Die Rolle der Topoisomerase 2 beta in der normalen Herzfunktion sowie in der Entstehung der Herzinsuffizienz

Die Herzinsuffizienz (HI) ist eine der häufigsten und teuersten medizinischen Indikationen in der heutigen Zeit. rnIn der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal die Topoisomerase 2b (Top2b) in Zusammenhang mit der Entstehung einer dilatativen Kardiomyopathie gebracht werden. rnIn einem speziellen Mausmodell war es möglich, die Top2b gewebsspezifisch und zeitspezifisch nur in Kardiomyozyten zu deletieren. Dies geschah mittels eines Tamoxifen-induzierten Cre-Rekombinase-Gendeletionsmodells. Phänotypisch zeigten die Top2b-deletierten Mäuse 8 Wochen nach der Tamoxifen-Gabe signifikant reduzierte kardiale Ejektionsfraktionen sowie erhöhte linksventrikuläre enddiastolische und endsystolische Volumina. Weder Schlagvolumen noch Körpergewicht waren verändert. Die natriuretischen Peptide ANP und BNP waren in den Top2b-deletierten Tieren ebenfalls signifikant erhöht. Zusätzlich zeigten sowohl elektronenmikroskopische Untersuchungen als auch klassische histologische Verfahren fibrotische Veränderungen und erhöhte Kollagenablagerungen in Top2b-deletierten Tieren. Begleitend dazu stiegen die mRNA-Expressionslevel von Col1a1, Col3a1, Tgfβ1 und Tgfβ2 in den deletierten Tieren 8 Wochen nach der Implementierung der Deletion signifikant an. rnIn einer genomweiten Hochdurchsatz-Sequenzierung waren bereits 2 Wochen nach Tamoxifen-Gabe 128 Gene mindestens 2-fach gegenüber der Kontrollgruppe differentiell exprimiert. Eine genauere Analyse der veränderten Genexpression ließ bereits 14 Tage nach Implementierung der Deletion kardiale Verschlechterungen vermuten. So waren neben dem atrialen natriuretischen Peptid ANP die beiden häufigsten Kollagenarten im Herzen, Col3a1 und Col1a1, hochreguliert. rnInteressanterweise beinhalteten die 37 herunterregulierten Gene 11 Transkriptionsfaktoren. Da der Top2b in den letzten Jahren eine immer stärker werdende Bedeutung in der Transkription zugesprochen wird, sollte mittels Chromatin-Immunpräzipitation ein direkter Zusammenhang zwischen der Top2b-Deletion und der Herunterregulierung der 11 Transkriptionsfaktoren sowie die Bindung der Top2b an Promotoren ausgewählter, differentiell-exprimierter Gene untersucht werden. Generell konnte keine vermehrte Bindung von Top2b an Promotorbereiche gezeigt werden, was aber nicht dem generellen Fehlen einer Bindung gleichkommen muss. Vielmehr gab es methodische Schwierigkeiten, weshalb die Bedeutung der Top2b in der Transkription im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht ausreichend geklärt werden konnte.rnEine Kardiomyozyten-spezifische Top2b-Deletion mündete 8 Wochen nach Tamoxifen-Gabe in eine dilatative Kardiomyopathie. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind keine klaren Aussagen zum zugrundeliegenden Mechanismus der entstehenden Herzschädigung in Folge einer Top2b-Deletion zu treffen. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass der Tumorsuppressormarker p53 eine wichtige Rolle in der Entstehung der dilatativen Kardiomyopathie spielen könnte. So konnte 8 Wochen nach der Top2b-Deletion mittels Chromatin-Immunpräzipitation eine erhöhte Bindung von p53 an Promotorregionen von Col1a1, Tgfβ2 und Mmp2 detektiert werden. Die Bedeutung dieser Bindung, und ob aufgrund dessen die Entstehung der Fibrose erklärt werden könnte, ist zum jetzigen Zeitpunkt unklar.rn

Einfluss des Treg-Aktivierungsmarkers GARP auf die Differenzierung und Funktion von T-Zellen

