Effect of 6-months of physical exercise on the nitrate/nitrite levels in hypertensive postmenopausal women

Abstract Background Evidences have showed that the incidence of arterial hypertension is greater in postmenopausal women as compared to premenopausal. Physical inactivity has been implicated as a major contributor to weight gain and abdominal obesity in postmenopausal women and the incidence of cardiovascular disease increases dramatically after menopause. Additionally, more women than men die each year of coronary heart disease and are twice as likely as men to die within the first year after a heart attack. A healthy lifestyle has been strongly associated with the regular physical activity and evidences have shown that physically active subjects have more longevity with reduction of morbidity and mortality. Nitric oxide (NO) produced by endothelial cells has been implicated in this beneficial effect with improvement of vascular relaxing and reduction in blood pressure in both laboratory animals and human. Although the effect of exercise training in the human cardiovascular system has been largely studied, the majority of these studies were predominantly conducted in men or young volunteers. Therefore, the aim of this work was to investigate the effects of 6 months of dynamic exercise training (ET) on blood pressure and plasma nitrate/nitrite concentration (NOx-) in hypertensive postmenopausal women. Methods Eleven volunteers were submitted to the ET consisting in 3 days a week, each session of 60 minutes during 6 months at moderate intensity (50% of heart rate reserve). Anthropometric parameters, blood pressure, NOx- concentration were measured at initial time and after ET. Results A significant reduction in both systolic and diastolic blood pressure values was seen after ET which was accompanied by markedly increase of NOx- levels (basal: 10 ± 0.9; ET: 16 ± 2 μM). Total cholesterol was significantly reduced (basal: 220 ± 38 and ET: 178 ± 22 mg/dl), whereas triglycerides levels were not modified after ET (basal: 141 ± 89 and ET: 147 ± 8 mg/dl). Conclusion Our study shows that changing in lifestyle promotes reduction of arterial pressure which was accompanied by increase in nitrite/nitrate concentration. Therefore, 6-months of exercise training are an important approach in management arterial hypertension and play a protective effect in postmenopausal women.

Human hemorrhagic pulmonary leptospirosis: pathological findings and pathophysiological correlations.

Abstract Background: Leptospirosis is a re-emerging zoonosis with protean clinical manifestations. Recently, the importance of pulmonary hemorrhage as a lethal complication of this disease has been recognized. In the present study, five human necropsies of leptospirosis (Weil‘s syndrome) with extensive pulmonary manifestations were analysed, and the antibodies expressed in blood vessels and cells involved in ion and water transport were used, seeking to better understand the pathophysiology of the lung injury associated with this disease. Principal Findings: Prominent vascular damage was present in the lung microcirculation, with decreased CD34 and preserved aquaporin 1 expression. At the periphery and even inside the extensive areas of edema and intraalveolar hemorrhage, enlarged, apparently hypertrophic type I pneumocytes (PI) were detected and interpreted as a non-specific attempt of clearence of the intraalveolar fluid, in which ionic transport, particularly of sodium, plays a predominant role, as suggested by the apparently increased ENaC and aquaporin 5 expression. Connexin 43 was present in most pneumocytes, and in the cytoplasm of the more preserved endothelial cells. The number of type II pneumocytes (PII) was slightly decreased when compared to normal lungs and those of patients with septicemia from other causes, a fact that may contribute to the progressively low PI count, resulting in deficient restoration after damage to the alveolar epithelial integrity and, consequently, a poor outcome of the pulmonary edema and hemorrhage. Conclusions: Pathogenesis of lung injury in human leptospirosis was discussed, and the possibility of primary noninflammatory vascular damage was considered, so far of undefinite etiopathogenesis, as the initial pathological manifestation of the disease.

Decreased expression of ADAMTS-1 in human breast tumors stimulates migration and invasion

