Isolamento, variabilità ed espressione del gene PIMT in Girasole

Il vigore è un aspetto rilevante della qualità delle sementi, strettamente connesso al loro status fisiologico, al genotipo e alle condizioni di stoccaggio. Stress ossidativi e danni alle macromolecole sono alla base del deterioramento del seme, che è equipaggiato con sistemi protettivi e di riparazione. Uno di questi coinvolge l’L-isoaspartil metiltransferasi (PIMT) che ripara i misfolding proteici catalizzando la riconversione in aspartato dell’isoaspartile anomalo accumulato. Scopo di questo studio era valutare il possibile ruolo del meccanismo di riparazione di PIMT nel vigore del seme in girasole. Per questo il relativo gene è stato isolato e caratterizzato, la variabilità allelica determinata su un campione di linee inbred e l’espressione genica misurata in risposta all’invecchiamento accelerato (aging) e al priming. La sequenza codificante ottenuta è costituita da 4 esoni e contiene i 5 domini caratteristici delle metiltransferasi. Il gene mostra elevata similarità con gli ortologhi vegetali e scarsa diversità nucleotidica nei genotipi coltivati rappresentativi della variabilità della specie. Nella sequenza aminoacidica, comunque, sono state rinvenute tre sostituzioni che potrebbero influenzare la funzionalità enzimatica. Dal punto di vista fisiologico i genotipi considerati hanno esibito notevole variabilità di risposte ai trattamenti, sia in termini di vigore che di espressione genica. Aging e priming hanno prodotto generalmente gli effetti attesi, rispettivamente negativi e positivi, sulla germinabilità e sulla sua velocità. In generale l’espressione di PIMT è risultata massima nel seme secco, come riportato altrove, e ridotta dall’aging. Anche il priming ha diminuito l’espressione rispetto al seme quiescente, mentre il suo effetto dopo l’aging è risultato genotipo-dipendente. Tuttavia, nelle condizioni descritte, non si sono evidenziate correlazioni significative tra vigore ed espressione di PIMT, tali da suggerire un chiaro ruolo di questo meccanismo nella qualità fisiologica del seme.

Biochemical analysis of the phosphatase domain of the human soluble epoxide hydrolase (sEH)

