Effect of technique on intraocular pressure after combined cataract and glaucoma surgery: An evidence-based review.

TOPIC:

To analyze the literature pertaining to the techniques used in combined cataract and glaucoma surgery, including the technique of cataract extraction, the timing of the surgery (staged procedure versus combined procedure), the anatomic location of the operation, and the use of antifibrosis agents.

CLINICAL RELEVANCE:

Cataract and glaucoma are both common conditions and are often present in the same patient. There is no agreement concerning the optimal surgical management of these disorders when they coexist.

METHODS/LITERATURE REVIEWED:

Electronic searches of English language articles published since 1964 were conducted in Pub MED and CENTRAL, the Cochrane Collaboration's database. These were augmented by a hand search of six ophthalmology journals and the reference lists of a sample of studies included in the literature review. Evidence grades (A, strong; B, moderate; C, weak; I, insufficient) were assigned to the evidence that involved a direct comparison of alternative techniques.

RESULTS:

The preponderance of evidence from the literature suggests a small (2-4 mmHg) benefit from the use of mitomycin-C (MMC), but not 5-fluorouracil (5-FU), in combined cataract and glaucoma surgery (evidence grade B). Two-site surgery provides slightly lower (1-3 mmHg) intraocular pressure (IOP) than one-site surgery (evidence grade C), and IOP is lowered more (1-3 mmHg) by phacoemulsification than by nuclear expression in combined procedures (evidence grade C). There is insufficient evidence to conclude either that staged or combined procedures give better results or that alternative glaucoma procedures are superior to trabeculectomy in combined procedures.

CONCLUSIONS:

In the literature on surgical techniques and adjuvants used in the management of coexisting cataract and glaucoma, the strongest evidence of efficacy exists for using MMC, separating the incisions for cataract and glaucoma surgery, and removing the nucleus by phacoemulsification.

Effet du stress prolifératif sur la fonction des cellules souches hématopoïétiques : rôles des gènes Scl, E2A et Heb

Le système hématopoïétique est un tissu en constant renouvellement et les cellules souches hématopoïétiques (CSHs) sont indispensables pour soutenir la production des cellules matures du sang. Deux fonctions définissent les CSHs; la propriété d’auto-renouvellement, soit la capacité de préserver l’identité cellulaire suivant une division, et la multipotence, le potentiel de différenciation permettant de générer toutes les lignées hématopoïétiques. Chez l’adulte, la majorité des CSHs sont quiescentes et l’altération de cet état corrèle avec une diminution du potentiel de reconstitution des CSHs, suggérant que la quiescence protège les fonctions des CSHs. La quiescence est un état réversible et dynamique et les réseaux génétiques le contrôlant restent peu connus. Un nombre croissant d’évidences suggère que si à l’état d’homéostasie il y a une certaine redondance entre les gènes impliqués dans ces réseaux de contrôle, leurs rôles spécifiques sont révélés en situation de stress. La famille des bHLHs (basic helix-loop-helix) inclue différentes classes des protéines dont ceux qui sont tissu-spécifiques comme SCL, et les protéines E, comme E12/E47 et HEB. Certains bHLHs sont proposés êtres important pour la fonction des cellules souches, mais cela ne fait pas l’unanimité, car selon le contexte cellulaire, il y a redondance entre ces facteurs. La question reste donc entière, y a-t-il un rôle redondant entre les bHLHs d’une même classe pour la fonction à long-terme des CSHs? Les travaux présentés dans cette thèse visaient dans un premier temps à explorer le lien encore mal compris entre la quiescence et la fonction des CSHs en mesurant leurs facultés suite à un stress prolifératif intense et dans un deuxième temps, investiguer l’importance et la spécificité de trois gènes pour la fonction des CSHs adultes, soit Scl/Tal1, E2a/Tcf3 et Heb/Tcf12. Pour répondre à ces questions, une approche cellulaire (stress prolifératif) a été combinée avec une approche génétique (invalidation génique). Plus précisément, la résistance des CSHs au stress prolifératif a été étudiée en utilisant deux tests fonctionnels quantitatifs optimisés, soit un traitement basé sur le 5-fluorouracil, une drogue de chimiothérapie, et la transplantation sérielle en nombre limite. Dans la mesure où la fonction d’un réseau génique ne peut être révélée que par une perturbation intrinsèque, trois modèles de souris, i.e. Scl+/-, E2a+/- et Heb+/- ont été utilisés. Ceci a permis de révéler que l’adaptation des CSHs au stress prolifératif et le retour à l’équilibre est strictement contrôlé par les niveaux de Scl, lesquels règlent le métabolisme cellulaire des CSHs en maintenant l’expression de gènes ribosomaux à un niveau basal. D’autre part, bien que les composantes du réseau puissent paraître redondants à l’équilibre, mes travaux montrent qu’en situation de stress prolifératif, les niveaux de Heb restreignent la prolifération excessive des CSHs en induisant la sénescence et que cette fonction ne peut pas être compensée par E2a. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse montrent que les CSHs peuvent tolérer un stress prolifératif intense ainsi que des dommages à l’ADN non-réparés, tout en maintenant leur capacité de reconstituer l’hématopoïèse à long-terme. Cela implique cependant que leur métabolisme revienne au niveau de base, soit celui trouvé à l’état d’homéostasie. Par contre, avec l’augmentation du nombre de division cellulaire les CSHs atteignent éventuellement une limite d’expansion et entrent en sénescence.