Abstract Background ADAMTS-1 (a disintegrin and metalloprotease with thrombospondin motifs) is a member of the ADAMTS family of metalloproteases. Here, we investigated mRNA and protein levels of ADAMTS-1 in normal and neoplastic tissues using qPCR, immunohistochemistry and immunoblot analyses, and we addressed the role of ADAMTS-1 in regulating migration, invasion and invadopodia formation in breast tumor cell lines. Results In a series of primary breast tumors, we observed variable levels of ADAMTS-1 mRNA expression but lower levels of ADAMTS-1 protein expression in human breast cancers as compared to normal tissue, with a striking decrease observed in high-malignancy cases (triple-negative for estrogen, progesterone and Her-2). This result prompted us to analyze the effect of ADAMTS-1 knockdown in breast cancer cells in vitro. MDA-MB-231 cells with depleted ADAMTS-1 expression demonstrated increased migration, invasion and invadopodia formation. The regulatory mechanisms underlying the effects of ADAMTS-1 may be related to VEGF, a growth factor involved in migration and invasion. MDA-MB-231 cells with depleted ADAMTS-1 showed increased VEGF concentrations in conditioned medium capable of inducing human endothelial cells (HUVEC) tubulogenesis. Furthermore, expression of the VEGF receptor (VEGFR2) was increased in MDA-MB-231 cells as compared to MCF7 cells. To further determine the relationship between ADAMTS-1 and VEGF regulating breast cancer cells, MDA-MB-231 cells with reduced expression of ADAMTS-1 were pretreated with a function-blocking antibody against VEGF and then tested in migration and invasion assays; both were partially rescued to control levels. Conclusions ADAMTS-1 expression was decreased in human breast tumors, and ADAMTS-1 knockdown stimulated migration, invasion and invadopodia formation in breast cancer cells in vitro. Therefore, this series of experiments suggests that VEGF is involved in the effects mediated by ADAMTS-1 in breast cancer cells.

A possible new mechanism for the control of miRNA expression in neurons

The control of gene expression by miRNAs has been widely investigated in different species and cell types. Following a probabilistic rather than a deterministic regimen, the action of these short nucleotide sequences on specific genes depends on intracellular concentration,which in turn reflects the balance between biosynthesis and degradation. Recent studies have described the involvement of XRN2, an exoribonuclease, in miRNA degradation and PAPD4, an atypical poly(A) polymerase, in miRNA stability. Herein, we examined the expression of XRN2 and PAPD4 in developing and adult rat hippocampi. Combining bioinformatics and real-time PCR,we demonstrated that XRN2 and PAPD4 expression is regulated by the uncorrelated action of transcription factors, resulting in distinct gene expression profiles during development. Analyses of nuclei position and nestin labeling revealed that both proteins progressively accumulated during neuronal differentiation, and that they are weakly expressed in immature neurons and absent in glial and endothelial cells. Despite the differences in subcellular localization, both genes were concurrently identified within identical neuronal subpopulations, including specific inhibitory interneurons. Thus, we cope with a singular circumstance in biology: an almost complete intersected expression of functional-opposed genes, reinforcing that their antagonistically driven actions on miRNAs “make sense” if simultaneously present at the same cells. Considering that the transcriptome in the nervous system is finely tuned to physiological processes, it was remarkable that miRNA stability-related genes were oncurrently identified in neurons that play essential roles in cognitive functions such as memory and learning. In summary, this study reveals a possible new mechanism for the control of miRNA expression.

Cytoprotective role of heme oxygenase-1 and heme degradation derived end products in liver injury

The activation of heme oxygenase-1 (HO-1) appears to be an endogenous defensive mechanism used by cells to reduce inflammation and tissue damage in a number of injury models. HO-1, a stress-responsive enzyme that catabolizes heme into carbon monoxide (CO), biliverdin and iron, has previously been shown to protect grafts from ischemia/reperfusion and rejection. In addition, the products of the HO-catalyzed reaction, particularly CO and biliverdin/bilirubin, have been shown to exert protective effects in the liver against a number of stimuli, as in chronic hepatitis C and in transplanted liver grafts. Furthermore, the induction of HO-1 expression can protect the liver against damage caused by a number of chemical compounds. More specifically, the CO derived from HO-1-mediated heme catabolism has been shown to be involved in the regulation of inflammation; furthermore, administration of low concentrations of exogenous CO has a protective effect against inflammation. Both murine and human HO-1 deficiencies have systemic manifestations associated with iron metabolism, such as hepatic overload (with signs of a chronic hepatitis) and iron deficiency anemia (with paradoxical increased levels of ferritin). Hypoxia induces HO-1 expression in multiple rodent, bovine and monkey cell lines, but interestingly, hypoxia represses expression of the human HO-1 gene in a variety of human cell types (endothelial cells, epithelial cells, T cells). These data suggest that HO-1 and CO are promising novel therapeutic molecules for patients with inflammatory diseases. In this review, we present what is currently known regarding the role of HO-1 in liver injuries and in particular, we focus on the implications of targeted induction of HO-1 as a potential therapeutic strategy to protect the liver against chemically induced injury.

