A quantitative view of the transcriptome of Schistosoma mansoni adult-worms using SAGE

Abstract Background Five species of the genus Schistosoma, a parasitic trematode flatworm, are causative agents of Schistosomiasis, a disease that is endemic in a large number of developing countries, affecting millions of patients around the world. By using SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) we describe here the first large-scale quantitative analysis of the Schistosoma mansoni transcriptome, one of the most epidemiologically relevant species of this genus. Results After extracting mRNA from pooled male and female adult-worms, a SAGE library was constructed and sequenced, generating 68,238 tags that covered more than 6,000 genes expressed in this developmental stage. An analysis of the ordered tag-list shows the genes of F10 eggshell protein, pol-polyprotein, HSP86, 14-3-3 and a transcript yet to be identified to be the five top most abundant genes in pooled adult worms. Whereas only 8% of the 100 most abundant tags found in adult worms of S. mansoni could not be assigned to transcripts of this parasite, 46.9% of the total ditags could not be mapped, demonstrating that the 3 sequence of most of the rarest transcripts are still to be identified. Mapping of our SAGE tags to S. mansoni genes suggested the occurrence of alternative-polyadenylation in at least 13 gene transcripts. Most of these events seem to shorten the 3 UTR of the mRNAs, which may have consequences over their stability and regulation. Conclusion SAGE revealed the frequency of expression of the majority of the S. mansoni genes. Transcriptome data suggests that alternative polyadenylation is likely to be used in the control of mRNA stability in this organism. When transcriptome was compared with the proteomic data available, we observed a correlation of about 50%, suggesting that both transcriptional and post-transcriptional regulation are important for determining protein abundance in S. mansoni. The generation of SAGE tags from other life-cycle stages should contribute to reveal the dynamics of gene expression in this important parasite.

Estradiol induces transcriptional and posttranscriptional modifications in versican expression in the mouse uterus

We have previously shown the differential expression of versican in the mouse uterus under ovarian hormone influence. We also demonstrated there is not a direct correlation between mRNA levels and protein expression, suggesting posttranscriptional events, such as alteration in mRNA stability. This posttranscriptional effect may result in the elongation and stabilization of transcripts poly(A) tail. Thus, the aim of this study was to analyze whether estradiol (E2) regulates versican mRNA stability and expression in a dose-related and time-dependent manner. For this purpose female mice were ovariectomized and treated with a single injection of 0.1 or 10 μg E2. To block transcription a group of females received a single injection of alpha-amanitin before hormone administration. Uterine tissues were collected 30 min, 1, 3, 6, 12 and 24 h after treatments and processed for quantitative real time PCR (qPCR), RACE-PAT Assay and immunohistochemistry. qPCR showed that versican mRNA levels are higher than control from 3 to 24 h after E2 administration, whereas after transcription inhibition versican mRNA unexpectedly increases within 3 h, which can be explained when transcriptional blockers alter the degradation rate of the transcript, resulting in the superinduction of this mRNA. Accordingly, analysis of versican transcript poly(A) tail evidenced a longer product 3 h after treatment, but not after 12 h. Versican immunoreaction becomes conspicuous in the superficial stroma only 3 h after E2 injection, whereas the whole stroma is immunoreactive from 6 h onward. These results demonstrate that E2 modulates versican at the transcriptional and posttranscriptional levels in a time-dependent manner.

Genomic and non genomic effects of elevated concentration of anabolic steroids in human neuronal cells

Nandrolone and other anabolic androgenic steroids (AAS) at elevated concentration can alter the expression and function of neurotransmitter systems and contribute to neuronal cell death. This effect can explain the behavioural changes, drug dependence and neuro degeneration observed in steroid abuser. Nandrolone treatment (10-8M–10-5M) caused a time- and concentration-dependent downregulation of mu opioid receptor (MOPr) transcripts in SH-SY5Y human neuroblastoma cells. This effect was prevented by the androgen receptor (AR) antagonist hydroxyflutamide. Receptor binding assays confirmed a decrease in MOPr of approximately 40% in nandrolonetreated cells. Treatment with actinomycin D (10-5M), a transcription inhibitor, revealed that nandrolone may regulate MOPr mRNA stability. In SH-SY5Y cells transfected with a human MOPr luciferase promoter/reporter construct, nandrolone did not alter the rate of gene transcription. These results suggest that nandrolone may regulate MOPr expression through post-transcriptional mechanisms requiring the AR. Cito-toxicity assays demonstrated a time- and concentration dependent decrease of cells viability in SH-SY5Y cells exposed to steroids (10-6M–10-4M). This toxic effects is independent of activation of AR and sigma-2 receptor. An increased of caspase-3 activity was observed in cells treated with Nandrolone 10-6M for 48h. Collectively, these data support the existence of two cellular mechanisms that might explain the neurological syndromes observed in steroids abuser.

