Interactions of chlorine with tropical aquatic fulvic acids and formation of intermediates observed by fluorescence spectroscopy

The interactions of tropical aquatic fulvic acids (AFA) with chlorine and formation of trihalomethanes were characterized by fluorescence spectroscopy. The aquatic humic substances (AHS) were isolated from a dark-brown stream (located in a environmental protection area near Cubatão city in São Paulo State, Brazil) by means of the collector XAD 8 according the procedure recommended by the International Humic Substances Society. The photoluminescence measurements were made by using a Perkin Elmer spectrometer; AHS, aquatic humic acids (AHA) and AFA samples were assayed. The interactions of AFA and chlorine were characterized by using different reaction times (1, 24, 48, 72 and 168 h) and chlorine concentrations (2.5, 5.0, 10.0 and 20.0 mg L-1). The relative fluorescence intensity for AFA was significantly decreased with the increasing of chlorine concentration and reaction time. The reduction of fluorescence intensity in the region of longer wavelength was interpreted as an indicative of interaction between condensed aromatic groups of AFA and chlorine.

Fluorescence spectroscopy for tongue carcinoma detection: Study in an animal model

Fluorescence diagnosis of malignant lesions has been showed as an attractive optical technique due especially to its real-time response and a more objective and quantitative evaluation. Even though the oral cavity allows a direct examination many lesions are diagnosed when it is already in advanced stage, compromising the patient prognosis. In this study, the fluorescence spectroscopy was used to the detection of chemically induced carcinoma at the lateral border of the tongue in a hamster model. Two excitations wavelengths in visible region were applied: 442 and 532 nm. All the spectra results were analyzed comparing with the histopathological diagnosis. The better results were achieved with the 442 nm laser excitation. The spectra from carcinoma showed new emission bands and these were used to determined different ratios for a quantitative analysis. Using the 625-645 nm fluorescence range under 442 nm excitation (A3 coefficient) the percentage of false negative was of 9.1%, however the false positive percentage was of 18.5%. The 532 nm excitation provided a better normal tissue detection compared to 442 nm excitation. The ideal clinical condition is probably the use of multiple wavelengths excitation for a broader tissue fluorescence investigation.

Interaction of a synthetic antimicrobial peptide with model membrane by fluorescence spectroscopy

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Pharmacokinetics of Photogem Using Fluorescence Spectroscopy in Dimethylhydrazine-Induced Murine Colorectal Carcinoma

This study aimed to investigate the pharmacokinetics of a hematoporphyrin derivative in colonic tumors induced by dimethylhydrazine and adjacent normal colon in Wistar rats using an in vivo fluorescence spectroscopy technique. In conventional clinical application of photodynamic therapy, the interval between photosensitizer (PS) administration and lesion illumination is often standardized without taking into account variations due to the type or localization of the tumor and intrinsic differences in the microcirculation and vascular permeability of each target organ. The analysis of the fluorescence spectra was based on the intensity of porphyrin emission band centered at around 620nm in normal colon and colon tumors. The photosensitizer fluorescence intensity rapidly grew for carcinoma and normal colon, reaching the maximum values 1 and 3 hours after PS injection, respectively. Data presented here allow us to verify that the best compromise between selectivity and drug concentration for colon carcinoma in rats took place in the interval between 1 to 4 h after PS injection.

Fluorescence spectroscopy as a tool to detect and evaluate glucocorticoid-induced skin atrophy

