Persistência do efeito otoprotetor: qual a duração da otoproteção à amicacina?

Há comprovação de que o fenômeno de resistência ocorre quando a dose não lesiva da amicacina protege as células ciliadas contra a ototoxicidade da própria amicacina. OBJETIVO: O objetivo deste trabalho é verificar se o fenômeno de resistência é temporalmente persistente. MÉTODO: Estudo experimental com 14 cobaias albinas (Cavia porcellus) divididas em três grupos. Avaliação da função auditiva por emissões otoacústicas por produto de distorção (EOAPD): na pré-exposição à amicacina, no 15º dia de aplicação da dose não lesiva, no final da aplicação da dose lesiva e antes da decapitação. RESULTADOS: O Grupo A (controle) apresentou função auditiva e padrão histológico normais. No Grupo B (amicacina 20mg/kg/dia intramuscular por 30 dias e dose lesiva (400 mg/kg/dia) por 12 dias) e no Grupo C (mesmo esquema do grupo B, porém mantidos por 60 dias e sacrificados), as OEA-PD confirmaram função auditiva normal no período pré-exposição e manutenção do padrão após dose não lesiva, porém, houve perda importante da função auditiva após término do período de aplicação da dose lesiva. CONCLUSÃO: Não houve manutenção do fenômeno da autodefesa estendida por um período de 30 a 60 dias após a aplicação de doses lesivas de amicacina.

1,4-Diamino-2-butanone, a putrescine analogue, promotes redox imbalance in Trypanosoma cruzi and mammalian cells

The putrescine analogue 1,4-diamino-2-butanone (DAB) is highly toxic to various microorganisms, including Trypanosoma cruzi. Similar to other a-aminocarbonyl metabolites. DAB exhibits pro-oxidant properties. DAB undergoes metal-catalyzed oxidation yielding H2O2, NH4+ ion, and a highly toxic alpha-oxoaldehyde. In vitro. DAB decreases mammalian cell viability associated with changes in redox balance. Here, we aim to clarify the DAB pro-oxidant effects on trypomastigotes and on intracellular T. cruzi amastigotes. DAB (0.05-5 mM) exposure in trypomastigotes, the infective stage of T. cruzi, leads to a decline in parasite viability (IC50 c.a. 0.2 mM DAB; 4 h incubation), changes in morphology, thiol redox imbalance, and increased TcSOD activity. Medium supplementation with catalase (2.5 mu M) protects trypomastigotes against DAB toxicity, while host cell invasion by trypomastigotes is hampered by DAB. Additionally, intracellular amastigotes are susceptible to DAB toxicity. Furthermore, pre-treatment with 100-500 mu M buthionine sulfoximine (BSO) of LLC-MK2 potentiates DAB cytotoxicity, whereas 5 mM N-acetyl-cysteine (NAC) protects cells from oxidative stress. Together, these data support the hypothesis that redox imbalance contributes to DAB cytotoxicity in both T. cruzi and mammalian host cells. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Head-to-Head Comparison of Three Vaccination Strategies Based on DNA and Raw Insect-Derived Recombinant Proteins against Leishmania

Parasitic diseases plague billions of people among the poorest, killing millions annually, and causing additional millions of disability-adjusted life years lost. Leishmaniases affect more than 12 million people, with over 350 million people at risk. There is an urgent need for efficacious and cheap vaccines and treatments against visceral leishmaniasis (VL), its most severe form. Several vaccination strategies have been proposed but to date no head-to-head comparison was undertaken to assess which is the best in a clinical model of the disease. We simultaneously assayed three vaccination strategies against VL in the hamster model, using KMPII, TRYP, LACK, and PAPLE22 vaccine candidate antigens. Four groups of hamsters were immunized using the following approaches: 1) raw extracts of baculovirus-infected Trichoplusia ni larvae expressing individually one of the four recombinant proteins (PROT); 2) naked pVAX1 plasmids carrying the four genes individually (DNA); 3) a heterologous prime-boost (HPB) strategy involving DNA followed by PROT (DNA-PROT); and 4) a Control including empty pVAX1 plasmid followed by raw extract of wild-type baculovirus-infected T. ni larvae. Hamsters were challenged with L. infantum promastigotes and maintained for 20 weeks. While PROT vaccine was not protective, DNA vaccination achieved protection in spleen. Only DNA-PROT vaccination induced significant NO production by macrophages, accompanied by a significant parasitological protection in spleen and blood. Thus, the DNA-PROT strategy elicits strong immune responses and high parasitological protection in the clinical model of VL, better than its corresponding naked DNA or protein versions. Furthermore, we show that naked DNA coupled with raw recombinant proteins produced in insect larvae biofactories -the cheapest way of producing DNA-PROT vaccines-is a practical and cost-effective way for potential "off the shelf" supplying vaccines at very low prices for the protection against leishmaniases, and possibly against other parasitic diseases affecting the poorest of the poor.

