Sub-MICs of Mentha piperita essential oil and menthol inhibits AHL mediated quorum sensing and biofilm of Gram-negative bacteria

Bacterial quorum sensing (QS) is a density dependent communication system that regulates the expression of certain genes including production of virulence factors in many pathogens. Bioactive plant extract/compounds inhibiting QS regulated gene expression may be a potential candidate as antipathogenic drug. In this study anti-QS activity of peppermint (Menthe piperita) oil was first tested using the Chromobacterium violaceum CVO26 biosensor. Further, the findings of the present investigation revealed that peppermint oil (PMO) at sub-Minimum Inhibitory Concentrations (sub-MICs) strongly interfered with acyl homoserine lactone (AHL) regulated virulence factors and biofilm formation in Pseudomonas aeruginosa and Aeromonas hydrophila. The result of molecular docking analysis attributed the QS inhibitory activity exhibited by PMO to menthol. Assessment of ability of menthol to interfere with QS systems of various Gram-negative pathogens comprising diverse AHL molecules revealed that it reduced the AHL dependent production of violacein, virulence factors, and biofilm formation indicating broad-spectrum anti-QS activity. Using two Escherichia colt biosensors, MG4/pKDT17 and pEAL08-2, we also confirmed that menthol inhibited both the las and pqs QS systems. Further, findings of the in vivo studies with menthol on nematode model Caenorhabditis elegans showed significantly enhanced survival of the nematode. Our data identified menthol as a novel broad spectrum QS inhibitor.

Macroalgae of a stream in southeastern Brazil: composition, seasonal variation and relation to physical and chemical variables

Macroalgal seasonality was studied monthly in a second-order stream in the north-west of São Paulo State, S.E. Brazil. Seasonal variation was based on frequency and percentage cover. Seven species were found during the study period, three of which ('Chantransia' stage of Sirodotia delicatula, Homoeothrix juliana and Klebsormidium subtile) were encountered throughout the year and showed well-defined seasonal patterns as well as the highest value of frequency and percentage cover. 'Chantransia' and H. juliana dominated in summer and fall, while for K. subtile winter was the most favourable period. The remaining species (Oscillatoria agardhii, Microcoleus subtorulosus, Oedogonium sp. and Chaetophora elegans) had no clear seasonal pattern, in addition to their low values of frequency and percentage cover. Individually, K. subtile correlated with higher number of physical and chemical variables (oxygen, pH, precipitation, temperature, daylength, conductance and turbidity) than 'Chantransia' and H. juliana (discharge and depth). Principal component analyses revealed that no single variable was responsible for the macroalgal seasonal dynamics. The variables most closely related to seasonal variation of the macroalgal community were daylength, precipitation, discharge, turbidity and dissolved oxygen. Precipitation and flow were suggested as key factors in determining seasonality of the macroalgae. © 1991 Kluwer Academic Publishers.

Twelve chromatically opponent ganglion cell types in turtle retina

The turtle retina has been extensively used for the study of chromatic processing mechanisms. Color opponency has been previously investigated with trichromatic paradigms, but behavioral studies show that the turtle has ail ultraviolet (UV) channel and a tetrachromatic visual system. Our laboratory has been working ill the characterization of neuronal responses in the retina of vertebrates using stimuli in the UV-visible range of the electromagnetic spectrum. In the present investigation, we recorded color-opponent responses from turtle amacrine and ganglion cells to UV and visible stimuli and extended our previous results that UV color-opponency is present at the level of the inner nuclear layer. We recorded from 181 neurons, 36 of which were spectrally opponent. Among these, there were 10 amacrine (5%), and 26 ganglion cells (15%). Morphological identification of color-opponent neurons was possible for two ganglion cell classes (G17 and G22) and two amacrine cell classes (A22 and A23b). There was a variety of cell response types and a potential for complex processing of chromatic stimuli, with intensity- and wavelength-dependent response components. Ten types of color opponency were found in ganglion cells and by adding previous results from our laboratory, 12 types of opponent responses have been found. The majority of the ganglion cells were R+UVBG- and RG+UVB-color-opponents but there were other less frequent types of chromatic opponency. This study confirms the participation of a UV channel in the processing of color opponency in the turtle inner retina and shows that the turtle visual system has the retinal mechanisms to allow many possible chromatic combinations.