Endo-PDI is required for TNFα-induced angiogenesis

Protein disulfide isomerase (PDI) and its homologs are oxidoreductases facilitating protein folding in the ER. Endo-PDI (also termed ERp46) is highly expressed in endothelial cells. It belongs to the PDI family but its physiological function is largely unknown. We studied the role of Endo-PDI in endothelial angiogenic responses. Stimulation of human umbilical vein endothelial cells (with TNFα (10ng/ml) increased ERK1/2 phosphorylation. This effect was largely attenuated by Endo-PDI siRNA, whereas JNK and p38 MAP kinase phosphorylation was Endo-PDI independent. Similarly, TNFα-stimulated NF-κB signaling determined by IκBα degradation as well as TNFα-induced ICAM expression was unaffected by Endo-PDI siRNA. The action of Endo-PDI was not mediated by extracellular thiol exchange or cell surface PDI as demonstrated by nonpermeative inhibitors and PDI-neutralizing antibody. Moreover, exogenously added PDI failed to restore ERK1/2 activation after Endo-PDI knockdown. This suggests that Endo-PDI acts intracellularly potentially by maintaining the Ras/Raf/MEK/ERK pathway. Indeed, knockdown of Endo-PDI attenuated Ras activation measured by G-LISA and Raf phosphorylation. ERK activation influences gene expression by the transcriptional factor AP-1, which controls MMP-9 and cathepsin B, two proteases required for angiogenesis. TNFα-stimulated MMP-9 and cathepsin B induction was reduced by silencing of Endo-PDI. Accordingly, inhibition of cathepsin B or Endo-PDI siRNA blocked the TNFα-stimulated angiogenic response in the spheroid outgrowth assays. Moreover ex vivo tube formation and in vivo Matrigel angiogenesis in response to TNFα were attenuated by Endo-PDI siRNA. In conclusion, our study establishes Endo-PDI as a novel, important mediator of AP-1-driven gene expression and endothelial angiogenic function

Angiogenesis and angioregression gene expression analyses in swine corpus luteum

The corpus luteum (CL) lifespan is characterized by a rapid growth, differentiation and controlled regression of the luteal tissue, accompanied by an intense angiogenesis and angioregression. Indeed, the CL is one of the most highly vascularised tissue in the body with a proliferation rate of the endothelial cells 4- to 20-fold more intense than in some of the most malignant human tumours. This angiogenic process should be rigorously controlled to allow the repeated opportunities of fertilization. After a first period of rapid growth, the tissue becomes stably organized and prepares itself to switch to the phenotype required for its next apoptotic regression. In pregnant swine, the lifespan of the CLs must be extended to support embryonic and foetal development and vascularisation is necessary for the maintenance of luteal function. Among the molecules involved in the angiogenesis, Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) is the main regulator, promoting endothelial cells proliferation, differentiation and survival as well as vascular permeability and vessel lumen formation. During vascular invasion and apoptosis process, the remodelling of the extracellular matrix is essential for the correct evolution of the CL, particularly by the action of specific class of proteolytic enzymes known as matrix metalloproteinases (MMPs). Another important factor that plays a role in the processes of angiogenesis and angioregression during the CL formation and luteolysis is the isopeptide Endothelin-1 (ET-1), which is well-known to be a potent vasoconstrictor and mitogen for endothelial cells. The goal of the present thesis was to study the role and regulation of vascularisation in an adult vascular bed. For this purpose, using a precisely controlled in vivo model of swine CL development and regression, we determined the levels of expression of the members of VEGF system (VEGF total and specific isoforms; VEGF receptor-1, VEGFR-1; VEGF receptor-2, VEGFR-2) and ET- 1 system (ET-1; endothelin converting enzyme-1, ECE-1; endothelin receptor type A, ET-A) as well as the activity of the Ca++/Mg++-dependent endonucleases and gelatinases (MMP-2 and MMP-9). Three experiments were conducted to reach such objectives in CLs isolated from ovaries of cyclic, pregnant or fasted gilts. In the Experiment I, we evaluated the influence of acute fasting on VEGF production and VEGF, VEGFR-2, ET-1, ECE-1 and ET-A mRNA expressions in CLs collected on day 6 after ovulation (midluteal phase). The results indicated a down-regulation of VEGF, VEGFR-2, ET-1 and ECE-1 mRNA expression, although no change was observed for VEGF protein. Furthermore, we observed that fasting stimulated steroidogenesis by luteal cells. On the basis of the main effects of VEGF (stimulation of vessel growth and endothelial permeability) and ET-1 (stimulation of endothelial cell proliferation and vasoconstriction, as well as VEGF stimulation), we concluded that feed restriction possibly inhibited luteal vessel development. This could be, at least in part, compensated by a decrease of vasal tone due to a diminution of ET-1, thus ensuring an adequate blood flow and the production of steroids by the luteal cells. In the Experiment II, we investigated the relationship between VEGF, gelatinases and Ca++/Mg++-dependent endonucleases activities with the functional CL stage throughout the oestrous cycle and at pregnancy. The results demonstrated differential patterns of expression of those molecules in correspondence to the different phases of the oestrous cycle. Immediately after ovulation, VEGF mRNA/protein levels and MMP-9 activity are maximal. On days 5–14 after ovulation, VEGF expression and MMP-2 and -9 activities are at basal levels, while Ca++/Mg++-dependent endonuclease levels increased significantly in relation to day 1. Only at luteolysis (day 17), Ca++/Mg++-dependent endonuclease and MMP-2 spontaneous activity increased significantly. At pregnancy, high levels of MMP-9 and VEGF were observed. These results suggested that during the very early luteal phase, high MMPs activities coupled with high VEGF levels drive the tissue to an angiogenic phenotype, allowing CL growth under LH (Luteinising Hormone) stimulus, while during the late luteal phase, low VEGF and elevate MMPs levels may play a role in the apoptotic tissue and extracellular matrix remodelling during structural luteolysis. In the Experiment III, we described the expression patterns of all distinct VEGF isoforms throughout the oestrous cycle. Furthermore, the mRNA expression and protein levels of both VEGF receptors were also evaluated. Four novel VEGF isoforms (VEGF144, VEGF147, VEGF182, and VEGF164b) were found for the first time in swine and the seven identified isoforms presented four different patterns of expression. All isoforms showed their highest mRNA levels in newly formed CLs (day 1), followed by a decrease during mid-late luteal phase (days 10–17), except for VEGF182, VEGF188 and VEGF144 that showed a differential regulation during late luteal phase (day 14) or at luteolysis (day 17). VEGF protein levels paralleled the most expressed and secreted VEGF120 and VEGF164 isoforms. The VEGF receptors mRNAs showed a different pattern of expression in relation to their ligands, increasing between day 1 and 3 and gradually decreasing during the mid-late luteal phase. The differential regulation of some VEGF isoforms principally during the late luteal phase and luteolysis suggested a specific role of VEGF during tissue remodelling process that occurs either for CL maintenance in case of pregnancy or for noncapillary vessel development essential for tissue removal during structural luteolysis. In summary, our findings allow us to determine relationships among factors involved in the angiogenesis and angioregression mechanisms that take place during the formation and regression of the CL. Thus, CL provides a very interesting model for studying such factors in different fields of the basic research.