Die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) gehört zur Familie der Epoxidhydrolase-Enzyme. Die Rolle der sEH besteht klassischerweise in der Detoxifikation, durch Umwandlung potenziell schädlicher Epoxide in deren unschädliche Diol-Form. Hauptsächlich setzt die sEH endogene, der Arachidonsäure verwandte Signalmoleküle, wie beispielsweise die Epoxyeicosatrienoic acid, zu den entsprechenden Diolen um. Daher könnte die sEH als ein Zielenzym in der Therapie von Bluthochdruck und Entzündungen sowie diverser anderer Erkrankungen eingesetzt werden. rnDie sEH ist ein Homodimer, in dem jede Untereinheit aus zwei Domänen aufgebaut ist. Das katalytische Zentrum der Epoxidhydrolaseaktivität befindet sich in der 35 kD großen C-terminalen Domäne. Dieser Bereich der sEH s wurde bereits im Detail untersucht und nahezu alle katalytischen Eigenschaften des Enzyms sowie deren dazugehörige Funktionen sind in Zusammenhang mit dieser Domäne bekannt. Im Gegensatz dazu ist über die 25 kD große N-terminale Domäne wenig bekannt. Die N-terminale Domäne der sEH wird zur Haloacid Dehalogenase (HAD) Superfamilie von Hydrolasen gezählt, jedoch war die Funktion dieses N-terminal Domäne lange ungeklärt. Wir haben in unserer Arbeitsgruppe zum ersten Mal zeigen können, dass die sEH in Säugern ein bifunktionelles Enzym ist, welches zusätzlich zur allgemein bekannten Enzymaktivität im C-terminalen Bereich eine weitere enzymatische Funktion mit Mg2+-abhängiger Phosphataseaktivität in der N-terminalen Domäne aufweist. Aufgrund der Homologie der N-terminalen Domäne mit anderen Enzymen der HAD Familie wird für die Ausübung der Phosphatasefunktion (Dephosphorylierung) eine Reaktion in zwei Schritten angenommen.rnUm den katalytischen Mechanismus der Dephosphorylierung weiter aufzuklären, wurden biochemische Analysen der humanen sEH Phosphatase durch Generierung von Mutationen im aktiven Zentrum mittels ortsspezifischer Mutagenese durchgeführt. Hiermit sollten die an der katalytischen Aktivität beteiligten Aminosäurereste im aktiven Zentrum identifiziert und deren Rolle bei der Dephosphorylierung spezifiziert werden. rnrnAuf Basis der strukturellen und möglichen funktionellen Ähnlichkeiten der sEH und anderen Mitgliedern der HAD Superfamilie wurden Aminosäuren (konservierte und teilweise konservierte Aminosäuren) im aktiven Zentrum der sEH Phosphatase-Domäne als Kandidaten ausgewählt.rnVon den Phosphatase-Domäne bildenden Aminosäuren wurden acht ausgewählt (Asp9 (D9), Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124), Lys160 (K160), Asp184 (D184), Asp185 (D185), Asn189 (N189)), die mittels ortsspezifischer Mutagenese durch nicht funktionelle Aminosäuren ausgetauscht werden sollten. Dazu wurde jede der ausgewählten Aminosäuren durch mindestens zwei alternative Aminosäuren ersetzt: entweder durch Alanin oder durch eine Aminosäure ähnlich der im Wildtyp-Enzym. Insgesamt wurden 18 verschiedene rekombinante Klone generiert, die für eine mutante sEH Phosphatase Domäne kodieren, in dem lediglich eine Aminosäure gegenüber dem Wildtyp-Enzym ersetzt wurde. Die 18 Mutanten sowie das Wildtyp (Sequenz der N-terminalen Domäne ohne Mutation) wurden in einem Expressionsvektor in E.coli kloniert und die Nukleotidsequenz durch Restriktionsverdau sowie Sequenzierung bestätigt. Die so generierte N-terminale Domäne der sEH (25kD Untereinheit) wurde dann mittels Metallaffinitätschromatographie erfolgreich aufgereinigt und auf Phosphataseaktivität gegenüber des allgemeinen Substrats 4-Nitophenylphosphat getestet. Diejenigen Mutanten, die Phosphataseaktivität zeigten, wurden anschließend kinetischen Tests unterzogen. Basiered auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurden kinetische Parameter mittels vier gut etablierter Methoden berechnet und die Ergebnisse mit der „direct linear blot“ Methode interpretiert. rnDie Ergebnisse zeigten, dass die meisten der 18 generierten Mutanten inaktiv waren oder einen Großteil der Enzymaktivität (Vmax) gegenüber dem Wildtyp verloren (WT: Vmax=77.34 nmol-1 mg-1 min). Dieser Verlust an Enzymaktivität ließ sich nicht durch einen Verlust an struktureller Integrität erklären, da der Wildtyp und die mutanten Proteine in der Chromatographie das gleiche Verhalten zeigten. Alle Aminosäureaustausche Asp9 (D9), Lys160 (K160), Asp184 (D184) und Asn189 (N189) führten zum kompletten Verlust der Phosphataseaktivität, was auf deren katalytische Funktion im N-terminalen Bereich der sEH hindeutet. Bei einem Teil der Aminosäureaustausche die für Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124) und Asn185 (D185) durchgeführt wurden, kam es, verglichen mit dem Wildtyp, zu einer starken Reduktion der Phosphataseaktivität, die aber dennoch für die einzelnen Proteinmutanten in unterschiedlichem Ausmaß zu messen war (2 -10% and 40% of the WT enzyme activity). Zudem zeigten die Mutanten dieser Gruppe veränderte kinetische Eigenschaften (Vmax allein oder Vmax und Km). Dabei war die kinetische Analyse des Mutanten Asp11  Asn aufgrund der nur bei dieser Mutanten detektierbaren starken Vmax Reduktion (8.1 nmol-1 mg-1 min) und einer signifikanten Reduktion der Km (Asp11: Km=0.54 mM, WT: Km=1.3 mM), von besonderem Interesse und impliziert eine Rolle von Asp11 (D11) im zweiten Schritt der Hydrolyse des katalytischen Zyklus.rnZusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass alle in dieser Arbeit untersuchten Aminosäuren für die Phosphataseaktivität der sEH nötig sind und das aktive Zentrum der sEH Phosphatase im N-terminalen Bereich des Enzyms bilden. Weiterhin tragen diese Ergebnisse zur Aufklärung der potenziellen Rolle der untersuchten Aminosäuren bei und unterstützen die Hypothese, dass die Dephosphorylierungsreaktion in zwei Schritten abläuft. Somit ist ein kombinierter Reaktionsmechanismus, ähnlich denen anderer Enzyme der HAD Familie, für die Ausübung der Dephosphorylierungsfunktion denkbar. Diese Annahme wird gestützt durch die 3D-Struktur der N-terminalen Domäne, den Ergebnissen dieser Arbeit sowie Resultaten weiterer biochemischer Analysen. Der zweistufige Mechanismus der Dephosphorylierung beinhaltet einen nukleophilen Angriff des Substratphosphors durch das Nukleophil Asp9 (D9) des aktiven Zentrums unter Bildung eines Acylphosphat-Enzym-Zwischenprodukts, gefolgt von der anschließenden Freisetzung des dephosphorylierten Substrats. Im zweiten Schritt erfolgt die Hydrolyse des Enzym-Phosphat-Zwischenprodukts unterstützt durch Asp11 (D11), und die Freisetzung der Phosphatgruppe findet statt. Die anderen untersuchten Aminosäuren sind an der Bindung von Mg 2+ und/oder Substrat beteiligt. rnMit Hilfe dieser Arbeit konnte der katalytischen Mechanismus der sEH Phosphatase weiter aufgeklärt werden und wichtige noch zu untersuchende Fragestellungen, wie die physiologische Rolle der sEH Phosphatase, deren endogene physiologische Substrate und der genaue Funktionsmechanismus als bifunktionelles Enzym (die Kommunikation der zwei katalytischen Einheiten des Enzyms) wurden aufgezeigt und diskutiert.rn

