EndoG links Bnip3-induced mitochondrial damage and caspase-independent DNA fragmentation in ischemic cardiomyocytes

Mitochondrial dysfunction, caspase activation and caspase-dependent DNA fragmentation are involved in cell damage in many tissues. However, differentiated cardiomyocytes repress the expression of the canonical apoptotic pathway and their death during ischemia is caspase-independent. The atypical BH3-only protein Bnip3 is involved in the process leading to caspase-independent DNA fragmentation in cardiomyocytes. However, the pathway by which DNA degradation ensues following Bnip3 activation is not resolved. To identify the mechanism involved, we analyzed the interdependence of Bnip3, Nix and EndoG in mitochondrial damage and DNA fragmentation during experimental ischemia in neonatal rat ventricular cardiomyocytes. Our results show that the expression of EndoG and Bnip3 increases in the heart throughout development, while the caspase-dependent machinery is silenced. TUNEL-positive DNA damage, which depends on caspase activity in other cells, is caspase-independent in ischemic cardiomyocytes and ischemia-induced DNA high and low molecular weight fragmentation is blocked by repressing EndoG expression. Ischemia-induced EndoG translocation and DNA degradation are prevented by silencing the expression of Bnip3, but not Nix, or by overexpressing Bcl-xL. These data establish a link between Bnip3 and EndoG-dependent, TUNEL-positive, DNA fragmentation in ischemic cardiomyocytes in the absence of caspases, defining an alternative cell death pathway in postmitotic cells.

Mitochondrial DNA damage and animal longevity: insights from comparative studies

Chemical reactions in living cells are under strict enzyme control and conform to a tightly regulated metabolic program. However, uncontrolled and potentially deleterious endogenous reactions occur, even under physiological conditions. Aging, in this chemical context, could be viewed as an entropic process, the result of chemical side reactions that chronically and cumulatively degrade the function of biological systems. Mitochondria are a main source of reactive oxygen species (ROS) and chemical sidereactions in healthy aerobic tissues and are the only known extranuclear cellular organelles in animal cells that contain their own DNA (mtDNA). ROS can modify mtDNA directly at the sugar-phosphate backbone or at the bases, producing many different oxidatively modified purines and pyrimidines, as well as single and double strand breaks and DNA mutations. In this scenario, natural selection tends to decrease the mitochondrial ROS generation, the oxidative damage to mtDNA, and the mitochondrial mutation rate in long-lived species, in agreement with the mitochondrial oxidative stress theory of aging.

Grx5 glutaredoxin plays a central role in protection against protein oxidative damage in Saccharomyces cerevisiae

Glutaredoxins are members of a superfamily of thiol disulfide oxidoreductases involved in maintaining the redox state of target proteins. In Saccharomyces cerevisiae, two glutaredoxins (Grx1 and Grx2) containing a cysteine pair at the active site had been characterized as protecting yeast cells against oxidative damage. In this work, another subfamily of yeast glutaredoxins (Grx3, Grx4, and Grx5) that differs from the first in containing a single cysteine residue at the putative active site is described. This trait is also characteristic for a number of glutaredoxins from bacteria to humans, with which the Grx3/4/5 group has extensive homology over two regions. Mutants lacking Grx5 are partially deficient in growth in rich and minimal media and also highly sensitive to oxidative damage caused by menadione and hydrogen peroxide. A significant increase in total protein carbonyl content is constitutively observed in grx5cells, and a number of specific proteins, including transketolase, appear to be highly oxidized in this mutant. The synthetic lethality of the grx5 and grx2 mutations on one hand and ofgrx5 with the grx3 grx4 combination on the other points to a complex functional relationship among yeast glutaredoxins, with Grx5 playing a specially important role in protection against oxidative stress both during ordinary growth conditions and after externally induced damage. Grx5-deficient mutants are also sensitive to osmotic stress, which indicates a relationship between the two types of stress in yeast cells.