No evidence of UV cone input to mono- and biphasic horizontal cells in the goldfish retina

Many animal species make use of ultraviolet (UV) light in a number of behaviors, such as feeding and mating. The goldfish (Carassius auratus) is among those with a UV photoreceptor and pronounced UV sensitivity. Little is known, however, about the retinal processing of this input. We addressed this issue by recording intracellularly from second-order neurons in the adult goldfish retina. In order to test whether cone-driven horizontal cells (HCs) receive UV cone inputs, we performed chromatic adaptation experiments with mono- and biphasic HCs. We found no functional evidence of a projection from the UV-sensitive cones to these neurons in adult animals. This suggests that goldfish UV receptors may contact preferentially triphasic HCs, which is at odds with the hypothesis that all cones contact all cone-driven HC types. However, we did find evidence of direct M-cone input to monophasic HCs, favoring the idea that cone-HC contacts are more promiscuous than originally proposed. Together, our results suggest that either UV cones have a more restricted set of post-synaptic partners than the other three cone types, or that the UV input to mono- and biphasic HCs is not very pronounced in adult animals.

Solid phase microextraction and LC-MS/MS for the determination of paliperidone after stereoselective fungal biotransformation of risperidone

The present work describes for the first time the use of SPME coupled to LC-MS/MS employing the polar organic mode in a stereoselective fungal biotransformation study to investigate the fungi ability to biotransform the drug risperidone into its chiral and active metabolite 9-hydroxyrisperidone (9-RispOH). The chromatographic separation was performed on a Chiralcel OJ-H column using methanol:ethanol (50:50, v/v) plus 0.2% triethylamine as the mobile phase at a flow rate of 0.8 mL min(-1). The SPME process was performed using a C18 fiber, 30 min of extraction time and 5 min of desorption time in the mobile phase. The method was completely validated and all parameters were in agreement with the literature recommendations. The Cunninghamella echinulata fungus was able to biotransform risperidone into the active metabolite, (+)-9-RispOH, resulting in 100% of enantiomeric excess. The Cunninghamella elegans fungus was also able to stereoselectively biotransform risperidone into (+)- and (-)-9-RispOH enantiomers at different rates. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Absence of Functional LIN28B Mutations in a Large Cohort of Patients with Idiopathic Central Precocious Puberty

Aim: To investigate LIN28B gene variants in children with idiopathic central precocious puberty (CPP). Patients and Methods: We studied 178 Brazilian children with CPP (171 girls, 16.8% familial cases). A large multiethnic group (1,599 subjects; Multiethnic Cohort, MEC) was used as control. DNA analysis and biochemical in vitro studies were performed. Results: A heterozygous LIN28B variant, p. H199R, was identified in a girl who developed CPP at 5.2 years. This variant was absent in 310 Brazilian control individuals, but it was found in the same allele frequency in women from the MEC cohort, independent of the age of menarche. Functional studies revealed that when ectopically expressed in cells, the mutant protein was capable of binding pre-let-7 microRNA and inhibiting let-7 expression to the same extent as wild-type Lin28B protein. Other rare LIN28B variants (p.P173P, c.198+32_33delCT, g.9575731A>C and c.-11C>T) were identified in CPP patients and controls. Therefore, no functional mutation was identified. Conclusion: In vitro studies revealed that the rare LIN28B p.H199R variant identified in a girl with CPP does not affect the Lin28B function in the regulation of let-7 expression. Although LIN28B SNPs were associated with normal pubertal timing, rare variations in this gene do not seem to be commonly involved in the molecular pathogenesis of CPP. Copyright (C) 2012 S. Karger AG, Basel

Germline-Specific MATH-BTB Substrate Adaptor MAB1 Regulates Spindle Length and Nuclei Identity in Maize

Germline and early embryo development constitute ideal model systems to study the establishment of polarity, cell identity, and asymmetric cell divisions (ACDs) in plants. We describe here the function of the MATH-BTB domain protein MAB1 that is exclusively expressed in the germ lineages and the zygote of maize (Zea mays). mab1 (RNA interference [RNAi]) mutant plants display chromosome segregation defects and short spindles during meiosis that cause insufficient separation and migration of nuclei. After the meiosis-to-mitosis transition, two attached nuclei of similar identity are formed in mab1 (RNAi) mutants leading to an arrest of further germline development. Transient expression studies of MAB1 in tobacco (Nicotiana tabacum) Bright Yellow-2 cells revealed a cell cycle-dependent nuclear localization pattern but no direct colocalization with the spindle apparatus. MAB1 is able to form homodimers and interacts with the E3 ubiquitin ligase component Cullin 3a (CUL3a) in the cytoplasm, likely as a substrate-specific adapter protein. The microtubule-severing subunit p60 of katanin was identified as a candidate substrate for MAB1, suggesting that MAB1 resembles the animal key ACD regulator Maternal Effect Lethal 26 (MEL-26). In summary, our findings provide further evidence for the importance of posttranslational regulation for asymmetric divisions and germline progression in plants and identified an unstable key protein that seems to be involved in regulating the stability of a spindle apparatus regulator(s).

