Substrate specificity of the Chamaerops excelsa palm tree peroxidase. A steady-state kinetic study

The steady state kinetic mechanism of the H(2)O(2)-supported oxidation of different organic substrates by peroxidase from leaves of Chamaerops excelsa palm trees (CEP) has been investigated. An analysis of the initial rates vs. H(2)O(2) and reducing substrate concentrations is consistent with a substrate-inhibited Ping-Pong Bi Bi reaction mechanism. The phenomenological approach expresses the peroxidase Ping-Pong mechanism in the form of the Michaelis-Menten equation and leads to an interpretation of the effects in terms of the kinetic parameters K(m)(H2O2)center dot K(m)(AH2)center dot k(cat)center dot K(SI)(AH2) and of the microscopic rate constants k(1) and k(3) of the shared three-step catalytic cycle of peroxidases. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Caspase-mediated cleavage of the exosome subunit PM/Scl-75 during apoptosis

Recent studies have implicated the dying cell as a potential reservoir of modified autoantigens that might initiate and drive systemic autoimmunity in susceptible hosts. A number of subunits of the exosome, a complex of 3'→5' exoribonucleases that functions in a variety of cellular processes, are recognized by the so-called anti-PM/Scl autoantibodies, found predominantly in patients suffering from an overlap syndrome of myositis and scleroderma. Here we show that one of these subunits, PM/Scl-75, is cleaved during apoptosis. PM/Scl-75 cleavage is inhibited by several different caspase inhibitors. The analysis of PM/Scl-75 cleavage by recombinant caspase proteins shows that PM/Scl-75 is efficiently cleaved by caspase-1, to a smaller extent by caspase-8, and relatively inefficiently by caspase-3 and caspase-7. Cleavage of the PM/Scl-75 protein occurs in the C-terminal part of the protein at Asp369 (IILD369↓G), and at least a fraction of the resulting N-terminal fragments of PM/Scl-75 remains associated with the exosome. Finally, the implications of PM/Scl-75 cleavage for exosome function and the generation of anti-PM/Scl-75 autoantibodies are discussed.

Mapping virtual networks onto substrate networks

Network virtualization is a promising technique for building the Internet of the future since it enables the low cost introduction of new features into network elements. An open issue in such virtualization is how to effect an efficient mapping of virtual network elements onto those of the existing physical network, also called the substrate network. Mapping is an NP-hard problem and existing solutions ignore various real network characteristics in order to solve the problem in a reasonable time frame. This paper introduces new algorithms to solve this problem based on 0–1 integer linear programming, algorithms based on a whole new set of network parameters not taken into account by previous proposals. Approximative algorithms proposed here allow the mapping of virtual networks on large network substrates. Simulation experiments give evidence of the efficiency of the proposed algorithms.

Glycerol oxidation on nickel based nanocatalysts in alkaline medium – Identification of the reaction products

In this work, carbon supported nickel based nanoparticles were prepared by impregnation method and used as anode electrocatalysts for the glycerol conversion. These metallic powders were mixed with a suitable amount of a Nafion/water solution to make catalytic inks which were then deposited onto the surface of carbon Toray used as a conductive substrate. Long-term electrolyses of glycerol were carried out in alkaline medium by chronoamperometry experiments. Analysis of the oxidation products was performed with ion-exclusion liquid chromatography which separates the analytes by ascending pKa. The spectroscopic measurements have shown that the cobalt content in the anode composition did contribute to the CAC bond cleavage of the initial molecule of glycerol.