Drug interaction and location in liposomes: correlation with polar surface areas

An important step in liposome characterization is to determine the location of a drug within the liposome. This work thus investigated the interaction of dipalmitoylphosphatidylcholine liposomes with drugs of varied water solubility, polar surface area (PSA) and partition coefficient using high sensitivity differential scanning calorimetry. Lipophilic estradiol (ES) interacted strongest with the acyl chains of the lipid membrane, followed by the somewhat polar 5-fluorouracil (5-FU). Strongly hydrophilic mannitol (MAN) showed no evidence of interaction but water soluble polymers inulin (IN) and an antisense oligonucleotide (OLG), which have very high PSAs, interacted with the lipid head groups. Accordingly, the drugs could be classified as: hydrophilic ones situated in the aqueous core and which may interact with the head groups; those located at the water-bilayer interface with some degree of penetration into the lipid bilayer; those lipophilic drugs constrained within the bilayer. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Homogenous amniotic membrane as a biological dressing for oral mucositis in rats: Histomorphometric analysis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da resposta à quimiorradioterapia neoadjuvante em pacientes com adenocarcinomas retais

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB

Utilização do laser de baixa densidade (LILT) para tratamento da mucosite induzida em hamsters: comparação clínica e histopatológica entre parâmetros de irradiação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da presença da antineoplásico em água residuária de um hospital oncológico e do sistema de esgotamento sanitário municipal

Pós-graduação em Pesquisa e Desenvolvimento (Biotecnologia Médica) - FMB

Efeito das baixas concentrações de agentes antineoplásicos sobre linfócitos humanos de sangue periférico

Our previous studies have shown that low concentrations (noncytotoxics) of antineoplastic agents modulate positively the dendritic cells, favoring their in vitro maturation and improving their antigen presenting function. The effects on colorectal cancer cells (HCT-116) were also investigated and we have observed an increased immunogenicity and susceptibility to cytotoxic T cells. Thereby, this study aimed to investigate the effect of 5-fluorouracil (5-FU) an azacitidine (AZA), in minimum effective and noncytotoxic concentrations on lymphocytes of healthy donors. In this study we have analyzed the cytotoxic effect of drugs at these concentrations as well as the proliferative ability of lymphocytes. In vitro production of IL-10 and IFN-γ has been also evaluated. We have observed that low concentrations of those chemotherapeutic agents are not cytotoxic for lymphocytes. However, the minimum effective concentrations (5-FU: 0,410±0,088 e AZA: 0,757±0,233; p<0, 05) have reduced the cell number. Proliferative activity of allogeneic lymphocytes in a mixed reaction (MLR) was not affected by the treatment. The cytokine production was not affected by the treatments, either. In conclusion, low concentrations of 5-FU and AZA has no deleterious effects on human peripheral blood lymphocytes and seems to be safe for combinatory administration with DC vaccines

Efeito protetor in vivo de vacinas de células dendríticas sensibilizadas com RNA de células MC-38 pré-tratadas com agentes antineoplásticos em concentrações efetivas minímas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação de diferentes protocolos de aplicação da terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) no tratamento da periodontite induzida em ratos imunossuprimidos com droga quimioterápica: estudo histomorfométrico, imunoistoquímico, imunológico e microbiológico

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Untersuchungen zur Charakterisierung der Bystander-Effekte bei einer in vivo Therapie mit Suizidgenen

