Synthese von Sialyl-Lewis-X-Mimetika durch stereoselektive ortho-C-Glycosylierung von Phenolen

Ziel der Arbeit war es, Sialyl-LewisX-Mimetika auf Basis ortho-C-glycosylierter Phenole als Inhibitoren für die Selektin-Ligand-Wechselwirkungen zu synthetisieren. Dazu wurde zunächst die Stereoselektivität der ortho-C-Mannosylierung untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass bei der Umsetzung von Phenolen mit dem benzylgeschützten Mannosyl-trichloracetimidat in Gegenwart von TMSOTf selektiv das β-C-Mannosid erhalten wurde. Gleichzeitig konnte anhand der NMR-spektroskopischen Untersuchungen nachgewiesen werden, dass die in der Literatur beschriebenen α-C-Mannoside von Phenolen tatsächlich β-konfiguriert sind. Wenn Naphthole als Glycosylakzeptoren verwendet wurden, konnten durch Modifikation des Promotors auch die für die Synthese der Mimetika benötigten α-C-Mannoside erhalten werden, wobei ZnCl2 als Promotor die besten Ergebnisse lieferte. Allerdings zeigten die synthetisierten α-C-Mannoside und α-C-Galactoside eine Inversion des Pyranoseringes und lagen in der ungewöhnlichen 1C4-Konformation vor.rnAnschließend konnte auf diese Weise das durch Docking-Studien gefundene Mimetikum (2S)-3-Cyclohexyl-2-[7-hydroxy-8-(α-D-mannosyl)naphthalin-2-yloxy]propionsäure syntheti-siert werden. Es besaß jedoch in Zelladhäsionstests keine ausreichende Aktivität bei der Inhibierung der Selektin-Ligand-Wechselwirkung. Bei den ursprünglichen Dockingstudien war allerdings von der gewohnten 4C1-Konformation ausgegangen worden. Spätere NMR-Experimente und DFT-Berechnungen zeigten, dass das Mimetikum tatsächlich in der 1C4-Konformation vorlag und es deshalb nicht aktiv war. Die synthetisierten Stereo- und Regioisomere zeigten in Zelladhäsionstests ebenfalls keine Aktivität.rnVersuche, die α-1-C-Mannosylnaphthole zu den benötigten 1-C-2-O-Diglycosyl-naphthalinen umzusetzen waren nicht erfolgreich, da die phenolische OH-Gruppe sterisch zu sehr abgeschirmt war, um unter milden Reaktionsbedingungen glycosyliert zu werden, bzw. die α-1-C-Mannosylnaphthaline unter drastischeren Reaktionsbedingungen nicht stabil waren. Daher wurde 1-(2′,3′,4′,6′-Tetra-O-benzyl-β-D-galactopyranosyl)-2-naphthol mit 2,3,4,6-Tetra-O-acetyl-α-D-mannopyranosyl-trichloracetimidat in Gegenwart von TMSOTf zum ersten synthetischen 1-C-2-O-Diglycosyl-phenol umgesetzt. Nach Abspaltung der Schutzgruppen sollte das erhaltene 1-Galactosyl-2-O-mannosyl-naphthalin enzymatisch zum Sialyl-LewisX-Mimetikum verlängert werden. Es wurde vom Enzym jedoch nicht als Substrat erkannt. Versuche zur chemischen Anbindung des Säurebausteins stehen noch aus.rn

