Bothrops leucurus venom induces nephrotoxicity in the isolated perfused kidney and cultured renal tubular epithelia

Bites from snake (Bothrops genus) cause local tissue damage and systemic complications, which include alterations such as hemostatic system and acute renal failure (ARF). Recent studies suggest that ARF pathogenesis in snakebite envenomation is multifactorial and involves hemodynamic disturbances, immunologic reactions and direct nephrotoxicity. The aim of the work was to investigate the effects of the Bothrops leucurus venom (BlV) in the renal perfusion system and in cultured renal tubular cells of the type MDCK (Madin-Darby Canine kidney). BlV (10 μg/mL) reduced the perfusion pressure at 90 and 120 min. The renal vascular resistance (RVR) decreased at 120 min of perfusion. The effect on urinary flow (UF) and glomerular filtration rate (GFR) started 30 min after BlV infusion, was transient and returned to normal at 120 min of perfusion. It was also observed a decrease on percentual tubular transport of sodium (%TNa+) at 120 min and of chloride (%TCl-) at 60 and 90 min. The treatment with BlV caused decrease in cell viability to the lowest concentration tested with an IC50 of 1.25 μg/mL. Flow cytometry with annexin V and propidium iodide showed that cell death occurred predominantly by necrosis. However, a cell death process may involve apoptosis in lower concentrations. BlV treatment (1.25 μg/mL) led to significant depolarization of the mitochondrial membrane potential and, indeed, we found an increase in the expression of cell death genes in the lower concentrations tested. The venom also evoked an increase in the cytosolic Ca2+ in a concentration dependent manner, indicating that Ca2+ may participate in the venom of B. leucurus effect. The characterization of the effects in the isolated kidney and renal tubular cells gives strong evidences that the acute renal failure induced by this venom is a result of the direct nephrotoxicity which may involve the cell death mechanism. © 2012.

Cytoxicity and Apoptotic Mechanism of Ruthenium(II) Amino Acid Complexes in Sarcoma-180 Tumor Cells

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

Immunohistochemistry Analysis of Proteins Related with Apoptosis as Prognostic Factor in Epidermoid Carcinoma of Penis

The aim was to analyze the protein expression of apoptotic genes caspase-3, caspase-8 and bcl-2 with the immunohistochemistry technique, correlating with tumor grade (I, II and III) and with the patient survival in order to understand the basic mechanism of tumoral transformation. The immunohistochemistry reactions on 50 samples of squamous cell carcinoma were carried out with the avidin-biotin immunoperoxidase method and antigen recovery. The analyses were made using the graduation method "in crosses" (0 to 4 crosses - no stain to more than 75% of positives cells) and in categories (low, intermediate, high) of the cytoplasm immunoreactivity of the epidermoid penile carcinoma cells. It was observed a statistically significant difference when the expression of caspase-3 were compared with the grades land II of the tumor (p=0.0010) and when comparing the patient survival with the grades I and II of the tumor (p=0.0212). The protein bcl-2 was more expressed than caspase-3 and caspase-8 proteins, suggesting that the apoptotic rate in this carcinoma is low. The higher expression of the anti-apoptotic protein bcl-2 suggests a higher preservation of the tumoral cells.

Activation of the mitochondrial ATP-sensitive K+ channel reduces apoptosis of spleen mononuclear cells induced by hyperlipidemia