Untersuchungen zur Charakterisierung der Bystander-Effekte bei einer in vivo Therapie mit Suizidgenen Bei Tumoren eines syngenen Prostatakarzinoms der Ratte (Dunning R3327 AT-1), die zuvor ex vivo mit einem Fusionsgen aus Cytosin Deaminase und Tymidinkinase (AT-1/CDglyTK) transfiziert wurden, konnte durch Kombinationsbehandlung mit Ganciclovir (GCV) und 5-Fluorocytosin (5-FC) komplette Remission und Langzeitüberleben erzielt werden. Dagegen ergaben sich bei Applikation nur einer Pro-Drug lediglich lokale Tumorkontrollraten von 83% (GCV) und 57% (5-FC). Noch geringere therapeutische Effekte einer Kombinationstherapie mit GCV und 5-FC wurden beobachtet, wenn in Anlehnung an die klinische Situation der Anteil suizidgen-tragender Zellen in den Tumoren auf < 20% abgesenkt wurde. Molekularbiologische Analysen dieser Mischtumore zeigen eine Verminderung membranständiger Connexinproteine, welche für den interzellulären Transport phosphorylierter GCV-Metabolite über Gap-junctions erforderlich sind. Pharmakodynamische Untersuchungen mittels 19F-NMR belegen eine effiziente Metabolisierung von 5-FC zu 5-Fluorouracil (5-FU) und den anschließenden Einbau der F-Nukleotide in die DNA. Dennoch sind die intrazellulären und sezernierten 5-FU Konzentrationen für eine Inaktivierung benachbarter Zellen im Sinne eines „lokalen-Bystander-Effektes“ nicht ausreichend. Bei gleichzeitiger Therapie von AT-1 und AT-1/CDglyTK Tumoren, kommt es nicht zur Regression des AT-1 Tumors und damit nicht zu einem „Distalen-Bystander-Effekt“. Dagegen führt die Induktion eines immunologischen Gedächtnisses zu deutlich verminderten Angehraten bei später injizierten AT-1 Tumoren. Die Suizidgen-Therapie ist ein erfolgversprechender Ansatz zur Behandlung maligner Erkrankungen, bei dem die lokalen und distalen Bystander-Effekte individueller Tumoren den therapeutischen Erfolg maßgeblich mitbestimmen.