CD4+CD25+FoxP3+ regulatorische T-Zellen (Treg) spielen eine essentielle Rolle bei der Unterdrückung von schädlichen Immunreaktionen. Da aktivierte CD4+ T-Helferzellen auch CD25 und FoxP3 exprimieren, können diese nicht als spezifische Marker zur Identifikation von Treg verwendet werden. Die Analyse der Membranproteinexpression beider Populationen führte zur Identifikation von GARP (glycoprotein A repetitions predominant) als spezifischer Marker auf aktivierten Treg. GARP bindet LAP und TGF-beta, welches für die Unterdrückung von entzündlichen T-Zellantworten von Bedeutung ist. Um die Funktion von GARP unabhängig von Treg zu untersuchen, wurde ein lösliches GARP Protein (sGARP) synthetisiert und sein Effekt auf die Aktivierung und Differenzierung von humanen T-Zellen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sGARP die Proliferation von naiven CD4+ T-Zellen supprimiert und zu einer Phosphorylierung von SMAD2/3 sowie zu der Induktion von FoxP3 führt. Zusätzlich inhibiert sGARP die Produktion von Effektorzytokinen wie IL-2 und IFN-gamma. Die Stimulation von naiven CD4+ T-Zellen mit sGARP induziert die Differenzierung zu Treg, welche in Kokultur die Aktivierung von T-Effektorzellen supprimieren. Die Wirkung war vergleichbar in naiven CD4+ und ruhenden CD4+CD45RA+ T-Zellen, konnte aber in differenzierten CD4+CD45RO+ T-Zellen nicht nachgewiesen werden. Die Induktion von FoxP3 und die Phosphorylierung von SMAD2/3 konnte durch eine Blockade des TGF-beta-Signalweges inhibiert werden. Dies lässt vermuten, dass die Funktion von sGARP zumindest teilweise von TGF-beta abhängig ist. Zusätzlich zu seiner passiven Rolle als TGF-beta-Transporter, induzierte sGARP die TGF-beta-Produktion in naiven T-Zellen und trägt so zum Mechanismus der infektiösen Toleranz bei. Des Weiteren fördert die Stimulation von sGARP in Anwesenheit von IL-6 und IL-23 die Differenzierung zu Th17 Zellen. rnNeben dem Einfluss von sGARP auf die Differenzierung von CD4+ T-Zellen, supprimiert sGARP die Proliferation und Granzyme B-Expression in CD8+ T-Zellen. rnFür die Analyse der immunmodulatorischen Funktion von sGARP in vivo wurde ein Modell einer xenogenen GvHD (graft-versus-host disease) verwendet. Der Transfer von humanen PBMC in neugeborene, immundefiziente Rag2-/-gamma-chain-/--Mäuse führt zu einer letalen GvHD, welche durch die Applikation von humanen Treg dosisabhängig unterdrückt werden kann. In diesem Modell konnte die repetitive Gabe von sGARP, ohne zusätzliche Zugabe von Treg, ebenfalls die GvHD unterdrücken. Dies lässt auf einen synergistischen Effekt von sGARP und Treg bei der Suppression inflammatorischer T-Zellantworten schließen. rnZusammengefasst lassen die Ergebnisse auf eine entscheidende Rolle von GARP in der Modulation der peripheren Toleranz folgern und zeigen sGARP als potentes Biological für die Behandlung von unerwünschten inflammatorischen Immunantworten.

Einfluss von Uracil in der DNA auf die Genexpression : die Rolle der Basen-Exzisions-Reparatur