Chiral HPLC analysis of donepezil, 5-O-desmethyl donepezil and 6-O-desmethyl donepezil in culture medium: application to fungal biotransformation studies

An high performance liquid chromatography (HPLC) method for the enantioselective determination of donepezil (DPZ), 5-O-desmethyl donepezil (5-ODD), and 6-O-desmethyl donepezil (6-ODD) in Czapek culture medium to be applied to biotransformation studies with fungi is described for the first time. The HPLC analysis was carried out using a Chiralpak AD-H column with hexane/ethanol/methanol (75:20:5, v/v/v) plus 0.3 % triethylamine as mobile phase and UV detection at 270 nm. Sample preparation was carried out by liquid-liquid extraction using ethyl acetate as extractor solvent. The method was linear over the concentration range of 100-10,000 ng mL(-1) for each enantiomer of DPZ (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9985) and of 100-5,000 ng mL(-1) for each enantiomer of 5-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9977) and 6-ODD (r a parts per thousand yenaEuro parts per thousand 0.9951). Within-day and between-day precision and accuracy evaluated by relative standard deviations and relative errors, respectively, were lower than 15 % for all analytes. The validated method was used to assess DPZ biotransformation by the fungi Beauveria bassiana American Type Culture Collection (ATCC) 7159 and Cunninghamella elegans ATCC 10028B. Using the fungus B. bassiana ATCC 7159, a predominant formation of (R)-5-ODD was observed while for the fungus C. elegans ATCC 10028B, DPZ was biotransformed to (R)-6-ODD with an enantiomeric excess of 100 %.

Endophytic fungi from Vitis labrusca L. ('Niagara Rosada') and its potential for the biological control of Fusarium oxysporum

We investigated the diversity of endophytic fungi found on grape (Vitis labrusca cv. Niagara Rosada) leaves collected from Salesopolis, SP, Brazil. The fungi were isolated and characterized by amplified ribosomal DNA restriction analysis, followed by sequencing of the ITS1-5.8S-ITS2 rDNA. In addition, the ability of these endophytic fungi to inhibit the grapevine pathogen Fusarium oxysporum f. sp herbemontis was determined in vitro. We also observed that the climatic factors, such as temperature and rainfall, have no effect on the frequency of infection by endophytic fungi. The endophytic fungal community that was identified included Aporospora terricola, Aureobasidium pullulans, Bjerkandera adusta, Colletotrichum boninense, C. gloeosporioides, Diaporthe helianthi, D. phaseolorum, Epicoccum nigrum, Flavodon flavus, Fusarium subglutinans, F. sacchari, Guignardia mangiferae, Lenzites elegans, Paraphaeosphaeria pilleata, Phanerochaete sordida, Phyllosticta sp, Pleurotus nebrodensis, Preussia africana, Tinctoporellus epiniltinus, and Xylaria berteri. Among these isolates, two, C. gloeosporioides and F. flavus, showed potential antagonistic activity against F. oxysporum f. sp herbemontis. We suggest the involvement of the fungal endophyte community of V. labrusca in protecting the host plant against pathogenic Fusarium species. Possibly, some endophytic isolates could be selected for the development of biological control agents for grape fungal disease; alternatively, management strategies could be tailored to increase these beneficial fungi.