4-chlorophenol biodegradation by Arthrobacter chlorophenolicus A6

A microorganism was isolated which could grow on unusually high concentrations of the toxic pollutant 4-chlorophenol. Taxonomic studies showed that the microorganism constituted a novel species within the genus Arthrobacter and it was named Arthrobacter chlorophenolicus A6. A. chlorophenolicus A6 was chromosomally tagged with either the gfp gene, encoding the green fluorescent protein (GFP), or the luc gene, encoding firefly luciferase. When the tagged cells were inoculated into 4-chlorophenol contaminated soil they could completely remove 175 µg/g 4-chlorophenol within 10 days, whereas no loss of 4-chlorophenol was observed in the uninoculated control microcosms. During these experiments the gfp and luc marker genes allowed monitoring of cell number and metabolic status. When A. chlorophenolicus A6 was grown on mixtures of phenolic compounds, the strain exhibited a preference for 4-nitrophenol over 4-chlorophenol, which in turn was preferred over phenol. Analysis of growth and degradation data indicated that the same enzyme system was used for removal of 4-chlorophenol and 4-nitrophenol. However, degradation of unbstituted phenol appeared to be mediated by another or an additional enzyme system. The luc-tagged A. chlorophenolicus A6 gave valuable information about growth, substrate depletion and toxicity of the phenolic compounds in substrate mixtures. The 4-chlorophenol degradation pathway in A. chlorophenolicus A6 was elucidated. The metabolic intermediate subject to ring cleavage was found to be hydroxyquinol and two different pathway branches led from 4-chlorophenol to hydroxyquinol. A gene cluster involved in 4-chlorophenol degradation was cloned from A. chlorophenolicus A6. The cluster contained two functional hydroxyquinol 1,2-dioxygenase genes and a number of other open reading frames presumed to encode enzymes involved in 4-chlorophenol catabolism. Analysis of the DNA sequence suggested that the gene cluster had partly been assembled by horizontal gene transfer. In summary, 4-chlorophenol degradation by A. chlorophenolicus A6 was studied from a number of angles. This organism has several interesting and useful traits such as the ability to degrade high concentrations of 4-chlorophenol and other phenols alone and in mixtures, an unusual and effective 4-chlorophenol degradation pathway and demonstrated ability to remove 4-chlorophenol from contaminated soil.

Leg and arm lactate and substrate kinetics during exercise

[EN] To study the role of muscle mass and muscle activity on lactate and energy kinetics during exercise, whole body and limb lactate, glucose, and fatty acid fluxes were determined in six elite cross-country skiers during roller-skiing for 40 min with the diagonal stride (Continuous Arm + Leg) followed by 10 min of double poling and diagonal stride at 72-76% maximal O(2) uptake. A high lactate appearance rate (R(a), 184 +/- 17 micromol x kg(-1) x min(-1)) but a low arterial lactate concentration ( approximately 2.5 mmol/l) were observed during Continuous Arm + Leg despite a substantial net lactate release by the arm of approximately 2.1 mmol/min, which was balanced by a similar net lactate uptake by the leg. Whole body and limb lactate oxidation during Continuous Arm + Leg was approximately 45% at rest and approximately 95% of disappearance rate and limb lactate uptake, respectively. Limb lactate kinetics changed multiple times when exercise mode was changed. Whole body glucose and glycerol turnover was unchanged during the different skiing modes; however, limb net glucose uptake changed severalfold. In conclusion, the arterial lactate concentration can be maintained at a relatively low level despite high lactate R(a) during exercise with a large muscle mass because of the large capacity of active skeletal muscle to take up lactate, which is tightly correlated with lactate delivery. The limb lactate uptake during exercise is oxidized at rates far above resting oxygen consumption, implying that lactate uptake and subsequent oxidation are also dependent on an elevated metabolic rate. The relative contribution of whole body and limb lactate oxidation is between 20 and 30% of total carbohydrate oxidation at rest and during exercise under the various conditions. Skeletal muscle can change its limb net glucose uptake severalfold within minutes, causing a redistribution of the available glucose because whole body glucose turnover was unchanged.