Background We have previously demonstrated that increased rates of superoxide generation by extra-mitochondrial enzymes induce the activation of the mitochondrial ATP-sensitive potassium channel (mitoKATP) in the livers of hypertriglyceridemic (HTG) mice. The resulting mild uncoupling mediated by mitoKATP protects mitochondria against oxidative damage. In this study, we investigate whether immune cells from HTG mice also present increased mitoKATP activity and evaluate the influence of this trait on cell redox state and viability. Methods Oxygen consumption (Clark-type electrode), reactive oxygen species production (dihydroethidium and H2-DCF-DA probes) and cell death (annexin V, cytocrome c release and Trypan blue exclusion) were determined in spleen mononuclear cells. Results HTG mice mononuclear cells displayed increased mitoKATP activity, as evidenced by higher resting respiration rates that were sensitive to mitoKATP antagonists. Whole cell superoxide production and apoptosis rates were increased in HTG cells. Inhibition of mitoKATP further increased the production of reactive oxygen species and apoptosis in these cells. Incubation with HTG serum induced apoptosis more strongly in WT cells than in HTG mononuclear cells. Cytochrome c release into the cytosol and caspase 8 activity were both increased in HTG cells, indicating that cell death signaling starts upstream of the mitochondria but does involve this organelle. Accordingly, a reduced number of blood circulating lymphocytes was found in HTG mice. Conclusions These results demonstrate that spleen mononuclear cells from hyperlipidemic mice have more active mitoKATP channels, which downregulate mitochondrial superoxide generation. The increased apoptosis rate observed in these cells is exacerbated by closing the mitoKATP channels. Thus, mitoKATP opening acts as a protective mechanism that reduces cell death induced by hyperlipidemia.

Effects of Aedes aegypti salivary components on dendritic cell and lymphocyte biology

Abstract Background Saliva is a key element of interaction between hematophagous mosquitoes and their vertebrate hosts. In addition to allowing a successful blood meal by neutralizing or delaying hemostatic responses, the salivary cocktail is also able to modulate the effector mechanisms of host immune responses facilitating, in turn, the transmission of several types of microorganisms. Understanding how the mosquito uses its salivary components to circumvent host immunity might help to clarify the mechanisms of transmission of such pathogens and disease establishment. Methods Flow cytometry was used to evaluate if increasing concentrations of A. aegypti salivary gland extract (SGE) affects bone marrow-derived DC differentiation and maturation. Lymphocyte proliferation in the presence of SGE was estimated by a colorimetric assay. Western blot and Annexin V staining assays were used to assess apoptosis in these cells. Naïve and memory cells from mosquito-bite exposed mice or OVA-immunized mice and their respective controls were analyzed by flow cytometry. Results Concentration-response curves were employed to evaluate A. aegypti SGE effects on DC and lymphocyte biology. DCs differentiation from bone marrow precursors, their maturation and function were not directly affected by A. aegypti SGE (concentrations ranging from 2.5 to 40 μg/mL). On the other hand, lymphocytes were very sensitive to the salivary components and died in the presence of A. aegypti SGE, even at concentrations as low as 0.1 μg/mL. In addition, A. aegypti SGE was shown to induce apoptosis in all lymphocyte populations evaluated (CD4+ and CD8+ T cells, and B cells) through a mechanism involving caspase-3 and caspase-8, but not Bim. By using different approaches to generate memory cells, we were able to verify that these cells are resistant to SGE effects. Conclusion Our results show that lymphocytes, and not DCs, are the primary target of A. aegypti salivary components. In the presence of A. aegypti SGE, naïve lymphocyte populations die by apoptosis in a caspase-3- and caspase-8-dependent pathway, while memory cells are selectively more resistant to its effects. The present work contributes to elucidate the activities of A. aegypti salivary molecules on the antigen presenting cell-lymphocyte axis and in the biology of these cells.

Effects of Aedes aegypti salivary components on dendritic cell and lymphocyte biology