Funktionelle Analyse der onkologisch relevanten Protease Threonin-Aspartase 1

Krebs stellt eine der häufigsten Todesursachen in Europa dar. Grundlage für eine langfristige Verbesserung des Behandlungserfolgs ist ein molekulares Verständnis der Mechanismen, welche zur Krankheitsentstehung beitragen. In diesem Zusammenhang spielen Proteasen nicht nur eine wichtige Rolle, sondern stellen auch bei vielerlei Erkrankungen bereits anerkannte Zielstrukturen derzeitiger Behandlungsstrategien dar. Die Protease Threonin Aspartase 1 (Taspase1) spielt eine entscheidende Rolle bei der Aktivierung von Mixed Lineage Leukemia (MLL)-Fusionsproteinen und somit bei der Entstehung aggressiver Leukämien. Aktuelle Arbeiten unterstreichen zudem die onkologische Relevanz von Taspase1 auch für solide Tumore. Die Kenntnisse über die molekularen Mechanismen und Signalnetzwerke, welche für die (patho)biologischen Funktionen von Taspase1 verantwortlich sind, stellen sich allerdings noch immer als bruchstückhaft dar. Um diese bestehenden Wissenslücken zu schließen, sollten im Rahmen der Arbeit neue Strategien zur Inhibition von Taspase1 erarbeitet und bewertet werden. Zusätzlich sollten neue Einsichten in evolutionären Funktionsmechanismen sowie eine weitergehende Feinregulation von Taspase1 erlangt werden. Zum einen erlaubte die Etablierung und Anwendung eines zellbasierten Taspase1-Testsystem, chemische Verbindungen auf deren inhibitorische Aktivität zu testen. Überraschenderweise belegten solch zelluläre Analysen in Kombination mit in silico-Modellierungen eindeutig, dass ein in der Literatur postulierter Inhibitor in lebenden Tumorzellen keine spezifische Wirksamkeit gegenüber Taspase1 zeigte. Als mögliche Alternative wurden darüber hinaus Ansätze zur genetischen Inhibition evaluiert. Obwohl publizierte Studien Taspase1 als ααββ-Heterodimer beschreiben, konnte durch Überexpression katalytisch inaktiver Mutanten kein trans-dominant negativer Effekt und damit auch keine Inhibition des wildtypischen Enzyms beobachtet werden. Weiterführende zellbiologische und biochemische Analysen belegten erstmalig, dass Taspase1 in lebenden Zellen in der Tat hauptsächlich als Monomer und nicht als Dimer vorliegt. Die Identifizierung evolutionär konservierter bzw. divergenter Funktionsmechanismen lieferte bereits in der Vergangenheit wichtige Hinweise zur Inhibition verschiedenster krebsrelevanter Proteine. Da in Drosophila melanogaster die Existenz und funktionelle Konservierung eines Taspase1-Homologs postuliert wurde, wurde in einem weiteren Teil der vorliegenden Arbeit die evolutionäre Entwicklung der Drosophila Taspase1 (dTaspase1) untersucht. Obwohl Taspase1 als eine evolutionär stark konservierte Protease gilt, konnten wichtige Unterschiede zwischen beiden Orthologen festgestellt werden. Neben einem konservierten autokatalytischen Aktivierungsmechanismus besitzt dTaspase1 verglichen mit dem humanen Enzym eine flexiblere Substraterkennungs-sequenz, was zu einer Vergrößerung des Drosophila-spezifischen Degradoms führt. Diese Ergebnisse zeigen des Weiteren, dass zur Definition und Vorhersage des Degradoms nicht nur proteomische sondern auch zellbiologische und bioinformatische Untersuchungen geeignet und notwendig sind. Interessanterweise ist die differentielle Regulation der dTaspase1-Aktivität zudem auf eine veränderte intrazelluläre Lokalisation zurückzuführen. Das Fehlen von in Vertebraten hochkonservierten aktiven Kernimport- und nukleolären Lokalisationssignalen erklärt, weshalb dTaspase1 weniger effizient nukleäre Substrate prozessiert. Somit scheint die für die humane Taspase1 beschriebene Regulation von Lokalisation und Aktivität über eine Importin-α/NPM1-Achse erst im Laufe der Entwicklung der Vertebraten entstanden zu sein. Es konnte also ein bislang unbekanntes evolutionäres Prinzip identifiziert werden, über welches eine Protease einen Transport- bzw. Lokalisations-basierten Mechanismus zur Feinregulation ihrer Aktivität „von der Fliege zum Menschen“ nutzt. Eine weitere Möglichkeit zur dynamischen Funktionsmodulation bieten post-translationale Modifikationen (PTMs) der Proteinsequenz, zu welcher Phosphorylierung und Acetylierung zählen. Interessanterweise konnte für die humane Taspase1 über den Einsatz unabhängiger Methoden einschließlich massenspektrometrischer Analysen eine Acetylierung durch verschiedene Histon-Acetyltransferasen (HATs) nachgewiesen werden. Diese Modifikation erfolgt reversibel, wobei vor allem die Histon-Deacetylase HDAC1 durch Interaktion mit Taspase1 die Deacetylierung der Protease katalysiert. Während Taspase1 in ihrer aktiven Konformation acetyliert vorliegt, kommt es nach Deacetylierung zu einer Reduktion ihrer enzymatischen Aktivität. Somit scheint die Modulation der Taspase1-Aktivität nicht allein über intra-proteolytische Autoaktivierung, Transport- und Interaktionsmechanismen, sondern zudem durch post-translationale Modifikationen gesteuert zu werden. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit entscheidende neue Einblicke in die (patho)biologische Funktion und Feinregulation der Taspase1 gewonnen werden. Diese Ergebnisse stellen nicht nur einen wichtigen Schritt in Richtung eines verbesserten Verständnis der „Taspase1-Biologie“, sondern auch zur erfolgreichen Inhibition und Bewertung der krebsrelevanten Funktion dieser Protease dar.