Endogene DNA-Schädigung als Ursache genetischer Instabilität

Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt Untersuchungen über die zellulären Mechanismen, die zur Bildung dieser DNA-Schäden führen, sowie über die biologischen Auswirkungen dieser Schäden. Die Untersuchungen zu Uracil in der DNA wurden in ung-knockout-MEFs und Mäusen durchgeführt, die es erlauben, die Konsequenzen eines Ausfalls der wichtigsten Reparaturglykosylase für Uracil zu beleuchten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation von Uracil in den ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zum Wildtyp. In frisch isolierten Leber- und Milzzellen der Mäuse konnte dieser genotypspezifische Unterschied, wenn auch weniger ausgeprägt, ebenso beobachtet werden, nicht jedoch in reifen Spermien. Dieser gewebespezifische Unterschied und die quantitativ stärker ausgeprägte Akkumulation in ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zu den Mäusegeweben gab Anlass zur Vermutung, dass die Proliferation der Zellen für den Haupteintrag an Uracil in die DNA verantwortlich ist. Erstmals konnte in Versuche mit konfluenten (nicht mehr proliferierenden) ung-/--Mausfibroblasten gezeigt werden, dass nicht die spontane hydrolytische Desaminierung von Cytosin, sondern der Fehleinbau von dUMP während der DNA-Replikation die Hauptquelle für Uracil in der DNA von Säugerzellen darstellt. Da der Uracilmetabolismus ein wichtiges Target in der Chemotherapie ist, lag es nahe, das zur Verfügung stehende ung-knockout-Modell der MEFs zur Untersuchung mit Fluorpyrimidinen, die als Zytostatika verwendet werden, einzusetzen. Da bisher die Ursachen der beobachteten Apoptose der Tumorzellen und aller anderen metabolisch hochaktiven Zellen eines behandelten Organismus noch nicht vollständig verstanden ist, wurden diese Zellen mit verschiedenen Fluorpyrimidinen behandelt, die als Thymidylatsynthasehemmer die de novo Synthese von Thymidin unterbinden. Es konnte gezeigt werden, dass ung-/- Mausfibroblasten, im Gegensatz zu ung+/+ Mausfibroblasten, verstärkt Uracil in der DNA akkumulieren. Obwohl die ung+/+ Mausfibroblasten keine erhöhten Uracil-Spiegel in der DNA aufwiesen, zeigten sie bei Inkubation mit einem der beiden Thymidylatsynthasehemmern, 5-Fluoruracil (5-FU), die gleiche Sensitivität in einem nachfolgenden Proliferationsversuch wie die ung-/- Mausfibroblasten. Dies lässt darauf schließen, dass weder Reparatur noch Einbau von Uracil in die DNA für die beobachtete Toxizität dieser Zytostatika notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung des DNA-schädigenden Potenzials endogener ROS, die aus dem Fremdstoffmetabolismus stammen. Dazu wurden V79-Zellen verwendet, die mit dem humanen Enzym Cytochrom 2E1 (CYP2E1) transfiziert wurden (V79 CYP2E1) sowie Zellen, die ebenfalls durch Transfektion das humane Enzym Cytochromreduktase (auch Oxidoreduktase genannt) überexprimieren (V79 hOR). Beide Enzyme sind zusammen an der Hydroxylierung von Fremdstoffen beteiligt, bei der die Reduktion von molekularem Sauerstoff durch Übertragung von zwei Elektronen notwendig ist. Wird anstatt zweier Elektronen in Folge nur eines auf den Sauerstoff übertragen, so führt dieser von der Substratoxygenierung enkoppelte Vorgang zur Bildung von Superoxid. Daher galt es zu klären, ob das so erzeugte Superoxid und daraus gebildete ROS in der Lage sind, die DNA zu schädigen. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von CYP2E1 nicht zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden führt und die Metabolisierung von Ethanol durch dieses Enzym ebenfalls keine DNA-Modifikationen verursacht. Die Überexpression der Cytochromreduktase hingegen führte gegenüber dem Wildtyp zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer Basenmodifikationen nach Depletion von Glutathion, einem wichtigen zellulären Antioxidans. Im Mikrokerntest, der gentoxische Ereignisse wie Chromosomenbrüche in Zellen aufzeigt, zeigte sich schon ohne Glutathion-Depletion eine doppelt so hohe Mikrokernrate im Vergleich zum Wildtyp. In weiteren Versuchen wurden die V79-hOR-Zellen mit dem chinoiden Redoxcycler Durochinon inkubiert, um zu untersuchen, ob das vermutlich durch die Reduktase vermittelte Redoxcycling über Generierung von ROS in der Lage ist, einen oxidativen DNA-Schaden und Toxizität zu verursachen. Hier zeigte sich, dass die Überexpression der Reduktase Voraussetzung für Toxizität und den beobachteten DNA-Schaden ist. Die Wildtyp-Zellen zeigten weder einen DNA-Schaden noch Zytotoxizität, auch eine zusätzliche Glutathion-Depletion änderte nichts an dem Befund. Die V79-hOR-Zellen hingegen reagierten auf die Inkubation mit Durochinon mit einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Einzelstrangbrüche und oxidativen Basenmodifikationen, wobei sich der DNA-Schaden durch vorherige Glutathion-Depletion verdoppeln ließ.

Modulation der Strahlen- und Chemosensitivität menschlicher Tumorzellen durch Interferon

