSRP, HuR und PTB an der Regulation der iNOS-Expression dargestellt werden. Hemmung der p38-MAPK führte zu einer Reduktion der iNOS-mRNA-Expression, hatte aber keinen Effekt auf die iNOS-Promotoraktivität. Das RNA-bindende Protein Tristetraprolin (TTP) erhöhte die Stabilität der iNOS-mRNA nach Zytokin-Stimulation, ohne jedoch mit ihr zu interagieren. Die Proteinexpression von TTP war unter dem Einfluss von Zytokinen erhöht; Inhibition der p38-MAPK verursachte eine Verminderung der Zytokin-stimulierten TTP-Expression. Das „KH-type splicing regulatory protein" (KSRP) übte einen destabilisierenden Effekt auf die iNOS-mRNA aus. Der Abbau der mRNA wird dabei wahrscheinlich durch eine Zytokin-unabhängige Interaktion von KSRP mit dem Exosom vermittelt. Ebenso konnte zwischen KSRP und TTP eine Wechselwirkung beobachtet werden, die nach Induktion der iNOS-Expression mit Zytokinen verstärkt und durch p38-MAPK-Inhibitoren hemmbar war. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Bindung von KSRP an die iNOS-mRNA-3’-UTR für die Vermittlung des destabilisierenden Effekts essentiell ist. Eine genaue Lokalisierung der KSRP-Bindungsstelle ergab, dass KSRP ebenso wie HuR mit dem AU-reichen Element am 3’-Ende der 3’-UTR interagiert. KSRP und HuR sind in der Lage, um diese Bindungsstelle zu konkurrieren. Nach Zytokin-Stimulation war dementsprechend die endogene Bindung von KSRP an die iNOS-mRNA vermindert, während die endogene Bindung von HuR an die iNOS-mRNA verstärkt war. Die Stabilisierung der iNOS-mRNA nach Zytokin-Stimulation ergibt sich demnach aus einer Verminderung der Bindung des KSRP-Exosom-Komplexes an die iNOS-mRNA als Folge der verstärkten Interaktion von TTP und KSRP. Dies ermöglicht parallel eine vermehrte Bindung von HuR an die iNOS-3’-UTR und führt damit zu einer Stabilisierung der iNOS-mRNA und so letztendlich auch zu einer Erhöhung der iNOS-Expression. Außerdem konnte eine Beteiligung des Polypyrimidin-Trakt-bindenden Proteins (PTB) an der Regulation der humanen iNOS-Expression gezeigt werden. PTB erhöhte die Expression der iNOS und interagierte Zytokin-unabhängig mit KSRP. Zusammenfassend lässt sich schließen, dass ein Zusammenspiel verschiedener Proteine in einem komplexen Netzwerk für die fein abgestimmte Regulation der humanen iNOS-Expression auf post-transkriptioneller Ebene verantwortlich.

Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen der Ratte

Die freien Endigungen von Spinalganglienneuronen sind für die Detektion schmerzhafter Reize verantwortlich. Dabei rufen thermische, chemische oder mechanische Reize Ionenströme über die Membran und dadurch Membranpotentialänderungen hervor. Diese noxisch induzierten Ströme sind in großem Ausmaß durch chemische Substanzen und andere Reize modulierbar. Der Ionenkanal TRPV1 ist für die Detektion zahlreicher chemischer Reize und zumindest eines Teils der noxischen Hitzereize verantwortlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige der Mechanismen geklärt, die zur schnellen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme führen. Hierfür wurden akut dissoziierte Spinalganglienneurone der Ratte als Modell ihrer peripheren Endigung verwendet und mittels Ganzzellableitung in der patch-clamp-Technik untersucht. Die Verwendung von Trypsin während der Präparation von Spinalganglienneuronen hat keinen funktionellen Einfluss auf hitze- oder capsaicininduzierte Ströme, verbessert aber die Untersuchungsbedingungen für das patch-clamp-Verfahren. Bei 144 akut dissoziierten Spinalganglienneuronen wurden die Stromantworten auf drei im Abstand von 40 s durch Überspülen mit 45,3 bis 46,3°C heißer Extrazellularlösung applizierte einsekündige Hitzereize gemessen. Dabei ließen sich repetitiv reproduzierbare hitzeinduzierte Einwärtsströme von etwa 160 pA erzielen; es konnte keine Tachyphylaxie und nahezu keine Inaktivierung beobachtet werden. Direkt vor dem zweiten Hitzereiz wurden die Neurone für zwei Sekunden mit Extrazellularlösung überspült, die Kontrolllösung, 0,5 μM Capsaicin, 10 μM Natriumnitroprussid oder 10 μM YC-1 enthielt. Es fand sich kein Hinweis, dass Stickstoffmonoxid oder die Guanylatzyklase einen signifikanten Beitrag zur Sensibilisierung von hitzeinduzierten Strömen in Spinalganglienneuronen leisten, wobei ein durch den Versuchsaufbau bedingtes Auswaschen zytosolischer Faktoren, die für den Signalweg notwendig sind, nicht ausgeschlossen werden kann. Bei einer Konzentration von 0,5 μM löst Capsaicin für zwei Sekunden einen sehr kleinen Einwärtsstrom von etwa 33 pA aus und führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung von hitzeinduzierten Einwärtsströmen in Spinalganglienneuronen (p<0,01). Das Ausmaß der Sensibilisierung ist proportional zur Größe des capsaicininduzierten Stromes (r=−0,7, p<0,001). Konstant halten der intrazellulären Calciumkonzentration mittels des Calciumchelators BAPTA verhindert die capsaicininduzierte Sensibilisierung hitzeinduzierter Ströme an Spinalganglienneuronen. Demzufolge beruht die capsaicininduzierte Sensibilisierung trotz der schnellen Kinetik nicht auf einer synergistischen Wirkung der beiden Agonisten Capsaicin und Hitze auf ihren gemeinsamen Rezeptor; vielmehr ist sie von einer Erhöhung der intrazellulären freien Calciumkonzentration abhängig. Funktionelle Änderungen der zellulären Funktion werden häufig durch Proteinkinasen vermittelt. Die zur Gruppe der MAP-Kinasen gehörende ERK (extracellular signal related kinase) wird bei Membrandepolarisation und Calciumeinstrom in die Zelle durch MEK (MAPK/extracellular signal related kinase kinase) aktiviert. Blockade der MEK/ERK-Kaskade durch den spezifischen MEK-Hemmstoff U0126 führt ebenfalls zu einer Aufhebung der Sensibilisierung der Hitzeantworten durch Capsaicin. Applikation von Capsaicin führt innerhalb von zwei Sekunden zu einer schnell reversiblen Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme an nozizeptiven Spinalganglienneuronen. Diese Sensibilisierung wird durch einen Calciumeinstrom in die Zelle und die dadurch eintretende Aktivierung von Proteinkinasen hervorgerufen. Die MEK/ERK-Kaskade ist ein sehr schnell (deutlich unter 2 s) aktivierbares intrazelluläres Signalsystem, welches bei der Regulation der Empfindlichkeit nozizeptiver Spinalganglienneurone eine entscheidende Rolle spielt; die schnelle Kinetik ist dabei nur durch eine membranständige oder zumindest membrannahe Lokalisation dieser Proteinkinasen erklärbar. Durch Applikation zehnsekündiger Hitzereize lässt sich ebenfalls eine Sensibilisierung hitzeevozierter Ionenströme auslösen, die ebenso ausgeprägt ist, wie die Sensibilisierung durch 0,5 μM Capsaicin (p<0,005). Durch das immer größere Verständnis der Funktionsweise des nozizeptiven Systems ergeben sich ständig neue Ansätze für die Entwicklung neuer Analgetika. So könnte durch Modulation spezifischer intrazellulärer Proteinkinasen der Phosphorylierungszustand und damit die Aktivierbarkeit von Ionenkanälen, die der Transduktion noxischer Reize dienen, positiv beeinflusst werden. Neuere, noch spezifischere Inhibitoren der MEK können der Forschung und später auch der Therapie neue Möglichkeiten eröffnen.

Proteolysis of the receptor for advanced glycation end products by matrix metalloproteinases