Dual effect of Lutzomyia longipalpis saliva on Leishmania braziliensis infection is mediated by distinct saliva-induced cellular recruitment into BALB/c mice ear

Abstract Background Leishmania parasites are transmitted to their vertebrate hosts by infected Phlebotomine sand flies during the blood meal of the flies. Sand fly saliva is known to enhance Leishmania spp. infection, while pre-exposure to saliva protects mice against parasitic infections. In this study, we investigated the initial inflammatory leucocyte composition induced by one or three inocula of salivary gland extract (SGE) from Lutzomyia longipalpis in the presence or absence of Leishmania braziliensis. Results We demonstrated that inoculating SGE once (SGE-1X) or three times (SGE-3X), which represented a co-inoculation or a pre-exposure to saliva, respectively, resulted in different cellular infiltrate profiles. Whereas SGE-1X led to the recruitment of all leucocytes subtypes including CD4+ T cells, CD4+CD25+ T cells, dendritic cells, macrophages and neutrophils, the immune cell profile in the SGE-3X group differed dramatically, as CD4+ T cells, CD4+CD25+ T cells, dendritic cells, macrophages and neutrophils were decreased and CD8+ T cells were increased. The SGE-1X group did not show differences in the ear lesion size; however, the SGE-1X group harbored a higher number of parasites. On the other hand, the SGE-3X group demonstrated a protective effect against parasitic disease, as the parasite burden was lower even in the earlier stages of the infection, a period in which the SGE-1X group presented with larger and more severe lesions. These effects were also reflected in the cytokine profiles of both groups. Whereas the SGE-1X group presented with a substantial increase in IL-10 production, the SGE-3X group showed an increase in IFN-γ production in the draining lymph nodes. Analysis of the inflammatory cell populations present within the ear lesions, the SGE-1X group showed an increase in CD4+FOXP3+ cells, whereas the CD4+FOXP3+ population was reduced in the SGE-3X group. Moreover, CD4+ T cells and CD8+ T cells producing IFN-γ were highly detected in the ears of the SGE-3X mice prior to infection. In addition, upon treatment of SGE-3X mice with anti-IFN-γ monoclonal antibody, we observed a decrease in the protective effect of SGE-3X against L. braziliensis infection. Conclusions These results indicate that different inocula of Lutzomyia longipalpis salivary gland extract can markedly modify the cellular immune response, which is reflected in the pattern of susceptibility or resistance to Leishmania braziliensis infection.

Activation of the mitochondrial ATP-sensitive K+ channel reduces apoptosis of spleen mononuclear cells induced by hyperlipidemia

Background We have previously demonstrated that increased rates of superoxide generation by extra-mitochondrial enzymes induce the activation of the mitochondrial ATP-sensitive potassium channel (mitoKATP) in the livers of hypertriglyceridemic (HTG) mice. The resulting mild uncoupling mediated by mitoKATP protects mitochondria against oxidative damage. In this study, we investigate whether immune cells from HTG mice also present increased mitoKATP activity and evaluate the influence of this trait on cell redox state and viability. Methods Oxygen consumption (Clark-type electrode), reactive oxygen species production (dihydroethidium and H2-DCF-DA probes) and cell death (annexin V, cytocrome c release and Trypan blue exclusion) were determined in spleen mononuclear cells. Results HTG mice mononuclear cells displayed increased mitoKATP activity, as evidenced by higher resting respiration rates that were sensitive to mitoKATP antagonists. Whole cell superoxide production and apoptosis rates were increased in HTG cells. Inhibition of mitoKATP further increased the production of reactive oxygen species and apoptosis in these cells. Incubation with HTG serum induced apoptosis more strongly in WT cells than in HTG mononuclear cells. Cytochrome c release into the cytosol and caspase 8 activity were both increased in HTG cells, indicating that cell death signaling starts upstream of the mitochondria but does involve this organelle. Accordingly, a reduced number of blood circulating lymphocytes was found in HTG mice. Conclusions These results demonstrate that spleen mononuclear cells from hyperlipidemic mice have more active mitoKATP channels, which downregulate mitochondrial superoxide generation. The increased apoptosis rate observed in these cells is exacerbated by closing the mitoKATP channels. Thus, mitoKATP opening acts as a protective mechanism that reduces cell death induced by hyperlipidemia.