Analysis of zinc oxide nanoparticles as a potential mutagen of respiratory epithelia

Metallische Nanopartikel und ihre Oxide (z.B. ZnO NP, TiO2 NP und Fe2O3 NP) werden aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften häufig als Additive in der Reifenproduktion, in Katalysatoren, Lebensmitteln, Arzneimitteln und Kosmetikprodukten verwendet. Künftig wird ein kontinuierlicher Anstieg der industriellen Anwendung (~ 1663 Tonnen im Jahr 2025) mit gesteigerter Freisetzung in die Umwelt erwartet, was zwangsläufig zu einer vermehrten Aufnahme über das respiratorische Epithel führt. Metalldampffieber ist als gesundheitsschädigender Effekt von Metalloxid-haltigen Aerosolen (z.B. ZnO) nach Inhalation bekannt. Immunreaktionen, wie beispielsweise Entzündungen, werden häufig mit der Entstehung von Sauerstoffradikalen (ROS) in Verbindung gebracht, die wiederum zu DNA-Schäden führen können. Drei mögliche Ursachen der Genotoxität werden angenommen: direkte Interaktion von Nanopartikeln mit intrazellulären Strukturen, Interaktion von Ionen dissoziierter Partikel mit intrazellulären Strukturen sowie die Entstehung von ROS initiiert durch Partikel oder Ionen.rnDie vorliegende Studie befasst sich mit den Mechanismen der Genotoxizität von ZnO Nanopartikeln (ZnO NP), als Beispiel für metallische Nanopartikel, im respiratorischen Epithel. In der Studie wurde gezielt die intrazelluläre Aufnahme und Verteilung von ZnO NP, deren Toxizität, deren DNA schädigendes Potential sowie die Aktivierung der DNA damage response (DDR) analysiert.rnEs konnten kaum internalisierte ZnO NP mittels TEM detektiert werden. Innerhalb der ersten Sekunden nach Behandlung mit ZnO NP wurde spektrofluorometrisch ein starker Anstieg der intrazellulären Zn2+ Konzentration gemessen. In unbehandelten Zellen war Zn2+ in granulären Strukturen lokalisiert. Die Behandlung mit ZnO NP führte zu einer Akkumulation von Zn2+ in diesen Strukturen. Im zeitlichen Verlauf verlagerten sich die Zn2+-Ionen in das Zytoplasma, sowie in Zellkerne und Mitochondrien. Es wurde keine Kolokalisation von Zn2+ mit den frühen Endosomen und dem endoplasmatischen Retikulum beobachtet. Die Vorbehandlung der Zellen mit Diethylen-triaminpentaessigsäure (DTPA), als extrazellulärem Komplexbildner, verhinderte den intrazellulären Anstieg von Zn2+ nach Behandlung mit den Partikeln.rnDie Behandlung mit ZnO NP resultierte in einer zeit- und dosisabhängigen Reduktion der zellulären Viabilität, während die intrazelluläre ROS-Konzentrationen in den ersten 30 min leicht und anschließend kontinuierlich bis zum Ende der Messung anstiegen. Außerdem verringerte sich das mitochondriale Membranpotential, während sich die Anzahl der frühapoptotischen Zellen in einer zeitabhängigen Weise erhöhte. rnDNA Doppelstrangbrüche (DNA DSB) wurden mittels Immunfluoreszenz-Färbung der γH2A.X foci sichtbar gemacht und konnten nach Behandlung mit ZnO NP detektiert werden. Die Vorbehandlung mit dem Radikalfänger N-Acetyl-L-Cytein (NAC) resultierte in stark reduzierten intrazellulären ROS-Konzentrationen sowie wenigen DNA DSB. Die DNA Schädigung wurde durch Vorbehandlung mit DTPA ganz verhindert.rnDie Aktivierung der DDR wurde durch die Analyse von ATM, ATR, Chk1, Chk2, p53 und p21 mittels Western Blot und ELISA nach Behandlung mit ZnO NP überprüft. Der ATR/Chk1 Signalweg wurde durch ZnO NP nicht aktiviert. Die Komplexierung von Zn2+ resultierte in einer verminderten ATM/Chk2 Signalwegaktivierung. Es zeigte sich, dass das Abfangen von ROS keinen Effekt auf die ATM/Chk2 Signalwegaktivierung hatte.rnZusammengefasst wurde festgestellt, dass die Exposition mit ZnO NP in der Entstehung von ROS, reduzierter Viabilität und vermindertem mitochondrialem Membranpotential resultiert, sowie zeitabhängig eine frühe Apoptose initiiert. ZnO NP dissoziierten extrazellulär und wurden schnell als Zn2+ über unbekannte Mechanismen internalisiert. Die Zn2+-Ionen wurden im Zytoplasma, sowie besonders in den Mitochondrien und dem Zellkern, akkumuliert. Die DDR Signalgebung wurde durch ZnO NP aktiviert, jedoch nicht durch NAC inhibiert. Es wurde gezeigt, dass DTPA die DDR Aktivierung komplett inhibierte. Die Behandlung mit ZnO NP induzierte DNA DSB. Die Inhibition von ROS reduzierte die DNA DSB und die Komplexierung der Zn2+ verhinderte die Entstehung von DNA DSB.rnDiese Daten sprechen für die Dissoziation der Partikel und die hierbei freigesetzten Zn2+ als Hauptmediator der Genotoxizität metallischer Nanopartikel. rn

