Oleoresin glands in copaiba (Copaifera trapezifolia Hayne: Leguminosae), a Brazilian rainforest tree

Although studies have addressed the chemical analysis and the biological activity of oleoresin in species of Copaifera, the cellular mechanisms of oleoresin production, storage, and release have rarely been investigated. This study detailed the distribution, ontogeny, and ultrastructure of secretory cavities and canals distributed in leaf and stem, respectively, of Copaifera trapezifolia, a Brazilian species included in a plant group of great economic interest. Axillary vegetative buds, leaflets, and portions of stem in primary and secondary growth were collected and processed in order to study the anatomy, histolocalization of substances, and ultrastructure. Secretory cavities are observed in the foliar blade and secretory canals in the petiolule and stem. They are made up of a uniseriate epithelium delimiting an isodiametric or elongated lumen. Biseriate epithelium is rarely observed and is a novelty for Leguminosae. Cavities and canals originate from ground meristem cells and the lumen is formed by schizogenesis. The content of the cavities and canals of both stem and leaf is oily and resinous, which suggests that the oleoresin could be extracted from the leaf instead of the stem. Phenolic compounds are also detected in the epithelial cell cytoplasm. Cavities and canals in the beginning of developmental stages have polarized epithelial cells. The cytoplasm is rich in smooth and rough endoplasmic reticula connected to vesicles or plastids. Smooth and rough endoplasmic reticulum and plastids were found to be predominant in the epithelial cells of the secretory cavities and canals of C. trapezifolia. Such features testify the quantities of oleoresin found in the lumen and phenolic compounds in the epithelial cell cytoplasm of these glands. Other studies employing techniques such as correlative light electron microscopy could show the vesicle traffic and the compartmentalization of the produced substances in such glands.

Anatomy and essential oils from aerial organs in three species of Aldama (Asteraceae-Heliantheae) that have a difficult delimitation

Recently, molecular analysis caused the South American Viguiera Kunth species to be transferred to Aldama La Llave. However, the circumscription has not been established for certain of the South American species, including Aldama filifolia (Sch. Bip. ex Baker) E. E. Schill. & Panero, A. linearifolia (Chodat) E. E. Schill. & Panero and A. trichophylla (Dusen) Magenta (comb. nov.), which had previously been treated as synonyms because of their high similarity. Therefore, the present study aimed to evaluate the anatomy of the aerial organs, and the yield and chemical composition of the essential oils from these three species, to determine the differences among them and thereby assist in species distinction. The anatomical analysis identified characteristics unique to each species, which are primarily related to the position and occurrence of secretory structures. Histochemical analysis demonstrated that the glandular trichomes and the canals secrete lipophilic substances, which are characterised by the presence of essential oils. The analysis of these essential oils identified monoterpenes as their major constituent and allowed for the recognition of chemical markers for each species. The anatomical and chemical characteristics identified by the present study confirmed that the studied samples belong to three distinct taxa.

Phospholipase D2:A Pivotal Player Modulating RBL-2H3 Mast Cell Structure

The current study examined the role of PLD2 in the maintenance of mast cell structure. Phospholipase D (PLD) catalyzes hydrolysis of phosphatidylcholine to produce choline and phosphatidic acid (PA). PLD has two isoforms, PLD1 and PLD2, which vary in expression and localization depending on the cell type. The mast cell line RBL-2H3 was transfected to overexpress catalytically active (PLD2CA) and inactive (PLD2CI) forms of PLD2. The results of this study show that PLD2CI cells have a distinct star-shaped morphology, whereas PLD2CA and RBL-2H3 cells are spindle shaped. In PLD2CI cells, the Golgi complex was also disorganized with dilated cisternae, and more Golgi-associated vesicles were present as compared with the PLD2CA and RBL-2H3 cells. Treatment with exogenous PA led to the restoration of the wild-type Golgi complex phenotype in PLD2CI cells. Conversely, treatment of RBL-2H3 and PLD2CA cells with 1% 1-Butanol led to a disruption of the Golgi complex. The distribution of acidic compartments, including secretory granules and lysosomes, was also modified in PLD2CI cells, where they concentrated in the perinuclear region. These results suggest that the PA produced by PLD2 plays an important role in regulating cell morphology in mast cells. (J Histochem Cytochem 60:386-396, 2012)