Development of screening assays to test novel integrin antagonists in allergic inflammation

Aim of the research: to develop a prototype of homogeneous high-throughput screening (HTS) for identification of novel integrin antagonists for the treatment of ocular allergy and to better understand the mechanisms of action of integrin-mediated levocabastine antiallergic action. Results: This thesis provides evidence that adopting scintillation proximity assay (SPA) levocabastine (IC50=406 mM), but not the first-generation antihistamine chlorpheniramine, displaces [125I]fibronectin (FN) binding to human a4b1 integrin. This result is supported by flow cytometry analysis, where levocabastine antagonizes the binding of a primary antibody to integrin a4 expressed in Jurkat E6.1 cells. Levocabastine, but not chlorpheniramine, binds to a4b1 integrin and prevents eosinophil adhesion to VCAM-1, FN or human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) cultured in vitro. Similarly, levocabastine affects aLb2/ICAM-1-mediated adhesion of Jurkat E6.1 cells. Analyzing the supernatant of TNF-a-treated (24h) eosinophilic cells (EoL-1), we report that levocabastine reduces the TNF-a-induced release of the cytokines IL-12p40, IL-8 and VEGF. Finally, in a model of allergic conjunctivitis, levocastine eye drops (0.05%) reduced the clinical aspects of the early and late phase reactions and the conjunctival expression of a4b1 integrin by reducing infiltrated eosinophils. Conclusions: SPA is a highly efficient, amenable to automation and robust binding assay to screen novel integrin antagonists in a HTS setting. We propose that blockade of integrinmediated cell adhesion might be a target of the anti-allergic action of levocabastine and may play a role in preventing eosinophil adhesion and infiltration in allergic conjunctivitis.