Uracil ist eine der am häufigsten vorkommenden DNA-Basenmodifikationen, die über den Mechanismus der Basen-Exzisions-Reparatur (BER) aus dem Genom entfernt wird. Im Verlauf der Reparatur dieser Läsion durch monofunktionelle Uracil-DNA-Glykosylasen (UNG1/2, SMUG1, TDG und MBD4) entstehen AP-Läsionen und Einzelstrangbrüche. Da von beiden bekannt ist, eine Blockade der Transkription verursachen zu können, wurde in dieser Arbeit der Einfluss von Uracil und dessen Exzision auf die Expression eines Gens untersucht. Dafür wurde eine effiziente Methode entwickelt, die DNA-Basenmodifikation spezifisch in den transkribierten oder nicht-transkribierten DNA-Strang eines Reporter-Vektors einzufügen. rnIn Host cell reactivation Assays konnte gezeigt werden, dass Uracil unabhängig davon, ob es mit Adenin gepaart (U:A) oder mit Guanin (U:G) eine Fehlpaarung bildet, keine direkte Blockade der Transkriptions-Maschinerie in menschlichen Zellen auszulösen vermag. Dies kann daraus geschlossen werden, dass die Expression des Reportergens der Uracil-enthaltenen Vektoren im Vergleich zu unmodifizierten Referenz-Vektoren kurze Zeit nach der Transfektion unverändert ist. Die erst mit zunehmender Inkubationszeit in den Wirtszellen progressiv abnehmende Transkription ließ vermuten, dass die intrazelluläre Prozessierung der Läsion über die BER für die verringerte Genexpression verantwortlich ist. In der Tat bewirkte der Knockdown der BER-initiierenden UNG1/2, die Uracil aus der DNA herausschneidet und damit eine AP-Läsion generiert, eine Verringerung des negativen Effektes eines U:A-Basenpaares auf die Genexpression. Dass der Knockdown der SMUG1- oder TDG-Glykosylase hingegen keine Auswirkungen zeigte, beweist, dass UNG1/2 die Hauptglykosylase für die Exzision dieser Läsion und der Auslöser der inhibierten Transkription in HeLa-Zellen darstellt. Der Zusammenhang zwischen dem Maß des Ausschnitts einer DNA-Basenmodifikation im Verlauf der BER und einer verringerten Expression des Reportergens konnte zudem am Beispiel von 5-Hydroxymethyluracil und der für diese Läsion spezifischen SMUG1-Glykosylase nachgewiesen werden. Im Falle einer U:G-Fehlpaarung besaß weder UNG1/2 noch SMUG1 oder TDG einen Einfluss auf die Rate oder das Ausmaß der mit der Zeit abnehmenden Genexpression, was die Beteiligung einer anderen Glykosylase oder eines anderen Reparatur-Mechanismus vermuten lässt. rnDie Tatsache, dass die Stärke der Gen-Suppression unabhängig davon war, ob Uracil im transkribierten oder nicht-transkribierten DNA-Strang positioniert wurde, lässt die Mutmaßung zu, dass keine Blockade der elongierenden RNA-Polymerase, sondern vielmehr ein indirekter Mechanismus der Auslöser für die verringerte Transkription ist. Dieser Mechanismus muss unabhängig von der gut untersuchten transkriptionsgekoppelten Nukleotid-Exzisions-Reparatur erfolgen, da der Knockdown des hierfür benötigten CSB-Gens keine Auswirkungen auf die Inhibition der Genexpression der Uracil-enthaltenen Vektoren hatte. Insgesamt liefert diese Arbeit neue Erkenntnisse über den Beitrag der einzelnen Uracil-DNA-Glykosylasen zur Reparatur der DNA-Basenmodifikation Uracil in humanen Zellen und zeigt, dass die BER über einen indirekten Mechanismus die Hemmung der Genexpression verursacht.

Impact of long-term corticosteroid therapy on the distribution pattern of lower limb atherosclerosis

OBJECTIVE: Ectopic calcification and mediacalcinosis can be promoted by corticosteroid use. Aim of the present investigation is to describe macrovascular disease features in patients with long-term corticosteroid therapy and symptomatic lower limb peripheral arterial occlusive disease (PAD). METHODS: A consecutive series of 2783 patients undergoing clinical and angiographic work-up of PAD were screened for long-term (>5 years) corticosteroid use (group A). Comparison was performed to a randomly selected age-, sex- and risk factor-matched PAD control cohort from the same series without corticosteroid use (group B). Patients with diabetes mellitus or severe renal failure were excluded. Arterial calcification was evaluated by qualitative assessment on radiographic images. Severity of atherosclerotic lesions was analysed from angiographic images using a semi-quantitative score (Bollinger score). RESULTS: In general, 12 patients (5 males, mean age 78.5 +/- 9.0 years) with 15 ischaemic limbs qualified to be enrolled in group A and were compared to 23 matching control patients (6 2 males, mean age 79.5 +/- 6 years) with 32 ischaemic limbs. Incompressibility of ankle arteries determined by measurement of the ankle-brachial index was seen in 12 limbs (80%) in group A compared to 3 limbs (9%) in group B (p = 0.0009). No significant difference was found comparing group A and B for segmental calcification, whereas comparison of the atherosclerotic burden using the angiographic severity score showed a significantly higher score at the infragenicular arterial level in group A (p = 0.001). CONCLUSION: Findings suggest that the long-term corticosteroid therapy is associated with a distally accentuated, calcifying peripheral atherosclerosis inducing arterial incompressibility. This occlusion pattern is comparable to patients with renal failure or diabetes. Further research is required to support our observations.