Trasduzione del segnale e poliamine nell'apoptosi di cellule cardiache

Introduction: Apoptotic cell death of cardiomyocytes is involved in several cardiovascular diseases including ischemia, hypertrophy and heart failure, thus representing a potential therapeutic target. Apoptosis of cardiac cells can be induced experimentally by several stimuli including hypoxia, serum withdrawal or combination of both. Several lines of research suggest that neurohormonal mechanisms play a central role in the progression of heart failure. In particular, excessive activation of the sympathetic nervous system or the renin-angiotensin-aldosterone system is known to have deleterious effects on the heart. Recent studies report that norepinephrine (NE), the primary transmitter of sympathetic nervous system, and aldosterone (ALD), which is actively produced in failing human heart, are able to induce apoptosis of rat cardiomyocytes. Polyamines are biogenic amines involved in many cellular processes, including apoptosis. Actually it appears that these molecules can act as promoting, modulating or protective agents in apoptosis depending on apoptotic stimulus and cellular model. We have studied the involvement of polyamines in the apoptosis of cardiac cells induced in a model of simulated ischemia and following treatment with NE or ALD. Methods: H9c2 cardiomyoblasts were exposed to a condition of simulated ischemia, consisting of hypoxia plus serum deprivation. Cardiomyocyte cultures were prepared from 1-3 day-old neonatal Wistar rat hearts. Polyamine depletion was obtained by culturing the cells in the presence of α-difluoromethylornithine (DFMO). Polyamines were separated and quantified in acidic cellular extracts by HPLC after derivatization with dansyl chloride. Caspase activity was measured by the cleavage of the fluorogenic peptide substrate. Ornithine decarboxylase (ODC) activity was measured by estimation of the release of 14C-CO2 from 14C-ornithine. DNA fragmentation was visualized by the method of terminal transferase-mediated dUTP nick end-labeling (TUNEL), and DNA laddering on agarose gel electophoresis. Cytochrome c was detected by immunoflorescent staining. Activation of signal transduction pathways was investigated by western blotting. Results: The results indicate that simulated ischemia, NE and ALD cause an early induction of the activity of ornithine decarboxylase (ODC), the first enzyme in polyamine biosynthesis, followed by a later increase of caspase activity, a family of proteases that execute the death program and induce cell death. This effect was prevented in the presence of DFMO, an irreversible inhibitor of ODC, thus suggesting that polyamines are involved in the execution of the death program activated by these stimuli. In H9c2 cells DFMO inhibits several molecular events related to apoptosis that follow simulated ischemia, such as the release of cytochrome c from mitochondria, down-regulation of Bcl-xL, and DNA fragmentation. The anti-apoptotic protein survivin is down-regulated after ALD or NE treatement and polyamine depletion obtained by DFMO partially opposes survivin decrease. Moreover, a study of key signal transduction pathways governing cell death and survival, revealed an involvement of AMP activated protein kinase (AMPK) and AKT kinase, in the modulation by polyamines of the response of cardiomyocytes to NE. In fact polyamine depleted cells show an altered pattern of AMPK and AKT activation that may contrast apoptosis and appears to result from a differential effect on the specific phosphatases that dephosphorylate and switch off these signaling proteins. Conclusions: These results indicate that polyamines are involved in the execution of the death program activated in cardiac cells by heart failure-related stimuli, like ischemia, ALD and NE, and suggest that their apoptosis facilitating action is mediated by a network of specific phosphatases and kinases.

Design and synthesis of novel non peptidomimtic beta-secretase inhibitors in the treatment of Alzheimer's disease