Diabete ed ischemia critica degli arti inferiori. Studio del danno della parete arteriosa e del ruolo dell'endotelio circolante nella riparazione tessutale e nella neoangiogenesi

Objectives In diabetic and non diabetic patients with peripheral artery obstructive disease (PAOD), we sought to establish whether the vascular wall damage, the mature circulating endothelium and the "in situ" neoangiogenesis are related with each other. Design In the peripheral blood of diabetic patients suffering critical ischaemia associated with peripheral artery disease, low levels and poor function of circulating endothelial progenitor cells (EPCs) were observed. Moreover, circulating endothelial cells (CECs) have been described in different conditions of vascular injury. In this type of disorders, which are all characterized by endothelial damage, neoangiogenesis plays a key role. Materials In the study we recruited 22 diabetic and 16 non diabetic patients, all of them suffering PAOD and critical ischaemia; healthy subjects and multiorgan donors have also been considered like controls. Methods Histopathologic characterization was performed on arterial tissue samples under a light microscope. Flow cytofluorimetric analysis was used to quantify CECs in peripheral blood samples. "In situ" expression of the Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and Metalloproteinase 9 (MMP-9) transcripts was quantified in a Real Time-PCR analysis. Circulating VEGF concentration was determined by an ELISA assay. Results Arterial wall from diabetic patients, compared with non diabetic subjects, revealed a higher incidence of serious lesions (60% vs 47%) and a lower number of capillaries (65% vs 87%). Mean number of CECs/ml was significantly increased in all patients, compared to healthy controls (p=0.001). Compared to healthy subjects, VEGF transcripts expression resulted significantly higher in diabetic patients and in all patients (p<0.05) and a similar result was obtained in the MMP-9 transcripts expression. Serum VEGF concentration was significantly increased in PAOD patients correlated with controls (p=0.0431). Conclusions Our study demonstrates that in all patients considered, probably, regressive phenomenons prevail on reparative ones, causing an inesorable and progressive degeneration of the vascular wall, worse by diabetes. The vascular damage can be monitored by determining CECs number and its severity and development are emphasized by the MMP-9 transcripts expression. The "in situ" VEGF increased expression seems to be the evidence of a parietal cells bid to induce local angiogenesis. This reparing mechanism could induce the EPCs mobilitation by means the release of VEGF from the arterial wall. The mechanism, however, is ineffective like demonstrated by the EPCs reduced number and activities observed in patients suffering PAOD and critical ischaemia.

Mechanismen der Aktivierung und Detoxifizierung von Aflatoxin B 1 in verschiedenen Leberzelltypen von Ratten, Mäusen und Waldmurmeltieren

Zusammenfassung: Die Applikation des Mykotoxins Aflatoxin B1 (AFB1) führt in der Ratte zu Lebertumoren hepatozellulären Ursprungs, während bisher keine transformierende Wirkung dieses Mykotoxins auf Kupffer- und Endothelzellen (Nichtparenchymzellen, NPC) nachgewiesen werden konnte. Diese Resistenzmechanismen der NPC gegenüber AFB1 wurden im ersten Teil dieser Arbeit untersucht. AFB1 ist per se inaktiv, wird jedoch durch Verstoffwechselung in den chemisch reaktiven, an DNA bindenden Metaboliten AFB1-8,9-Epoxid überführt. Daneben stellt die enzymatische Hydroxylierung von AFB1 am Kohlenstoff-9a zum Aflatoxin M1 eine Detoxifizierung dar. Durch HPLC-Analyse der AFB1-Metabolite konnte gezeigt werden, daß in Nichtparenchymzellen (NPC) das Verhältnis von 9a-Hydroxylierung zu 8,9-Epoxidierung höher als in Parenchymzellen (PC) ist. Die AFB1-9a-hydroxylase fördert insbesondere in den NPC der Leber die Bildung des weniger gentoxischen Metaboliten AFM1 und konkurriert daher um die Aktivierung von AFB1 zum mutagenen und kanzerogenen 8,9-Epoxid. Dieser metabolische Unterschied scheint also einen Beitrag zur Resistenz der NPC der Leber gegenüber der hepatokanzerogenen Wirkung von AFB1 zu leisten. Da ein Synergismus zwischen der AFB1-Exposition und einer Infektion mit dem Hepatitis B-Virus (HBV) beim Menschen bezüglich des Auftretens von hepatozellulären Karzinomen zu bestehen scheint, wurde im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht, ob die metabolische Aktivierung von AFB1 durch eine HBV-Infektion verstärkt wird. In einem Vergleich der Biotransformation von AFB1 mit mikrosomalen Leberfraktionen von transgenen HBV-Mäusen und Kontrollmäusen wurde keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Dagegen wurde bei Virus-infizierten Waldmurmeltieren eine deutlich reduzierte Bildung des AFB1-8,9-Epoxids beobachtet. Es konnte z.T. ein Zusammenhang zwischen den verschiedenen Stadien der Leberschädigung und den Metabolismusraten festgestellt werden, wobei die metabolische Aktivierung mit zunehmender Leberschädigung abzunehmen scheint. Auch hinsichtlich der Aktivitäten verschiedener Cytochrom P450 abhängiger Monooxygenasen wurde eine weitgehende Übereinstimmung mit den durch HPLC ermittelten Metabolitenprofilen des AFB1 beobachtet. Diese Studien mit subzellulären Leberfraktion der transgenen HBV-Mäusen und der Waldmurmeltieren zeigen, daß die Interaktion zwischen Hepatitis und AFB1 nicht mit der verstärkten metabolischer Aktivierung von AFB1 zu erklären ist. TGF-ß1, aus der Gruppe der Cytokine, wird als Mediator bei Entzündungsprozessen in der Leber so z.B. im Verlauf einer Virushepatitis freigesetzt. Aufgrund der besonderen Bedeutung des murinen CYP2A5 (ortholog zum humanen CYP2A6) bei der Aktivierung von AFB1 wurde der Einfluß von TGF-ß1 auf CYP2A5 in Primärkulturen von Maushepatozyten untersucht. Durch Messung der Aktivität der Cumarin-7-hydroxylase sowie durch Bestimmung der Proteinmenge von CYP2A5 mittels Western Blotting konnte zunächst die Induzierbarkeit des CYP2A5-Isoenzyms durch Phenobarbital in kultivierten Hepatozyten der Maus gezeigt werden. Nur bei einer niedrigen TGF-ß1-Konzentration wurde eine leicht erhöhte Expression von CYP2A5 festgestellt, ansonsten führte die Behandlung der kultivierten Maushepatozyten mit TGF-ß1 zu einer dosisabhängigen Verminderung der Expression von CYP2A5.