Pankreaskarzinome und maligne Melanome weisen eine hohe Resistenz gegenüber Zytostatika und Bestrahlung in der Therapie auf. Die Behandlung eines metastasierenden Pankreaskarzinoms besteht aus einer Kombination aus 5-FU, CDDP und IR. Für die Behandlung des malignen Melanoms ist das methylierende Agenz DTIC das Mittel erster Wahl. Das ebenfalls methylierende Agenz TMZ, welches jedoch in Deutschland noch nicht für die Behandlung von malignen Melanomen zugelassen ist, erlangt immer größere Bedeutung. Die Ansprechrate der Tumore kann durch Kombination mit IFNs erhöht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde an Pankreaskarzinom- bzw. Melanomzelllinien untersucht, ob IFNs einen radio- bzw. chemosensibilisierender Effekt ausüben und, wenn ja, welcher Mechanismus hierfür verantwortlich ist. Es wurden zehn Pankreaskarzinom-Zelllinien (Panc-1, Su8686, Capan-1, Capan-2, Bxpc-3, PA-TU 8988T, Aspc-1, HS 766T, Mia-PaCa-2 und PA-TU 8902) untersucht. Diese zeigten eine hohe Variabilität in ihrer intrinsischen Radiosensitivität sowie in ihrer Sensitivität gegenüber IFN-alpha und IFN-beta. IFN-beta erwies sich als toxischer im Vergleich zu IFN-alpha. Die radiosensibilisierende Wirkung der IFNs an Pankreaskarzinom-Zelllinien war moderat, wobei IFN-beta im Vergleich zu IFN-alpha effektiver war. Der radiosensibilisierende Effekt ging mit einer deutlichen Erhöhung der alpha-Komponente, der Überlebenskurven einher und kam durch eine IFN-beta vermittelte Verstärkung der IR-induzierten Apoptoserate zustande. Dies wurde sowohl durch SubG1 als auch durch Annexin V / PI Messungen gezeigt. Einen Einfluss von IFN-beta auf den Zellzyklus und die DSB-Reparatur konnte durch funktionelle Untersuchungen sowie durch PCR bzw. Western-Blot-Analysen als Grund für den sensibilisierdenen Effekt ausgeschlossen werden. Ein sensibilisierender Effekt von IFN-beta auf die durch TMZ-induzierte Zytotoxizität war für die Pankreaskarzinom-Zelllinien weder in MGMT-profizientem noch –depletiertem Zustand zu beobachten. Zur Untersuchung der sensibilisierenden Eigenschaften von IFNs gegenüber TMZ in malignen Melanomzelllinien wurden p53-Wildtyp (D05 und A375) und mutierte Zelllinien (D14 und RPMI 7951) untersucht. Gegenüber alleiniger TMZ-Behandlung reagierten die untersuchten p53-Wildtyp Melanomzelllinien nicht sensitiver auf eine Behandlung mit TMZ als p53-mutierte Zelllinien. Der Nachweis des Spaltprodukts der Caspase-9 lieferte einen Hinweis darauf, dass in den Melanomzelllinien unabhängig vom p53-Status nach alleiniger TMZ-Behandlung der mitochondriale Apoptoseweg aktiviert wird. Durch eine Vorbehandlung der Zellen mit IFN-alpha oder IFN-beta konnte die TMZ-induzierte Apoptoserate in malignen Melanomzellen deutlich gesteigert werden. In p53-Wildtyp Melanomzellen war der chemosensibilisierende Effekt der IFNs besonders ausgeprägt. IFN-beta erwies sich hierbei als effektiver, weshalb es für die folgenden Versuche verwendet wurde. Durch stabile Transfektion der Zelllinie D05 mit MGMT konnte das durch TMZ-induzierte Addukt O6MeG als für den sensibilisieredenen Effekt ausschlaggebende DNA-Schädigung charakterisiert werden. Western-Blot-Analysen und gamma-H2AX-Immunfluoreszenz Untersuchungen konnten einen Einfluss von IFN-beta auf die Prozessierung der Läsion O6MeG sowie einen Einfluss von IFN-beta auf die Induktion und Reparatur von TMZ verursachten DSBs ausschließen. Durch Experimente mit einem Fas-aktivierenden Antikörper und durch eine stabile Transfektion der Zelllinien D05 und A375 mit DN-FADD konnte gezeigt werden, dass p53-Wildtyp Melanomzellen nicht oder nur eingeschränkt in der Lage sind, nach TMZ-Behandlung über den Fas-Rezeptor Signalweg Apoptose zu induzieren. Ausschlaggebend hierfür ist die geringe Pro-Caspase-8 Expression dieser Zelllinien. Eine IFN-beta Vorbehandlung bewirkte eine Reaktivierung des Fas-Rezeptor Signalweges, was mit einer verstärkten Expression der Pro-Caspase-8 einherging. Durch Experimente mit Caspase-8 siRNA konnte diese IFN-beta induzierte Verstärkung der Pro-Caspase-8 Expression als entscheidender Faktor für den sensibilisierenden Effekt ausgemacht werden. Zum ersten Mal konnte damit in dieser Arbeit gezeigt werden, dass p53-Wildtyp Melanomzellen durch eine IFN-beta vermittelte Hochregulation der Pro-Caspase-8 ihre Fähigkeit wiedererlangen, nach TMZ-Behandlung über den Fas-Rezeptor Signalweg Apoptose auszulösen. Diese Arbeiten weisen einen Weg, auf welchem die hohe Resistenz von malignen Melanomzellen, welche zu 80 % das nicht mutierte p53 Gen beherbergen, über eine IFN-beta induzierte Reaktivierung der Fas-Rezeptor vermittelten Apoptosekaskade überwunden werden kann.