The aspartic protease BACE1 (β-amyloid precursor protein cleaving enzyme, β-secretase) is recognized as one of the most promising targets in the treatment of Alzheimer's disease (AD). The accumulation of β-amyloid peptide (Aβ) in the brain is a major factor in the pathogenesis of AD. Aβ is formed by initial cleavage of β-amyloid precursor protein (APP) by β-secretase, therefore BACE1 inhibition represents one of the therapeutic approaches to control progression of AD, by preventing the abnormal generation of Aβ. For this reason, in the last decade, many research efforts have focused at the identification of new BACE1 inhibitors as drug candidates. Generally, BACE1 inhibitors are grouped into two families: substrate-based inhibitors, designed as peptidomimetic inhibitors, and non-peptidomimetic ones. The research on non-peptidomimetic small molecules BACE1 inhibitors remains the most interesting approach, since these compounds hold an improved bioavailability after systemic administration, due to a good blood-brain barrier permeability in comparison to peptidomimetic inhibitors. Very recently, our research group discovered a new promising lead compound for the treatment of AD, named lipocrine, a hybrid derivative between lipoic acid and the AChE inhibitor (AChEI) tacrine, characterized by a tetrahydroacridinic moiety. Lipocrine is one of the first compounds able to inhibit the catalytic activity of AChE and AChE-induced amyloid-β aggregation and to protect against reactive oxygen species. Due to this interesting profile, lipocrine was also evaluated for BACE1 inhibitory activity, resulting in a potent lead compound for BACE1 inhibition. Starting from this interesting profile, a series of tetrahydroacridine analogues were synthesised varying the chain length between the two fragments. Moreover, following the approach of combining in a single molecule two different pharmacophores, we designed and synthesised different compounds bearing the moieties of known AChEIs (rivastigmine and caproctamine) coupled with lipoic acid, since it was shown that dithiolane group is an important structural feature of lipocrine for the optimal inhibition of BACE1. All the tetrahydroacridines, rivastigmine and caproctamine-based compounds, were evaluated for BACE1 inhibitory activity in a FRET (fluorescence resonance energy transfer) enzymatic assay (test A). With the aim to enhancing the biological activity of the lead compound, we applied the molecular simplification approach to design and synthesize novel heterocyclic compounds related to lipocrine, in which the tetrahydroacridine moiety was replaced by 4-amino-quinoline or 4-amino-quinazoline rings. All the synthesized compounds were also evaluated in a modified FRET enzymatic assay (test B), changing the fluorescent substrate for enzymatic BACE1 cleavage. This test method guided deep structure-activity relationships for BACE1 inhibition on the most promising quinazoline-based derivatives. By varying the substituent on the 2-position of the quinazoline ring and by replacing the lipoic acid residue in lateral chain with different moieties (i.e. trans-ferulic acid, a known antioxidant molecule), a series of quinazoline derivatives were obtained. In order to confirm inhibitory activity of the most active compounds, they were evaluated with a third FRET assay (test C) which, surprisingly, did not confirm the previous good activity profiles. An evaluation study of kinetic parameters of the three assays revealed that method C is endowed with the best specificity and enzymatic efficiency. Biological evaluation of the modified 2,4-diamino-quinazoline derivatives measured through the method C, allow to obtain a new lead compound bearing the trans-ferulic acid residue coupled to 2,4-diamino-quinazoline core endowed with a good BACE1 inhibitory activity (IC50 = 0.8 mM). We reported on the variability of the results in the three different FRET assays that are known to have some disadvantages in term of interference rates that are strongly dependent on compound properties. The observed results variability could be also ascribed to different enzyme origin, varied substrate and different fluorescent groups. The inhibitors should be tested on a parallel screening in order to have a more reliable data prior to be tested into cellular assay. With this aim, preliminary cellular BACE1 inhibition assay carried out on lipocrine confirmed a good cellular activity profile (EC50 = 3.7 mM) strengthening the idea to find a small molecule non-peptidomimetic compound as BACE1 inhibitor. In conclusion, the present study allowed to identify a new lead compound endowed with BACE1 inhibitory activity in submicromolar range. Further lead optimization to the obtained derivative is needed in order to obtain a more potent and a selective BACE1 inhibitor based on 2,4-diamino-quinazoline scaffold. A side project related to the synthesis of novel enzymatic inhibitors of BACE1 in order to explore the pseudopeptidic transition-state isosteres chemistry was carried out during research stage at Università de Montrèal (Canada) in Hanessian's group. The aim of this work has been the synthesis of the δ-aminocyclohexane carboxylic acid motif with stereochemically defined substitution to incorporating such a constrained core in potential BACE1 inhibitors. This fragment, endowed with reduced peptidic character, is not known in the context of peptidomimetic design. In particular, we envisioned an alternative route based on an organocatalytic asymmetric conjugate addition of nitroalkanes to cyclohexenone in presence of D-proline and trans-2,5-dimethylpiperazine. The enantioenriched obtained 3-(α-nitroalkyl)-cyclohexanones were further functionalized to give the corresponding δ-nitroalkyl cyclohexane carboxylic acids. These intermediates were elaborated to the target structures 3-(α-aminoalkyl)-1-cyclohexane carboxylic acids in a new readily accessible way.