Hypoxia aggravates non-alcoholic steatohepatitis in mice lacking hepatocellular PTEN

The metabolic disorders that predispose patients to NASH (non-alcoholic steatohepatitis) include insulin resistance and obesity. Repeated hypoxic events, such as occur in obstructive sleep apnoea syndrome, have been designated as a risk factor in the progression of liver disease in such patients, but the mechanism is unclear, in particular the role of hypoxia. Therefore we studied the influence of hypoxia on the development and progression of steatohepatitis in an experimental mouse model. Mice with a hepatocellular-specific deficiency in the Pten (phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10) gene, a tumour suppressor, were exposed to a 10% O2 (hypoxic) or 21% O2 (control) atmosphere for 7 days. Haematocrit, AST (aspartate aminotransferase), glucose, triacylglycerols (triglycerides) and insulin tolerance were measured in blood. Histological lesions were quantified. Expression of genes involved in lipogenesis and mitochondrial beta-oxidation, as well as FOXO1 (forkhead box O1), hepcidin and CYP2E1 (cytochrome P450 2E1), were analysed by quantitative PCR. In the animals exposed to hypoxia, the haematocrit increased (60+/-3% compared with 50+/-2% in controls; P<0.01) and the ratio of liver weight/body weight increased (5.4+/-0.2% compared with 4.7+/-0.3% in the controls; P<0.01). Furthermore, in animals exposed to hypoxia, steatosis was more pronounced (P<0.01), and the NAS [NAFLD (non-alcoholic fatty liver disease) activity score] (8.3+/-2.4 compared with 2.3+/-10.7 in controls; P<0.01), serum AST, triacylglycerols and glucose were higher. Insulin sensitivity decreased in mice exposed to hypoxia relative to controls. The expression of the lipogenic genes SREBP-1c (sterol-regulatory-element-binding protein-1c), PPAR-gamma (peroxisome-proliferator-activated receptor-gamma), ACC1 (acetyl-CoA carboxylase 1) and ACC2 (acetyl-CoA carboxylase 2) increased significantly in mice exposed to hypoxia, whereas mitochondria beta-oxidation genes [PPAR-alpha (peroxisome-proliferator-activated receptor-alpha) and CPT-1 (carnitine palmitoyltransferase-1)] decreased significantly. In conclusion, the findings of the present study demonstrate that hypoxia alone aggravates and accelerates the progression of NASH by up-regulating the expression of lipogenic genes, by down-regulating genes involved in lipid metabolism and by decreasing insulin sensitivity.