Topical glucocorticoid (GC) therapy has been successfully used in the treatment of several common cutaneous diseases in clinical practice for a long time, and skin atrophy is one of the most typical cutaneous side effects of this therapy. The aim of this study was to evaluate the potential of noninvasive fluorescence spectroscopy (FS) technique in the detection and classification of GC-induced skin atrophy. A total of 20 male Wistar rats were used in the experimental protocol under controlled environmental conditions and with free access to food. One group received topical application of clobetasol propionate 0.05% for 14 days to induce cutaneous atrophy (atrophic group) and the other (control) group received only vehicle application following the same protocol and schedule. Histological analyses and FS measurements with laser excitation at both 532 nm and 408 nm were obtained on days 1 and 15. The FS results were classified as "normal" or "atrophic" according by histological analysis. Fluorescence spectra obtained with excitation at 408 nm allowed a clear distinction between the control and atrophic groups, and were more informative than the those obtained at 532 nm. Our results reveal that, if correctly applied, FS allows noninvasive evaluation of corticosteroid-induced skin atrophy, and thus represents an important step towards better monitoring of undesirable side effects of cutaneous therapy.

DNA-Doppelstrangbrüche als zentrales Ereignis alkylierungsinduzierter Zytotoxizität

DNA-Doppelstrangbrüche als zentrales Ereignis alkylierungsinduzierter Zytotoxizität Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Entstehung von DNA-Doppelstrangbrüchen durch gentoxische Agenzien sowie den zytotoxischen Auswirkungen, die DNA-Doppelstrangbrüche für die Säuger-Zelle haben. Im ersten Teil der Arbeit wurden die molekularen Mechanismen untersucht, die am O6-Methylguanin (O6-MeG)-DNA-Schaden, hervorgerufen durch alkylierende Agenzien, ablaufen. Dabei konnte gezeigt werden, das O6-Methylguanin DNA-Methyltransferase (MGMT) O6-MeG/C und O6-MeG/T in vitro mit gleicher Effizienz repariert und daß die Reparatur von O6-MeG nach dem ersten Zellzyklus protektive Auswirkung auf das zelluläre Überleben hat. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit stand die Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen durch gentoxische Agenzien in Mausfibroblasten und CHO-Zellen im Mittelpunkt. Mit Hilfe der Einzelzellgelelektrophorese (SCGE, Comet Assay) wurde gezeigt, daß alkylierende Substanzen und die durch Elektroporation in Zellen hineingebrachten Restriktionsenzyme PvuII und EcoRI DNA-Doppelstrangbrüche zu induzieren vermögen. Die Induktion und Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen nach Elektroporation von PvuII war vom p53-Status der Zellen abhängig, da p53-defiziente Zellen im Gegensatz zu p53-profizienten Zellen höhere DNA-Doppelstrangbruchraten über einen längeren Zeitraum aufwiesen. Im dritten Teil wurden die physiologischen Auswirkungen einer Behandlung von Zellen mit Induktoren von DNA-Doppelstrangbrüchen untersucht. Es wurde gezeigt, daß Alkylanzien in Abhängigkeit vom Vorhandensein von MGMT Apoptose induzieren. Mit PvuII elektroporierte p53-knockout Mausfibroblasten zeigten infolgedessen und im Gegensatz zu p53-wildtyp Zellen hohe Apoptoseraten. Die Induktion der Apoptose nach Behandlung mit PvuII wie auch nach g-Bestrahlung ging einher mit einem Abfall der Proteinmenge des antiapoptotischen Bcl-2. Zusammengenommen weisen die Versuchsergebnisse dieser Arbeit darauf hin, daß nach Behandlung von Zellen mit O6-MeG-generierenden Agenzien wie auch nach g-Bestrahlung DNA-Doppelstrangbrüche das ultimative Signal darstellen können.