MTP -493G/T gene polymorphism is associated with steatosis in hepatitis C-infected patients

The reduction of hepatic microsomal transfer protein (MTP) activity results in fatty liver, worsening hepatic steatosis and fibrosis in chronic hepatitis C (CHC). The G allele of the MTP gene promoter, -493G/T, has been associated with lower transcriptional activity than the T allele. We investigated this association with metabolic and histological variables in patients with CHC. A total of 174 untreated patients with CHC were genotyped for MTP -493G/T by direct sequencing using PCR. All patients were negative for markers of Wilson’s disease, hemochromatosis and autoimmune diseases and had current and past daily alcohol intake lower than 100 g/week. The sample distribution was in Hardy-Weinberg equilibrium. Among subjects with genotype 1, 56.8% of the patients with fibrosis grade 3+4 presented at least one G allele versus 34.3% of the patients with fibrosis grade 1+2 (OR = 1.8; 95%CI = 1.3-2.3). Logistic regression analysis with steatosis as the dependent variable identified genotypes GG+GT as independent protective factors against steatosis (OR = 0.4, 95%CI = 0.2-0.8; P = 0.01). The results suggest that the presence of the G allele of MTP -493G/T associated with lower hepatic MTP expression protects against steatosis in our CHC patients.

Estudo da lesão de isquemia e reperfusão hepática com e sem obstrução da via biliar e a modulação pela N-acetilcisteína e pelo precondicionamento isquêmico em ratos

O objetivo foi estudar os efeitos do precondicionamento isquêmico e da N-acetilcisteína no clampeamento da tríade portal comparado com o clampeamento vascular excluindo a via biliar. Foram utilizados oitenta ratos EPM-1 Wistar distribuídos aleatoriamente em 2 grupos de 40 animais. Estes se distinguiram pela inclusão (CVB=1) ou não (SVB=2) do ducto biliar no clampeamento e foram redistribuídos em subgrupos de 10. IR1: 20 minutos após a celiotomia, o pedículo contendo os elementos vasculares e o ducto biliar para os lobos mediano e lateral esquerdo do fígado foi clampeado por 40 minutos, seguido de 30 minutos de reperfusão; PCI1: 10 minutos de isquemia e 10 minutos de reperfusão. Após o PCI, seguiu-se o mesmo procedimento usado para IR1; NAC1: (150mg.Kg-1 ), administrada 15 minutos antes do período isquêmico e 5 minutos antes da reperfusão; S1: dissecção e clampeamento exclusivo do ducto biliar durante o período de isquemia. Nos subgrupos IR2, PCI2 e NAC2, o clampeamento excluiu a via biliar; S2: dissecção e observação por 90min. Foram colhidas amostras de sangue para a dosagem dos níveis enzimáticos e fragmento do fígado isquêmico para coloração HE. Na análise estatística dos resultados foram utilizados testes não paramétricos e o nível de rejeição da hipótese de nulidade foi fixado em 5%. A lesão de IR hepática foi menos grave nos animais do grupo de clampeamento seletivo incluindo o ducto biliar, com AST (766 vs 1380) e ALT (840 vs 1576); PCI protegeu o fígado da IR nos animais com clampeamento seletivo da tríade portal com relação à AST (421 vs 1131) e ALT (315 vs 1085). Na avaliação morfológica, o PCI inibiu a ocorrência de esteatose microvesicular e núcleos picnóticos (0% de lesão moderada ou intensa) e a NAC protegeu parcialmente 17% e 50% de lesão moderada ou intensa para CVB e SVB, respectivamente. O clampeamento seletivo da tríade portal resulta em lesão de IR do fígado menos grave, quando comparado à exclusão do ducto biliar. O PCI protege o fígado da lesão de IR. A NAC mostra um efeito de proteção parcial, reduzindo as alterações parenquimatosas, mas não os níveis de aminotransferases.