Biodistribution of two octreotate analogs radiolabeled with indium and yttrium in rats

In this study, two octreotate derivatives N-[4-carboxy-4-[4,7,10-tris(carboxymethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1-yl]butanoyl]-Tyr(3)-octreotate (DOTAGA-tate) and N-[[4,10-bis(carboxymethyl)-7-(1(1,3-dicarboxypropyl))-1,4,7,10-tetraaza-cyclododec-1-yl]acetyl]-Tyr(3)-octreotate (DOTA-t-GA-tate) were radio-labeled with (111)In or (88)Y and their biodistribution profiles together with their elimination characteristics in rats were compared.

Brain metabolite composition in relation to cognitive function and dystrophin mutations in boys with Duchenne muscular dystrophy

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a hereditary X-linked recessive disorder affecting the synthesis of dystrophin, a protein essential for structural stability in muscle. Dystrophin also occurs in the central nervous system, particularly in the neocortex, hippocampus and cerebellum. Quantitative metabolic analysis by localized (1) H MRS was performed in the cerebellum (12 patients and 15 controls) and a temporo-parietal location (eight patients and 15 controls) in patients with DMD and healthy controls to investigate possible metabolic differences. In addition, the site of individual mutations on the dystrophin gene was analyzed and neuropsychological cognitive functions were examined. Cognitive deficits in the patient group were found in line with earlier investigations, mainly concerning verbal short-term memory, visuo-spatial long-term memory and verbal fluency, but also the full-scale IQ. Causal mutations were identified in all patients with DMD. Quantitative MRS showed consistent choline deficits, in both cerebellar white matter and temporo-parietal cortex, as well as small, but significant, metabolic abnormalities for glutamate and total N-acetyl compounds in the temporo-parietal region. Compartment water analysis did not reveal any abnormalities. In healthy subjects, choline levels were age related in the cerebellum. The choline deficit contrasts with earlier findings in DMD, where a surplus of choline was postulated for the cerebellum. In patients, total N-acetyl compounds in the temporo-parietal region were related to verbal IQ and verbal short-term memory. However, choline, the putative main metabolic abnormality, was not found to be associated with cognitive deficits. Furthermore, in contrast with the cognitive performance, the metabolic brain composition did not depend significantly on whether or not gene mutations concerned the expression of the dystrophin isoform Dp140, leading to the conclusion that the effect of the missing Dp140 isoform on cognitive performance is not mediated through the observed metabolite composition, or is caused by local effects beyond the resolution accessible to MRS investigations.

Effect of Acute Psychological Stress on Prefrontal GABA Concentration Determined by Proton Magnetic Resonance Spectroscopy

Objective Impaired function of the central gamma-aminobutyric acid (GABA) system, which provides the brain’s major inhibitory pathways, is thought to play an important role in the pathophysiology of anxiety disorders. The effect of acute psychological stress on the human GABA-ergic system is still unknown, however. The purpose of this study was to determine the effect of acute stress on prefrontal GABA levels. Method A recently developed noninvasive magnetic resonance spectroscopy method was used to measure changes in the GABA concentration of the prefrontal cortex in 10 healthy human subjects during a threat-of-shock condition and during a safe condition (two sessions on different days). The main outcome measure was the mean GABA concentration within a 3×3×2-cm3 voxel selected from the medial prefrontal cortex. Results Prefrontal GABA decreased by approximately 18% in the threat-of-shock condition relative to the safe condition. This reduction was specific to GABA, since the concentrations of N-acetyl-aspartate, choline-containing compounds, and glutamate/glutamine levels obtained in the same spectra did not change significantly. Conclusions This result appeared compatible with evidence from preclinical studies in rodents, which showed rapid presynaptic down-regulation of GABA-ergic neurotransmission in response to acute psychological stress. The molecular mechanism and functional significance of this reduced inhibitory effect of acute psychological stress in relation to impaired GABA-ergic function in anxiety disorders merit further investigation.

