Characterization of mannose-binding lectin plasma levels and genetic polymorphisms in HIV-1-infected individuals

INTRODUÇÃO: O presente estudo investigou a associação entre o polimorfismo no gene da lectina ligante de manose (MBL) e os níveis séricos da proteína com a infecção pelo HIV-1. MÉTODOS: As amostras de sangue (5mL) foram coletadas de 97 indivíduos infectados pelo HIV-1 residentes em Belém, Estado do Pará, Brasil, que frequentavam a Unidade de Referência Especial para Doenças Infecciosas e Parasitárias Especiais (URE-DIPE). Os níveis de linfócitos T CD4+ e da carga viral plasmática foram quantificados. Um fragmento de 349pb do exon 1 da MBL foi amplificado via PCR, utilizando DNA genômico extraído das amostras controles e dos indivíduos portadores do HIV-1, seguindo protocolos previamente estabelecidos. O nível plasmático de MBL nos pacientes foi quantificado usando kit de ensaio imunoenzimático. RESULTADOS: Dois alelos foram observados - MBL*O, com uma frequência de 26,3% em indivíduos infectados e o alelo selvagem MBL*A (73,7%). Frequências similares foram observadas no grupo controle (p > 0,05). As frequências genotípicas estavam em equilíbrio de Hardy-Weinberg em ambos os grupos. A média dos níveis plasmáticos MBL variou por genótipo, com diferenças significativas entre os genótipos AA e AO (p < 0,0001), e AA e OO (p < 0,001), mas não entre AO e OO (p=0,17). Além disso, os linfócitos T CD4+ e os níveis plasmáticos de carga viral não diferiram significativamente de acordo com o genótipo (p>0,05). CONCLUSÕES: Os resultados deste estudo não apoiam a hipótese de que o polimorfismo no gene MBL ou baixa concentração plasmática de MBL poderia ter uma influência direta sobre a infecção pelo HIV-1, embora um estudo com número maior de pacientes seja necessário.

Plasmodium vivax Duffy binding protein: baseline antibody responses and parasite polymorphisms in a well-consolidated settlement of the Amazon Region

Objective To investigate risk factors associated with the acquisition of antibodies against Plasmodium vivax Duffy binding protein (PvDBP) a leading malaria vaccine candidate in a well-consolidated agricultural settlement of the Brazilian Amazon Region and to determine the sequence diversity of the PvDBP ligand domain (DBPII) within the local malaria parasite population. Methods Demographic, epidemiological and clinical data were collected from 541 volunteers using a structured questionnaire. Malaria parasites were detected by conventional microscopy and PCR, and blood collection was used for antibody assays and molecular characterisation of DBPII. Results The frequency of malaria infection was 7% (6% for P. vivax and 1% for P. falciparum), with malaria cases clustered near mosquito breeding sites. Nearly 50% of settlers had anti-PvDBP IgG antibodies, as detected by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) with subjects age being the only strong predictor of seropositivity to PvDBP. Unexpectedly, low levels of DBPII diversity were found within the local malaria parasites, suggesting the existence of low gene flow between P. vivax populations, probably due to the relative isolation of the studied settlement. Conclusion The recognition of PvDBP by a significant proportion of the community, associated with low levels of DBPII diversity among local P. vivax, reinforces the variety of malaria transmission patterns in communities from frontier settlements. Such studies should provide baseline information for antimalarial vaccines now in development.

Novel aryl beta-aminocarbonyl derivatives as inhibitors of Trypanosoma cruzi trypanothione reductase: binding mode revised by docking and GRIND2-based 3D-QSAR procedures