Serumfreie Collagen-Monolayer- und Sandwich-Kulturen primärer Hepatozyten als ein wertvolles Modell zur Detektion von Toxizität und Arzneimittelwechselwirkungen in vitro

In dieser Arbeit wurden Zellkulturen primärer Hepatozyten von Ratte und Mensch hinsichtlich ihrer Eignung untersucht Speziesunterschiede der toxischen Wirkung und des Metabolismus von Substanzen darzustellen und inwieweit die in vitro-Ergebnisse in vivo vergleichbar bzw. übertragbar sind. Des Weiteren wurde ein Zellkulturmodell entwickelt, das eine Kultivierung von primären Hepatozyten aus Ratte, Mensch und Maus über einen Zeitraum von mindestens einer bis zwei Wochen erlaubt.rnrnDie Zellkulturen primärer Hepatozyten von Ratte und Mensch zeigten deutliche Unterschiede in der substanzinduzierten Veränderung der Genexpression nach Behandlung mit den, vor allem für den Menschen, lebertoxischen Substanzen Diclofenac und Troglitazon. Diese Unterschiede traten hauptsächlich in der Induktion fremdstoffmetabolisierender Enzyme sowie deren transkriptionsregulierenden Kernrezeptoren in den humanen Hepatozyten auf. Ebenso war eine verstärkte Stressantwort zu beobachten.rnDeutliche Speziesunterschiede konnten ebenso in der Wirkung der Arzneimittelentwicklungssubstanz EMD 392949 auf die Aktivität bzw. Genexpression von Cytochrom P450 Enzymen sowie deren Regulatoren nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte hier eine sehr gute Übereinstimmung der Ergebnisse aus den Zellkulturen primärer Ratten- bzw. Humanhepatozyten mit jenen aus in vivo-Experimenten mit Ratten bzw. Affen (Macaca fascicularis) beobachtet werden, was die Aussagekraft der Primärkulturen verdeutlichte.rnDie große Übereinstimmung zwischen Enzymaktivität und Genexpression in der Induktion fremdstoffmetabolisierender Enzyme konnte durch die Behandlung mit einer Reihe speziesspezifischer Induktoren in Zellkulturen primärer Ratten- bzw. Humanhepatozyten bestätigt werden; vor allem nach dem von der amerikanischen Arzneimittelzulassungsbehörde (FDA, Food and Drug Administartion) vorgeschlagenen Bewertungsschema zur Untersuchung der CYP-Induktion.rnrnDie Lebensdauer sowie der Differenzierungsgrad von primären Hepatozyten in Kultur sind stark abhängig von den Zellkulturbedingungen. Durch diese Arbeit konnte gezeigt werden, dass spezifische Eigenschaften von Rattenleberzellen durch Kultivierung in einem Sandwich aus zwei hydratisierten Collagengelschichten und unter serumfreien Bedingungen für einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen aufrechterhalten werden können. Dieses Kulturmodel konnte auf Primärhepatozyten von Mensch und Maus übertragen werden und erweitert die möglichen Anwendungen hin zu einer Behandlung über einen längeren Zeitraum und der Untersuchung von subchronischen Effekten.rn