Systemically alendronate was incorporated into dental tissues but did not cause morphological or mechanical changes in rats teeth

This study evaluated the effect of the systemic use of sodium alendronate in rats in vivo. Forty-five Wistar rats aged 36 to 42 days and weighing 200 to 230 g were randomly assigned to a control group (n = 20), which received distilled water, and an experimental group (n = 25), which received 2 weekly doses of 1 mg/kg of chemically pure sodium alendronate. The animals were killed after 60 days of treatment. The tibias were removed for analysis of bone mineral density by dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). Then, the maxillary incisors were extracted for analysis of the mineralized dental tissues using fluorescence spectroscopy (FS), scanning electron microscopy (SEM), bright field microscopy (BFM), and cross-sectional microhardness (CSMH) testing. DXA and CSMH data were subjected to statistical analysis by Kruskal-Wallis test (5% significance level). The experimental group presented higher bone mineral density than the control group by DXA. FS analysis revealed presence of alendronate in the mineralized dental tissues of the specimens of the experimental group. Significant morphological differences were not found by SEM and BFM. Enamel and dentin (100 and 300 mu m from the dentinoenamel junction) CSMH data did not show significant difference between the control and experimental groups. Based on the obtained results, we conclude that while alendronate increased the bone mineral density and was incorporated into the mineralized dental tissues it did not cause significant alterations in the morphology and microhardness of rat incisor enamel and dentin. Microsc. Res. Tech. 75:12651271, 2012. (C) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Sialic acid reduction in the saliva of streptozotocin induced diabetic rats

Objective: Diabetes causes changes in the salivary glands and in the composition of saliva, as well as symptoms such as dry mouth and hyposalivation. Therefore, this study aimed at investigating changes in salivary secretion and composition, in response to parasympathetic stimuli, in diabetic rats induced with streptozotocin. Design: Diabetes was induced by a single intraperitoneal injection of streptozotocin. Thirty days after diabetes induction, the animals were anaesthetized and salivation was stimulated by an intraperitoneal injection of Pilocarpine (0.6 mg/kg body weight) dissolved in distilled water. Saliva was collected for 40 min and immediately stored at -80 degrees C until analysis. The salivary flow rate, amount of total protein, amylase and peroxidase activities, and free and total sialic acid contents were measured. Results: Salivary flow rate was reduced in the diabetic group (p < 0.05). Moreover, increases in total protein amount and in amylase and peroxidase activities were observed in diabetic animals. No difference was observed for free sialic acid content between groups. On the other hand, a significantly decrease in the total sialic acid content was observed in the diabetic group (p < 0.05). Conclusions: Our findings suggest that a decrease in sialic acid in the saliva of diabetic animals can be related to xerostomia reported by diabetic patients. However, further clinical trials are needed to verify if the decrease in sialic acid also occurs in human saliva. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

RNA interference-mediated knockdown of CD49e (α5 integrin chain) in human thymic epithelial cells modulates the expression of multiple genes and decreases thymocyte adhesion