Endogene DNA-Schädigung als Ursache genetischer Instabilität

Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt Untersuchungen über die zellulären Mechanismen, die zur Bildung dieser DNA-Schäden führen, sowie über die biologischen Auswirkungen dieser Schäden. Die Untersuchungen zu Uracil in der DNA wurden in ung-knockout-MEFs und Mäusen durchgeführt, die es erlauben, die Konsequenzen eines Ausfalls der wichtigsten Reparaturglykosylase für Uracil zu beleuchten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation von Uracil in den ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zum Wildtyp. In frisch isolierten Leber- und Milzzellen der Mäuse konnte dieser genotypspezifische Unterschied, wenn auch weniger ausgeprägt, ebenso beobachtet werden, nicht jedoch in reifen Spermien. Dieser gewebespezifische Unterschied und die quantitativ stärker ausgeprägte Akkumulation in ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zu den Mäusegeweben gab Anlass zur Vermutung, dass die Proliferation der Zellen für den Haupteintrag an Uracil in die DNA verantwortlich ist. Erstmals konnte in Versuche mit konfluenten (nicht mehr proliferierenden) ung-/--Mausfibroblasten gezeigt werden, dass nicht die spontane hydrolytische Desaminierung von Cytosin, sondern der Fehleinbau von dUMP während der DNA-Replikation die Hauptquelle für Uracil in der DNA von Säugerzellen darstellt. Da der Uracilmetabolismus ein wichtiges Target in der Chemotherapie ist, lag es nahe, das zur Verfügung stehende ung-knockout-Modell der MEFs zur Untersuchung mit Fluorpyrimidinen, die als Zytostatika verwendet werden, einzusetzen. Da bisher die Ursachen der beobachteten Apoptose der Tumorzellen und aller anderen metabolisch hochaktiven Zellen eines behandelten Organismus noch nicht vollständig verstanden ist, wurden diese Zellen mit verschiedenen Fluorpyrimidinen behandelt, die als Thymidylatsynthasehemmer die de novo Synthese von Thymidin unterbinden. Es konnte gezeigt werden, dass ung-/- Mausfibroblasten, im Gegensatz zu ung+/+ Mausfibroblasten, verstärkt Uracil in der DNA akkumulieren. Obwohl die ung+/+ Mausfibroblasten keine erhöhten Uracil-Spiegel in der DNA aufwiesen, zeigten sie bei Inkubation mit einem der beiden Thymidylatsynthasehemmern, 5-Fluoruracil (5-FU), die gleiche Sensitivität in einem nachfolgenden Proliferationsversuch wie die ung-/- Mausfibroblasten. Dies lässt darauf schließen, dass weder Reparatur noch Einbau von Uracil in die DNA für die beobachtete Toxizität dieser Zytostatika notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung des DNA-schädigenden Potenzials endogener ROS, die aus dem Fremdstoffmetabolismus stammen. Dazu wurden V79-Zellen verwendet, die mit dem humanen Enzym Cytochrom 2E1 (CYP2E1) transfiziert wurden (V79 CYP2E1) sowie Zellen, die ebenfalls durch Transfektion das humane Enzym Cytochromreduktase (auch Oxidoreduktase genannt) überexprimieren (V79 hOR). Beide Enzyme sind zusammen an der Hydroxylierung von Fremdstoffen beteiligt, bei der die Reduktion von molekularem Sauerstoff durch Übertragung von zwei Elektronen notwendig ist. Wird anstatt zweier Elektronen in Folge nur eines auf den Sauerstoff übertragen, so führt dieser von der Substratoxygenierung enkoppelte Vorgang zur Bildung von Superoxid. Daher galt es zu klären, ob das so erzeugte Superoxid und daraus gebildete ROS in der Lage sind, die DNA zu schädigen. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von CYP2E1 nicht zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden führt und die Metabolisierung von Ethanol durch dieses Enzym ebenfalls keine DNA-Modifikationen verursacht. Die Überexpression der Cytochromreduktase hingegen führte gegenüber dem Wildtyp zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer Basenmodifikationen nach Depletion von Glutathion, einem wichtigen zellulären Antioxidans. Im Mikrokerntest, der gentoxische Ereignisse wie Chromosomenbrüche in Zellen aufzeigt, zeigte sich schon ohne Glutathion-Depletion eine doppelt so hohe Mikrokernrate im Vergleich zum Wildtyp. In weiteren Versuchen wurden die V79-hOR-Zellen mit dem chinoiden Redoxcycler Durochinon inkubiert, um zu untersuchen, ob das vermutlich durch die Reduktase vermittelte Redoxcycling über Generierung von ROS in der Lage ist, einen oxidativen DNA-Schaden und Toxizität zu verursachen. Hier zeigte sich, dass die Überexpression der Reduktase Voraussetzung für Toxizität und den beobachteten DNA-Schaden ist. Die Wildtyp-Zellen zeigten weder einen DNA-Schaden noch Zytotoxizität, auch eine zusätzliche Glutathion-Depletion änderte nichts an dem Befund. Die V79-hOR-Zellen hingegen reagierten auf die Inkubation mit Durochinon mit einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Einzelstrangbrüche und oxidativen Basenmodifikationen, wobei sich der DNA-Schaden durch vorherige Glutathion-Depletion verdoppeln ließ.