Synthese und Evaluierung makrozyklischer 68 Ga-MPI-Tracer auf Pyridaben-Basis

Herz-Kreislauf-Erkrankungen zählen weltweit zu den Hauptursachen, die zu frühzeitigem Tod führen. Pathophysiologisch liegt eine Gefäßwandverdickung durch Ablagerung arteriosklerotischer Plaques (Arteriosklerose) vor. Die molekulare Bildgebung mit den nuklearmedizinischen Verfahren SPECT und PET zielt darauf ab, minderperfundierte Myokardareale zu visualisieren, um den Krankheitsverlauf durch frühzeitige Therapie abschwächen zu können. Routinemäßig eingesetzt werden die SPECT-Perfusionstracer [99mTc]Sestamibi und [99mTc]Tetrofosmin. Zum Goldstandard für die Quantifizierung der Myokardperfusion werden allerdings die PET-Tracer [13N]NH3 und [15O]H2O, da eine absolute Bestimmung des Blutflusses in mL/min/g sowohl in der Ruhe als auch bei Belastung möglich ist. 2007 wurde [18F]Flurpiridaz als neuer Myokardtracer vorgestellt, dessen Bindung an den MC I sowohl in Ratten, Hasen, Primaten als auch in ersten klinischen Humanstudien eine selektive Myokardaufnahme zeigte. Um eine Verfügbarkeit des Radionuklids über einen Radionuklidgenerator gewährleisten zu können, sollten makrozyklische 68Ga-Myokard-Perfusionstracer auf Pyridaben-Basis synthetisiert und evaluiert werden. Die neue Tracer-Klasse setzte sich aus dem makrozyklischen Chelator, einem Linker und dem Insektizid Pyridaben als Targeting-Vektor zusammen. Struktur-Affinitätsbeziehungen konnten auf Grund von Variation des Linkers (Länge und Polarität), der Komplexladung (neutral und einfach positiv geladen), des Chelators (DOTA, NODAGA, DO2A) sowie durch einen Multivalenzansatz (Monomer und Dimer) aufgestellt werden. Insgesamt wurden 16 neue Verbindungen synthetisiert. Ihre 68Ga-Markierung wurde hinsichtlich pH-Wert, Temperatur, Vorläufermenge und Reaktionszeit optimiert. Die DOTA/NODAGA-Pyridaben-Derivate ließen sich mit niedrigen Substanzmengen (6 - 25 nmol) in 0,1 M HEPES-Puffer (pH 3,4) bei 95°C innerhalb 15 min mit Ausbeuten > 95 % markieren. Für die DO2A-basierenden Verbindungen bedurfte es einer mikrowellengestützen Markierung (300 W, 1 min, 150°C), um vergleichbare Ausbeuten zu erzielen. Die in vitro-Stabilitätstests aller Verbindungen erfolgten in EtOH, NaCl und humanem Serum. Es konnten keine Instabilitäten innerhalb 80 min bei 37°C festgestellt werden. Unter Verwendung der „shake flask“-Methode wurden die Lipophilien (log D = -1,90 – 1,91) anhand des Verteilungs-quotienten in Octanol/PBS-Puffer ermittelt. Die kalten Referenzsubstanzen wurden mit GaCl3 hergestellt und zur Bestimmung der IC50-Werte (34,1 µM – 1 µM) in vitro auf ihre Affinität zum MC I getestet. In vivo-Evaluierungen erfolgten mit den zwei potentesten Verbindungen [68Ga]VN160.MZ und [68Ga]VN167.MZ durch µ-PET-Aufnahmen (n=3) in gesunden Ratten über 60 min. Um die Organverteilung ermitteln zu können, wurden ex vivo-Biodistributionsstudien (n=3) vorgenommen. Sowohl die µ-PET-Untersuchungen als auch die Biodistributionsstudien zeigten, dass es bei [68Ga]VN167.MZ zwar zu einer Herzaufnahme kam, die jedoch eher perfusionsabhängig ist. Eine Retention des Tracers im Myokard konnte in geringem Umfang festgestellt werden.