Particle Size Analysis of Pharmaceutical Powders by Laser Diffraction

Raaka-aineen hiukkaskoko on lääkekehityksessä keskeinen materiaaliparametri. Lääkeaineen partikkelikoko vaikuttaa moneen lääketuotteen tärkeään ominaisuuteen, esimerkiksi lääkkeen biologiseen hyväksikäytettävyyteen. Tässä diplomityössä keskityttiin jauhemaisten lääkeaineiden hiukkaskoon määrittämiseen laserdiffraktiomenetelmällä. Menetelmä perustuu siihen, että partikkeleista sironneen valon intensiteetin sirontakulmajakauma on riippuvainen partikkelien kokojakaumasta. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin laserdiffraktiomenetelmän teoriaa. PIDS (Polarization Intensity Differential Scattering) tekniikka, jota voidaan käyttää laserdiffraktion yhteydessä, on myös kuvattu kirjallisuusosassa. Muihin menetelmiin perustuvista analyysimenetelmistä tutustuttiin mikroskopiaan sekä aerodynaamisen lentoajan määrittämiseen perustuvaan menetelmään. Kirjallisuusosassa esiteltiin myös partikkelikoon yleisimpiä esitystapoja. Työn kokeellisen osan tarkoituksena oli kehittää ja validoida laserdiffraktioon perustuva partikkelikoon määritysmenetelmä tietylle lääkeaineelle. Menetelmäkehitys tehtiin käyttäen Beckman Coulter LS 13 320 laserdiffraktoria. Laite mahdollistaa PIDS-tekniikan käytön laserdiffraktiotekniikan ohella. Menetelmäkehitys aloitettiin arvioimalla, että kyseinen lääkeaine soveltuu parhaiten määritettäväksi nesteeseen dispergoituna. Liukoisuuden perusteella väliaineeksi valittiin tällä lääkeaineella kyllästetty vesiliuos. Dispergointiaineen sekä ultraäänihauteen käyttö havaittiin tarpeelliseksi dispergoidessa kyseistä lääkeainetta kylläiseen vesiliuokseen. Lopuksi sekoitusnopeus näytteensyöttöyksikössä säädettiin sopivaksi. Validointivaiheessa kehitetyn menetelmän todettiin soveltuvan hyvin kyseiselle lääkeaineelle ja tulosten todettiin olevan oikeellisia sekä toistettavia. Menetelmä ei myöskään ollut herkkä pienille häiriöille.

A multi-contrast MRI study of microstructural brain damage in patients with mild cognitive impairment.

OBJECTIVES: The aim of this study was to investigate pathological mechanisms underlying brain tissue alterations in mild cognitive impairment (MCI) using multi-contrast 3 T magnetic resonance imaging (MRI). METHODS: Forty-two MCI patients and 77 healthy controls (HC) underwent T1/T2* relaxometry as well as Magnetization Transfer (MT) MRI. Between-groups comparisons in MRI metrics were performed using permutation-based tests. Using MRI data, a generalized linear model (GLM) was computed to predict clinical performance and a support-vector machine (SVM) classification was used to classify MCI and HC subjects. RESULTS: Multi-parametric MRI data showed microstructural brain alterations in MCI patients vs HC that might be interpreted as: (i) a broad loss of myelin/cellular proteins and tissue microstructure in the hippocampus (p ≤ 0.01) and global white matter (p < 0.05); and (ii) iron accumulation in the pallidus nucleus (p ≤ 0.05). MRI metrics accurately predicted memory and executive performances in patients (p ≤ 0.005). SVM classification reached an accuracy of 75% to separate MCI and HC, and performed best using both volumes and T1/T2*/MT metrics. CONCLUSION: Multi-contrast MRI appears to be a promising approach to infer pathophysiological mechanisms leading to brain tissue alterations in MCI. Likewise, parametric MRI data provide powerful correlates of cognitive deficits and improve automatic disease classification based on morphometric features.