Time-gated fluorescence spectroscopy improves endoscopic detection of low-grade dysplasia in ulcerative colitis

Dysplasia in ulcerative colitis is frequently missed with 4-quadrant biopsies. An experimental setup recording delayed fluorescence spectra simultaneously with white light endoscopy was recently developed.

Mapping the interface between calmodulin and MARCKS-related protein by fluorescence spectroscopy

MARCKS-related protein (MRP) is a myristoylated protein kinase C substrate that binds calmodulin (CaM) with nanomolar affinity. To obtain structural information on this protein, we have engineered 10 tryptophan residues between positions 89 and 104 in the effector domain, a 24-residue-long amphipathic segment that mediates binding of MRP to CaM. We show that the effector domain is in a polar environment in free MRP, suggesting exposure to water, in agreement with a rod-shaped structure of the protein. The effector domain participates in the binding of MRP to CaM, as judged by the dramatic changes observed in the fluorescent properties of the mutants on complex formation. Intermolecular quenching of the fluorescence emission of the tryptophan residues in MRP by selenomethionine residues engineered in CaM reveals that the N-terminal side of the effector domain contacts the C-terminal domain of CaM, whereas the C-terminal side of the effector domain contacts the N-terminal domain of CaM. Finally, a comparison of the fluorescent properties of the myristoylated and unmyristoylated forms of a construct in which a tryptophan residue was introduced at position 4 close to the myristoylated N terminus of MRP suggests that the lipid moiety is also involved in the interaction of MRP with CaM.

The nature of the excited state of the reaction center of photosystem II of green plants: A high-resolution fluorescence spectroscopy study

We studied the electronically excited state of the isolated reaction center of photosystem II with high-resolution fluorescence spectroscopy at 5 K and compared the obtained spectral features with those obtained earlier for the primary electron donor. The results show that there is a striking resemblance between the emitting and charge-separating states in the photosystem II reaction center, such as a very similar shape of the phonon wing with characteristic features at 19 and 80 cm−1, almost identical frequencies of a number of vibrational modes, a very similar double-Gaussian shape of the inhomogeneous distribution function, and relatively strong electron-phonon coupling for both states. We suggest that the emission at 5 K originates either from an exciton state delocalized over the inactive branch of the photosystem or from a fraction of the primary electron donor that is long-lived at 5 K. The latter possibility can be explained by a distribution of the free energy difference of the primary charge separation reaction around zero. Both possibilities are in line with the idea that the state that drives primary charge separation in the reaction center of photosystem II is a collective state, with contributions from all chlorophyll molecules in the central part of the complex.

Absorption and fluorescence spectroscopy of rhodamine 6G in titanium dioxide nanocomposites

A comparison has been made between the spectroscopic properties of the laser dye rhodamine 6G (R6G) in mesostructured titanium dioxide (TiO2) and in ethanol. Steady-state excitation and emission techniques have been used to probe the dye-matrix interactions. We show that the TiO2-nanocomposite studied is a good host for R6G, as it allows high dye concentrations, while keeping dye molecules isolated, and preventing aggregation. Our findings have important implications in the context of solid state dye-lasers and microphotonic device applications. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.