Role of TRAIL and the pro-apoptotic Bcl-2 homolog Bim in acetaminophen-induced liver damage

Acetaminophen (N-acetyl-para-aminophenol (APAP), paracetamol) is a commonly used analgesic and antipyretic agent. Although considered safe at therapeutic doses, accidental or intentional overdose causes acute liver failure characterized by centrilobular hepatic necrosis with high morbidity and mortality. Although many molecular aspects of APAP-induced cell death have been described, no conclusive mechanism has been proposed. We recently identified TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) and c-Jun kinase (JNK)-dependent activation of the pro-apoptotic Bcl-2 homolog Bim as an important apoptosis amplification pathway in hepatocytes. In this study, we, thus, investigated the role of TRAIL, c-JNK and Bim in APAP-induced liver damage. Our results demonstrate that TRAIL strongly synergizes with APAP in inducing cell death in hepatocyte-like cells lines and primary hepatocyte. Furthermore, we found that APAP strongly induces the expression of Bim in a c-JNK-dependent manner. Consequently, TRAIL- or Bim-deficient mice were substantially protected from APAP-induced liver damage. This study identifies the TRAIL-JNK-Bim axis as a novel target in the treatment of APAP-induced liver damage and substantiates its general role in hepatocyte death.

Skeletal muscle (1) H MRSI before and after prolonged exercise. II. visibility of free carnitine

Carnitine (Car) buffers excess acetyl-CoA through the formation of acetylCar (AcCar). AcCar's acetyl group (AG-AcCar) gives rise to a peak at 2.13 ppm in ¹H MR spectra of skeletal muscle, whereas the trimethylammonium (TMA) groups of both, AcCar and Car, are thought to contribute to the TMA peak at 3.23 ppm. Surprisingly, in previous studies both resonances, AG-AcCar and TMA, increased after exercise. The aim of this study was to assess if the exercise-related TMA increase correlated with AcCar production. Magnetic resonance spectroscopic imaging (pulse repetition time/echo time = 1200/35 ms) was performed before and after prolonged exercise in the lower leg and thigh of eight runners and eight cyclists, respectively. TMA and AG-AcCar increased after exercise (P < 0.001). TMA's increase correlated with the AG-AcCar increase (R² = 0.73, P < 0.001, lower leg; R² = 0.28, P < 0.001, thigh). The correlation of ΔTMA with ΔAG-AcCar suggests that the TMA increase is due to AcCar formation. As total Car (Car + AcCar) remains unchanged with exercise, these findings suggest that the contribution of free Car to the TMA peak is limited and, therefore, is partly invisible in muscle ¹H MR spectra. This indicates that the biochemically relevant cytosolic content of free Car is considerably lower than the overall concentration determined by radioisotopic assays, a potentially important result with respect to regulation of substrate oxidation.

Plasma leptin and mRNA expression of lipogenesis and lipolysis-related factors in bovine adipose tissue around parturition

The objective was to study changes in plasma leptin concentration parallel to changes in the gene expression of lipogenic- and lipolytic-related genes in adipose tissue of dairy cows around parturition. Subcutaneous fat biopsies were taken from 27 dairy cows in week 8 antepartum (a.p.), on day 1 postpartum (p.p.) and in week 5 p.p. Blood samples were assayed for concentrations of leptin and non-esterified fatty acids (NEFA). Subcutaneous adipose tissue was analysed for mRNA abundance by real-time qRT-PCR encoding for leptin, adiponectin receptor 1 (AdipoR1), adiponectin receptor 2 (AdipoR2), hormones-sensitive lipase (HSL), perilipin (PLIN), lipoprotein lipase (LPL), acyl-CoA synthase long-chain family member 1 (ACSL1), acetyl-CoA carboxylase (ACC), fatty acid synthase (FASN) and glycerol-3-phosphate dehydrogenase 2 (GPD2). Body weight and body condition score of the cows were lower after parturition than before parturition. The calculated energy balance was negative in week 1 and 5 p.p., with higher negative energy balance in week 1 p.p. compared with that in week 5 p.p. On day 1 p.p., highest concentrations of NEFA (353.3 mumol/l) were detected compared with the other biopsy time-points (210.6 and 107.7 mumol/l, in week 8 a.p., and week 5 p.p. respectively). Reduced plasma concentrations of leptin during p.p. when compared with a.p. would favour increasing metabolic efficiency and energy conservation for mammary function and reconstitution of body reserves. Lower mRNA abundance of ACC and FASN expression on day 1 p.p. compared with other biopsy time-points suggests an attenuation of fatty acid synthesis in subcutaneous adipose tissue shortly after parturition. Gene expression of AdipoR1, AdipoR2, HSL, PLIN, LPL, ACSL1 and GPD2 was unchanged over time.