Resiliencia, optimismo y burnout en judokas de competición uruguayos

[ES] Son escasos los estudios de resiliencia en contexto deportivo, siendo este un proceso que corresponde a un funcionamiento psicológico óptimo en los deportistas y representa una característica de la personalidad positiva que favorece su adaptación afrontando eficazmente las adversidades. El análisis de la relación entre resiliencia, optimismo y burnout puede establecer nuevas aportaciones. Es objeto de este estudio caracterizar estos constructos en judokas. Fueron evaluados 45 deportistas (9 mujeres y 36 hombres; edad:M =19.95,DT= 5.34). Los resultados señalan que el 38% de los judokas presenta una elevada resiliencia, con una significativa y negativa relación con sintomatología de burnout, relacionada con bajo optimismo. Se establece la Escala de Resiliencia (Ruíz, De la Vega, Poveda, Rosado y Serpa, 2012) como confiable y se concluye que resiliencia asociada a optimismo protege de sintomatología de burnout. Este trabajo facilita la elaboración de estrategias de intervención para el logro de un rendimiento óptimo deportivo.

Azione antiossidante del sulforafane: analisi in cellule cardiache in coltura ed in un modello animale di esercizio fisico

Oxidative stress is considered to be of major relevance for a variety of pathological processes. Thus, it is valuable to identify compounds, which might act as antioxidants, i.e. compounds that antagonize the deleterious action of reactive oxygen species (ROS) on biomolecules. The mode of action of these compounds could be either to scavenge ROS directly or to trigger protective mechanisms inside the cell, thereby resulting in improved defense against ROS. Sulforaphane (SF) (1-isothiocyanato-(4R)-(methylsulfinyl)butane) is a naturally occurring cancer chemopreventive agent found as a precursor glucosinolate in Cruciferous vegetables like broccoli. Although SF is not a direct-acting antioxidant, there is substantial evidence that SF acts indirectly to increase the antioxidant capacity of animal cells and their abilities to cope with oxidative stress. Induction of phase 2 enzymes is one means by which SF enhances the cellular antioxidant capacity. Enzymes induced by SF include Glutathione S-transferases (GST) and NAD[P]H:quinone oxidoreductase (NQO1) which can function as protectors against oxidative stress. To protect themselves from oxidative stress, cells are equipped with reducing buffer systems including the GSH and thioredoxin (Trx) reductase. GSH is an important tripeptide thiol which in addition to being the substrate for GSTs maintains the cellular oxidation– reduction balance and protects cells against free radical species. Aim of the first part of this thesis was to investigate the ability of SF to induce the expression and the activity of different phase 2 and antioxidant enzymes (such as GST, GR, GPx, NQO1, TR, SOD, CAT) in an in vitro model of rat cardiomyocytes, and also to define if SF treatment supprts cells in counteracting oxidative stress induced by H2O2 It is well known that acute exhaustive exercise causes significant reactive oxygen species generation that results in oxidative stress, which can induce negative effects on health and well being. In fact, increased oxidative stress and biomarkers (e.g., protein carbonyls, MDA, and 8- hydroxyguanosine) as well as muscle damage biomarkers (e.g. plasmatic Creatine cinase and Lactate dehydrogenase) have been observed after supramaximal sprint exercises, exhaustive longdistance cycling or running as well as resistance-type exercises, both in trained and untrained humans. Markers of oxidative stress also increase in rodents following exhaustive exercise. Moreover, antioxidant enzyme activities and expressions of antioxidant enzymes are known to increase in response to exhaustive exercise in both animal and human tissues. Aim of this project was to evaluate the effect of SF supplementation in counteracting oxidative stress induced by physical activity through its ability to induce phase 2, and antioxidant enzymes in rat muscle. The results show that SF is a nutraceutical compound able to induce the activity of different phase 2 and antioxidant enzymes in both cardiac muscle and skeletal muscle. Thanks to its actions SF is becoming a promising molecule able to prevent cardiovascular damages induced by oxidative stress and muscle damages induced by acute exhaustive exercise.