Morbus Hunter : Neutralisationskapazität von Antikörpern unter Enzymersatztherapie und deren klinischen Auswirkungen

Morbus Hunter, eine lysosomale Speicherkrankheit, ist eine seltene, progrediente, x-chromosomal vererbte Stoffwechselkrankheit, die durch ein Defizit an Iduronat-2-sulfatase (IDS) hervorgerufen wird. Als Folge daraus erfolgt kein Abbau von Heparan- und Dermatansulfat und die Glykosaminoglykane reichern sich in de Lysosomen der Zelle an. M. Hunter ist eine Multisystemerkrankung und weist ein breites klinisches Spektrum mit interindividuell unterschiedlichem Krankheitsbeginn, Ausprägungen und Progression der Symptome auf. Seit 2007 besteht die Therapieoption einer Enzymersatztherapie (ERT) mit Elaprase®. Einige Patienten entwickeln Antikörper gegen das substituierte Enzym, welche partiell neutralisierende Eigenschaften besitzen. Ziel dieser Untersuchung war es zu klären, ob die Neutralisationskapazität der gebildeten Antikörper mittels einer Bestimmung im Mischserum festgestellt werden kann und ob persistierende Antikörper mit Neutralisationskapazität zu einer Einschränkung der Wirksamkeit der Enzymersatztherapie führen. Es sollte weiterhin untersucht werden, ob sich mittels Messung der neuronenspezifischen Enolase (NSE) und S-100 Rückschlüsse auf eine neuropathische Beteiligung ziehen lassen, da bis jetzt noch keine klinische oder biochemische Messmethode existiert, die für M. Hunter-Patienten eine verlässliche Vorhersage für eine neuropathische Beteiligung bietet. 30 Patienten wurden in die retrospektive/prospektive Kohortenstudie eingeschlossen. Bei der Bestimmung der IDS-Aktivität im Mischserum mit einem gesunden Menschen zeigten fünf der Patienten (17%) in zwölf Mischseren eine um ≥ 40% reduzierte Aktivität. Zwei (7%) der 30 untersuchten Patienten wurden mit dieser Methode als positiv für persistierende neutralisierende Antikörper identifiziert. Zum gleichen Ergebnis bezüglich der persistierenden neutralisierenden Antikörper führten die Anti-Elaprase®-Immunglobulin-Bestimmungen unter Berücksichtigung des Bestimmungszeitpunkts, die bei Shire Pharmaceuticals durchgeführt wurden. Die Untersuchungsergebnisse lassen den Schluss zu, dass die gebildeten Antikörper auch intraindividuell unterschiedlich sind. Zudem interagieren sie mit den verschiedensten Epitopen des Enzyms der ERT und besitzen nicht alle neutralisierende Eigenschaften. Aufgrund der heterogenen Zusammensetzung folgt die Hemmung der Enzymaktivität vermutlich keiner eindeutigen Kinetik. Anti-Elaprase®-Immunglobulin G spielt für die Neutralisationskapazität jedoch eine wichtige Rolle. Die Auswertung und Beurteilung der Einschränkung der Wirksamkeit der Therapie hervorgerufen durch die Antikörper mit Neutralisationskapazität gestaltete sich kompliziert. Im Ergebnis zeigte sich, dass sich die beiden Patienten mit persistierenden neutralisierenden Antikörpern in der Entwicklung der klinischen Parameter interindividuell stark unterschieden. Um einen Zusammenhang zwischen klinischem Verlauf und Antikörperbildung gegen die ERT zu finden, müssen in einem größeren Patientenkollektiv mehr Patienten mit persistierenden neutralisierenden Antikörpern identifiziert werden und der Einfluss der Antikörper untersucht werden. Die Untersuchung der NSE und S-100 ergab, dass weder die Konzentration der NSE noch der S-100 Rückschlüsse auf die neuropathische Beteiligung des Patienten zulässt.

Drug antigenicity, immunogenicity, and costimulatory signaling: evidence for formation of a functional antigen through immune cell metabolism