Predicting the connectivity of primate cortical networks from topological and spatial node properties

Abstract Background The organization of the connectivity between mammalian cortical areas has become a major subject of study, because of its important role in scaffolding the macroscopic aspects of animal behavior and intelligence. In this study we present a computational reconstruction approach to the problem of network organization, by considering the topological and spatial features of each area in the primate cerebral cortex as subsidy for the reconstruction of the global cortical network connectivity. Starting with all areas being disconnected, pairs of areas with similar sets of features are linked together, in an attempt to recover the original network structure. Results Inferring primate cortical connectivity from the properties of the nodes, remarkably good reconstructions of the global network organization could be obtained, with the topological features allowing slightly superior accuracy to the spatial ones. Analogous reconstruction attempts for the C. elegans neuronal network resulted in substantially poorer recovery, indicating that cortical area interconnections are relatively stronger related to the considered topological and spatial properties than neuronal projections in the nematode. Conclusion The close relationship between area-based features and global connectivity may hint on developmental rules and constraints for cortical networks. Particularly, differences between the predictions from topological and spatial properties, together with the poorer recovery resulting from spatial properties, indicate that the organization of cortical networks is not entirely determined by spatial constraints.

Klonierung, Charakterisierung und Funktion der beiden SAPK-Mitglieder JNK und p38 MAPK des marinen Schwamms S. domuncula

Zusammenfassung der Dissertation von Markus Böhm 'Klonierung, Sequenzierung und Funktion der beiden SAPK-Mitglieder JNK und p38 MAPK des marinen Schwamms S. domuncula' am Fachbereich Biologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz: Da Schwämme zu den einfachsten Metazoen gehören, eignen sie sich gut zur Erforschung von Signaltransduktionsprozessen. Die SAPKs stellen hoch konservierte Signalmoleküle dar, die durch viele Zellstress-auslösende Faktoren aktiviert werden und in zahlreichen biologischen Prozessen involviert sind.Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei SAPK-Gene aus S. domuncula isoliert. Ihre abgeleiteten Aminosäuresequenzen wiesen die höchsten Homologien zu den Mitgliedern der SAPK1/JNK- und SAPK2/p38 MAPK-Subfamilie der Metazoen auf. Die geringste Übereinstimmung existierte gegenüber der einzigen SAPK der Hefe (HOG1). Beide Gene des Schwamms besaßen zudem eine außerordentlich hohe Übereinstimmung hinsichtlich ihrer Exon/Intron-Strukturen. Diese Ergebnisse deuten daraufhin, dass die SAPKs der multizellulären Tiere durch Duplikation eines HOG1-verwandten Vorläufergens entstanden sind. Durch den Vergleich der Intronpositionen mit denen von SAPK-Genen aus D. melanogaster, C. elegans und H. sapiens wurde ersichtlich, dass die Positionen der nichtkodierenden Sequenzbereiche dieser Gene hoch konserviert sind. Western Blot-Analysen demonstrierten, dass beide Schwamm-Kinasen durch hyperosmotischen Stress, LPS und den Phosphataseinhibitor Okadainsäure aktiviert werden. Außerdem wurde durch Versuche mit HOG1-defizienten Hefemutanten gezeigt, dass sie die Funktion des HOG1-Proteins in S. cerevisiae vollständig übernehmen können. Da die aktivierten Kinasen des Schwamms wie HOG1 im Nukleus der Hefezellen akkumuliert werden, müssen die Kerntransportmechanismen der SAPKs ebenfalls evolutionär erhalten sein.

Die Prozessierung des humanen Amyloid-Vorläuferproteins im Verlauf der replikativen Seneszenz