Staphylococcus rostri sp. nov., a haemolytic bacterium isolated from the noses of healthy pigs

Twenty coagulase-negative Staphylococcus strains displaying alpha-haemolysis (delta-haemolysin) on sheep-blood agar were isolated from the noses of different pigs in Switzerland. The strains were Gram-stain-positive, non-motile cocci, catalase-positive and coagulase-negative. Sequence analysis of the 16S rRNA gene, sodA, rpoB, dnaJ and hsp60 and phylogenetic characteristics revealed that the strains showed the closest relatedness to Staphylococcus microti CCM 4903(T) and Staphylococcus muscae DSM 7068(T). The strains can be differentiated from S. microti by the absence of mannose fermentation and arginine arylamidase and from S. muscae by the absence of beta-glucuronidase activity and production of alkaline phosphatase. The chosen type strain ARI 262(T) shared 20.1 and 31.9 % DNA relatedness with S. microti DSM 22147(T) and S. muscae CCM 4903(T), respectively, by DNA-DNA hybridization. iso-C(15 : 0), anteiso-C(15 : 0) and iso-C(17 : 0) were the most common fatty acids. Cell-wall structure analysis revealed the peptidoglycan type A3alpha l-Lys-Gly(2)-l-Ser-Gly (type A11.3). The presence of teichoic acid was determined by sequencing the N-acetyl-beta-d-mannosaminyltransferase gene tarA, which is involved in biosynthesis of ribitol teichoic acid. Menaquinone 7 (MK-7) was the predominant respiratory quinone. The G+C content of ARI 262(T) was 38.8 mol%. The isolated strains represent a novel species of the genus Staphylococcus, for which we propose the name Staphylococcus rostri sp. nov. The type strain is ARI 262(T) (=DSM 21968(T) =CCUG 57266(T)) and strain ARI 602 (=DSM 21969 =CCUG 57267) is a reference strain.

Intravital microscopy reveals endothelial dysfunction in resistance arterioles in Angiotensin II-induced hypertension

It is known that hypertension is associated with endothelial dysfunction and that Angiotensin II (Ang II) is a key player in the pathogenesis of hypertension. We aimed to elucidate whether endothelial dysfunction is a specific feature of Ang II-mediated hypertension or a common finding of hypertension, independently of underlying etiology. We studied endothelial-dependent vasorelaxation in precapillary resistance arterioles and in various large-caliber conductance arteries in wild-type mice with Ang II-dependent hypertension (2-kidney 1-clip (2K1C) model) or Ang II-independent (volume overload) hypertension (1-kidney 1-clip model (1K1C)). Normotensive sham mice were used as controls. Aortic mechanical properties were also evaluated. Intravital microscopy of precapillary arterioles revealed a significantly impaired endothelium-dependent vasorelaxation in 2K1C mice compared with sham mice, as quantified by the ratio of acetylcholine (ACh)-induced over S-nitroso-N-acetyl-D,L-penicillamine (SNAP)-induced vasorelaxation (2K1C: 0.49±0.12 vs. sham: 0.87±0.11, P=0.018). In contrast, the ACh/SNAP ratio in volume-overload hypertension 1K1C mice was not significantly different from sham mice, indicating no specific endothelial dysfunction (1K1C: 0.77±0.27 vs. sham: 0.87±0.11, P=0.138). Mechanical aortic wall properties and endothelium-dependent vasorelaxation, assessed ex vivo in rings of large-caliber conductance (abdominal and thoracic aorta, carotid and femoral arteries), were not different between 2K1C, 1K1C and sham mice. Endothelial dysfunction is an early feature of Ang II- but not volume-overload-mediated hypertension. This occurs exclusively at the level of precapillary arterioles and not in conduit arteries. Our findings, if confirmed in clinical studies, will provide a better understanding of the pathophysiological mechanisms of hypertension.