Beziehungen zwischen den Xanthophyllzyklen und der Biosynthese von Lichtsammelxanthophyllen in Chlorophyll a/c-haltigen Algen

Zusammenfassung:In Chlorophyll(Chl) a/c-haltigen Algen leisten Xanthophylle einen wesentlichen Beitrag zur Lichtsammlung. Daneben finden sich weitere Xanthophylle, die an einem Schutzmechanismus bei überoptimalem Lichtangebot beteiligt sind, dem sog. Xanthophyllzyklus. Ein Teil der Chl a/c-haltigen Algen besitzt den auch bei Höheren Pflanzen anzutreffenden Violaxanthin/Antheraxanthin/Zeaxanthin-(Vx/Ax/Zx-)Zyklus. In anderen Gruppen wie den Dinophyta, Haptophyta und den Kieselalgen (Bacillariophyceae) ist statt dessen der Diadinoxanthin/Diatoxanthin-(Ddx/Dtx-)Zyklus zu finden. Die vorliegende Arbeit zeigt, daß schwachlichtadaptierte Turbidostatkulturen der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum unter mehrstündiger Starklichtinkubation neben den Pigmenten des Ddx/Dtx-Zyklus auch die des Vx/Ax/Zx-Zyklus akkumulieren. Außerdem läßt sich ein dritter Xanthophyllzyklus zwischen beta-Cryptoxanthin (Cx) und beta-Cryptoxanthin-Epoxid (CxE) nachweisen, doch liegen diese beiden Pigmente nur in sehr geringen Konzentrationen vor. Für die Starklichtakkumulation von Zx ist eine hohe Deepoxidase-Aktivität und die de-novo-Synthese von Carotinoiden erforderlich. Aus Zx wird im anschließenden Schwachlicht über die Intermediate Vx und Ddx das Lichtsammelxanthophyll Fucoxanthin (Fx) synthetisiert. Dies bestätigt auch ein Vergleich der Kinetiken der einzelnen Umwandlungsschritte mit den anhand eines Modells der Xanthophyllbiosynthesewege ermittelten theoretischen Ratenkonstanten. Dieser Vergleich legt jedoch nahe, daß bei der Vx-Synthese aus beta-Carotin CxE anstelle von Zx involviert sein könnte. Eine Untersuchung weiterer Chl a/c-haltiger Algen mit Ddx/Dt-Zyklus ergab, daß sie unter Starklicht ebenfalls den Vx/Ax/Zx-Zyklus akkumulieren. Weiterhin sind, mit Einschränkungen bei den Dinophyten und Xanthophyceen, alle untersuchten Algen in der Lage, die unter Starklicht akkumulierten Xanthophyllzykluspigmente im nachfolgenden Schwachlicht zur Synthese des jeweiligen Lichtsammelxanthophylls zu nutzen. Unter energetischen Gesichtspunkten stellt dieses Pigment-Recycling insbesondere für die Fx-haltigen Algen einen Vorteil dar, da ihre Lichtsammelkomplexe im Vergleich zu denen der Höheren Pflanzen etwa die doppelte Anzahl an Xanthophyllen binden.

Neuroprotective strategies against neurodegeneration in cellular model systems

In the present study we analyzed new neuroprotective therapeutical strategies in PD (Parkinson’s disease) and AD (Alzheimer’s disease). Current therapeutic strategies for treating PD and AD offer mainly transient symptomatic relief but it is still impossible to block the loss of neuron and then the progression of PD and AD. There is considerable consensus that the increased production and/or aggregation of α- synuclein (α-syn) and β-amyloid peptide (Aβ), plays a central role in the pathogenesis of PD, related synucleinopathies and AD. Therefore, we identified antiamyloidogenic compounds and we tested their effect as neuroprotective drug-like molecules against α-syn and β-amyloid cytotoxicity in PC12. Herein, we show that two nitro-catechol compounds (entacapone and tolcapone) and 5 cathecol-containing compounds (dopamine, pyrogallol, gallic acid, caffeic acid and quercetin) with antioxidant and anti-inflammatory properties, are potent inhibitors of α-syn and β-amyloid oligomerization and fibrillization. Subsequently, we show that the inhibition of α-syn and β-amyloid oligomerization and fibrillization is correlated with the neuroprotection of these compounds against the α-syn and β-amyloid-induced cytotoxicity in PC12. Finally, we focused on the study of the neuroprotective role of microglia and on the possibility that the neuroprotection properties of these cells could be use as therapeutical strategy in PD and AD. Here, we have used an in vitro model to demonstrate neuroprotection of a 48 h-microglial conditioned medium (MCM) towards cerebellar granule neurons (CGNs) challenged with the neurotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA), which induces a Parkinson-like neurodegeneration, with Aβ42, which induces a Alzheimer-like neurodegeneration, and glutamate, involved in the major neurodegenerative diseases. We show that MCM nearly completely protects CGNs from 6-OHDA neurotoxicity, partially from glutamate excitotoxicity but not from Aβ42 toxin.