Abstract Background The thymus is a central lymphoid organ, in which bone marrow-derived T cell precursors undergo a complex process of maturation. Developing thymocytes interact with thymic microenvironment in a defined spatial order. A component of thymic microenvironment, the thymic epithelial cells, is crucial for the maturation of T-lymphocytes through cell-cell contact, cell matrix interactions and secretory of cytokines/chemokines. There is evidence that extracellular matrix molecules play a fundamental role in guiding differentiating thymocytes in both cortical and medullary regions of the thymic lobules. The interaction between the integrin α5β1 (CD49e/CD29; VLA-5) and fibronectin is relevant for thymocyte adhesion and migration within the thymic tissue. Our previous results have shown that adhesion of thymocytes to cultured TEC line is enhanced in the presence of fibronectin, and can be blocked with anti-VLA-5 antibody. Results Herein, we studied the role of CD49e expressed by the human thymic epithelium. For this purpose we knocked down the CD49e by means of RNA interference. This procedure resulted in the modulation of more than 100 genes, some of them coding for other proteins also involved in adhesion of thymocytes; others related to signaling pathways triggered after integrin activation, or even involved in the control of F-actin stress fiber formation. Functionally, we demonstrated that disruption of VLA-5 in human TEC by CD49e-siRNA-induced gene knockdown decreased the ability of TEC to promote thymocyte adhesion. Such a decrease comprised all CD4/CD8-defined thymocyte subsets. Conclusion Conceptually, our findings unravel the complexity of gene regulation, as regards key genes involved in the heterocellular cell adhesion between developing thymocytes and the major component of the thymic microenvironment, an interaction that is a mandatory event for proper intrathymic T cell differentiation.

Seroprevalence of toxoplasmosis, toxocariasis and cysticercosis in a rural settlement, São Paulo State, Brazil.

Background: The goal of this study was to estimate the seroprevalence of Toxocara spp., Toxoplasma gondii, and Taenia solium metacestode infection and determine some of the associated risk factors for people living in the Dona Carmen settlement, Pontal of Paranapanema, São Paulo, Brazil. Methods: Serum samples from 194 subjects were tested and participants answered a questionnaire. An enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) system based on Toxocara spp. excretory-secretory antigens obtained from the cultured second-stage larvae of Toxocara canis or vesicular fluid (VF) antigen from Taenia crassiceps metacestode was used to detect anti-Toxocara spp. IgG and IgE and anti-T. solium metacestode, respectively. For cysticercosis, the reactive ELISA samples were assayed by Western blotting using 18 kDa and 14 kDa proteins purified from VF. For T. gondii-specific IgG and IgM antibodies, anti-SAG-1, GRA-1, and GRA-7 epitope specificity was determined by ELISA. Results: Toxoplasma gondii IgG antibodies were found in 102/194 individuals (52.6%) with increased infections in females (P=0.02) and those with US$ ≤ 300monthly income (P=0.01). Positive IgM antibodies were detected in 21/194 individuals (10.8%). Antibodies specific to Toxocara spp. were found in 28/194 subjects (14.4%). All the individuals with Toxocara spp. also had T. gondii-specific IgG antibodies. Taenia solium metacestode antibodies were detected in 11 subjects (5.7%), but none were reactive based on Western blotting. Conclusion: In spite of environmental, educational, and socioeconomic factors favoring parasite infection, the seropositivity rates of T. gondii, Toxocara spp., and T. solium metacestode-specific IgG antibodies are similar to the rates found in studies conducted in different populations in Brazil.

Biomarkers and Bacterial Pneumonia Risk in Patients with Treated HIV Infection: A Case-Control Study

Background: Despite advances in HIV treatment, bacterial pneumonia continues to cause considerable morbidity and mortality in patients with HIV infection. Studies of biomarker associations with bacterial pneumonia risk in treated HIVinfected patients do not currently exist. Methods: We performed a nested, matched, case-control study among participants randomized to continuous combination antiretroviral therapy (cART) in the Strategies for Management of Antiretroviral Therapy trial. Patients who developed bacterial pneumonia (cases) and patients without bacterial pneumonia (controls) were matched 1:1 on clinical center, smoking status, age, and baseline cART use. Baseline levels of Club Cell Secretory Protein 16 (CC16), Surfactant Protein D (SP-D), C-reactive protein (hsCRP), interleukin-6 (IL-6), and d-dimer were compared between cases and controls. Results: Cases (n = 72) and controls (n = 72) were 25.7% female, 51.4% black, 65.3% current smokers, 9.7% diabetic, 36.1% co-infected with Hepatitis B/C, and 75.0% were on cART at baseline. Median (IQR) age was 45 (41, 51) years with CD4+ count of 553 (436, 690) cells/mm3. Baseline CC16 and SP-D were similar between cases and controls, but hsCRP was significantly higher in cases than controls (2.94 mg/mL in cases vs. 1.93 mg/mL in controls; p = 0.02). IL-6 and d-dimer levels were also higher in cases compared to controls, though differences were not statistically significant (p-value 0.06 and 0.10, respectively). Conclusions: In patients with cART-treated HIV infection, higher levels of systemic inflammatory markers were associated with increased bacterial pneumonia risk, while two pulmonary-specific inflammatory biomarkers, CC16 and SP-D, were not associated with bacterial pneumonia risk.