A field study on characteristics and diversity of gene expression in the liver of dairy cows during the transition period

Metabolic and endocrine adaptations to support milk production during the transition period vary between individual cows. This variation between cows to adapt to lactation may have a genetic basis. The present field study was carried out to determine hepatic adaptations occurring from late pregnancy through early lactation by measuring mRNA abundance of candidate genes in dairy cows on-farm. Additionally, the objective was to observe the diversity in inter-individual variation for the candidate genes that may give indications where individual adaptations at a molecular level can be found. This study was carried out on-farm including 232 dairy cows (parity >3) from 64 farms in Switzerland. Blood and liver samples were collected on d 20+/-7 before parturition, on d 24+/-2, and on d 89+/-4 after parturition. Blood plasma was assayed for concentrations of glucose, nonesterified fatty acids, beta-hydroxybutyrate, cholesterol, triglycerides, urea, albumin, protein, insulin, insulin-like growth factor-1, leptin, 3,5,3'-triiodothyronine, and thyroxine. Liver samples were obtained at the same time points and were measured for mRNA abundance of 26 candidate genes encoding enzymes and nuclear receptors involved in gluconeogenesis, fatty acid beta-oxidation, fatty acid and triglyceride synthesis, ketogenesis, citric acid cycle, cholesterol synthesis, and the urea cycle. The cows in the present study experienced a marked metabolic load in early lactation, as presented by changes in plasma metabolites and hormones, and responded accordingly with upregulation and downregulation of almost all candidate genes involved in metabolic processes in the liver. The observed inter-individual variation for the candidate genes, which was highest for acetyl-CoA-carboxylase and glycerol-3-phosphate dehydrogenase 2, should be further investigated to unravel the regulation at molecular level for optimal adaptive performance in dairy cows.

Age-modulated association between prefrontal NAA and the BDNF gene

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) has been implicated in the pathophysiology of psychiatric and neurological disorders and in the mechanisms of antidepressant pharmacotherapy. Psychiatric and neurological conditions have also been associated with reduced brain levels of N-acetyl-aspartate (NAA), which has been used as a putative marker of neural integrity. However, few studies have explored the relationship between BDNF polymorphisms and NAA levels directly. Here, we present data from a single-voxel proton magnetic resonance spectroscopy study of 64 individuals and explore the relationship between BDNF polymorphisms and prefrontal NAA level. Our results indicate an association between a single nucleotide polymorphism (SNP) within BDNF, known as rs1519480, and reduced NAA level (p = 0.023). NAA levels were further predicted by age and Asian ancestry. There was a significant rs1519480 × age interaction on NAA level (p = 0.031). Specifically, the effect of rs1519480 on NAA level became significant at age ⩾34.17 yr. NAA level decreased with advancing age for genotype TT (p = 0.001) but not for genotype CT (p = 0.82) or CC (p = 0.34). Additional in silico analysis of 142 post-mortem brain samples revealed an association between the same SNP and reduced BDNF mRNA expression in the prefrontal cortex. The rs1519480 SNP influences BDNF mRNA expression and has an impact on prefrontal NAA level over time. This genetic mechanism may contribute to inter-individual variation in cognitive performance seen during normal ageing, as well as contributing to the risk for developing psychiatric and neurological conditions.

Xanthohumol ameliorates atherosclerotic plaque formation, hypercholesterolemia, and hepatic steatosis in ApoE-deficient mice

SCOPE: Xanthohumol (XN), a prenylated antioxidative and anti-inflammatory chalcone from hops, exhibits positive effects on lipid and glucose metabolism. Based on its favorable biological properties, we investigated whether XN attenuates atherosclerosis in western-type diet-fed apolipoprotein-E-deficient (ApoE(-/-) ) mice. METHODS AND RESULTS: XN supplementation markedly reduced plasma cholesterol concentrations, decreased atherosclerotic lesion area, and attenuated plasma concentrations of the proinflammatory cytokine monocyte chemoattractant protein 1. Decreased hepatic triglyceride and cholesterol content, activation of AMP-activated protein kinase, phosphorylation and inactivation of acetyl-CoA carboxylase, and reduced expression levels of mature sterol regulatory element-binding protein (SREBP)-2 and SREBP-1c mRNA indicate reduced lipogenesis in the liver of XN-fed ApoE(-/-) mice. Concomitant induction of hepatic mRNA expression of carnitine palmitoyltransferase-1a in ApoE(-/-) mice-administered XN suggests increased fatty acid beta-oxidation. Fecal cholesterol concentrations were also markedly increased in XN-fed ApoE(-/-) mice compared with mice fed western-type diet alone. CONCLUSION: The atheroprotective effects of XN might be attributed to combined beneficial effects on plasma cholesterol and monocyte chemoattractant protein 1 concentrations and hepatic lipid metabolism via activation of AMP-activated protein kinase.