Evaluation of a viral vector system, based on a defective interfering RNA of tomato bushy stunt virus, for protein expression and the induction of gene silencing

A viral vector system was developed based on a DI-RNA, a sub-viral particle derived from TBSV-BS3-statice. This newly designed vector system was tested for its applicability in protein expression and induction of gene silencing. Two strategies were pursued. The first strategy was replication of the DI-RNA by a transgenically expressed TBSV replicase and the second was the replication by a so called helper virus. It could be demonstrated by northern blot analysis that the replicase, expressed by the transgenic N. benthamiana plant line TR4 or supplied by the helper virus, is able to replicate DI-RNA introduced into the plant cells. Various genes were inserted into different DI constructs in order to study the vector system with regard to protein expression. However, independent of how the replicase was provided no detectable amounts of protein were produced in the plants. Possible reasons for this failure are identified: the lack of systemic movement of the DI-RNA in the transgenic TR4 plants and the occurrence of deletions in the inserted genes in both systems. As a consequence the two strategies were considered unsuitable for protein expression. The DI-RNA vector system was able to induce silencing of transgenes as well as endogenous genes. Several different p19 deficient helper virus constructs were made to evaluate their silencing efficiency in combination with our DI-RNA constructs. However, it was found that our vector system can not compete with other existing VIGS (virus induced gene silencing) systems in this field. Finally, the influence of DI sequences on mRNA stability on transient GUS expression experiments in GUS silenced plants was evaluated. The GUS reporter gene system was found to be unsuitable for distinguishing between expression levels of wild type plants and GUS silenced transgenic plants. The results indicate a positive effect of the DI sequences on the level of protein expression and therefore further research into this area is recommended.

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

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

Regulation der Phorbolester-induzierten Matrix-Metalloproteinase-9-Expression in humanen Brustkrebszelllinien durch Stickstoffmonoxid