Periodontal treatment downregulates protease-activated receptor 2 in human gingival crevicular fluid cells

Protease-activated receptor 2 (PAR2) is implicated in the pathogenesis of chronic inflammatory diseases, including periodontitis; it can be activated by gingipain and produced by Porphyromonas gingivalis and by neutrophil protease 3 (P3). PAR2 activation plays a relevant role in inflammatory processes by inducing the release of important inflammatory mediators associated with periodontal breakdown. The effects of periodontal treatment on PAR2 expression and its association with levels of proinflammatory mediators and activating proteases were investigated in chronic periodontitis patients. Positive staining for PAR2 was observed in gingival crevicular fluid cells and was reflective of tissue destruction. Overexpression of PAR2 was positively associated with inflammatory clinical parameters and with the levels of interleukin-6 (IL-6), IL-8, tumor necrosis factor alpha, matrix metalloprotease 2 (MMP-2), MMP-8, hepatocyte growth factor, and vascular endothelial growth factor. Elevated levels of gingipain and P3 and decreased levels of dentilisin and the protease inhibitors secretory leukocyte protease inhibitor and elafin were also associated with PAR2 overexpression. Healthy periodontal sites from individuals with chronic periodontitis showed diminished expression of PAR2 mRNA and the PAR2 protein (P < 0.05). Furthermore, periodontal treatment resulted in decreased PAR2 expression and correlated with decreased expression of inflammatory mediators and activating proteases. We concluded that periodontal treatment resulted in decreased levels of proteases and that proinflammatory mediators are associated with decreased PAR2 expression, suggesting that PAR2 expression is influenced by the presence of periodontal infection and is not a constitutive characteristic favoring periodontal inflammation.

Involvement of formyl peptide receptors in the stimulatory effect of crotoxin on macrophages co-cultivated with tumour cells

Crotoxin (CTX) is the main neurotoxic component of Crotalus durissus terrificus snake venom. It inhibits tumour growth and modulates the function of macrophages, which are essential cells in the tumour microenvironment. The present study investigated the effect of CTX on the secretory activity of monocultured macrophages and macrophages co-cultivated with LLC-WRC 256 cells. The effect of the macrophage secretory activities on tumour cell proliferation was also evaluated. Macrophages pre-treated with CTX (0.3 μg/mL) for 2 h were co-cultivated with LLC-WRC 256 cells, and the secretory activity of the macrophages was determined after 12, 24 and 48 h. The co-cultivation of CTX-treated macrophages with the tumour cells caused a 20% reduction in tumour cell proliferation. The production of both H2O2 and NO was increased by 41% and 29% after 24 or 48 h of co-cultivation, respectively, compared to the values for the co-cultures of macrophages of control. The level of secreted IL-1β increased by 3.7- and 3.2-fold after 12 h and 24 h of co-cultivation, respectively. Moreover, an increased level of LXA4 (25%) was observed after 24 h of co-cultivation, and a 2.3- and 2.1-fold increased level of 15-epi-LXA4 was observed after 24 h and 48 h, respectively. Boc-2, a selective antagonist of formyl peptide receptors, blocked both the stimulatory effect of CTX on the macrophage secretory activity and the inhibitory effect of these cells on tumour cell proliferation. Taken together, these results indicate that CTX enhanced the secretory activity of macrophages, which may contribute to the antitumour activity of these cells, and that activation of formyl peptide receptors appears to play a major role in this effect.

Frequency of Toxocara infection in children attended by the health public service of Maringá, south Brazil.