BACKGROUND: Saliva is a key element of interaction between hematophagous mosquitoes and their vertebrate hosts. In addition to allowing a successful blood meal by neutralizing or delaying hemostatic responses, the salivary cocktail is also able to modulate the effector mechanisms of host immune responses facilitating, in turn, the transmission of several types of microorganisms. Understanding how the mosquito uses its salivary components to circumvent host immunity might help to clarify the mechanisms of transmission of such pathogens and disease establishment. METHODS: Flow cytometry was used to evaluate if increasing concentrations of A. aegypti salivary gland extract (SGE) affects bone marrow-derived DC differentiation and maturation. Lymphocyte proliferation in the presence of SGE was estimated by a colorimetric assay. Western blot and Annexin V staining assays were used to assess apoptosis in these cells. Naïve and memory cells from mosquito-bite exposed mice or OVA-immunized mice and their respective controls were analyzed by flow cytometry. RESULTS: Concentration-response curves were employed to evaluate A. aegypti SGE effects on DC and lymphocyte biology. DCs differentiation from bone marrow precursors, their maturation and function were not directly affected by A. aegypti SGE (concentrations ranging from 2.5 to 40 μg/mL). On the other hand, lymphocytes were very sensitive to the salivary components and died in the presence of A. aegypti SGE, even at concentrations as low as 0.1 μg/mL. In addition, A. aegypti SGE was shown to induce apoptosis in all lymphocyte populations evaluated (CD4+ and CD8+ T cells, and B cells) through a mechanism involving caspase-3 and caspase-8, but not Bim. By using different approaches to generate memory cells, we were able to verify that these cells are resistant to SGE effects. CONCLUSION: Our results show that lymphocytes, and not DCs, are the primary target of A. aegypti salivary components. In the presence of A. aegypti SGE, naïve lymphocyte populations die by apoptosis in a caspase-3- and caspase-8-dependent pathway, while memory cells are selectively more resistant to its effects. The present work contributes to elucidate the activities of A. aegypti salivary molecules on the antigen presenting cell-lymphocyte axis and in the biology of these cells.

Modulation of apoptosis by endogenously produced nitric oxide

Untersuchungen zur Expression der induzierbaren NO-Synthetase (NOS2) belegen eine häufige Expression dieses Enzyms in Tumoren unterschiedlicher Gewebe. Bislang ist jedoch ungeklärt, ob die Expression der NOS2 in Tumorzellen die apoptotische Eliminierung durch zytotoxische T-Zellen beeinflussen kann. In der vorliegenden Arbeit wurden die Folgen einer endogenen NO-Synthese auf die Apoptosesensitivität von HEK293-Zellen untersucht. Um primäre NO-Wirkungen von NO-induzierten, sekundären (kompensatorischen) Veränderungen zu trennen, wurde mit einem induzierbaren Vektorsystem gearbeitet. Die NOS2 wurde zunächst unter der Kontrolle eines Ecdyson-sensitiven Promoters in HEK293-Zellen kloniert. Es konnten regulierbare NOS2-Klone selektiert werden, die nach Ponasteronbehandlung dosisabhängig die NOS2 exprimieren und NO synthetisieren. Die NOS2-Expression wurde durch Western Blot Analyse und Immunfluoreszenzfärbung dargestellt und die NO-Produktion mit Hilfe der Griess-Reaktion gemessen. An den NOS2-induzierten Zellen wurde dann der Einfluss von NO auf die CD95-vermittelte Apoptose analysiert. Es zeigte sich nach Stimulation des CD95-Rezeptors eine deutliche Korrelation der Apoptoserate mit der NOS2-Expression. In Kokulturexperimenten mit Peptid-spezifischen zytotoxischen T-Zellen zeigte sich, dass NO-produzierende Zielzellen effektiver eliminiert werden konnten. Auch nach Behandlung der Zellen mit TRAIL ergab sich eine höhere Apoptoserate in NO-produzierenden Zellen. Die weitere Analyse der durch NO beeinflussten Signalwege ergab eine Beteiligung von ER-Stress-vermittelten Apoptosewegen. Dies zeigte sich an der Hochregulation des ER-Stress-Proteins Grp78 (BiP) nach NOS2-Expression und der Spaltung der am ER-lokalisierten Caspase-4. Darüber hinaus konnte der schnellere Verlust des mitochondrialen Membranpotentials in Abhängigkeit von der NOS2-Expression nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Wirkung einer dauerhaften NO-Exposition auf die Apoptosesensitivität der Zellen untersucht. Auch ohne zusätzliche CD95-Stimulation induzierte eine kontinuierliche NOS2-Expression nach wenigen Tagen in den EcR293-NOS2-Zellen Apoptose. Diese Dauerbehandlung führte zum nahezu vollständigen Absterben der Kulturen. Einige Zellen überlebten jedoch diese Behandlung und wuchsen zu Zellklonen. Diese NO-resistenten Klone konnten isoliert werden. Sie zeigten eine zusätzliche Resistenz für CD95-vermittelte Apoptosesignale und waren besser vor dem Angriff Peptid-spezifischer CTLs geschützt. Die Apoptoseresistenz blieb auch nach längerer Kultur erhalten und scheint auf NO-induzierter Genotoxizität zu beruhen. Anhand dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass allein durch chronische NO-Behandlung eine Selektion apoptoseresistenter Zellen stattfinden kann.