Endovascular treatment of popliteal artery aneurysms: a single-center experience

PURPOSE: To evaluate the use of covered stent-grafts in the endovascular treatment (ET) of popliteal artery aneurysms (PAAs). MATERIALS AND METHODS: A retrospective analysis was conducted over a period of 52 months in 18 consecutive patients (17 men; mean age +/- SD, 70 years +/- 11) undergoing ET of PAAs with the Viabahn endograft in a single center. Patient symptoms, aneurysm characteristics, technical outcomes, complications, and follow-up were assessed. RESULTS: Aneurysm diameters ranged from 12 to 51 mm with a mean of 30 mm (+/-11). Thirteen aneurysms (72.2%) were partially thrombosed and 12 patients (66.6%) had symptoms of lower limb ischemia at presentation (11 chronic and one acute). The technical success rate was 94%. Intraprocedural emboli and endoleak occurred in one and two patients, respectively. Fourteen patients were available for follow-up after successful treatment, with a mean follow-up time of 15 months (range, 7-37 months). All stent-grafts were patent after 1 month, with no mortality or limb loss. The primary patency rate with complete exclusion of the aneurysm at 6 months was 86%. Pre- and postprocedural noninvasive arterial studies were available in 10 patients, demonstrating improvement of the ankle-brachial index from 0.96 +/- 0.41 to 1.17 +/- 0.18, respectively (P = .06). CONCLUSIONS: Endovascular stent-graft repair of PAAs is a feasible treatment option. However, further follow-up studies regarding the durability of results are required.

Vascular hospitalization rates and costs in patients with peripheral artery disease in the United States

BACKGROUND: Peripheral artery disease (PAD) is common and imposes a high risk of major systemic and limb ischemic events. The REduction of Atherothrombosis for Continued Health (REACH) Registry is an international prospective registry of patients at risk of atherothrombosis caused by established arterial disease or the presence of 3 atherothrombotic risk factors. METHODS AND RESULTS: We compared the 2-year rates of vascular-related hospitalizations and associated costs in US patients with established PAD across patient subgroups. Symptomatic PAD at enrollment was identified on the basis of current intermittent claudication with an ankle-brachial index (ABI) <0.90 or a history of lower-limb revascularization or amputation. Asymptomatic PAD was diagnosed on the basis of an enrollment ABI <0.90 in the absence of symptoms. Overall, 25 763 of the total 68 236-patient REACH cohort were enrolled from US sites; 2396 (9.3%) had symptomatic and 213 (0.8%) had asymptomatic PAD at baseline. One- and cumulative 2-year follow-up data were available for 2137 (82%) and 1677 (64%) of US REACH patients with either symptomatic or asymptomatic PAD, respectively. At 2 years, mean cumulative hospitalization costs, per patient, were $7445, $7000, $10 430, and $11 693 for patients with asymptomatic PAD, a history of claudication, lower-limb amputation, and revascularization, respectively (P=0.007). A history of peripheral intervention (lower-limb revascularization or amputation) was associated with higher rates of subsequent procedures at both 1 and 2 years. CONCLUSIONS: The economic burden of PAD is high. Recurring hospitalizations and repeat revascularization procedures suggest that neither patients, physicians, nor healthcare systems should assume that a first admission for a lower-extremity PAD procedure serves as a permanent resolution of this costly and debilitating condition.

Detrusor activity is impaired during thoracic epidural analgesia after open renal surgery

There are no data on lower urinary tract function during postoperative thoracic epidural analgesia (TEA). Because selected segmental blockade can be achieved with epidural analgesia, we hypothesized that lower urinary tract function remains unchanged during TEA within segments T4-T11 after open renal surgery.

SphK1 regulates proinflammatory responses associated with endotoxin and polymicrobial sepsis

During sepsis, activation of phagocytes leads to the overproduction of proinflammatory cytokines, causing systemic inflammation. Despite substantial information regarding the underlying molecular mechanisms that lead to sepsis, several elements in the pathway remain to be elucidated. We found that the enzyme sphingosine kinase 1 (SphK1) is up-regulated in stimulated human phagocytes and in peritoneal phagocytes of patients with severe sepsis. Blockade of SphK1 inhibited phagocyte production of endotoxin-induced proinflammatory cytokines. We observed protection against sepsis in mice treated with a specific SphK1 inhibitor that was enhanced by treatment with a broad-spectrum antibiotic. These results demonstrated a critical role for SphK1 in endotoxin signaling and sepsis-induced inflammatory responses and suggest that inhibition of SphK1 is a potential therapy for septic shock.