The lack of specific laboratorial diagnosis methods and precise symptoms makes the toxocariasis a neglected disease in Public Health Services. This study aims to determine the frequency of Toxocara spp. infection in children attended by the Health Public Service of Hospital Municipal de Maringá, South Brazil. To evaluate the association of epidemiological and clinical data, and observational and cross-section study was carried out. From 14,690 attended children/year aged from seven month to 12 years old, 450 serum samples were randomly collected from September/2004 to September/2005. A questionnaire was used to evaluate epidemiological, clinical and hematological data. An ELISA using Toxocara canis larval excretory-secretory products as antigen detected 130 (28.8%) positive sera, mainly between children from seven month to five years old (p = 0.0016). Significant correlation was observed between positive serology for Toxocara, and frequent playing in sandbox at school or daycare center (p = 0.011) and the presence of a cat at home (p = 0.056). From the families, 50% were dog owners which exposed soil backyards. Eosinophilia (p = 0.776), and signs and symptoms analyzed (fever p = 0.992, pneumonia p = 0.289, cold-like symptoms p = 0.277, cough p =0.783, gastrointestinal problems p = 0.877, migraine p = 0.979, abdominal pain p = 0.965, joint pain p = 0.686 and skin rash p = 0.105) could not be related to the presence of anti-Toxocara antibodies. Therefore, two asthmatics children showed titles of1:10,240 and accentuated eosinophilia (p = 0.0001). The authors emphasize the needs of prevention activities.

Funktion des Rezeptors der sekretorischen Phospholipasen A 2 bei der Signaltransduktion in glomerulären Mesangiumzellen und entzündlichen Erkrankungen der Niere

Die sekretorischen Phospholipasen A2 (sPLA2) sind Enzyme, welche die Hydrolyse der Esterbindung an der sn-2-Position von Phospholipiden katalysieren, wodurch freie Fettsäuren, welche als Vorläufermolekül von Eicosanoiden dienen, freiwerden. Außerdem wurde gezeigt, dass sPLA2s auch unabhängig von ihrer katalytischen Aktivität durch die Bindung an einen spezifischen sPLA2-M-Typ-Rezeptor (MTR) intrazelluläre Signalwege, wie z.B. die Induktion von proinflammatorischen Genen, aktivieren können. Deshalb wurden in dieser Arbeit weiterführende Studien zur Aufklärung der Lokalisation und der Signaltransduktion der sPLA2s sowie die Bedeutung des MTR durchgeführt. Als Zellmodell für in-vitro-Studien wurden glomeruläre Mesangiumzellen verwendet, da diese Zellen eine zentrale Rolle bei entzündlichen Nierenerkrankungen, wie z.B. der Glomerulonephritis spielen. Durch Isolierung von Mesangiumzellen aus MTR-knockout-Mäusen (C57BL/6) sollten potentielle Unterschiede in der MTR-vermittelten Signaltransduktion im Vergleich zu Mesangiumzellen isoliert aus (C57BL/6) Wildtyp-Mäusen herausgearbeitet werden. Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass verschiedene sPLA2-Enzyme in Maus-Mesangiumzellen exprimiert werden und diese an der konstitutiven Biosynthese von Prostaglandinen beteiligt sind. Der spezifische M-Typ-Rezeptor wird in diesen Zellen im Gegensatz zu Ratten-Mesangiumzellen weder unter physiologischen noch unter proinflammatorischen Bedingungen exprimiert und spielt daher vermutlich keine Rolle bei der Signaltransduktion durch sPLA2s.