Das Hauptziel dieser Arbeit war die Identifizierung der Regulationsebenen auf denen die TPA-induzierte Matrix-Metalloproteinase-9 (MMP-9) durch das nitrose Gas Stickstoffmonoxid (NO) in MCF-7-Zellen verändert wird. Dabei konnte sowohl mit Hilfe der Zymographie als auch mit einem MMP-9-Aktivitäts-ELISA gezeigt werden, dass die extrazellulären MMP-9-Spiegel durch die Behandlung der Zellen mit NO reduziert werden. Gleichzeitig zeigte sich auch eine durch NO bedingte Abnahme der intrazellulären MMP-9-Spiegel, wie mit Hilfe von Western-Blot-Analyse nachgewiesen werden konnte. Experimente mit dem Proteasominhibitor Lactacystin und dem Proteinsynthesehemmstoff Cycloheximid ließen darüber hinaus eine NO-bedingte Veränderung der MMP-9-Proteinstabilität ausschließen. Im Gegensatz dazu konnte mittels der metabolischen Markierung mit radioaktiv markiertem Methionin und Cystein gezeigt werden, dass die Proteinneusynthese der MMP-9 durch eine Behandlung der Zellen mit NO stark beeinträchtigt wird. In Übereinstimmung mit diesen Daten finden sich reduzierte MMP-9-mRNA-Spiegel auch in der polysomalen Zellfraktion von MCF-7-Zellen. Wie mit Hilfe des Transkriptionshemmstoffes Actinomycin D und durch Reportergenstudien mit hybriden MMP-9-Promotorkonstrukten gezeigt werden konnte, ist die NO-induzierte Reduktion der MMP-9-mRNA-Spiegel nicht auf eine Verringerung der MMP-9-mRNA-Stabilität zurückzuführen. Reportergenstudien mit einem 670bp langen Promotorfragment des 5’flankierenden Bereichs des humanen MMP-9-Gens zeigten jedoch auf, dass der hemmende Effekt des NOs zum Teil auf eine NO-vermittelte Abnahme der TPA-induzierten MMP-9-Promotoraktivität zurückgeführt werden kann. Demzufolge wurde in den nachfolgenden Experimenten nach den für die MMP-9-Expression notwendigen und von NO modulierten Transkriptionsfaktoren in MCF-7-Zellen gesucht. Anhand von Western-Blot-Analysen und Gelshiftanalysen konnte gezeigt werden, dass die Aktivität des Transkriptionsfaktors AP-1 in MCF-7-Zellen durch NO gehemmt wird, während weder die Expressionspiegel noch die Bindungsaffinität der Transkriptionsfaktoren NFκB und Sp1 durch die NO-Behandlung verändert sind. Weiterhin konnte unter Verwendung von pharmakologischen Inhibitoren der MAPK-Signalwege mit Hilfe der Western-Blot-Analyse nachgewiesen werden, dass MAPK-vermittelte Signalwege zwar für die Induktion der MMP-9-Expression essenziell sind, diese jedoch nicht von NO beeinflusst sind. Im Unterschied hierzu konnte mit Hilfe eines PKC-Aktivitätsassays gezeigt werden, dass die Gesamtaktivität von PKCs nach Behandlung von MCF-7-Zellen mit NO signifikant gehemmt ist. Zusammenfassend zeigen diese Untersuchungen, dass die NO-vermittelte Hemmung der TPA-induzierten MMP-9-Expression in MCF-7-Zellen im Wesentlichen auf eine NO-abhängige Reduktion der Protein-Kinase-C-Aktivität und einer daraus resultierenden Aktivitätshemmung des Transkriptionsfaktors AP-1 zurückgeführt werden kann.

Die Bedeutung von KSRP für die pro-inflammatorische Genexpression in Autoimmunerkrankungen - Einfluss des Naturstoffes Resveratrol auf KSRP-vermittelte Regulationsmechanismen

Die Pathogenese chronisch inflammatorischer Erkrankungen ist von einer Dysregulation der pro-inflammatorischen Genexpression geprägt. Dieser liegen wahrscheinlich pathologische Veränderungen der Aktivität von verschiedenen Transkriptionsfaktoren und RNA-bindenden Proteinen zugrunde. In dieser Arbeit konnte die Regulation der KSRP-Expression in einem murinen Modell der rheumatoiden Arthritis (RA) nachgewiesen werden. In humanen Chondrozyten führte eine erhöhte KSRP-Expression zu einer Reduktion der Expression von bekannten KSRP-Zielgenen. Der Vergleich von verschiedenden Microarray-Analysen aus den verwendeten humanen und murinen Modellen der RA führte zur Identifikation von pro-inflammatorischen und pro-angiogenetischen Faktoren (SPARC, MMP2, MMP3, PLA2G2D, GZMA, HPSE, TNMD und IL-18-R), die in der RA eine Rolle spielen und höchstwahrscheinlich durch eine erhöhte KSRP-Expression reguliert werden. Daher könnte eine Modulation der KSRP-Expression bei der Therapie von Autoimmunerkrankungen von Bedeutung sein. In diesem Zusammenhang ist die Detektion der Bindung des cardioprotektiven und anti-inflammatorisch wirkenden Naturstoffs Resveratrol an KSRP zu nennen. Diese spezifische Interaktion führte zu einer Reduktion der p38-MAPK-vermittelten Thr-Phosphorylierung des KSRP-Proteins (in situ und in vivo), was eine Aktivierung der KSRP-vermittelten Mechanismen zur Folge hatte. Somit konnte in situ die mRNA-Stabilität der iNOS reduziert und die miR-155-Expression erhöht werden. Im murinen Atherosklerosemodell führte die Behandlung mit Resveratrol zu einer verringerten Expression bekannter KSRP-Ziel-mRNAs. rnNeben diesem post-translationalen Regulationsmechanismus von KSRP durch Resveratrol konnte die Modulation der KSRP-Expression auf transkriptioneller Ebene durch KSRP selbst gezeigt werden. Dies geschieht möglicherweise über die Bindung von KSRP an das FUSE-analoge Element innerhalb des KSRP-Promotors, welches eine positive Autoregulation der KSRP-Expression bewirkt. Bei der Analyse der post-transkriptionellen Regulation der KSRP-Expression interagierten die mRNA-bindenden Proteine HuR, PABP und die AUF-1-Isoformen p40, p42 und p45 in vitro mit der KSRP-3’UTR. Dabei konnte in Expressionsanalysen nachgewiesen werden, dass die KSRP-mRNA durch PABP positiv und durch p42 negativ reguliert wird.rnZusammenfassend ist zu sagen, dass die KSRP-Expression neben post-translationalen Mechanismen auch auf transkriptioneller und post-transkriptioneller Ebene moduliert wird. Zusätzlich wurde eine Regulation der KSRP-Expression innerhalb entzündlicher Erkrankungen nachgewiesen, die Bedeutung dieser Modulation für die pro-inflammatorischen Genexpression diskutiert und ein möglicher therapeutischer Angriffspunkt durch Resveratrol identifiziert.