Studio della trasduzione del Segnale Nucleare Inositide-Dipendente: identificazione di eEF1A2 come nuovo Fosfosubstrato di PKC βI

Introduction Phospholipase Cb1 (PLC-β1) is a key player in the regulation of nuclear inositol lipid signaling and of a wide range of cellular functions, such as proliferation and differentiation (1,2,3). PLCb1 signaling depends on the cleavage of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and the formation of the second messengers diacylglycerol and Inositol tris-phosphate which activate canonical protein kinase C (cPKC) isoforms. Here we describe a proteomic approach to find out a potential effector of nuclear PLC-b1 dependent signaling during insulin stimulated myogenic differentiation. Methods Nuclear lysates obtained from insulin induced C2C12 myoblasts were immunoprecipitated with anti-phospho-substrate cPKC antibody. Proteins, stained with Comassie blue, were excised, digested and subsequently analysed in LC-MS/MS. For peptide sequence searching, the mass spectra were processed and analyzed using the Mascot MS/MS ion search program with the NCBI database. Western blotting, GST-pull down and co-immunoprecipitation were performed to study the interaction between eEF1A2 and cPKCs. Site direct mutagenesis was performed to confirm the phosphorylated motif recognized by the antibody. Immunofluorescence analysis, GFP-tagged eEF1A2 vector and subcellular fractionation were performed to study nuclear localization and relative distribution of eEF1A2. Results We have previously shown that PLC-β1 is greatly increased at the nuclear level during insulin-induced myoblasts differentiation and that this nuclear localization is essential for induction of differentiation. Thus, nuclear proteins of insulin stimulated C2C12 myoblasts, were immunoprecipitated with an anti-phospho-substrate cPKC antibody. After Electrophoretic gel separation of proteins immunoprecipitated, several molecules were identified by LC-MS/MS. Among these most relevant and unexpected was eukaryotic elongation factor 1 alpha 2 (eEF1A2). We found that eEF1A2 is phosphorylated by PKCb1 and that these two molecules coimmunolocalized at the nucleolar level. eEF1A2 could be phosphorylated in many sites among which both threonine and serine residues. By site direct mutagenesis we demonstrated that it is the serine residue of the motif recognized by the antibody that is specifically phosphorylated by PKCb1. The silencing of PLCb1 gives rise to a reduction of expression and phosphorylation levels of eEF1A2 indicating this molecule as a target of nuclear PLCb1 regulatory network during myoblasts differentiation.

Study of materials and technology of ancient floor mosaics' substrate

Ancient pavements are composed of a variety of preparatory or foundation layers constituting the substrate, and of a layer of tesserae, pebbles or marble slabs forming the surface of the floor. In other cases, the surface consists of a mortar layer beaten and polished. The term mosaic is associated with the presence of tesserae or pebbles, while the more general term pavement is used in all the cases. As past and modern excavations of ancient pavements demonstrated, all pavements do not necessarily display the stratigraphy of the substrate described in the ancient literary sources. In fact, the number and thickness of the preparatory layers, as well as the nature and the properties of their constituent materials, are often varying in pavements which are placed either in different sites or in different buildings within a same site or even in a same building. For such a reason, an investigation that takes account of the whole structure of the pavement is important when studying the archaeological context of the site where it is placed, when designing materials to be used for its maintenance and restoration, when documenting it and when presenting it to public. Five case studies represented by archaeological sites containing floor mosaics and other kind of pavements, dated to the Hellenistic and the Roman period, have been investigated by means of in situ and laboratory analyses. The results indicated that the characteristics of the studied pavements, namely the number and the thickness of the preparatory layers, and the properties of the mortars constituting them, vary according to the ancient use of the room where the pavements are placed and to the type of surface upon which they were built. The study contributed to the understanding of the function and the technology of the pavements’ substrate and to the characterization of its constituent materials. Furthermore, the research underlined the importance of the investigation of the whole structure of the pavement, included the foundation surface, in the interpretation of the archaeological context where it is located. A series of practical applications of the results of the research, in the designing of repair mortars for pavements, in the documentation of ancient pavements in the conservation practice, and in the presentation to public in situ and in museums of ancient pavements, have been suggested.