Untersuchungen zur induzierbaren Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin und dessen potentieller Bedeutung bei der Tumormetastasierung

In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl die durch TNFalpha-, als auch durch Röntgenstrahlen vermittelte Expression des Adhäsionsmoleküls E-Selektin in Endothelzellen durch kleine GTPasen der Rho-Proteinfamilie reguliert ist. Hemmung dieser kleinen G-Proteine z.B. durch HMG-CoA Reduktase-Inhibitoren (Statine) oder clostridiale Toxine führt zu verminderter Expression von E-Selektin in humanen Endothelzellen (HUVEC; EA.hy-926). Aus den in der Arbeit erhaltenen Ergebnissen kann außerdem die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Regulation der zytokininduzierten E-Selektin-Genexpression von der gamma-Strahlen-vermittelten Expression des E-Selektingens differiert. Für die strahleninduzierte endotheliale E-Selektin-Expression scheint beispielsweise der Transkriptionsfaktor AP-1 als ein weiterer Kontrollfaktor neben NF-kappaB zu fungieren. Des Weiteren konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass eine gesteigerte E-Selektin-Proteinexpression mit erhöhter Tumorzelladhäsion und -transmigration an bzw. durch humane Endothelzellen korreliert. Hemmung der TNFalpha- bzw. gamma-Strahlen-induzierten Expression von E-Selektin durch Statine oder Retinsäuren ist ausreichend, sowohl Tumorzelladhäsion als auch Tumorzelldiapedese zu reduzieren. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Adhäsionsmolekül E-Selektin eine vielversprechende Zielstruktur ist, über deren kontrollierte Beeinflussung es auch in vivo möglich sein sollte, das Risiko der Metastasierung zu reduzieren. Mit Statinen und Retinsäurederivaten wurden somit Pharmaka identifiziert, die durch Hemmung der Rho-regulierten E-Selektin-Expression der Tumorzellmetastasierung vorbeugen könnten. Um diese Hypothese in zukünftigen tierexperimentelle Studien zu bestätigen, wurde im Rahmen dieser Arbeit mit der Generierung transgener Tiermodelle begonnen.

Glycopeptidliganden von Zelladhäsionsrezeptoren mit sulfatierter Arabino-Lewis a-Struktur