500 ml of blood loss does not decrease non-invasive tissue oxygen saturation (StO2) as measured by near infrared spectroscopy - A hypothesis generating pilot study in healthy adult women

Background The goal when resuscitating trauma patients is to achieve adequate tissue perfusion. One parameter of tissue perfusion is tissue oxygen saturation (StO2), as measured by near infrared spectroscopy. Using a commercially available device, we investigated whether clinically relevant blood loss of 500 ml in healthy volunteers can be detected by changes in StO2 after a standardized ischemic event. Methods We performed occlusion of the brachial artery for 3 minutes in 20 healthy female blood donors before and after blood donation. StO2 and total oxygenated tissue hemoglobin (O2Hb) were measured continuously at the thenar eminence. 10 healthy volunteers were assessed in the same way, to examine whether repeated vascular occlusion without blood donation exhibits time dependent effects. Results Blood donation caused a substantial decrease in systolic blood pressure, but did not affect resting StO2 and O2Hb values. No changes were measured in the blood donor group in the reaction to the vascular occlusion test, but in the control group there was an increase in the O2Hb rate of recovery during the reperfusion phase. Conclusion StO2 measured at the thenar eminence seems to be insensitive to blood loss of 500 ml in this setting. Probably blood loss greater than this might lead to detectable changes guiding the treating physician. The exact cut off for detectable changes and the time effect on repeated vascular occlusion tests should be explored further. Until now no such data exist.

Effects of thoracic epidural analgesia on lower urinary tract function in women

The need for an indwelling transurethral catheter in patients with postoperative thoracic epidural analgesia (TEA) is a matter of controversy. Subjective observations are ambivalent and the literature addressing this issue is scarce. As segmental blockade can be achieved with epidural analgesia, we hypothesized that analgesia within segments T4-T11 has no or minimal influence on lower urinary tract function. Thus, we evaluated the effect of TEA on lower urinary tract function by urodynamic studies.

The status of olfactory function and the striatal dopaminergic system in drug-induced parkinsonism

Olfactory impairment has been reported in drug-induced parkinsonism (DIP), but the relationship between dopaminergic dysfunction and smell deficits in DIP patients has not been characterized. To this end, we studied 16 DIP patients and 13 patients affected by Parkinson's disease (PD) using the "Sniffin' Sticks" test and [(123)I] FP-CIT SPECT (single-photon emission computed tomography). DIP patients were divided based on normal (n = 9) and abnormal (n = 7) putamen dopamine transporter binding. Nineteen healthy age- and sex-matched subjects served as controls of smell function. Patients with DIP and pathological putamen uptake had abnormal olfactory function. In this group of patients, olfactory TDI scores (odor threshold, discrimination and identification) correlated significantly with putamen uptake values, as observed in PD patients. By contrast, DIP patients with normal putamen uptake showed odor functions-with the exception of the threshold subtest-similar to control subjects. In this group of patients, no significant correlation was observed between olfactory TDI scores and putamen uptake values. The results of our study suggest that the presence of smell deficits in DIP patients might be more associated with dopaminergic loss rather than with a drug-mediated dopamine receptor blockade. These preliminary results might have prognostic and therapeutic implications, as abnormalities in these individuals may be suggestive of an underlying PD-like neurodegenerative process.

Eosinophilic vasculitis: an inhabitual and resistant manifestation of a vasculitis

A 55-year-old woman was referred because of diffuse pruritic erythematous lesions and an ischemic process of the third finger of her right hand. She was known to have anaemia secondary to hypermenorrhea. She presented six months before admission with a cutaneous infiltration on the left cubital cavity after a paravenous leakage of intravenous iron substitution. She then reported a progressive pruritic erythematous swelling of her left arm and lower extremities and trunk. Skin biopsy of a lesion on the right leg revealed a fibrillar, small-vessel vasculitis containing many eosinophils.Two months later she reported Raynaud symptoms in both hands, with a persistent violaceous coloration of the skin and cold sensation of her third digit of the right hand. A round 1.5 cm well-delimited swelling on the medial site of the left elbow was noted. The third digit of her right hand was cold and of violet colour. Eosinophilia (19 % of total leucocytes) was present. Doppler-duplex arterial examination of the upper extremities showed an occlusion of the cubital artery down to the palmar arcade on the right arm. Selective angiography of the right subclavian and brachial arteries showed diffuse alteration of the blood flow in the cubital artery and hand, with fine collateral circulation in the carpal region. Neither secondary causes of hypereosinophilia nor a myeloproliferative process was found. Considering the skin biopsy results and having excluded other causes of eosinophilia, we assumed the diagnosis of an eosinophilic vasculitis. Treatment with tacrolimus and high dose steroids was started, the latter tapered within 12 months and then stopped, but a dramatic flare-up of the vasculitis with Raynaud phenomenon occurred. A new immunosuppressive approach with steroids and methotrexate was then introduced. This case of aggressive eosinophilic vasculitis is difficult to classify into the usual forms of vasculitis and constitutes a therapeutic challenge given the resistance to current immunosuppressive regimens.