Die Alterung stellt den größten Risikofaktor für die Entwicklung der Alzheimer Krankheit dar, wobei die biochemische Basis dieser Korrelation bisher nicht bekannt ist. Ein möglicherweise zentraler Mechanismus der Alzheimer Pathologie wird durch die Prozessierung von APP repräsentiert, die in der Synthese von Aβ resultiert. Der Einfluss zellulärer Alterung auf die Biochemie der APP-Prozessierung ist bislang weitestgehend ungeklärt. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Prozessierung von endogenem APP im Verlauf der Zellalterung humaner Fibroblasten progressiv verringert wird. Die Bildung der intrazellulären APP-Spaltfragmente (C99, C83 und AICD) nahm mit zunehmender Lebensspanne ab und war gleichfalls mit einer reduzierten Synthese von extrazellulären APP-Fragmenten (sAPP, sAPPα) verbunden. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass die Reifung von APP in seneszenten Zellen selektiv reduziert war, und dass dies durch altersabhängig erhöhte zelluläre Cholesterolspiegel vermittelt wurde. Von den APP-prozessierenden Sekretasen waren die Proteinspiegel von Presenilin-1 und Nicastrin, beides Komponenten der γ-Sekretase, im Verlauf der Zellalterung graduell verringert. Dies hatte einen progressiven Rückgang der enzymatischen Aktivität der γ-Sekretase zur Folge, wodurch die Prozessierung von APP unmittelbar reduziert wurde. Die Proteinspiegel von ADAM10, einer α-Sekretase, sowie der β-Sekretase, BACE, wiesen keine Altersregulation auf, aber interessanterweise wurde eine erhöhte enzymatische Aktivität der β-Sekretase in seneszenten Zellen nachgewiesen. Die γ-Sekretase sowie BACE sind in Lipid Rafts lokalisiert, geordneten Membransubdomänen, die hohe Cholesterol- und Caveolin-1-Spiegel aufweisen. Obwohl das Gesamtniveau dieser strukturellen Komponenten von Lipid Rafts in seneszenten Zellen erhöht war, war die Assoziation beider Moleküle mit Lipid Rafts reduziert und sie akkumulierten in speziellen Organellen, die höchstwahrscheinlich Lipidkörper darstellen. Somit wurde gezeigt, dass Lipid Rafts im Zuge der Zellalterung disintegrieren beziehungsweise in ihrem Gesamtspiegel reduziert waren. Diese altersabhängige Membranmodifikation war mit einer veränderten Verteilung von Presenilin-1 und BACE zwischen der Lipid Raft und der Nicht Raft Fraktion der Membran verbunden, die möglicherweise das Potential dieser Enzyme zur Prozessierung von APP reduzierte. In einem zweiten Teil der Arbeit wurden transgene C. elegans konstruiert, die humanes APP exprimieren, das C-terminal an GFP gekoppelt war. Diese Würmer wiesen eine reduzierte Fertilität, Eilegedefekte und eine verzögerte post-embryonale Entwicklung auf, die möglicherweise auf eine Transgen-vermittelte Neurodegeneration zurückgeführt werden können. Durch erste Untersuchungen der Prozessierung des Transgens konnten Spaltfragmente nachgewiesen werden, die potentiell auf eine spezifische Spaltung von APP durch die endogenen Sekretasen schließen lassen. Somit werden die Prozessierung sowie die Reifung von APP durch die altersabhängige Modifikationen zellulärer Biochemie nachhaltig beeinflusst. Zukünftige Studien sollen zeigen, ob sich diese zellulären Zusammenhänge in den Gesamtorganismus C. elegans übertragen lassen. Des Weiteren sollen die altersabhängigen zellulären Veränderungen, insbesondere des Cholesterol-Metabolismus und der Sekretaseaktivitäten, weitergehend analysiert werden, um zusätzliche Erkenntnisse über altersassoziierte Regulationen möglicher therapeutischer Ziele der Alzheimer Erkrankung zu gewinnen.

Revision der paläarktischen Arten der Gattung Lygus Hahn (Heteroptera, Miridae)

Als Ergebnis der Revision der Gattung Lygus Hahn (Heteroptera, Miridae, Insecta) wurden die fünf neuen Arten beschrieben: L. sibiricus Aglyamzyanov, 1990, L. orientis Aglyamzyanov, 1994, L. izyaslavi Aglyamzyanov, 1994, L. monticola Aglyamzyanov, 1994 und L. martensi Aglyamzyanov, 2003. Die vier Speziessnamen wurden synonymisiert: L. dracunculi Josifov, 1992, L. alashanensis Qi, 1993, L. renati Schwartz, 1998 (L. elegans Aglyamzyanov, 1994) = L. poluensis (Wagner, 1967) und L. kerzhneri Qi, 1993 = L. punctatus (Zetterstedt, 1838). Artstatus von L. israelensis Linnavuori, 1962 wurde wiederhergestellt. Nach aktuellen Angaben wurden in der Paläarktis 19 Lygus-Arten festgestellt: L. discrepans Reuter, 1906; L. gemellatus (Herrich-Schaeffer, 1835); L. hsiaoi Zheng & Yu, 1992; L. israelensis Linnavuori, 1962; L. italicus Wagner, 1950; L. izyaslavi Aglyamzyanov, 1994; L. maritimus Wagner, 1949; L. martensi Aglyamzyanov, 2003; L. monticola Aglyamzyanov, 1994; L. orientis Aglyamzyanov, 1994; L. pachycnemis Reuter, 1879; L. paradiscrepans Zheng & Yu, 1992; L. poluensis (Wagner, 1967); L. pratensis (Linnaeus, 1758); L. punctatus (Zetterstedt, 1838); L. rugulipennis Poppius, 1911; L. sibiricus Aglyamzyanov, 1990; L. tibetanus Zheng & Yu, 1992 und L. wagneri Remane, 1955. Es wurden die diagnostischen Merkmale analysiert, eine Bestimmungstabelle erstellt und die Areale der Verbreitung der einigen Arten präzisiert.