Analysen zur Expression proinflammatorischer Mediatoren in humanen Zellkulturmodellen und murinen Tiermodellen chronisch-inflammatorischer Erkrankungen

Die humane induzierbare NO-Synthase (iNOS) spielt bei zahlreichen Erkrankungen wie Asthma, Krebs und der rheumatoiden Arthritis eine entscheidende Rolle. Durch Fehlregulation der iNOS-Expression kommt es häufig zu massiven Gewebeschädigungen. Aus diesem Grund ist es wichtig die Mechanismen der Genregulation der iNOS-Expression zu verstehen. Bei Affinitätschromatographie-Analysen wurde das zytosolische PolyA-bindende Protein (PABP) als direkter Interaktionspartner der 3´UTR der humanen iNOS identifiziert. Weitere Bindungsanalysen konnten eine spezifische Bindestelle für PABP in der 5´UTR und zwei Bindestellen im AU-reichen Bereich der 3´UTR der humanen iNOS nachweisen. Eine siRNA-mediierte Herabregulation von PABP mit Hilfe der stabilen Expression spezifischer siRNAs in DLD-1 Zellen (siPABP Zellen) zeigte eine signifikant verringerte Expression der humanen iNOS und damit einhergehend eine verringerte NO-Produktion nach Zytokinstimulation. Promotoranalysen zeigten keine Veränderung der Induzierbarkeit des humanen 16 kb iNOS-Promotors in siPABP Zellen. RNA-Stabilitätsanalysen zeigten einen verstärkten Abbau der iNOS-mRNA in diesen Zellen, so dass davon auszugehen ist, dass die Regulation der humanen iNOS über die mRNA-Stabilität erfolgt. Reportergen-Analysen mit Plasmiden, welche die 5’ und/oder 3’UTR Sequenzen der humanen iNOS mit den identifizierten PABP-Bindestellen oder Mutationen in diesen Bindestellen enthielten, zeigten, dass PABP die iNOS-mRNA über die 5´UTR stabilisiert und anscheinend über die 3´UTR einen destabilisierenden Effekt auf die mRNA ausübt. Ebenfalls scheint PABP über die 3’UTR dieTranslation der iNOS mRNA zu hemmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass PABP, über seine allgemeinen Funktionen hinaus, eine spezifische Rolle in der Regulation der Expression der humanen iNOS einnimmt.rnDie rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronisch entzündliche Autoimmunerkrankung, welche überwiegend die peripheren Gelenke der Hände und Füße betrifft. Die aktuellen Therapiemöglichkeiten sind immer noch mit einer Vielzahl von Nebenwirkungen behaftet und führen nicht zur vollständigen Remission der Erkrankung, so dass die Entwicklung neuer Medikamente unerlässlich ist. In dieser Arbeit wurden die antiinflammatorischen Substanzen Gallielalacton (Gal) und Oxacyclododecindion (Oxa) im Mausmodell der kollagen-induzierten Arthritis (CIA) getestet. Leider waren beide Substanzen nicht in der Lage die Symptome der CIA zu vermindern, obwohl beide im Modell der LPS-induzierten akuten Entzündung die Expression proinflammatorischer Mediatoren senken konnten. Die Substanz S-Curvularin (SC) hat sich im CIA-Modell bereits bewährt und wurde in dieser Arbeit weiter untersucht. SC war in der Lage die Expression knorpel- und knochendestruktiver Markergene signifikant zu verrindern. rnIn der vorliegenden Arbeit wurden neue microRNAs identifiziert, die in der Pathogenese der CIA eine Dysregulation zeigen. Die Expression dieser microRNAs wurde von SC wieder auf das Normalniveau gebracht, so dass SC eine vielversprechende Substanz in der Therapie chronisch inflammatorische Erkrangungen sein könnte. Die neu identifizierten CIA-relevanten microRNAs könnten als neueRA-Marker oder als Zielstrukturen für neue Medikamente dienen.rn