Selektine sind eine Gruppe von Transmembranglycoproteinen, welche als Adhäsionsmoleküle innerhalb des vaskulären Systems Zelladhäsionsprozesse zwischen Leukozyten und Endothelzellen vermitteln. Das Sialyl-Lewisa Epitop und verwandte Kohlenhydratstrukturen wurden als Liganden der E- und P-Selektine identifiziert. Durch die chemische Synthese verwandter Strukturen verspricht man sich, die im Laufe inflammatorischer Prozesse exprimierten Rezeptoren gezielt blockieren zu können und dadurch pathologische Abläufe wie hämatogene Metastasierungen oder Abstoßungsreaktionen zu bekämpfen. Einige Bereiche der Aminosäuresequenz des E-Selektin-Ligand-1 (ESL-1) treten hochkonservativ auch in anderen Selektinliganden wie MG160 oder PSGL-1 auf und wurden deshalb für die N-Glycosylierung mit einem sulfatierten Oligosaccharid ausgewählt (11). -Val665-Glu-Cys-Arg-Asp-Ile-Val-Gly-Asn(Sulfo-Lea)-Leu-Tyr-Glu-Leu-Glu-Ser-Glu-Asp-Ile682- 11 Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Strategie ausgearbeitet, das sulfatierte Trisaccharid 60 im Multigrammaßstab zu synthetisieren. Der endogene Ligand 2 wurde an drei Positionen modifiziert: Austausch der α-L-Fucose gegen die biologisch stabilere α-D-Arabinose, Einführung einer Sulfatgruppe anstelle der N-Acetylneuraminsäure sowie Übergang von O- zu N-glykosidischer Verknüpfung. Die hochregioselektive Einführung der Sulfatgruppe gelingt in sehr guten Ausbeuten durch Vorkomplexierung mit Dibutylzinnoxid und anschließende Umsetzung mit Schwefeltrioxid/Trimethylamin. Durch die Verwendung des anomeren Azids als permanente Schutzgruppe kann das Trisaccharid nach schonender Reduktion zum Amin an ein Asparaginsäurederivat angekuppelt und in einer linearen Synthese nach Fmoc-Strategie als N-Glycosylaminosäure in die Synthese eingebracht werden. Das in der Arbeitsgruppe Kunz entwickelte PTMSEL-Ankersystem 20a erlaubt sowohl die problemlose Synthese als auch die Abspaltung vom polymeren Träger unter sehr milden Bedingungen. Nach dem Entfernen der Benzylester und -ether durch Pd(0) – katalysierte Hydrierung können sulfatierte Glycopeptidsequenzen des Typs 11 über NMR-Spektroskopie (korrelierte Spektren) und Massenspektroskopie (ESI, MALDI) identifiziert werden.

Atherosklerose und Apoptose

Subendothelial in den Arterienwänden abgelagertes LDL kann einer enzymatischen Modifikation unterliegen, die es in einen cytotoxischen Partikel überführt. In vitro Behandlung von LDL mit Proteasen (Trypsin) und Cholesterinesterase führt zu einem dem läsionalen LDL ähnlichen Produkt. Die Behandlung von humanen Endothelzellen mit enzymatisch verändertem LDL (E-LDL), das einen hohen Gehalt an freiem Cholesterin und freien Fettsäuren aufweist, führt zur Auslösung der Apoptose via ASK1 (apoptosis signal-regulating kinase 1) –abhängiger p38-Phosphorylierung. Durch eine Aktivierung der Effektor-Caspasen-3/-7 kommt es zur Fragmentierung der DNA und zur Spaltung des nukleären Enzyms Poly-(ADP-ribose)-Polymerase. Phosphatidylserin ist an der äußeren Zellmembran mittels Annexin-Bindung detektierbar. Natives oder oxidiertes LDL induziert bei gleicher Konzentration keinen programmierten Zelltod. In Depletions- und Rekonstitutionsexperimenten wurden freie Fettsäuren aus E-LDL als Auslöser der Apoptose identifiziert. In nativem LDL ist der Anteil an freien Fettsäuren gering, deshalb ist das Lipoprotein nicht cytotoxisch. E-LDL induziert weiterhin eine Erhöhung bzw. eine Hemmung der transkriptionellen Aktivität eines AP-1- bzw. NF-κB-Luciferase Reporterplasmids. Die Ausschaltung von ASK1 mittels RNA-Interferenz bzw. die Hemmung von p38 mit dem Inhibitor SB203580 rettet die Zellen vor dem programmierten Zelltod. E-LDL kann in Endothelzellen oxidativen Stress auslösen. Durch Vorbehandlung mit N-Acetyl-Cystein wird die Aktivierung sowohl von ASK1 als auch von p38 unterdrückt.