Untersuchungen zur Rolle des BH3-only-Proteins Bid bei der Stress-induzierten Apoptose in Karzinomzelllinien

Als BH3-only Protein gehört Bid zu den proapoptotischen Mitgliedern der Bcl-2 Familie, die während der Apoptose die Freisetzung Caspase-aktivierender Proteine aus den Mitochondrien kontrollieren. Bid zählt zu den potentesten BH3-only Proteinen und wird von vielen transformierten und nichttransformierten Zellen konstitutiv exprimiert. Ziel dieser Arbeit war es, Bid durch RNA-Interferenz stabil zu depletieren, um Bid-abhängige Apoptosewege in HeLa Zervixkarzinomzellen zu identifizieren, die von intrinsischen Stressstimuli sowie von konventionellen und neuartigen Chemotherapeutika induziert werden. Da Bid im Todesrezeptor-vermittelten Signalweg der Apoptose durch Caspase-8 gespalten und aktiviert wird, waren die Bid-depletierten Zellen signifikant vor der Fas/CD95-, TRAIL- oder TNF-α-induzierten Apoptose geschützt und zeigten nach Exposition mit allen drei Todesrezeptorliganden eine drastisch reduzierte Effektorcaspase-Aktivität und eine höhere Proliferationsrate als die Kontrollzellen. Eine ektopische Bidexpression in Bid knock down (kd) Zellen hob die Protektion vor der Fas- und TRAIL-induzierten Apoptose auf. Der Proteasominhibitor Epoxomicin, der Proteinkinase-Inhibitor Staurosporin oder die ER Stress-induzierenden Agenzien Tunicamycin, Thapsigargin und Brefeldin A lösten hingegen einen Bid-unabhängigen Zelltod aus. Allerdings konnten subletale Tunicamycin- oder Thapsigarginkonzentrationen HeLa Zellen für die TRAIL-induzierte Apoptose sensitivieren. Da der Synergieeffekt auf einer ER Stress-vermittelten Amplifizierung des Todesrezeptorwegs beruhte, zu der eine Tunicamycin-induzierte Steigerung der Expression des Todesrezeptors DR5 signifikant beitrug, erfolgte diese Sensitivierung nur in Bid-profizienten Zellen. Bid war in HeLa Zellen außerdem an der apoptotischen Signalkaskade beteiligt, die von den DNA-schädigenden Agenzien Etoposid, Doxorubicin und Oxaliplatin (Oxa) ausgelöst wird. Nach Behandlung mit Oxa zeigten die Bid kd Zellen eine verzögerte Caspase-2, -3, -8 und -9 Aktivierung, einen geringeren Verlust des mitochondrialen Membranpotentials sowie eine reduzierte Apoptose- und eine höhere Proliferationsrate als Bid-profiziente Zellen. Neben Bid war ein weiteres BH3-only Protein, Puma, an der Oxa-induzierten Effektorcaspase-Aktivierung beteiligt, da eine Puma-spezifische siRNA unabhängig vom Bidstatus der Zellen antiapoptotisch wirkte. Im letzten Teil der Arbeit wurde untersucht, welche Proteasen für die durch gentoxische Agenzien induzierte Spaltung und Aktivierung von Bid verantwortlich sind. Obwohl Caspasen für die Exekutionphase der Oxa-induzierten Apoptose notwendig waren, trugen sie weder zur initialen Bidaktivierung noch zur mitochondrialen Depolarisierung bei, da sie erst postmitochondrial aktiviert wurden. Konventionelle Calpaine hingegen wurden nach DNA-Schädigung bereits stromaufwärts der Mitochondrien aktiviert und der Calpaininhibitor Calpeptin reduzierte nicht nur die Bid- und Caspasespaltung, sondern auch die mitochondriale Depolarisierung signifikant. Diese Protektion durch Calpeptin fiel in Bid-depletierten Zellen signifikant geringer als in Bid-profizienten Kontrollzellen aus. Auch war in Oxa-behandelten Bid kd Zellen, die eine durch Caspase-2, -3 und -8 nicht spaltbare Bidmutante exprimierten, trunkiertes Bid nachweisbar, dessen Generierung durch Calpain-, aber nicht durch Caspaseinhibierung verhindert werden konnte. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse auf eine Calpain-abhängige Bidaktivierung stromaufwärts der Mitochondrien hin und zeigen, dass die BH3-only Proteine Bid und Puma wichtige Vermittler der Oxa-induzierten Apoptose in HeLa Zellen darstellen.