Analyse der Wirkung des Naturstoffes Oxacyclododecindion in einem chronisch-inflammatorischen Krankheitsmodell

Die medikamentöse Standardtherapie entzündlich-rheumatischer Erkrankungen wie der rheumatoider Arthritis (RA) und des systemischen Lupus erythematodes (SLE) sind oft unzureichend und erlauben keine nebenwirkungsarme beziehungsweise -freie Behandlung. Daher ist es von großem Interesse für diese Indikationsgebiete, wirkungsvolle Substanzen zu entwickeln, die für eine Langzeittherapie geeignet sind. Naturstoffe wie Oxacyclododecindion (Oxa) können dabei als mögliche Leitstruktur dienen. Oxa wurde bereits in in-vitro Untersuchungen als ein potenter Inhibitor der Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen identifiziert. rnZiel dieser Arbeit war es in in-vivo Modellen der RA und des SLEs das therapeutische Potential des Naturstoffes Oxa aufzuklären. Da eine Etablierung der Kollagen-induzierten Arthritis im untersuchten murinen RA-Modell, dem HLA-DR4.AE° Stamm, nicht möglich war, wurden die Untersuchungen ausschließlich im MRL Faslpr Mausstamm, einem anerkannten SLE-Modell durchgeführt. MRL Faslpr Mäuse entwickeln wie SLE-Patienten unter anderem eine schwerwiegende Glomerulonephritis. rnIn den Nieren weiblicher MRL Faslpr Mäuse konnte die Oxa-Behandlung die Expression zahlreicher proinflammatorischer Mediatoren beeinflussen, die in Zusammenhang mit der Pathogenese des humanen SLE gebracht werden. So reduziert der Naturstoff die Expression von Zytokinen wie TNFα, IFNγ und IL6 als auch Chemokinen wie CCL2, CSF-1 und RANTES auf mRNA- und Proteinebene. Dabei war die Wirkung von Oxa in den in-vivo Analysen ähnlich gut wie die des potenten Glukokortikoids Dexamethason. Die Reduktion chemotaktischer Moleküle durch die Oxa-Behandlung führte nachweislich zu einer reduzierten Akkumulation von Immunzellen. Die anti-inflammatorischen und immunmodulatorischen Effekte von Oxa waren so ausgeprägt, dass klinisch-pathologische Marker der Glomerulonephritis, wie die Ablagerung von Immunkomplexen, die vermehrte Bildung von Kollagenfasern und die Ausscheidung von Proteinen im Urin gemildert wurden. Weiterführende Untersuchungen im SLE Modell konnten neue Zielmoleküle von Oxa identifizieren, wie KIM1 und zahlreiche SLE-assoziierte microRNAs (miR 19a, 29c und 369). Diese Befunde legen nahe, dass Oxa eine vielversprechende anti-entzündliche und -fibrotische Verbindung darstellt. rnDie Entschlüsselung des Wirkmechanismus von Oxa steht erst am Anfang. Die Analysen im Rahmen dieser Arbeit zeigten jedoch, dass Oxa einen Einfluss auf die Phosphorylierung und somit Aktivierung der p38 MAPK sowie auf die mRNA-Stabilität von proinflammatorischen Zytokinen wie TNFα zu haben scheint.rn