Proteolyse des Amyloid-Vorläufer-Protein-verwandten APLP2 durch alpha-Sekretasen

Die im Laufe der Evolution konservierte Genfamilie des Amyloid-Vorläufer-Proteins APP beinhaltet sowohl bei der Maus als auch beim Menschen die beiden APP-ähnlichen ProteineAPLP1 und APLP2. Ziel dieser Arbeit war es, die proteolytische Prozessierung des APLP2 zu charakterisieren und die beteiligten Proteasen aufzuzeigen. Ausgehend von Stimulations- und Inhibitionsversuchen wurde die Metzincin-Familie der Metalloproteinasen als APLP2-Proteasen identifiziert. Durch Überexpression von ADAM10 und TACE (ADAM17) konnten zwei wichtige Prozessierungs-Enzyme des APLP2 charakterisiert werden. Damit wurde zum ersten Mal eine α-Sekretase-ähnliche Enzymaktivität analog zu der Spaltung des APP an APLP2 beschrieben. Untersuchungen an ADAM10-transgenen Mäusen bestätigten die proteolytische Prozessierung des APLP2 in vivo. Durch die Untersuchung neuronaler Differenzierung mit Retinsäure und Apoptose in Neuroblastoma-Zellen gelang der Nachweis einer funktionellen Koregulation von APLP2 und seiner Protease ADAM10, die zu einer erhöhten Freisetzung des neurotrophen löslichen APLP2 bei der Differenzierung und zu einer Reduktion bei Apoptose führt. In den Gehirnen von Alzheimer-Patienten gibt es sowohl Hinweise auf einen gestörten Vitamin A Metabolismus als auch auf verstärkte apoptotische Vorgänge, so dass hier erstmalig eine Verknüpfung der APLP2-Proteolyse mit zwei pathogenen Prozessen des Morbus Alzheimergezeigt werden konnten. Eine therapeutische Aktivierung der α-Sekretasen hätte die verstärkte Bildung von neurotrophem APPsα und APLP2s zur Folge. Es bestünde jedoch gleichzeitig die Gefahr von Nebenwirkungen durch die Spaltung weiterer Substrate wie der Notch-Rezeptoren oder des Prionenproteins. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Notch-1 prinzipiell ein Substrat für ADAM10 darstellt, die Auswirkungen in vivo jedoch begrenzt und altersabhängig sind. Für das Prionenprotein ergab sich keine direkte Beeinflussung durch eine Spaltung, sondern vielmehr eine Expressionsminderung durch die Überexpression von ADAM10 in Mäusen. Die Inkubationszeit bei der Prionenerkrankung hängt von der Menge des endogenen zellulären Prionenproteins ab. Daher ergibt sich aus einer Steigerung der α-Sekretase-Aktivität eine potentielle Prävention gegenüber einer Infektion mit der pathogenen Scrapie-Form des Prionenproteins.

Überexpression und Charakterisierung des extrazellulären Teils der humanen alpha-Sekretase ADAM10