Recognition of drugs by immune cells is usually explained by the hapten model, which states that endogenous metabolites bind irreversibly to protein to stimulate immune cells. Synthetic metabolites interact directly with protein-generating antigenic determinants for T cells; however, experimental evidence relating intracellular metabolism in immune cells and the generation of physiologically relevant Ags to functional immune responses is lacking. The aim of this study was to develop an integrated approach using animal and human experimental systems to characterize sulfamethoxazole (SMX) metabolism-derived antigenic protein adduct formation in immune cells and define the relationship among adduct formation, cell death, costimulatory signaling, and stimulation of a T cell response. Formation of SMX-derived adducts in APCs was dose and time dependent, detectable at nontoxic concentrations, and dependent on drug-metabolizing enzyme activity. Adduct formation above a threshold induced necrotic cell death, dendritic cell costimulatory molecule expression, and cytokine secretion. APCs cultured with SMX for 16 h, the time needed for drug metabolism, stimulated T cells from sensitized mice and lymphocytes and T cell clones from allergic patients. Enzyme inhibition decreased SMX-derived protein adduct formation and the T cell response. Dendritic cells cultured with SMX and adoptively transferred to recipient mice initiated an immune response; however, T cells were stimulated with adducts derived from SMX metabolism in APCs, not the parent drug. This study shows that APCs metabolize SMX; subsequent protein binding generates a functional T cell Ag. Adduct formation above a threshold stimulates cell death, which provides a maturation signal for dendritic cells.

Cold ischemia contributes to the development of chronic rejection and mitochondrial injury after cardiac transplantation

Chronic rejection (CR) remains an unsolved hurdle for long-term heart transplant survival. The effect of cold ischemia (CI) on progression of CR and the mechanisms resulting in functional deficit were investigated by studying gene expression, mitochondrial function, and enzymatic activity. Allogeneic (Lew F344) and syngeneic (Lew Lew) heart transplantations were performed with or without 10 h of CI. After evaluation of myocardial contraction, hearts were excised at 2, 10, 40, and 60 days for investigation of vasculopathy, gene expression, enzymatic activities, and mitochondrial respiration. Gene expression studies identified a gene cluster coding for subunits of the mitochondrial electron transport chain regulated in response to CI and CR. Myocardial performance, mitochondrial function, and mitochondrial marker enzyme activities declined in all allografts with time after transplantation. These declines were more rapid and severe in CI allografts (CR-CI) and correlated well with progression of vasculopathy and fibrosis. Mitochondria related gene expression and mitochondrial function are substantially compromised with the progression of CR and show that CI impacts on progression, gene profile, and mitochondrial function of CR. Monitoring mitochondrial function and enzyme activity might allow for earlier detection of CR and cardiac allograft dysfunction.

Pineal melatonin synthesis is altered in Period1 deficient mice

Melatonin is an important endocrine signal for darkness in mammals. Transcriptional activation of the arylalkylamine-N-acetyltransferase gene encoding for the penultimate enzyme in melatonin synthesis drives the daily rhythm of the hormone in the pineal gland of rodents. Rhythmic arylalkylamine-N-acetyltransferase expression is controlled by the cAMP-signal transduction pathway and involves the activation of ?-adrenergic receptors and the inducible cAMP early repressor. In addition, the rat arylalkylamine-N-acetyltransferase promoter contains an E-box element which can interact with clock proteins. Moreover, the pineal gland of mice shows a circadian rhythm in clock proteins such as the transcriptional repressor Period1, which has been shown to control rhythmic gene expression in a variety of tissues. However, the role of Period1 in the regulation of pineal melatonin synthesis is still unknown. Therefore, circadian rhythms in arylalkylamine-N-acetyltransferase, ?-adrenergic receptor, and inducible cAMP early repressor mRNA levels (real time PCR), arylalkylamine-N-acetyltransferase enzyme activity (radiometric assay) and melatonin concentration radio immuno assay (RIA) were analyzed in the pineal gland of mice with a targeted deletion of the Period1 gene (Per1-/-) and the corresponding wildtype. In Per1-/- the amplitude in arylalkylamine-N-acetyltransferase expression was significantly elevated as compared to wildtype. In contrast, ?-adrenergic receptor and inducible cAMP early repressor mRNA levels were not affected by the Period1-deficiency. This indicates that the molecular clockwork alters the amplitude of arylalkylamine-N-acetyltransferase expression. In vitro, pineal glands of Per1-/- mice showed a day night difference in arylalkylamine-N-acetyltransferase expression with high levels at night. This suggests that a deficient in Period1 elicits similar effects as the activation of the cAMP-signal transduction pathway in wildtype mice.