Rheumatoide Arthritis und Arteriosklerose : Bedeutung der zu Grunde liegenden chronisch entzündlichen Prozesse für die endotheliale Dysfunktion ; Wirkung der antiinflammatorischen Substanz Galiellalacton in murinen Arteriosklerosemodellen

Erhöhte arteriosklerotische und thrombotische Vorfälle sind ein Hauptgrund für die gesteigerten Zahlen kardiovaskulärer Todesfälle von Patienten mit chronisch entzündlichen Erkrankungen wie der rheumatoiden Arthritis (RA). Diese erhöhte Mortalität ist nicht auf die traditionellen Risikofaktoren, wie Alter, Geschlecht, Bluthochdruck oder Diabetes zurückzuführen. Man nimmt an, dass die systemische Entzündung einen nicht-traditionellen Risikofaktor für die erhöhten kardiovaskulären Todesfälle von RA-Patienten darstellt. Da die derzeitige Behandlung der RA zum Teil schwere Nebenwirkungen zur Folge haben kann, war es das Ziel dieser Doktorarbeit, die Zusammenhänge zwischen RA und Arteriosklerose (AS) näher zu untersuchen, sowie die neue antiinflammatorische Substanz Galiellalacton (Gal) für die Behandlung der AS zu charakterisieren.rnIn dem chronisch inflammatorischen Tiermodell der TTP-defizienten Mäuse, dessenrnPhänotyp dem einer humanen RA-Erkrankung ähnelt, konnte eine verschlechterternEndothelfunktion, die als ein erstes Symptom einer erworbenen AS gilt, nachgewiesen werden. Dies konnte auf eine erhöhte Stabilität der Nox2-mRNA zurückgeführt werden, die unabhängig von der erhöhten Expression des Entzündungsmarkers TNFα war. Diese gesteigerte Nox2-Menge führte wiederum zu einer erhöhten Bildung von reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies und somit zu einer verringerten Menge an bioaktivem Stickstoffmonoxid, welches die endotheliale Dysfunktion (eDF) bedingte.rnAls ein traditioneller Risikofaktor für das Auftreten von kardiovaskulären Ereignissen gilt unter anderem eine Diabeteserkrankung. Durch die Ausbildung einer Nitrattoleranz bei der Therapie mit organischen Nitraten wie NTG, ISMN oder ISDN kommt es zu der Entwicklung einer eDF. PETN, ein weiteres organisches Nitrat zeigt diese Nebenwirkung nicht. PETN, vermittelt seinen antioxidativen Effekt über die Nrf2-abhängige Induktion der HO-1-Promotoraktivität.rnDie Behandlung von arteriosklerotischen Mäusen (ApoE-/-- und ApoE-/-TFPI+/--Mäuse) mit dem antiinflammatorischen Pilzsekundärmetaboliten Gal zeigte eine verringerte mRNA-Expression von arteriosklerotischen und inflammatorischen Mediatoren, sowie eine reduzierte Thrombenbildung durch eine verringerte Plättchenadhäsion.rnZusammenfassend konnte gezeigt werden, dass inflammationsabhängiger oxidativerrnStress ein Hauptgrund für die entzündungsgetriebene Artheriogenese ist und Galrneine neue Leitsubstanz für die Behandlung dieser Erkrankung ist.