Pigmentbindung verschiedener Mitglieder der erweiterten Chlorophyll a/b-Proteinfamilie und des wasserlöslichen Chlorophyll-Proteins WSCP

In dieser Arbeit wurde die Pigmentbindung verschiedener Pflanzenproteine untersucht, um daraus Rückschlüsse auf ihre Funktion zu ziehen. PsbS, die S-Untereinheit des Photosystems II, konnte mit Pigmenten isoliert werden. Es wurde kein Hinweis auf eine spezifische Wechselwirkung der Chromophore gefunden, Ergebnisse wie pigmentabhängig stärkere Helixbildung unterstützen jedoch die Vermutung, PsbS fungiere als transienter Pigmentcarrier. Die Sequenzverwandten OHP, Sep1 und Sep2 binden entweder keine Pigmente oder nur so schwach, dass eine Bindung mit den verwendeten Methoden nicht nachweisbar ist.WSCP aus Blumenkohl ist ein wasserlösliches chlorophyllbindendes Protein mit unbekannter Funktion. In dieser Arbeit wurde ein rekombinantes WSCP mit N-terminal angehängtem His-Tag hergestellt und überexprimiert. WSCP-his tetramerisiert pigmentabhängig und bindet Chlorophylle, nicht aber Carotinoide. In seinen biochemischen und spektroskopischen Eigenschaften gleicht das rekombinante dem nativen WSCP und kann als Werkzeug für Untersuchungen zur Funktion herangezogen werden. Rekonstitutionsexperimente mit Chlorophyll-Derivaten zeigten, dass der Phytolrest für die Oligomerisierung des Proteins verantwortlich ist. WSCP bindet außerdem die Chlorophyll-Vorstufen Chlorophyllid und Mg-Protoporphyrin IX. Es könnte sich um ein Carrierprotein handeln, welches die Vorstufen von der Chloroplastenhülle durch das Stroma zur Thylakoidmembran transportiert. Der Fall eines chlorophyllbindenden Pflanzenproteins ohne Carotinoide ist einmalig. Messungen zu Photostabilität und Singulettsauerstoffbildung zeigten, dass es dennoch gebundenes Chlorophyll vor photooxidativer Schädigung schützt.