Enhanced proliferation and dopaminergic differentiation of ventral mesencephalic precursor cells by synergistic effect of FGF2 and reduced oxygen tension

Effective numerical expansion of dopaminergic precursors might overcome the limited availability of transplantable cells in replacement strategies for Parkinson's disease. Here we investigated the effect of fibroblast growth factor-2 (FGF2) and FGF8 on expansion and dopaminergic differentiation of rat embryonic ventral mesencephalic neuroblasts cultured at high (20%) and low (3%) oxygen tension. More cells incorporated bromodeoxyuridine in cultures expanded at low as compared to high oxygen tension, and after 6 days of differentiation there were significantly more neuronal cells in low than in high oxygen cultures. Low oxygen during FGF2-mediated expansion resulted also in a significant increase in tyrosine hydroxylase-immunoreactive (TH-ir) dopaminergic neurons as compared to high oxygen tension, but no corresponding effect was observed for dopamine release into the culture medium. However, switching FGF2-expanded cultures from low to high oxygen tension during the last two days of differentiation significantly enhanced dopamine release and intracellular dopamine levels as compared to all other treatment groups. In addition, the short-term exposure to high oxygen enhanced in situ assessed TH enzyme activity, which may explain the elevated dopamine levels. Our findings demonstrate that modulation of oxygen tension is a recognizable factor for in vitro expansion and dopaminergic differentiation of rat embryonic midbrain precursor cells.

Zurich Fabry study - prevalence of Fabry disease in young patients with first cryptogenic ischaemic stroke or TIA

BACKGROUND AND PURPOSE: The etiology of stroke in young patients remains undetermined in up to half of the cases. Data on prevalence of Fabry disease (FD) in young people with cryptogenic ischaemic stroke are limited and controversial. We aimed to evaluate the frequency of unrecognized FD in a cohort of stroke patients at a tertiary stroke center. METHODS: Patients suffering from first cryptogenic ischaemic stroke or transient ischaemic attack (TIA) at the age of 18-55 years were screened for the presence of FD. We measured the serum activity of α-galactosidase (α-GAL) in all patients. In addition, sequencing of α-GAL gene was performed in men with low enzyme activity and in all women. RESULTS: Between January, 2006, and October, 2009, we recruited 150 patients (102 men, 48 women) with a mean age of 43 ± 9 years at symptom onset (135 ischaemic stroke, 15 TIA). The α-GAL activity was low in nine patients (6%; six men and three women). Genetic sequencing in six men with low enzyme activity and all 48 women detected no α-GAL gene mutation. CONCLUSION: Our study suggests that the yield of screening for FD in patients with first cryptogenic ischaemic stroke or TIA is very low. Further large-scale studies are needed to investigate the importance of FD amongst patients with recurrent cryptogenic strokes.

Chitinase expression in parotid glands of non-obese diabetic mice

OBJECTIVE: This investigation was a basal study that used a mouse model of xerostomia to identify protein biomarkers of xerostomia in saliva. We identified genes expressed differently in parotid glands from non-obese diabetic mice with diabetes and those from control mice; subsequently, we investigated expression of the proteins encoded by these genes in parotid glands and saliva. MATERIALS AND METHODS: DNA microarray and real-time PCR analyses were performed to detect differences between NOD/ShiJcl and C57BL/6JJcl (control) female mice in gene expression from parotid glands or parotid acinar cells. Subsequently, protein expression was assessed using immunoblotting and immunohistochemistry. Similarly, enzyme activity in saliva was assessed using zymography. RESULTS: Based on gene expression analyses, Chia expression was higher in diabetic mice than non-diabetic mice and control mice; similarly, expression of chitinase, the protein encoded by Chia, was higher in diabetic mice. Saliva from NOD/ShiJcl mice had more chitinase than saliva from control mice. CONCLUSIONS: Chitinase was highly expressed in parotid acinar cells from diabetic mice compared with non-diabetic and control mice. Increased chitinase expression and enzyme activity may characterize the autoimmune diabetes in mice; however, further investigation is required to assess its use as a biomarker of xerostomia in humans.

Primary male osteoporosis is associated with enhanced glucocorticoid availability

OBJECTIVE: While systemic glucocorticoids compromise bone metabolism, altered intracellular cortisol availability may also contribute to the pathogenesis of primary male osteoporosis (MO). The objective of this study was to assess whether intracellular cortisol availability is increased in MO due to a distorted local cortisol metabolism. METHODS: Forty-one patients with MO were compared with age- and BMI-matched non-osteoporotic subjects after excluding overt systemic hypercortisolism (N = 41). Cortisol, cortisone and the respective tetrahydro-, 5α-tetrahydro- and total cortisol metabolites were analysed by GC-MS in 24 h urine. Apparent 11β-hydroxysteroid dehydrogenase (11β-HSD) enzyme activities, excretion of cortisol metabolites and calcium, and fractional urinary calcium excretion were assessed and related to BMD. RESULTS: Fractional and total urinary calcium excretion negatively correlated with BMD at all (P < 0.05) and at three of five (P < 0.05) measurement sites, respectively. While systemic cortisol was unchanged, apparent 11β-HSD enzyme activity in MO patients (P < 0.01) suggested increased intracellular cortisol availability. Total and fractional urinary calcium excretion was higher, with apparent 11β-HSD enzyme activities consistent with an enhanced intracellular cortisol availability (P < 0.05). CONCLUSION: Apparent 11β-HSD enzyme activities consistent with increased intracellular cortisol availability correlated with urinary calcium loss and reduced bone mineral density in MO. The changes in 11β-HSD activity were associated with both the fractional calcium excretion, suggesting altered renal calcium handling, and the absolute urinary calcium excretion. Both mechanisms could result in a marked bone calcium deficiency if insufficiently compensated for by intestinal calcium uptake.