Dual Targeting of Tumor Angiogenesis and Chemotherapy by Endostatin- Cytosine Deaminase-Uracil PhosphoribosylTransferase

Antiangiogenesis is a promising anti-tumor strategy through inhibition tumor vascularformation to suppress tumor growth. Targeting specific VEGF/R has been showntherapeutic benefits in many cancer types and become a first approvedantiangiogenic modalities by Food and Drug Administration (FDA) in United States.However, interruption of homeostasis in normal tissues that is likely due to theinhibition of VEGF/R signaling pathway induces unfavorable side effects. Moreover,cytostatic nature of antiangiogenic drugs frequently causes less tumor cell specifickilling activity, and cancer cells escaped from cell death induced by these drugseven gain more malignant phenotypes, resulting in tumor invasion and metastasis.To overcome these issues, we developed a novel anti-tumor therapeutic EndoCDfusion protein which linked endostatin (Endo) to cytosine deaminase-uracilvphosphoribosyl transferase (CD). Endo targets unique tumor endothelial cells toprovide tumor-specific antiangiogenesis activity and also carries CD to the localtumor area, where it serves nontoxic prodrug 5-fluorocytosine (5-FC) enzymaticconversion reaction to anti-metabolite chemotherapy drug 5-fluorouracil (5-FU). Wedemonstrated that 5-FU concentration was highly increased in tumor sites, resultingin high level of endothelial cells and tumor cells cytotoxic efficacy. Furthermore,EndoCD/5-FC therapy decreased tumor growth and colorectal liver metastasisincident compared with bevacizumab/5-FU treatment in human breast and colorectalliver metastasis orthotropic animal models. In cardiotoxicity safety profile,EndoCD/5-FC is a contrast to bevacizumab/5-FU; lower risk of cardiotoxicityinduction or heart function failure was found in EndoCD/5-FC treatment thanbevacizumab/5-FU does in mice. EndoCD/5-FC showed more potent therapeuticefficacy with high safety profile and provided stronger tumor invasion or metastasisinhibition than antiangiogenic drugs. Together, EndoCD fusion protein with 5-FCshowed dual tumor targeting activities including antiangiogenesis and tumor localchemotherapy, and it could serve as an alternative option for antiangiogenic therapy.

Connexin-43 prevents hematopoietic stem cell senescence through transfer of reactive oxygen species to bone marrow stromal cells

Hematopoietic stem cell (HSC) aging has become a concern in chemotherapy of older patients. Humoral and paracrine signals from the bone marrow (BM) hematopoietic microenvironment (HM) control HSC activity during regenerative hematopoiesis. Connexin-43 (Cx43), a connexin constituent of gap junctions (GJs) is expressed in HSCs, down-regulated during differentiation, and postulated to be a self-renewal gene. Our studies, however, reveal that hematopoietic-specific Cx43 deficiency does not result in significant long-term competitive repopulation deficiency. Instead, hematopoietic Cx43 (H-Cx43) deficiency delays hematopoietic recovery after myeloablation with 5-fluorouracil (5-FU). 5-FU-treated H-Cx43-deficient HSC and progenitors (HSC/P) cells display decreased survival and fail to enter the cell cycle to proliferate. Cell cycle quiescence is associated with down-regulation of cyclin D1, up-regulation of the cyclin-dependent kinase inhibitors, p21cip1. and p16INK4a, and Forkhead transcriptional factor 1 (Foxo1), and activation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), indicating that H-Cx43-deficient HSCs are prone to senescence. The mechanism of increased senescence in H-Cx43-deficient HSC/P cells depends on their inability to transfer reactive oxygen species (ROS) to the HM, leading to accumulation of ROS within HSCs. In vivo antioxidant administration prevents the defective hematopoietic regeneration, as well as exogenous expression of Cx43 in HSC/P cells. Furthermore, ROS transfer from HSC/P cells to BM stromal cells is also rescued by reexpression of Cx43 in HSC/P. Finally, the deficiency of Cx43 in the HM phenocopies the hematopoietic defect in vivo. These results indicate that Cx43 exerts a protective role and regulates the HSC/P ROS content through ROS transfer to the HM, resulting in HSC protection during stress hematopoietic regeneration.