Suojakaasuseoksen koostumuksen vaikutus CO2-laser-MAG-hybridihitsauksessa

Hitsaavassa teollisuudessa kilpailukyvyn säilyttäminen edellyttää hitsauksen tehokkuuden nostoa. Niinpä metalliteollisuus etsii kuumeisesti uusia yhä tehokkaampia hitsausmenetelmiä. CO2-laserin ja MAG:in yhdistelmän muodostamalla hybridihitsauksella saadaan aikaan syvä tunkeuma kuten laserhitsauksessa, mutta sallitaan laserhitsausta väljemmät railotoleranssit. Samalla muodonmuutokset vähenevät huomattavasti verrattuna perinteiseen kaarihitsaukseen. Kaariavusteisessa laserhitsauksessa yhdistetään laserhitsaukseen perinteinen kaarihitsaus eli MIG/MAG-, TIG- tai plasmahitsaus. Menetelmää voidaan kutsua myös hybridihitsaukseksi ja sillä hyödynnetään molempien prosessien edut välttyen yksittäisten prosessien haitoilta. Prosessin haittapuolena on parametrien suuri määrä, joka on rajoittanut menetelmän käyttöönottoa. Diplomityössä tutkittiin suojakaasuseoksen koostumuksen vaikutusta rakenneteräksen CO2-laser-MAG-hybridihitsauksessa. Laserhitsauksen ja MAG-hitsauksen suojakaasuvirtaukset yhdistettiin siten, että heliumseosteinen suojakaasu tuotiin MAG-polttimen kaasukuvun kautta. Suojakaasun heliumpitoisuus nostettiin niin korkeaksi, että estettiin laserhitsauksen muodostaman plasman syntyminen. Samalla hitsauskokeissa opittiin paremmin ymmärtämään prosessia ja sen parametrien riippuvuutta toisiinsa. Tutkitut suojakaasuseokset koostuivat heliumista, argonista ja hiilidioksidista. Hitsauskokeiden perusteella havaittiin, että suojakaasuseoksen optimaalinen heliumpitoisuus on 40-50 %. Tällöin laserin tunkeumaa häiritsevää plasmapilveä ei synny ja prosessi on stabiili. Päittäisliitosten hitsauksessa suojakaasuseoksen 2 %:n CO2-pitoisuudella saadaan aikaan hyvin vähän huokosia sisältävä hitsi, jonka tunkeumaprofiilin muoto ja liittymä perusaineeseen on juoheva. Pienaliitoksilla 7 %:n CO2-pitoisuudella prosessi pysyy stabiilina ja vähäroiskeisena. Tunkeuma hieman levenee hitsin keskeltä ja hitsin liittyminen perusaineeseen on juoheva.CO2-laser-MAG-hybridihitsauksella aikaansaadaan laadukkaita hitsejä taloudellisesti, mikäli käytetyt parametrit ovat oikein valittuja. Parametrit on sovitettava jokaiseen hitsaustapaukseen erikseen, eikä niitä välttämättä voida suoraan käyttää toisessa tapauksessa.

Particle shape and orientation in laser diffraction and static image analysis size distribution analysis of micrometer sized rectangular particles

Laser diffraction (LD) and static image analysis (SIA) of rectangular particles [United States Pharmacopeia, USP30-NF25, General Chapter <776>, Optical Miroscopy.] have been systematically studied. To rule out sample dispersion and particle orientation as the root cause of differences in size distribution profiles, we immobilize powder samples on a glass plate by means of a dry disperser. For a defined region of the glass plate, we measure the diffraction pattern as induced by the dispersed particles, and the 2D dimensions of the individual particles using LD and optical microscopy, respectively. We demonstrate a correlation between LD and SIA, with the scattering intensity of the individual particles as the dominant factor. In theory, the scattering intensity is related to the square of the projected area of both spherical and rectangular particles. In traditional LD the size distribution profile is dominated by the maximum projected area of the particles (A). The diffraction diameters of a rectangular particle with length L and breadth B as measured by the LD instrument approximately correspond to spheres of diameter ØL and ØB respectively. Differences in the scattering intensity between spherical and rectangular particles suggest that the contribution made to the overall LD volume probability distribution by each rectangular particle is proportional to A2/L and A2/B. Accordingly, for rectangular particles the scattering intensity weighted diffraction diameter (SIWDD) explains an overestimation of their shortest dimension and an underestimation of their longest dimension. This study analyzes various samples of particles whose length ranges from approximately 10 to 1000 μm. The correlation we demonstrate between LD and SIA can be used to improve validation of LD methods based on SIA data for a variety of pharmaceutical powders all with a different rectangular particle size and shape.