Expressions- und Funktionsanalysen von "Tetraspan Vesicle Membrane Proteins" in Caenorhabditis elegans

Tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) sind ubiquitäre Komponenten von Transportvesikeln. Bei den Säugetieren unterscheidet man drei Familien, die Physine, Gyrine und SCAMPs (secretory carrier-associated membrane proteins). Ihre Funktion ist weitgehend unbekannt, es wird jedoch vermutet, dass sie eine Rolle bei der Vesikelbildung und der Vesikelrezirkulierung spielen. In Caenorhabditis elegans existiert von jeder Familie jeweils nur ein einziges Polypeptid: für die Physine Synaptophysin (SPH-1), für die Gyrine Synaptogyrin (SNG-1) und für die SCAMPs SCAMP (SCM-1). Ziel der Arbeit war es die Verteilung der C. elegans TVPs zu untersuchen und ihre Funktion unter besonderer Berücksichtigung der vesikelvermittelten synaptischen Kopplung zu bestimmen. Wenn die C. elegans TVPs in humanen Epithelzellen synthetisiert werden, lokalisieren sie in zytoplasmatischen Vesikeln. In Kotransfektionsexperimenten wurde gezeigt, dass sie größtenteils in den gleichen Strukturen enthalten sind. In C. elegans synthetisierte TVP-Reporterkonstrukte können in unterschiedlichen Geweben nachgewiesen werden. Dabei ist SNG-1 fast ausschließlich in Neuronen zu finden. SPH-1 und SCM-1 hingegen weisen komplexe und teilweise überlappende Verteilungsmuster auf. Während für SPH-1 eine starke Fluoreszenz im Pharynx, auf der apikalen Seite der Darmzellen oberhalb des sog. terminal webs und in adluminalen Regionen von exkretorischen Geweben gefunden wurde, war SCM-1 stark in der Muskulatur und den Coelomozyten vertreten. Die Expression von SCM-1 in Pharynx und Darm war deutlich schwächer. Die C. elegans TVPs werden früh in der Entwicklung ab der Gastrulation (SPH-1 und SCM-1) bzw. ab der Neurulation im sog. Komma-Stadium (SNG-1) produziert. Um die Funktion der TVPs in C. elegans zu untersuchen, wurden TVP-Mutanten analysiert. Durch Kombination aller drei TVP-Gen-Mutanten wurden TVP-Dreifachmutanten generiert. Diese wiesen keinen offensichtlichen Defekt im Bewegungsmuster auf, entwickelten sich normal und bildeten ein normales Nervensystem aus. Auch auf unterschiedliche chemische und physikalische Reize in sensorischen Tests reagierten die TVP-Dreifachmutanten in gleicher Weise wie Wildtyptiere. Ebenso zeigen die TVP-Dreifachmutanten elektrophysiologisch unter normalen Bedingungen keine anormalen Reaktionsmuster. In ultrastrukturellen Untersuchungen wurde lediglich eine signifikant erhöhte Anzahl Clathrin-ummantelter Vesikel in cholinergen Synapsen gefunden. Erst unter Stressbedingungen, hervorgerufen durch den GABA-Antagonisten Pentylentetrazol (PTZ), wiesen sowohl die TVP-Dreifach- als auch die TVP-Einzelmutanten eine deutlich erhöhte Krampfbereitschaft auf. Zusammengenommen zeigen die Analysen, dass TVPs zwar für grundlegende neuronale Prozesse nicht notwendig sind, dass sie aber auf der anderen Seite vermutlich an alternativen redundanten Wegen der Neurotransmitterfreisetzung beteiligt sind.

Intrazelluläre Lokalisation und synaptische Ausschüttung der Neurotrophine in hippokampalen Neuronen und die Bedeutung von BDNF bei hippokampaler synaptischer Plastizität