Konditionale Modellsysteme zur Untersuchung der ERBB2-induzierten Tumorgenese

Konditionale Modellsysteme zur Untersuchung der ERBB2-induzierten Tumorgenese Die Rezeptor-Tyrosinkinase ERBB2 ist in einer Vielzahl epithelialer Tumore, wie Mamma- und Ovarialkarzinomen, überexprimiert. Diese erhöhte Expression korreliert mit aggressivem Tumorwachstum, verstärkter Metastasierung und schlechter Prognose für den Patienten. Zur genaueren Untersuchung molekularer Mechanismen, die zur Tumorentstehung infolge der ERBB2-Überexpression führen, wurden im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe des Tet-Systems induzierbare MCF-7 Zelllinien generiert. Diese exprimieren bei Gabe von Doxyzyklin ERBB2 bzw. die zum humanen ERBB2 homologe und durch Punktmutation onkogen aktivierte Rattenvariante NeuT. Nachdem die stringente Regulierbarkeit durch Doxyzyklin für die untersuchten Zellklone gezeigt werden konnte, stellte sich bei der Charakterisierung der Zelllinien heraus, dass die Induktion von ERBB2 erstaunlicherweise nicht zur Proliferation der Zellen, sondern zum Wachstumsarrest führt. Bei der Untersuchung verschiedener Zellzyklusregulatoren konnte dieser Zellzyklusarrest dem CDK-Inhibitor P21 zugeordnet werden, dessen Expression durch ERBB2 induziert wird. In P21-Antisense-Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass P21 eine Schlüsselrolle beim ERBB2-induzierten Zellzyklusarrest spielt. Neben der Induktion von P21 und der daraus resultierenden Wachstumsinhibition zeigten die Zellen starke morphologische Veränderungen und waren positiv beim Nachweis der Seneszenz-assoziierten -Galaktosidase. Erstmals konnte gezeigt werden, dass die Induktion des Onkogens ERBB2 nicht zur Proliferation, sondern zur Aktivierung eines verfrühten Seneszenz-Programms führt, welches der Zelle Schutz gegen die Onkogeneinwirkung bietet. Bei der Untersuchung verschiedener Signaltransduktionskaskaden mit Inhibitormolekülen konnte die Aktivierung dieses Seneszenz-Programms der Stress-aktivierten Proteinkinase P38 zugeordnet werden. Zur Identifizierung von Genen, die für die ERBB2-induzierte Tumorgenese relevant sind, wurde die differenzielle Genexpression eines NeuT-Klons nach 8- bzw. 48-stündiger Induktion mit Doxyzyklin in einem cDNA-Array untersucht. Dabei zeigte sich eine besonders starke Induktion von Integrin 5 und Integrin 1, die zusammen den Fibronektinrezeptor bilden. Der funktionale Nachweis des Rezeptors in einem Adhäsionsassay demonstrierte ein stark erhöhtes Adhäsionsverhalten ERBB2-überexprimierender Zellen an Fibronektin. Bei der Untersuchung von Mamma-, Ovarial- und Endometriumkarzinomen konnte die Expression von ERBB2 mit der von Integrin 5 korreliert werden. Diese Ergebnisse machen Integrin 5 zu einem potenziellen neuen Tumormarker und Therapieziel in ERBB2-überexprimierenden Tumoren. Ein weiteres interessantes Gen, das sich im Array durch ERBB2 überexprimiert zeigte, war die Matrix-Metalloproteinase MMP-9. In einem Zymografieassay konnte die erhöhte Gelatinaseaktivität von MMP-9 in Dox-induzierten Zellen nachgewiesen werden. Der Einsatz verschiedener Signaltransduktionsinhibitoren ergab, dass auch die ERBB2-induzierte Expression von MMP-9 über die Aktivierung von P38 läuft. Bei der Suche nach weiteren MMPs, die für die ERBB2-induzierte Tumorgenese relevant sein könnten, wurde MMP-13 untersucht. Erstmals konnte gezeigt werden, dass diese Matrix-Metalloproteinase von ERBB2 induziert wird. Dieser interessante Befund wurde auch in einem anderen Zellmodell in NIH3T3 Mausfibroblasten verifiziert. Durch ihre Matrix-degradierenden Eigenschaften sind MMPs potente „Werkzeuge“ für Tumorzellen und stellen ein wichtiges Ziel zur Unterbindung der Invasion und Metastasierung dieser Zellen dar. Neben den Zellkulturarbeiten wurden im Rahmen dieser Dissertation transgene Responder-Mäuse generiert, die NeuT unter Kontrolle eines Tet-responsiven Promotors exprimieren. Von vier transgenen Gründerlinien zeigten zwei eine unerwünschte, basale NeuT-Expression, für die beiden anderen Linien konnte sowohl in MEF-Assays, als auch nach Kreuzung mit rtTA- bzw. tTA-Effektor-Mäusen eine Dox-abhängige Regulation des Transgens gezeigt werden. Die Tiere dieser Linien sollen in Zukunft mit Effektor-Mäusen gepaart werden, die den rtTA bzw. tTA spezifisch in für die ERBB2-Tumorgenese relevanten Geweben, wie Ovarial- oder Lungenepithelzellen, exprimieren. So können individuelle Tumormodelle für die verschiedenen epithelialen Tumore, bei denen die Überexpression von ERBB2 von Bedeutung ist, entwickelt und untersucht werden.

Statistical mechanics of protein complexed and condensed DNA

In this thesis I treat various biophysical questions arising in the context of complexed / ”protein-packed” DNA and DNA in confined geometries (like in viruses or toroidal DNA condensates). Using diverse theoretical methods I consider the statistical mechanics as well as the dynamics of DNA under these conditions. In the first part of the thesis (chapter 2) I derive for the first time the single molecule ”equation of state”, i.e. the force-extension relation of a looped DNA (Eq. 2.94) by using the path integral formalism. Generalizing these results I show that the presence of elastic substructures like loops or deflections caused by anchoring boundary conditions (e.g. at the AFM tip or the mica substrate) gives rise to a significant renormalization of the apparent persistence length as extracted from single molecule experiments (Eqs. 2.39 and 2.98). As I show the experimentally observed apparent persistence length reduction by a factor of 10 or more is naturally explained by this theory. In chapter 3 I theoretically consider the thermal motion of nucleosomes along a DNA template. After an extensive analysis of available experimental data and theoretical modelling of two possible mechanisms I conclude that the ”corkscrew-motion” mechanism most consistently explains this biologically important process. In chapter 4 I demonstrate that DNA-spools (architectures in which DNA circumferentially winds on a cylindrical surface, or onto itself) show a remarkable ”kinetic inertness” that protects them from tension-induced disruption on experimentally and biologically relevant timescales (cf. Fig. 4.1 and Eq. 4.18). I show that the underlying model establishes a connection between the seemingly unrelated and previously unexplained force peaks in single molecule nucleosome and DNA-toroid stretching experiments. Finally in chapter 5 I show that toroidally confined DNA (found in viruses, DNAcondensates or sperm chromatin) undergoes a transition to a twisted, highly entangled state provided that the aspect ratio of the underlying torus crosses a certain critical value (cf. Eq. 5.6 and the phase diagram in Fig. 5.4). The presented mechanism could rationalize several experimental mysteries, ranging from entangled and supercoiled toroids released from virus capsids to the unexpectedly short cholesteric pitch in the (toroidaly wound) sperm chromatin. I propose that the ”topological encapsulation” resulting from our model may have some practical implications for the gene-therapeutic DNA delivery process.