„ÜBEREXPRESSION UND CHARAKTERISIERUNG DES EXTRAZELLULÄREN TEILS DER HUMANEN alpha-SEKRETASE ADAM10“ ALEXANDRA LEPTICH Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei enzymatisch aktive lösliche Proteinvarianten der humanen alpha-Sekretase ADAM10 in Insektenzellen exprimiert, gereinigt und charakterisiert. Dabei entsprach eine der löslichen ADAM10-Varianten dem extrazellulären Bereich des Typ-I-Membranproteins, d.h. ihr fehlte die Transmembran- und cytoplasmatische Domäne. Die zweite Variante stimmt mit einer im menschlichen Gehirn auf mRNA-Ebene nachgewiesenen Splicevariante überein, die zusätzlich noch durch das Fehlen der Cystein-reichen Domäne gekennzeichnet ist. Die alpha-Sekretase ADAM10 spielt eine wichtige Rolle bei der nicht-amyloidogenen Prozessierung des Amyloid-Vorläufer-Proteins (APP). Dabei erfolgt dessen Spaltung innerhalb der beta-Amyloidsequenz, so dass die Produktion von Abeta-Peptiden und damit die Bildung von Amyloid-Plaques während der Alzheimer’schen Erkrankung verhindert wird. Nach der Expression der beiden löslichen ADAM10-Proteine in Insektenzellen erfolgte die Reinigung der prozessierten und damit reifen Enzymform der jeweiligen ADAM10-Proteinvariante mittels Lektin-Affinitätschromatographie. Die anschließende Charakterisierung der beiden löslichen ADAM10-Proteine erfolgte durch einen auf HPLC-Analyse basierenden Enzymtest. Dabei wurden verschiedene sich von der beta-Amyloid-Sequenz ableitenden Peptidsubstrate in vitro eingesetzt, die zum einen den Aminosäuren 11-28 der Abeta-Sequenz, zum anderen dem kompletten Abeta40-Peptid entsprachen und damit die charakteristische alpha-Sekretasespaltstelle des Amyloid-Vorläufer-Proteins enthielten. Des Weiteren kamen jeweils entsprechende Peptidsubstrate zum Einsatz, die an den Positionen 21 und 22 der Abeta- Peptidsequenz vorkommenden Mutationen trugen. Die gewählten Abeta-Substrate konnten durch die löslichen Varianten der alpha-Sekretase ADAM10 an der alpha-Sekretasestelle gespalten werden. Dabei konnte bei den Abeta11-28-Peptiden deutlich die in der Literatur beschriebene Abhängigkeit der Spaltung von der a-helicalen Struktur des Substrats beobachtet werden, während bei den längeren Abeta40-Peptide diesbezüglich kein Zusammenhang hergestellt werden konnte. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ADAM10 hauptsächlich als alpha-Sekretase wirkt, weniger als ein Abeta-degradierendes Enzym. Ferner konnte unter Verwendung entsprechender muriner und humaner Abeta-Peptide eine verstärkte Spaltung der murinen Substrate Abeta1-28 und Abeta1-40 durch den extrazellulären Teil von ADAM10 in vitro gezeigt werden. Dieser Versuch bestätigt die Annahme, dass es bei Nagetieren durch die Bevorzugung der nichtamyloidogenen Prozessierung von APP durch die alpha-Sekretase ADAM10 zu keiner Bildung von Amyloid-Plaques kommt. Ein Einfluss auf die Spaltung von membrangebundenem APP und damit der Bildung von neuroprotektivem sAPPalpha durch die löslichen ADAM10-Proteine konnte im Zellsystem nicht beobachtet werden. Vielmehr scheint hier die Membranverankerung von Enzym und Substrat eine wichtige Voraussetzung zu bilden. Des Weiteren konnten die löslichen ADAM10-Proteine durch ein für die Inhibierung von ADAM10 spezifische Hydroxamat-Derivat in ihrer enzymatischen Aktivität gehemmt werden. Die exprimierten ADAM10-Proteine weisen die charakteristischen Eigenschaften der alpha-Sekretase ADAM10 auf, wobei deutlich wurde, dass das Fehlen der Cystein-reichen Domäne keinen Einfluss auf die Fähigkeit der katalytischen Domäne zur Substrat- und Inhibitorbindung hatte. Auch die Stabilität des Enzyms wurde durch das Fehlen der Domäne nicht negativ beeinträchtigt. Eine wichtige Aufgabe stellt nun der Nachweis der löslichen ADAM10-Proteine sowie die Identifizierung ihrer potentiellen Substrate und deren Lokalisation in vivo dar.