11beta-Hydroxysteroid dehydrogenase type 2 in pregnancy and preeclampsia

Cortisol availability is controlled by 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (11beta-HSD2), which inactivates cortisol in cortisone, unable to bind to the glucocorticoid receptor. The 11beta-HSD2 enzyme activity limits either intracellular cortisol concentrations or within the uteroplacental compartment the transfer of cortisol into the fetal circulation. Mechanisms, by which 11beta-HSD2 activity is controlled, include transcriptional control, posttranscriptional modifications of 11beta-HSD2 transcript half-life, epigenetic regulation via methylation of genomic DNA and direct inhibition of enzymatic activity. The 11beta-HSD2 expression and activity is reduced in preeclampsia and the enzyme activity correlates with factors associated with increased vasoconstriction, such as an increased angiotensin II receptor subtype 1 expression, and notably fetal growth. Numerous signals such as proinflammatory cytokines known to be present and/or elevated in preeclampsia regulate 11beta-HSD2 activity. Shallow trophoblast invasion with the resulting hypoxemia seems to critically reduce available 11beta-HSD2 activity. A positive feedback exists as activated glucocorticoid receptors do enhance 11beta-HSD2 mRNA transcription and mRNA stability. No data are currently available on pregnancy and either epigenetic or direct effects on the activity of the translated enzyme.

Messenger RNA half-life measurements in mammalian cells.

The recognition of the importance of mRNA turnover in regulating eukaryotic gene expression has mandated the development of reliable, rigorous, and "user-friendly" methods to accurately measure changes in mRNA stability in mammalian cells. Frequently, mRNA stability is studied indirectly by analyzing the steady-state level of mRNA in the cytoplasm; in this case, changes in mRNA abundance are assumed to reflect only mRNA degradation, an assumption that is not always correct. Although direct measurements of mRNA decay rate can be performed with kinetic labeling techniques and transcriptional inhibitors, these techniques often introduce significant changes in cell physiology. Furthermore, many critical mechanistic issues as to deadenylation kinetics, decay intermediates, and precursor-product relationships cannot be readily addressed by these methods. In light of these concerns, we have previously reported transcriptional pulsing methods based on the c-fos serum-inducible promoter and the tetracycline-regulated (Tet-off) promoter systems to better explain mechanisms of mRNA turnover in mammalian cells. In this chapter, we describe and discuss in detail different protocols that use these two transcriptional pulsing methods. The information described here also provides guidelines to help develop optimal protocols for studying mammalian mRNA turnover in different cell types under a wide range of physiologic conditions.

The unstable (CTG)$\sb{\rm n}$ trinucleotide repeat associated with myotonic dystrophy: What it does and where it came from

Myotonic dystrophy (DM), an autosomal dominant disorder mapping to human chromosome 19q13.3, is the most common neuromuscular disease in human adults.^ Following the identification of the mutation underlying the DM phenotype, an unstable (CTG)$\sb{n}$ trinucleotide repeat in the 3$\prime$ untranslated region (UTR) of a gene encoding a ser/thr protein kinase named DM protein kinase (DMPK), the study was targeted at two questions: (1) the identification of the disease-causing mechanism(s) of the unstable repeat, and at a more basic level, (2) the identification of the origin and the mechanism(s) involved in repeat instability. The first goal was to identify the pathophysiological mechanisms of the (CTG)$\sb{n}$ repeat.^ The normal repeat is transcribed but not translated; therefore, initial studies centered on the effect on RNA transcript levels. The vast majority of DM affecteds are heterozygous for the mutant expansion, so that the normal allele interferes with the analysis of the mutant allele. A quantitative allele-specific RT-PCR procedure was developed and applied to a spectrum of patient tissue samples and cell lines. Equal levels of unprocessed pre-mRNA were determined for the wild type (+) and disease (DM) alleles in skeletal muscle and cell lines of heterozygous DM patients, indicating that any nucleosome binding has no effect at the level of transcriptional initiation and transcription of the mutant DMPK locus. In contrast, processed mRNA levels from the DM allele were reduced relative to the + allele as the size of the expansion increased. The unstable repeat, therefore, impairs post-transcriptional processing of DM allele transcripts. This phenomenon has profound effects on overall DMPK locus steady-state transcript levels in cells missing a wild type allele and does not appear to be mediated by imprinting, decreased mRNA stability, generation of aberrant splice forms, or absence of polyadenylation of the mutant allele.^ In Caucasian DM subjects, the unstable repeat is in complete linkage disequlibrium with a single haplotype composed of nine alleles within and flanking DMPK over a physical distance of 30 kb. A detailed haplotype analysis of the DM region was conducted on a Nigerian (Yoruba) DM family, the only indigenous sub-Saharan DM case reported to date. Each affected member of this family had an expanded (CTG)$\sb{n}$ repeat in one of their DMPK alleles. However, unlike all other DM populations studied thus far, disassociation of the (CTG)$\sb{n}$ repeat expansion from other alleles of the putative predisposing haplotype was found. Thus, the expanded (CTG)$\sb{n}$ repeat in this family was the result of an independent mutational event. Consequently, the origin of DM is unlikely the result of a single mutational event, and the hypothesis that a single ancestral haplotype predisposes to repeat expansion is not compelling. (Abstract shortened by UMI.) ^