Regulation der Stress-aktivierten Proteinkinasen durch den gentoxischen Benzo[a]pyren-Metaboliten BPDE

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind ubiquitäre Verschmutzungen der Umwelt und entstehen während der unvollständigen Verbrennung organischen Materials wie Holz, Kohle und Erdöl. Werden diese chemisch nicht reaktiven PAK in den Körper aufgenommen, durchlaufen sie eine Reihe von enzymatischen Umsetzungen, die unter der Bezeichnung Fremdstoffmetabolismus zusammengefasst werden. Die chemische Umsetzung des PAK und Prokarzinogens Benzo[a]pyren (B[a]P) führt u.a. zur Bildung des reaktiven Metaboliten B[a]P-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid (BPDE). BPDE ist stark elektrophil und kann auf Grund dieser Eigenschaft an nukleophile Makromoleküle wie Proteine und DNA binden. Die Bildung von BPDE-DNA-Addukten resultiert in der Entstehung von Mutationen und kann zur Tumorbildung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Wirkung von BPDE als Modellsubstanz für gentoxische Agenzien auf intrazelluläre Signalkaskaden und die Konsequenzen der BPDE-Exposition bezüglich der Zellaktivität untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass BPDE-Behandlung von Mausfibroblasten eine intrazelluläre Signalkaskade induziert, welche zur Aktivierung der Stressaktivierten Proteinkinasen (SAPK) JNK und p38 führt. An dieser Signalkaskade sind Src-ähnliche Kinasen beteiligt. BPDE-Behandlung führt in den untersuchten Mausfibroblasten zur Induktion von DNA-Einzelstrangbrüchen, deren Auftreten zeitlich mit der SAPK-Aktivierung korreliert. Die BPDEinduzierten DNA-Strangbrüche sind die Folge der Entfernung dieser Läsionen aus dem Genom durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER). Erkannt werden BPDE-DNA-Addukte durch die NERProteine XPA und XPC (Xeroderma Pigmentosum Komplementationsgruppe A und C). Nach der Erkennung von BPDE-DNA-Addukten kommt es zur Rekrutierung von Nukleasen, welche die vorliegende Läsion und umliegende Nukleotide aus dem Genom entfernen. In XPA- und XPCdefizienten Mausfibroblasten induziert BPDE daher keine DNA-Strangbrüche. Jedoch ist nur in XPCdefizienten Zellen, aber nicht in XPA-defizienten Zellen, die SAPK-Aktivierung drastisch reduziert. Behandlung von Mausfibroblasten mit Benzo[c]phenanthren-3,4-Diol-1,2-Epoxid, einem PAK, dessen DNA-Addukte schlecht durch NER-Faktoren erkannt und repariert werden, führt zu keiner SAPKAktivierung. Die Aktivierung von p38 und JNK scheint demnach abhängig zu sein von der Erkennung des primären DNA-Schadens. Die XPC-abhängige SAPK-Aktivierung schützt die Zellen vor BPDEabhängiger Toxizität, da sowohl XPC- als auch p38-defiziente Mausfibroblasten eine höhere Sensitivität gegenüber BPDE zeigen als korrespondierende Wildtypzellen. Zusamenfassend konnte in dieser Arbeit ein neuer Signalweg beschrieben werden, in dem DNASchäden, verursacht durch BPDE, über die XPC-abhängige DNA-Schadenserkennung, die Aktivierung der SAPK induziert. Diese Aktivierung der SAPK schützt vor BPDE-induzierter Toxizität.