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.

Rolle der FOS-Proteine und des MAPK-Signallings in der Regulation der zellulären Antwort auf genotoxischen Stress

Die mittlere Überlebenszeit nach Erkennung eines Glioblastoms ohne Behandlung liegt bei 3 Monaten und kann durch die Behandlung mit Temozolomid (TMZ) auf etwa 15 Monate gesteigert werden. Neben TMZ sind die chlorethylierenden Nitrosoharnstoffe die meistversprechendsten und am häufigsten eingesetzten Chemotherapeutika in der Gliomtherapie. Hier liegt die mittlere Überlebenszeit bei 17,3 Monaten. Um die Therapie des Glioblastoms noch effektiver zu gestalten und Resistenzen zu begegnen, werden unterschiedlichste Ansätze untersucht. Eine zentrale Rolle spielen hierbei das activator protein 1 (AP-1) und die mitogen aktivierten Proteinkinasen (MAPK), deren Funktion in bisherigen Arbeiten noch unzureichend beleuchtet wurde.rnBesonders mit der Rolle des AP-1-bildenden Proteins FRA-1 in der Therapie des Glioblastoms haben sich bisher nur wenige Arbeiten beschäftigt, weshalb im ersten Teil der vorliegenden Arbeit dessen Funktion in der Regulation der Chemosensitivität gegenüber dem chlorethylierenden Agenz ACNU genauer untersucht wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die FRA 1-Expression durch Behandlung mit ACNU induziert wird. Die Induktion erfolgte über die beiden MAPKs ERK1/2 und p38K. JNK hatte keinen Einfluss auf die Induktion. Durch die Herunterregulation der FRA-1-Expression mit Hilfe von siRNA und eines shRNA exprimierenden Plasmids kam es zu einer signifikanten Sensitivierung gegenüber ACNU. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulation der FRA-1-Expression in einer verminderten AP 1-Bildung, bedingt durch eine reduzierte Menge an FRA-1 im AP-1-Komplex resultiert. Die Sensitivierung gegenüber ACNU ist weder durch eine Veränderung in der DNA-Reparatur, noch in der Modulation der FAS-Ligand- bzw. FAS-Rezeptor-Expression bedingt. Auch die hier untersuchten BCL 2-Familienmitglieder wiesen keine Unterschiede in der Expression durch Modulation der FRA 1-Expression auf. Allerdings kam es durch die verminderte FRA-1-Expression zu einer Reduktion der Zellzahl in der G2/M-Phase nach Behandlung mit ACNU. Diese ging einher mit einer reduzierten Menge an phosphoryliertem und unphosphoryliertem CHK1, weshalb davon auszugehen ist, dass FRA 1 nach ACNU-Behandlung in Gliomzellen vor der Apoptose schützt, indem es modulierend auf die Zellzykluskontrolle einwirkt.rnIm zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Regulation der apoptotischen Antwort nach Behandlung mit ACNU und TMZ genauer beleuchtet, wobei ein spezielles Augen¬merk auf AP 1 und die MAPKs gelegt wurde. Hier konnte gezeigt werden, dass die Apoptose nach Behandlung mit ACNU bzw. TMZ sowohl durch Spaltung von Pro-Caspase 8, als auch Pro-Caspase 9 eingeleitet wird. Dabei akkumulierte in beiden Fällen p53 vermehrt im Zellkern. Eine Inhibierung der transkriptionellen Aktivität von p53 führte nach ACNU-Behandlung zu einer Sensitivierung der Zellen, nach TMZ-Behandlung kam es zu einem leichten Anstieg in der Vitälität. Der FAS-Rezeptor wurde nach ACNU- und nach TMZ-Behandlung aktiviert und auch die DNA-Reparaturproteine DDB2 und XPC wurden in beiden Fällen vermehrt exprimiert. Für die MAPKs JNK und ERK1/2 konnte gezeigt werden, dass diese pro-apoptotisch wirken. Die AP-1-Bildung nach ACNU-Behandlung erfolgte bereits nach 24 h und war von langer Dauer, wohingegen nach TMZ-Behandlung nur eine transiente AP 1-Bildung zu relativ späten Zeitpunkten detektiert werden konnte. Ebenso konnte für das AP-1-Zielgen FAS-Ligand nach ACNU-Behandlung eine relativ schnelle, lang anhaltende Aktivierung detektiert werden, wohingegen nach TMZ-Behandlung zu einem späten Zeitpunkt ein kurzer Anstieg im Signal zu verzeichnen war. In späteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass das BCL-2-Familienmitglied BIM eine zentrale Rolle in der Regulation des intrinsischen Apoptosesignalweges nach Behandlung mit ACNU und TMZ spielt. Die hier entstanden Ergebnisse tragen entscheidend zum Verständnis der durch diese beiden Agenzien gesteuerten, apoptotischen Signalwege bei und bieten eine fundierte Grundlage für weitere Untersuchungen.rn