Inhibitor of cytochrome c messenger RNA -protein interaction in stimulated rat skeletal muscle

The purpose of this work was to examine the possible mechanisms for the regulation of cytochrome c gene expression in response to increased contractile activity in rat skeletal muscle. The working hypothesis was that increased contractile activity enhances cytochrome c gene expression through a cis-element. A 110% increase in cytochrome c mRNA concentration was observed in tibialis anterior (TA) muscle after 9 days of chronic stimulation. Similar difference (120%) exists between soleus (SO) muscle of higher contractile activity and white vastus lateralis (WV) muscle of lower contractile activity. These results suggest that the endogenous cytochrome c gene expression is regulated by contractile activity. Cytochrome c-reporter genes were injected into skeletal muscles to identify the cis-element that is responsible for the regulation. Although the data was inconclusive, part of it suggested the importance of the 3$\sp\prime$-untranslated region (3$\sp\prime$-UTR) in mediating the response to increased contractile activity.^ RNA gel mobility shift (GMSA) and ultraviolet (UV) cross-linking assays revealed specific RNA-protein interaction in a 50-nucleotide region of the 3$\sp\prime$-UTR in unstimulated TA muscle. Computer analysis predicted a stem-loop structure of 17 nucleotides, which provides a structural basis for RNA-protein interaction. These 17 nucleotides are 100% conserved among rat, mouse and human cytochrome c genes and their 13 pseudogenes, suggesting a functional role for this region. The RNA-protein interaction was significantly less in highly active SO muscle than in inactive WV muscle and was dramatically decreased in stimulated TA muscle due to a protein inhibitor(s) associated with ribosome. It is possible that cytochrome c mRNAs undergoing translation are subject to a compartmentalized regulatory influence.^ The conclusion from these results is that increases in contractile activity induce or activate a protein inhibitor(s) associated with ribosome in rat skeletal muscle. The inhibitor decreases RNA-protein interaction in the 3$\sp\prime$-UTR of cytochrome c mRNA, which may result in increased mRNA stability and/or translation. ^

Sucrose is a signal molecule in assimilate partitioning

The proton–sucrose symporter mediates the key transport step in the resource distribution system that allows many plants to function as multicellular organisms. In the results reported here, we identify sucrose as a signaling molecule in a previously undescribed signal-transduction pathway that regulates the symporter. Sucrose symporter activity declined in plasma membrane vesicles isolated from leaves fed exogenous sucrose via the xylem transpiration stream. Symporter activity dropped to 35–50% of water controls when the leaves were fed 100 mM sucrose and to 20–25% of controls with 250 mM sucrose. In contrast, alanine symporter and glucose transporter activities did not change in response to sucrose treatments. Decreased sucrose symporter activity was detectable after 8 h and reached a maximum by 24 h. Kinetic analysis of transport activity showed a decrease in Vmax. RNA gel blot analysis revealed a decrease in symporter message levels, suggesting a drop in transcriptional activity or a decrease in mRNA stability. Control experiments showed that these responses were not the result of changing osmotic conditions. Equal molar concentrations of hexoses did not elicit the response, and mannoheptulose, a hexokinase inhibitor, did not block the sucrose effect. These data are consistent with a sucrose-specific response pathway that is not mediated by hexokinase as the sugar sensor. Sucrose-dependent changes in the sucrose symporter were reversible, suggesting this sucrose-sensing pathway can modulate transport activity as a function of changing sucrose concentrations in the leaf. These results demonstrate the existence of a signaling pathway that can control assimilate partitioning at the level of phloem translocation.