Substratversorgung von NO-Synthasen

Resultate dieser Arbeit zeigen, dass endotheliale und neuronale NO-Synthasen (eNOS und nNOS) ihr Substrat Arginin nicht ausschließlich aus extrazellulären, sondern auch aus intrazellulären Quellen beziehen. Das Substrat aus den intrazellulären Quellen scheint nicht über Membrantransporter in den Extrazellulärraum gelangen zu können. Dies deutet darauf hin, dass eine enge Assoziation der Arginin-bereitstellenden Enzyme mit eNOS bzw. nNOS vorliegen könnte. Dadurch würde das durch diese Enzyme generierte Arginin direkt an die NOS weitergereicht und nicht über Transporter gegen andere basische Aminosäuren (AS) im Extrazellulärraum ausgetauscht werden. Eine intrazelluläre Substrat-Quelle besteht aus dem so genannten „Recycling“, der Umwandlung des bei der NO-Synthese entstehenden Citrullins in Arginin. Eine Kopplung von Arginin-bereitstellenden „Recycling“-Enzymen mit NOS wird in Endothelzellen und teilweise auch in TGW-nu-I Neuroblastomzellen beobachtet, nicht jedoch in A673 Neuroepitheliomzellen. Die Kopplung scheint daher vom Zelltyp abhängig zu sein. Das zur Arginin-Regeneration benötigte Citrullin kann allen untersuchten Zellen durch den Austausch mit spezifischen neutralen AS, die ausschließlich zum Substratprofil des System N Transporters SN1 passen, entzogen werden. Die Anwesenheit von SN1-Substraten im Extrazellulärraum führt daher indirekt zu einer Depletion der Recycling-Quelle. SN1 mRNA ist in allen untersuchten Zellen nachweisbar. Aus Protein-Abbau stammendes Arginin stellt den zweiten Teil der intrazellulären Arginin-Quelle dar. Dieser ist in allen untersuchten eNOS- oder nNOS exprimierenden Zellen vorhanden. Das Arginin stammt dabei sowohl aus lysosomalem als auch proteasomalen Proteinabbau, wie der Einsatz spezifischer Inhibitoren zeigt. Extrazelluläres Histidin (aber keine andere Aminosäure) kann diese Arginin-Quelle depletieren. Wir vermuten deshalb, dass Histidin über den Peptid-Histidin-Transporter PHT1, der in allen untersuchten Zellen stark exprimiert ist, gegen die durch lysosomalen und proteasomalen Proteinabbau entstehenden Arginin-haltigen Di- und Tripeptide ausgetauscht wird. Der wichtigste endogene NOS-Inhibitor, asymmetrisches Dimethylarginin (ADMA), ein Marker für endotheliale Dysfunktion und Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen, stammt ebenfalls aus Proteinabbau. Die Verfügbarkeit dieser intrazellulären Arginin-Quelle wird deshalb stark vom Methylierungsgrad des Arginins in den abgebauten Proteinen abhängen. Eine lokale ADMA-Anreicherung könnte eine Erklärung für das Arginin-Paradox sein, der unter pathophysiologischen Bedingungen beobachteten Verminderung der endothelialen NO-Synthese bei anscheinend ausreichenden intrazellulären Argininkonzentrationen. Da auch in neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer, ADMA eine Rolle zu spielen scheint, könnte das Arginin-Paradox auch für die nNOS-vermittelte NO-Synthese von Bedeutung sein. Die Resultate demonstrieren, dass die Substratversorgung der beiden NOS-Isoformen nicht ausschließlich von kationischen Aminosäuretransportern abhängig ist, sondern auch von Transportern für neutrale Aminosäuren und Peptide, und außerdem von Arginin-bereitstellenden Enzymen. Der jeweilige Beitrag der verschiedenen Arginin-Quellen zur Substratversorgung der NOS ist daher abhängig vom Anteil der jeweiligen Aminosäuren und Peptide in der extrazellulären Flüssigkeit.

Untersuchung der zellulären Antwort von Tumor und Endothelium auf radioaktive Bestrahlung in vitro und in vivo

Tumore des Kopf-Hals Bereiches sprechen aufgrund schneller Resistenzbildung häufig schlecht auf die derzeit praktizierten Bestrahlungstherapien an. Der Erfolg dieser Behandlung wird dabei maßgeblich durch die Strahlenresistenz des malignen Gewebes limitiert. Das Verständnis der zugrunde liegenden zellulären und molekularen Mechanismen ist diesbezüglich unvollständig. Die Resistenzzunahme während der klinischen Behandlung könnte durch die Selektion strahlenresistenter Einzelzellen verursacht werden oder durch die Aktivierung von Resistenzmechanismen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die bestrahlungsvermittelte Freisetzung möglicherweise protektiv wirkender Faktoren durch Tumorzelllinien des Kopf-Hals Bereiches untersucht. Durch Bestrahlung erfolgte eine Induktion von VEGF (vascular endothelial growth factor) und FGF-2 (fibroblast growth factor 2), IL-8 (Interleukin-8) und PGE2 (Prostaglandin E2). Die Untersuchung von VEGF und FGF-2 zeigte weiterhin ein zytoprotektives Potential dieser Faktoren, d.h. die T