Synergistic induction of cell death in liver tumor cells by TRAIL and chemotherapeutic drugs via the BH3-only proteins Bim and Bid

Although death receptors and chemotherapeutic drugs activate distinct apoptosis signaling cascades, crosstalk between the extrinsic and intrinsic apoptosis pathway has been recognized as an important amplification mechanism. Best known in this regard is the amplification of the Fas (CD95) signal in hepatocytes via caspase 8-mediated cleavage of Bid and activation of the mitochondrial apoptosis pathway. Recent evidence, however, indicates that activation of other BH3-only proteins may also be critical for the crosstalk between death receptors and mitochondrial triggers. In this study, we show that TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) and chemotherapeutic drugs synergistically induce apoptosis in various transformed and untransformed liver-derived cell lines, as well as in primary human hepatocytes. Both, preincubation with TRAIL as well as chemotherapeutic drugs could sensitize cells for apoptosis induction by the other respective trigger. TRAIL induced a strong and long lasting activation of Jun kinase, and activation of the BH3-only protein Bim. Consequently, synergistic induction of apoptosis by TRAIL and chemotherapeutic drugs was dependent on Jun kinase activity, and expression of Bim and Bid. These findings confirm a previously defined role of TRAIL and Bim in the regulation of hepatocyte apoptosis, and demonstrate that the TRAIL-Jun kinase-Bim axis is a major and important apoptosis amplification pathway in primary hepatocytes and liver tumor cells.

Toll-like receptor-3-induced mitochondrial dysfunction in cultured human hepatocytes

Several studies have shown the presence of liver mitochondrial dysfunction during sepsis. TLR3 recognizes viral double-stranded RNA and host endogenous cellular mRNA released from damaged cells. TLR3 ligand amplifies the systemic hyperinflammatory response observed during sepsis and in sepsis RNA escaping from damaged tissues/cells may serve as an endogenous ligand for TLR3 thereby modulating immune responses. This study addressed the hypothesis that TLR3 might regulate mitochondrial function in cultured human hepatocytes. HepG2 cells were exposed to TLR-3 ligand (dsRNA--polyinosine-polycytidylic acid; Poly I:C) and mitochondrial respiration was measured. Poly I:C induced a reduction in maximal mitochondrial respiration of human hepatocytes which was prevented partially by preincubation with cyclosporine A (a mitochondrial permeability transition pore-opening inhibitor). Poly-I:C induced activation of NF-κB, and the mitochondrial dysfunction was accompanied by caspase-8 but not caspase-3 activation and by no major alterations in cellular or mitochondrial ultrastructure.