Generierung und Prozessierung oxidativer DNA-Schäden

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

Extended donor and acceptor molecules for organic electronics

Die Untersuchung von halbleitenden Materialien auf der Basis von organischen Molekülen stellt ein Gebiet der angewandten Forschung an der Schwelle zur industriellen Nutzung dar. Geringes Gewicht und hohe mechanische Flexibilität ermöglichen völlig neue Produkte, die mit anorganischen Halbleitern nicht zu realisieren sind. Die Herstellung von Bauteilen wie Transistoren, Solarzellen oder Leuchtdioden aus organischen Materialien ist ein komplexes Gebiet, das einer Vielzahl von unterschiedlichen Optimierungen bedarf, um eine konkurrenzfähige Leistung zu erreichen. Die synthetische organische Chemie bietet vielfältige Möglichkeiten, mit maßgeschneiderten Lösungen zum Optimierungsprozess beizutragen. Zum einen können neue aktive Materialien hergestellt werden mit besserer Leistung und leichterer Verarbeitbarkeit. Zum anderen sind Substanzen zugänglich, die z.B. bei der Ladungsträgerinjektion hilfreich sein können.rnIn dieser Arbeit wurde an beiden dieser Fronten gearbeitet. Dabei lag die Entwicklungsstrategie darin, ausgedehnte π-konjugierte Moleküle herzustellen, die entweder besonders elektronenarme Akzeptoren oder elektronenreiche Donoren darstellen. Die genaue Kontrolle der elektronischen Niveaus stellt einen wichtigen Bestandteil dar, um niedrige elektrische Kontaktbarrieren zu Metallen zu erreichen und ausreichend stabile Materialien zu erreichen.rnDer erste Fokus der Arbeiten lag in der Funktionalisierung von Coronen. Dieser PAH stellt einen guten Kompromiss bezüglich seiner Größe dar: Er ist groß genug, um Diffusion in andere Schichten von Bauteilen zu vermeiden, aber nicht zu groß, um Verarbeitung durch Vakuumsublimation zu ermöglichen. Bislang sind praktisch keine Coronen-Derivate in der Literatur beschrieben, weshalb eine neue Synthese entwickelt werden musste, die die Einführung starker Donor- und Akzeptorfunktionalitäten erlaubt. Die photochemische Cyclodehydrierung von substituierten [2.2.2]paracyclophan-trienen stellte sich als hervorragende Möglichkeit heraus, dies zu bewerkstelligen. Es wurde eine Reihe von methoxy-substitutierten Coronenen mit unterschiedlicher Symmetrie hergestellt. Mittels optischer Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass Methoxygruppen wenig Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Coronen haben. Unter Spaltung der Methylether und anschließender Oxidation allerdings sind Coronenketone zugänglich, welche bis zu drei α-Diketongruppen besitzen. Diese Moleküle sind enorm starke Akzeptoren, was durch Cyclovoltammetrie und Vergleich zu anderen Akzeptoren eindrucksvoll gezeigt werden konnte. Die Sublimation dieses Akzeptors auf die Oberfläche von Metallen zeigt einen dramatischen Einfluss auf die Austrittsarbeit dieses Metalls, was zur Herstellung eines ohmschen Kontakts zu organischen Halbleitern von außerordentlichem Nutzen ist. rnDen zweiten Teil der Arbeit bilden Benzodithiophen enthaltende Polymere, die für den Einsatz als aktive Komponente in elektronischen Bauteilen entwickelt wurden. Nach systematischer Strukturoptimierung wurde ein Polymer enthalten, welches in einem Feldeffekt-Transistor auf Standard-Silizium-Substraten Ladungsträger-Mobilitäten über 0,1 cm2/Vs erreicht mit großer Reproduzierbarkeit und ausgezeichneter Transistor-Charakteristik. Es konnte gezeigt werden, dass die durch die Monomergeometrie erzeugte Kurvung des Polymers zu einem optimalen Kompromiss aus Löslichkeit und effektiver Packung darstellt. Auf für industrielle Anwendungen besonders interessanten polymer-basierten Substraten wurde eine noch erheblich bessere Leistung gezeigt. Auf einem PET-Substrat wurden Feldeffekt-Mobilitäten von 0,5 cm2/Vs gemessen mit überzeugenden Reproduzierbarkeit und Stabilität.rnDamit konnte in der Arbeit ein bedeutender Beitrag zur Weiterentwicklung von Materialien für den Einsatz in elektronischen Bauteilen geleistet werden. Die Substanzen versprechen noch erhebliches Potenzial nach intensiver Optimierung und wurden deshalb zum Patent angemeldet.rn

Funktionelle Charakterisierung der Metalloendopeptidasen Meprin alpha und Meprin beta unter besonderer Berücksichtigung pathologischer Umstände in der menschlichen Dermis

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei neuentdeckte Astacin-ähnliche-Proteasen LAST undrnLAST_MAM aus dem Pfeilschwanzkrebs Limulus polyphemus funktionell charakterisiert.rnInsbesondere LAST_MAM, eignet sich zur phylogenetischen Untersuchung, hinsichtlich derrnEvolution von Astacin-ähnlichen-Proteasen mit MAM-Domäne, zu denen auch die Meprinernzählen. Es wurde deutlich, dass LAST_MAM nicht unmittelbar mit anderen Astacinen, diernüber eine MAM-Domäne verfügen, verwandt ist, und dass von einer divergenten Entwicklungrndieser Proteasen und der MAM-Domäne selbst ausgegangen werden muss.rnMeprin Metalloendopeptidasen werden in membrangebundener und sezernierter Form,rnvorwiegend in Epithelien aber auch in intestinalen Leukozyten und bestimmten Krebszellenrnexprimiert. Meprin