RAGE mediates diverse physiological and pathological effects by binding a variety of ligands. Despite incomplete understanding of RAGE-mediated disorders soluble RAGE (sRAGE) has been identified as a potential biomarker for RAGE-related diseases and possibly represents a hopeful pharmaceutical against RAGE-mediated disorders. Nevertheless, the source of sRAGE remains poorly investigated. Currently sRAGE is thought to be derived exclusively from alternative splicing of mRNA. In this thesis it was investigated whether sRAGE can also be released as a result of ectodomain shedding of full-length RAGE. Using cells overexpressing RAGE as a model system, it was demonstrated clearly that RAGE undergoes ectodomain shedding in both constitutive and regulated manner. Several stimuli including PMA, AMPA, calcium and chelerythrine stimulated the release of sRAGE into cell culture medium. Moreover, possible mechanisms that regulate ectodomain shedding of RAGE were investigated and it was found that shedding of RAGE is likely independent from PKC and MAPK pathways. By using gain of function and loss of function approaches MMP9 but not ADAM10, ADAM17 or MT1-MMP was characterized as the metalloproteinase that mediates shedding of RAGE. Furthermore, it was shown that cytoplasmic domain of RAGE is not essential for shedding of RAGE. In addition, the potential cleavage site of RAGE by MMP9 was investigated and a lack of sequence specificity for the RAGE processing proteinase was demonstrated by mutation analysis. Finally the physiopathological significance of shedding of RAGE is discussed. In conclusion, for the first time ectodomain shedding of human RAGE and the underlying regulatory mechanisms were investigated. The data open a new field for modulation of RAGE shedding as a novel intervention approach against RAGE-mediated diseases.

Entstehung und Dynamik des Keratinfilament-Netzwerks

Das zytoplasmatische Zytoskelett besteht aus drei Filamentsystemen, die aus Aktin, Tubulin und Intermediärfilamentproteinen aufgebaut sind und dreidimensionale Netzwerke ausbilden. Das Intermediärfilamentsystem, dem vor allem mechanische Stabilisierungsfunktionen zugesprochen werden, unterscheidet sich von den anderen durch seine Fähigkeit, spontan aus seinen Polypeptiduntereinheiten ohne weitere Kofaktoren zu polymerisieren und durch seinen unpolaren Aufbau. Es ist bis heute unbekannt, wie Intermediärfilamentnetzwerke in vivo moduliert werden und wie ihre Anordnung in den Kontext des Gesamtzytoskeletts koordiniert wird. Am Beispiel der epithelialen Intermediärfilamentproteine, den Keratinen, sollte daher untersucht werden, wie und wo neue Intermediärfilamente entstehen, welche Bedeutung den anderen Filamentsystemen bei dem Netzwerkaufbau und –Turn-Over zukommen und wie die Netzwerkbildung gesteuert wird. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden Zellklone hergestellt, die fluoreszierende Keratine synthetisieren. In der Zelllinie SK8/18-2, deren gesamtes Netzwerk aus derartigen Chimären aufgebaut ist, konnten anhand von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen der Fluoreszenzmuster Keratinfilamentvorläufer (KFP) identifiziert und deren Dynamik direkt in lebenden Zellen verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die KFP in einem Plasmamembran-nahen Bereich entstehen, in dem sie zuerst als punktförmige Partikel detektiert werden. Nach einer initialen, sphäroidalen Wachstumsphase elongieren die Partikel zu kleinen Filamentstückchen. Diese können miteinander fusionieren und werden über ihre Enden in das periphere Netzwerk integriert. Der Wachstumsprozess ist gekoppelt an eine kontinuierliche, langsame Bewegung in Richtung auf das Zellzentrum. Diese Motilität sistiert vollständig nach pharmakologisch induziertem Abbau der Aktinfilamente. In Zeitraffer-aufnahmen kann jedoch in derartig behandelten Zellen ein wesentlich schnellerer Transport, der in verschiedene Richtungen verläuft und durch lange Ruhephasen unterbrochen wird, beobachtet werden. Dieser Modus, der gelegentlich auch in unbehandelten Zellen gefunden wurde, ist abhängig von intakten Mikrotubuli. Erst durch Zerstörung der Aktinfilamente und der Mikrotubuli erlischt die Motilität der KFPs vollständig. Bei der Suche nach Regulatoren der Keratinnetzwerkbildung wurde die p38 MAPK als zentraler Faktor identifiziert. Erstmals konnte eine direkte räumliche und zeitliche Korrelation zwischen einer spezifischen Enzymaktivität durch Nachweis der phosphorylierten p38 MAPK, der daraus folgenden Phosphorylierung eines Keratins, hier Serin 73 des Keratin 8, und der daraus resultierenden Veränderung des Netzwerkaufbaus, d. h. der Ausbildung von Keratingranula, nachgewiesen werden. Diese koordinierten Veränderungen wurden in unterschiedlichen Stresssituationen in verschiedenen Zellsystemen und in Zellen mit mutierten Keratinen beobachtet. Genetische (shRNA) und pharmakologische Manipulationen der p38 MAPK-Aktivität deuten auf einen engen kausalen Zusammenhang hin.