Fas death receptor signalling: roles of Bid and XIAP

Fas (also called CD95 or APO-1), a member of a subgroup of the tumour necrosis factor receptor superfamily that contain an intracellular death domain, can initiate apoptosis signalling and has a critical role in the regulation of the immune system. Fas-induced apoptosis requires recruitment and activation of the initiator caspase, caspase-8 (in humans also caspase-10), within the death-inducing signalling complex. In so-called type 1 cells, proteolytic activation of effector caspases (-3 and -7) by caspase-8 suffices for efficient apoptosis induction. In so-called type 2 cells, however, killing requires amplification of the caspase cascade. This can be achieved through caspase-8-mediated proteolytic activation of the pro-apoptotic Bcl-2 homology domain (BH)3-only protein BH3-interacting domain death agonist (Bid), which then causes mitochondrial outer membrane permeabilisation. This in turn leads to mitochondrial release of apoptogenic proteins, such as cytochrome c and, pertinent for Fas death receptor (DR)-induced apoptosis, Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP binding protein with low Pi), an antagonist of X-linked inhibitor of apoptosis (XIAP), which imposes a brake on effector caspases. In this review, written in honour of Juerg Tschopp who contributed so much to research on cell death and immunology, we discuss the functions of Bid and XIAP in the control of Fas DR-induced apoptosis signalling, and we speculate on how this knowledge could be exploited to develop novel regimes for treatment of cancer.

A novel TNFR1-triggered apoptosis pathway mediated by class IA PI3Ks in neutrophils

The most common form of neutrophil death is apoptosis. In the present study, we report surprising differences in the molecular mechanisms used for caspase activation between FAS/CD95-stimulated and TNF receptor 1 (TNFR1)-stimulated neutrophils. Whereas FAS-induced apoptosis was followed by caspase-8 activation and required Bid to initiate the mitochondrial amplification loop, TNF-?-induced apoptosis involved class IA PI3Ks, which were activated by MAPK p38. TNF-?-induced PI3K activation resulted in the generation of reactive oxygen species, which activated caspase-3, a mechanism that did not operate in neutrophils without active NADPH oxidase. We conclude that in neutrophils, proapoptotic pathways after TNFR1 stimulation are initiated by p38 and PI3K, but not by caspase-8, a finding that should be considered in anti-inflammatory drug-development strategies.

Theileria parva-transformed T cells show enhanced resistance to Fas/Fas ligand-induced apoptosis

Lymphocyte homeostasis is regulated by mechanisms that control lymphocyte proliferation and apoptosis. Activation-induced cell death is mediated by the expression of death ligands and receptors, which, when triggered, activate an apoptotic cascade. Bovine T cells transformed by the intracellular parasite Theileria parva proliferate in an uncontrolled manner and undergo clonal expansion. They constitutively express the death receptor Fas and its ligand, FasL but do not undergo apoptosis. Upon elimination of the parasite from the host cell by treatment with a theilericidal drug, cells become increasingly sensitive to Fas/FasL-induced apoptosis. In normal T cells, the sensitivity to death receptor killing is regulated by specific inhibitor proteins. We found that anti-apoptotic proteins such as cellular (c)-FLIP, which functions as a catalytically inactive form of caspase-8, and X-chromosome-linked inhibitor of apoptosis protein (IAP) as well as c-IAP, which can block downstream executioner caspases, are constitutively expressed in T. parva-transformed T cells. Expression of these proteins is rapidly down-regulated upon parasite elimination. Antiapoptotic proteins of the Bcl-2 family such as Bcl-2 and Bcl-x(L) are also expressed but, in contrast to c-FLIP, c-IAP, and X-chromosome-linked IAP, do not appear to be tightly regulated by the presence of the parasite. Finally, we show that, in contrast to the situation in tumor cells, the phosphoinositide 3-kinase/Akt pathway is not essential for c-FLIP expression. Our findings indicate that by inducing the expression of antiapoptotic proteins, T. parva allows the host cell to escape destruction by homeostatic mechanisms that would normally be activated to limit the continuous expansion of a T cell population.