Hexose-6-phosphate dehydrogenase modulates 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1-dependent metabolism of 7-keto- and 7beta-hydroxy-neurosteroids

BACKGROUND: The role of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (11beta-HSD1) in the regulation of energy metabolism and immune system by locally reactivating glucocorticoids has been extensively studied. Experiments determining initial rates of enzyme activity revealed that 11beta-HSD1 can catalyze both the reductase and the dehydrogenase reaction in cell lysates, whereas it predominantly catalyzes the reduction of cortisone to cortisol in intact cells that also express hexose-6-phosphate dehydrogenase (H6PDH), which provides cofactor NADPH. Besides its role in glucocorticoid metabolism, there is evidence that 11beta-HSD1 is involved in the metabolism of 7-keto- and 7-hydroxy-steroids; however the impact of H6PDH on this alternative function of 11beta-HSD1 has not been assessed. METHODOLOGY: We investigated the 11beta-HSD1-dependent metabolism of the neurosteroids 7-keto-, 7alpha-hydroxy- and 7beta-hydroxy-dehydroepiandrosterone (DHEA) and 7-keto- and 7beta-hydroxy-pregnenolone, respectively, in the absence or presence of H6PDH in intact cells. 3D-structural modeling was applied to study the binding of ligands in 11beta-HSD1. PRINCIPAL FINDINGS: We demonstrated that 11beta-HSD1 functions in a reversible way and efficiently catalyzed the interconversion of these 7-keto- and 7-hydroxy-neurosteroids in intact cells. In the presence of H6PDH, 11beta-HSD1 predominantly converted 7-keto-DHEA and 7-ketopregnenolone into their corresponding 7beta-hydroxy metabolites, indicating a role for H6PDH and 11beta-HSD1 in the local generation of 7beta-hydroxy-neurosteroids. 3D-structural modeling offered an explanation for the preferred formation of 7beta-hydroxy-neurosteroids. CONCLUSIONS: Our results from experiments determining the steady state concentrations of glucocorticoids or 7-oxygenated neurosteroids suggested that the equilibrium between cortisone and cortisol and between 7-keto- and 7-hydroxy-neurosteroids is regulated by 11beta-HSD1 and greatly depends on the coexpression with H6PDH. Thus, the impact of H6PDH on 11beta-HSD1 activity has to be considered for understanding both glucocorticoid and neurosteroid action in different tissues.

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.

Predictive value of known and novel alleles of CYP2B6 for efavirenz plasma concentrations in HIV-infected individuals

To assess the association of CYP2B6 allelic diversity with efavirenz (EFV) pharmacokinetics, we performed extensive genotyping of 15 relevant single nucleotide polymorphism in 169 study participants, and full resequencing of CYP2B6 in individuals with abnormal EFV plasma levels. Seventy-seven (45.5%) individuals carried a known (CYP2B6*6, *11, *15, or *18) or new loss/diminished-function alleles. Resequencing defined two new loss-of-function alleles: allele *27 (marked by 593T>C [M198T]), that results in 85% decrease in enzyme activity and allele *28 (marked by 1132C>T), that results in protein truncation at arginine 378. Median AUC levels were 188.5 microg h/ml for individuals homozygous for a loss/diminished-function allele, 58.6 microg h/ml for carriers, and 43.7 microg h/ml for noncarriers (P<0.0001). Individuals with a poor metabolizer genotype had a likelihood ratio of 35 (95% CI, 11-110) of presenting very high EFV plasma levels. CYP2B6 poor metabolizer genotypes explain to a large extent EFV pharmacokinetics and identify individuals at risk of extremely elevated EFV plasma levels.