Die Beteiligung von wildtypischer SOD1 an der Pathogenese der SOD1-vermittelten amyotrophen Lateralsklerose (ALS1)

Bei der amyotrophen Lateralsklerose 1 (ALS1) handelt es sich um eine altersabhängige Motoneuronenerkrankung, die durch Mutationen im Gen der Cu/Zn-Superoxid Dismutase (hSOD1mut) ausgelöst wird. Die toxischen Eigen¬schaften von hSOD1mut (z. B. Aggregations- oder oxidative Stress-Hypothese) und der Einfluss wildtypischer hSOD1 (hSOD1WT) auf den Krankheitsverlauf sind weithin ungeklärt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen von hSOD1mut-hSOD1WT-Heterodimeren im Vergleich zu mutanten Homodimeren auf die Pathogenese der ALS1 zu untersuchen. Nachdem gezeigt werden konnte, dass es in humanen Zellen in der Tat zu einer Bil¬dung hetero- und homodimerer mutanter hSOD1-Spezies kommt, wurden Dimerfusionsproteine aus zwei hSOD1-Monomeren generiert, die durch einen flexiblen Peptidlinker verbunden und C-terminal mit eGFP markiert waren. Neben hSOD1WT-WT wurden hSOD1mut-mut- und hSOD1mut-WT-Dimere mit vier verschiedenen hSOD1-Mu¬tanten untersucht. Die biochemische Charakterisierung zeigte, dass alle Dimere, die wildtyp-ähnliche hSOD1mut enthielten, eine Dismutaseaktivität aufwiesen. Im Gegensatz dazu war das Homodimer aus zwei metalldefizienten hSOD1G85R inaktiv, wobei interessanterweise hSOD1G85R mit hSOD1WT ein Dismutase-aktives Dimer bilden konnte. Sowohl in Zellkultursystemen als auch in einem C. elegans-Modell bildeten alle mutanten Homodimere vermehrt Aggregate im Vergleich zu den dazugehörigen Heterodimeren. Dieses Aggregationsverhalten korrelierte aber nicht mit der Toxizität der Dimerproteine in Überlebensassays und einer C. elegans Bewe¬gungs¬analyse. In diesen funktionellen Studien assoziierte die Toxizität der dimeren Fusionsproteine mit der enzy¬matischen Aktivität. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen konnte gezeigt werden, dass hSOD1WT nicht in hSOD1mut-abhängigen Aggregaten vorkommt. Die Ergebnisse dieser Studie sprechen gegen die Aggregation als primäre toxische Eigen¬schaft der hSOD1mut und unterstützen die oxidative Stress-Hypothese. Dis¬mutase-inaktive hSOD1mut können eine untypische Enzymaktivität durch die Heterodimerisierung mit hSODWT erlangen, die auf diese Weise maßgeblich an der Pathogenese der ALS1 beteiligt sein könnte.

Untersuchung neuer hochwirksamer neuroprotektiver Antioxidantien in experimentellen Modellen der Parkinsonschen Krankheit