Die Mitglieder der Neurotrophin-Familie (NGF, BDNF, NT-3 und NT-4) sind sekretierte Neuropeptide, die eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Nervenzellen und bei der Modulation der synaptischen Transmission spielen. Wenngleich eine aktivitätsabhängige Sekretion von BDNF bereits gezeigt werden konnte, wurden die subzelluläre Expression und die Ausschüttung der anderen Neurotrophine bislang nur unzureichend charakterisiert. Um die Expression und die Ausschüttung aller Neurotrophine unter identischen Bedingungen untersuchen zu können, wurde in der vorliegenden Arbeit das Expressionsmuster und die synaptische Ausschüttung GFP-markierter Neurotrophine in dissoziierten hippokampalen Neuronen mit Hilfe der konfokalen Fluoreszenz-Videomikroskopie zeitaufgelöst untersucht. Zwei Phänotypen konnten unterschieden werden: der distale vesikuläre Expressionstyp mit Neurotrophin-beinhaltenden Vesikeln in distalen Neuriten, und der proximale Expressionstyp mit einer diffusen Neurotrophin-Verteilung in den Neuriten und Neurotrophin-beinhaltenden Vesikeln im Soma des Neurons und in den proximalen Dendriten. Der distale vesikuläre Phänotyp entsprach einer Verteilung des entsprechenden Neurotrophins in die sekretorischen Granula des aktivitätsabhängigen Sekretionsweges, während der proximale Phänotyp den Transport eines Neurotrophins in den konstitutiven Sekretionsweg widerspiegelte. Alle Neurotrophine erreichten in hippokampalen Neuronen prinzipiell beide Sekretionswege. Jedoch gelangten BDNF und NT-3 mit einer größeren Effizienz in den regulierten Sekretionsweg als NT-4 und NGF (BDNF: in 98% aller Zellen, NT-3: 85%, NT-4: 23% und NGF: 46%). Neurotrophine besitzen, wie es für sekretorische Peptide üblich ist, eine Vorläufersequenz, die während der Reifung des Proteins proteolytisch abgespalten wird. Die Fusion dieser Präpro-Sequenz von BDNF mit der Sequenz des maturen NT-4 bewirkte einen effizienteren Transport von NT-4 in die sekretorischen Granula des regulierten Sekretionsweges, und zeigte die große Bedeutung der Präpro-Sequenz für das zelluläre Verteilungsmuster von Neurotrophinen. In Neuronen, in denen die Neurotrophine in den regulierten Sekretionsweg transportiert wurden, konnte eine aktivitätsabhängige Sekretion der Neurotrophine an postsynaptische Strukturen glutamaterger Synapsen beobachtet werden. Die aktivitätsabhängige postsynaptische Ausschüttung der Neurotrophine zeigte eine Heterogenität in der Kinetik der Sekretion (exponentieller Abfall des Neurotrophin-Signals mit Zeitkonstanten von tau = 121 bis 307s). Die Präinkubtion mit dem Protonen-Ionophor Monensin, welcher die Neutralisation des intragranulären pH-Wertes und somit die Solubilisierung der dicht gepackten Proteinstrukturen in den Vesikeln erzwingt, erhöhte die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung auf den Wert des unter physiologischen Bedingungen schnellsten Neurotrophins NT-4. Dennoch blieb die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung im Vergleich zur Neurotransmitter-Ausschüttung langsam (tau = 13 ± 2 s). Diese Daten belegen eindeutig, dass die Neutralisation der sekretorischen Granula die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung kritisch determiniert und die Geschwindigkeit der Neurotrophin-Ausschüttung im Vergleich zur konventionellen Neurotransmitter-Ausschüttung langsam erfolgt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass das Neurotrophin BDNF effizient in distale vesikuläre Strukturen von CA1 Pyramidenzellen organotypischer Schnittkulturen des Hippokampus sortiert wird. Die basalen elektrischen Eigenschaften von CA1 Pyramidenzellen BDNF-defizienter Mäuse sind vergleichbar zu den Eigenschaften von Wildtyp Mäusen. Sowohl das Eigenpotential der CA1 Pyramidenzellen, die Form der Aktionspotentiale als auch die evozierten Antworten der CA1 Pyramdenzellen auf eine gepaarte präsynaptische Stimulation der Schaffer-Kollateralen zeigten bei BDNF-/- -, BDNF+/- - und BDNF+/+ -Mäusen keine signifikanten Unterschiede. Die Fähigkeit der CA1 Pyramidenzellen auf eine hochfrequente Reizung mit einer Langzeitpotenzierung (LTP) der postsynaptischen Ströme zu reagieren ist jedoch bei den BDNF-defizienten Mäusen beinträchtigt. Eine verminderte Induktion von LTP war in den BDNF-defizienten Mäusen nach tetanischer Stimulation der präsynaptischen Schaffer-Kollateralen und simultaner postsynaptischer Depolarisation der CA1 Pyramidenzelle zu beobachten.

Genetische und funktionelle Analyse von Vesikelmembranprotein-Mutanten in Maus und Caenorhabditis elegans

Tetraspan vesicle membrane proteins (TVPs) sind konservierte, ubiquitär vorkommende Membranproteine synaptischer Vesikel und zytoplasmatischer Transportvesikel. Bei Säugetieren lassen sie sich in die Physine, Gyrine und SCAMPs (secretory carrier-associated membrane proteins) unterteilen, die im Nematoden C. elegans jeweils nur durch ein einzelnes Polypeptid vertreten sind (Synaptophysin-1 [SPH-1], Synaptogyrin-1 [SNG-1] und SCAMP-1 [SCM-1]). Obwohl den TVPs eine Beteiligung bei der Regulation des Vesikelzyklus zugesprochen wurde, sind Synaptophysin-1-Knockout-Mäuse und vollständig TVP-defiziente Würmer gesund und weisen nur geringgradige Veränderungen auf. In dieser Arbeit sollten daher zum einen genomweite komparative Transkriptomanalysen durchgeführt werden, um mögliche Kompensationsmechanismen in der Maus und C. elegans zu finden, zum anderen sollten mit Hilfe pharmakologischer Stressassays und genetischer Verfahren Schwachstellen und Redundanzen identifiziert werden. Erstaunlicherweise konnten durch Affymetrix GeneChip-Analysen der RNA in der Retina von Synaptophysin-1-/--Mäusen keine differenziell exprimierten Gene gefunden werden. Bei der Untersuchung der C. elegans-TVP-Dreifachmutante wurden hingegen 17 Gene mit erhöhter und 3 mit erniedrigter Transkription identifiziert. Die Befunde für 12 hochregulierte Gene wurden durch quantitative Real-Time RT-PCR bestätigt. Das am stärksten hochregulierte Gen arf-1.1 kodiert für eine GTPase, die vermutlich an der Regulation der Vesikelbildung beteiligt ist. Von den ebenso identifizierten Genen cdr-2, cdr-4 und pgp-9 ist bekannt, dass sie in Stresssituationen, z. B. in Gegenwart von Cadmium, verstärkt transkribiert werden. ugt-62 und ugt-19 kodieren für Glucuronosyltransferasen. Für arf-1.1, cdr-2, ugt-62 sowie für das Gen T16G1.6, das für eine coiled-coil-Domäne kodiert, wurden im Folgenden fluoreszierende Promoterkonstrukte hergestellt, um Koexpressionsmuster mit TVPs zu bestimmen. Es stellte sich heraus, dass alle vier Promoterkonstrukte im Darm zusammen mit SPH-1 und SCM-1 im Darm transkribiert werden. Mit fluoreszierenden Translationschimären konnte weiterhin gezeigt werden, dass ARF-1.1 und CDR-2 mit den Darm-spezifischen TVPs im apikalen Bereich der Darmzellen kolokalisieren. Um mehr über die Funktion von TVPs im Vesikelzyklus zu erfahren, wurden pharmakologische und genetische Analysen von Würmern durchgeführt, in denen die Expression des Neuronen-spezifischen SNG-1 verändert ist. Deletion oder Überexpression führte zu einer Resistenz gegenüber dem Acetylcholinesterase-Inhibitor Aldicarb und zu erhöhter Empfindlichkeit gegenüber dem GABA-Rezeptor-Antagonisten Pentylentetrazol. Auf genetischer Ebene zeigte sich, dass sng-1 synthetisch mit den Genen für Synaptotagmin-1, Endophilin A sowie Synaptojanin wirkt. Die beobachteten Effekte weisen auf alternative Funktionen in der synaptischen Übertragung hin und unterstützen zugleich die Hypothese, dass SNG-1 im synaptischen Vesikelzyklus eine wichtige Funktion erfüllt, die möglicherweise einem noch unbekannten redundanten Kompartiment-spezifischen Signalweg der synaptischen Transmission zuzuordnen ist.