Bei der Parkinsonschen Krankheit kommt es zu einer selektiven Degeneration der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra pars compacta. Die Rolle des oxidativen Stresses in der Pathogenese dieser Erkrankung konnte an post mortem Untersuchungen der Parkinson-Patienten, wie auch an zahlreichen in vitro und in vivo Modellen bestätigt werden. Die Anwendung von Antioxidantien wurde als therapeutische Strategie der Parkinsonschen Krankheit vorgeschlagen. In dieser Hinsicht wurden bereits antioxidative Substanzen in klinischen Studien evaluiert. Klinische Studien mit Antioxidantien haben jedoch bislang nur wenig überzeugende Ergebnisse erbracht, mit Ausnahme des Einsatzes des Ubichinons (Coenzym Q). Eine kritische Analyse der klinischen Studien lässt zusammenfassen, dass auf Seiten der verwendeten Antioxidantien noch massiver Optimierungsbedarf besteht. Für einen erfolgreichen therapeutischen Einsatz von Antioxidantien bei dieser Krankheit sind folgende Eigenschaften der Substanzen von höchster Bedeutung: i) maximale neuroprotektive Aktivität bei geringen Dosen; ii) geringe Nebenwirkungen; iii) eine hohe Blut-Hirn-Schrankengängigkeit.In dieser Arbeit wurde das neuroprotektive Potential von drei Bisarylimin-basierten antioxidativen Strukturen (Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin) in in vitro und in vivo Parkinson-Modellsystemen evaluiert. Beide experimentellen Modelle basieren auf der Wirkung der mitochondrialen Komplex I Inhibitoren 1-Methyl-4-Phenylpyridin (MPP+) und Rotenon, welche pathophysiologische Charakteristika der Parkinsonschen Krankheit reproduzieren. Unsere in vitro Untersuchungen an primären Neuronen des Mittelhirns und der klonalen SH-SY5Y-Neuroblastomazelllinie konnten zeigen, dass die Komplex I Inhibition krankheitsspezifische zelluläre Merkmale induziert, wie die Abnahme der antioxidativen Verteidigungskapazität und Verlust des mitochondrialen Membranpotentials. Zusätzlich kommt es in primären Neuronen des Mittelhirns zur selektiven Degeneration dopaminerger Neurone, welche in der Parkinsonschen Erkrankung besonders betroffen sind. Ko-Inkubation der in vitro Modelle mit Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin in niedrigen Konzentrationen (50 nM) halten die pathologischen Prozesse fast vollständig auf. In vivo Untersuchungen am MPP+- und Rotenon-basierten Caenorhabditis elegans (C. elegans) Modell bestätigen das neuroprotektive Potential der Bisarylimine. Hierfür wurde eine transgene C. elegans Linie mithilfe einer dopaminerg spezifischen DsRed2- (Variante des rot fluoreszierenden Proteins von Discosoma sp.)-Expression und pan-neuronaler CFP- (cyan fluoreszierendes Protein)-Expression zur Visualisierung der dopaminergen Neuronenpopulation in Kontrast zum Gesamtnervensystem erstellt. Behandlung des C. elegans mit MPP+ und Rotenon im larvalen und adulten Stadium führt zu einer selektiven Degeneration dopaminerger Neurone, sowie zum Entwicklungsarrest der larvalen Population. Die dopaminerge Neurodegeneration, wie auch weitere phänotypische Merkmale des C. elegans Modells, können durch Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin in niedrigen Konzentrationen (500 nM) komplett verhindert werden. Ein systemischer Vergleich aromatischer Bisarylimine mit bekannten, gut charakterisierten Antioxidantien, wie α-Tocopherol (Vitamin E), Epigallocatechingallat und β-Catechin, zeigt, dass effektive Konzentrationen für Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin um Zehnerpotenzen niedriger liegen im Vergleich zu natürlichen Antioxidantien. Der Wirkungsmechanismus der Bisarylimine konnte in biochemischen und in vitro Analysen, sowie in Verhaltensuntersuchungen an C. elegans von der Wirkungsweise strukturell ähnlicher, neuroleptisch wirkender Phenothiazin-Derivate differenziert werden. Die Analyse des dopaminerg-gesteuerten Verhaltens (Beweglichkeit) in C. elegans konnte verdeutlichen, dass antioxidative und Dopaminrezeptor-bindende Eigenschaften der Bisaryliminstrukturen sich gegenseitig ausschließen. Diese qualitativen Merkmale unterscheiden Bisarylimine fundamental von klinisch angewandten Neuroleptika (Phenothiazin-Derivate), welche als Dopaminrezeptor-Antagonisten zur Behandlung psychischer Erkrankungen klinisch eingesetzt werden.Aromatische Bisarylimine (Phenothiazin, Iminostilben und Phenoxazin) besitzen günstige strukturelle Eigenschaften zur antioxidativ-basierter Neuroprotektion. Durch die Anwesenheit der antioxidativ wirkenden, nicht-substituierten Iminogruppe unterscheiden sich Bisarylimine grundlegend von neuroleptisch-wirkenden Phenothiazin-Derivaten. Wichtige strukturelle Voraussetzungen eines erfolgreichen antioxidativen Neuropharmakons, wie eine hohe Radikalisierbarkeit, die stabile Radikalform und der lipophile Charakter des aromatischen Ringsystems, werden in der Bisaryliminstruktur erfüllt. Antioxidative Bisarylimine könnten in der Therapie der Parkinsonschen Krankheit als eine effektive neuroprotektiv-therapeutische Strategie weiter entwickelt werden.