Trypanothione reductase has long been investigated as a promising target for chemotherapeutic intervention in Chagas disease, since it is an enzyme of a unique metabolic pathway that is exclusively present in the pathogen but not in the human host, which has the analog Glutathione reductase. In spite of the present data-set includes a small number of compounds, a combined use of flexible docking, pharmacophore perception, ligand binding site prediction, and Grid-Independent Descriptors GRIND2-based 3D-Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) procedures allowed us to rationalize the different biological activities of a series of 11 aryl beta-aminocarbonyl derivatives, which are inhibitors of Trypanosoma cruzi trypanothione reductase (TcTR). Three QSAR models were built and validated using different alignments, which are based on docking with the TcTR crystal structure, pharmacophore, and molecular interaction fields. The high statistical significance of the models thus obtained assures the robustness of this second generation of GRIND descriptors here used, which were able to detect the most important residues of such enzyme for binding the aryl beta-aminocarbonyl derivatives, besides to rationalize distances among them. Finally, a revised binding mode has been proposed for our inhibitors and independently supported by the different methodologies here used, allowing further optimization of the lead compounds with such combined structure- and ligand-based approaches in the fight against the Chagas disease.

Insights into Phosphate Cooperativity and Influence of Substrate Modifications on Binding and Catalysis of Hexameric Purine Nucleoside Phosphorylases

The hexameric purine nucleoside phosphorylase from Bacillus subtilis (BsPNP233) displays great potential to produce nucleoside analogues in industry and can be exploited in the development of new anti-tumor gene therapies. In order to provide structural basis for enzyme and substrates rational optimization, aiming at those applications, the present work shows a thorough and detailed structural description of the binding mode of substrates and nucleoside analogues to the active site of the hexameric BsPNP233. Here we report the crystal structure of BsPNP233 in the apo form and in complex with 11 ligands, including clinically relevant compounds. The crystal structure of six ligands (adenine, 2'deoxyguanosine, aciclovir, ganciclovir, 8-bromoguanosine, 6-chloroguanosine) in complex with a hexameric PNP are presented for the first time. Our data showed that free bases adopt alternative conformations in the BsPNP233 active site and indicated that binding of the co-substrate (2'deoxy) ribose 1-phosphate might contribute for stabilizing the bases in a favorable orientation for catalysis. The BsPNP233-adenosine complex revealed that a hydrogen bond between the 5' hydroxyl group of adenosine and Arg(43*) side chain contributes for the ribosyl radical to adopt an unusual C3'-endo conformation. The structures with 6-chloroguanosine and 8-bromoguanosine pointed out that the Cl-6 and Br-8 substrate modifications seem to be detrimental for catalysis and can be explored in the design of inhibitors for hexameric PNPs from pathogens. Our data also corroborated the competitive inhibition mechanism of hexameric PNPs by tubercidin and suggested that the acyclic nucleoside ganciclovir is a better inhibitor for hexameric PNPs than aciclovir. Furthermore, comparative structural analyses indicated that the replacement of Ser(90) by a threonine in the B. cereus hexameric adenosine phosphorylase (Thr(91)) is responsible for the lack of negative cooperativity of phosphate binding in this enzyme.

Production of Human Antibody Fragments Binding to Melittin and Phospholipase A2 in Africanised Bee Venom: Minimising Venom Toxicity

The hybrid created from the crossbreeding of European and African bees, known as the Africanised bee, has provided numerous advantages for current beekeeping. However, this new species exhibits undesirable behaviours, such as colony defence instinct and a propensity to attack en masse, which can result in serious accidents. To date, there is no effective treatment for cases of Africanised bee envenomation. One promising technique for developing an efficient antivenom is the use of phage display technology, which enables the production of human antibodies, thus avoiding the complications of serum therapy, such as anaphylaxis and serum sickness. The aim of this study was to produce human monoclonal single-chain Fv (scFv) antibody fragments capable of inhibiting the toxic effects of Africanised bee venom. We conducted four rounds of selection of antibodies against the venom and three rounds of selection of antibodies against purified melittin. Three clones were selected and tested by enzyme-linked immunosorbent assay to verify their specificity for melittin and phospholipase A2. Two clones (C5 and C12) were specific for melittin, and one (A7) was specific for phospholipase A2. In a kinetic haemolytic assay, these clones were evaluated individually and in pairs. The A7-C12 combination had the best synergistic effect and was chosen to be used in the assays of myotoxicity inhibition and lethality. The A7-C12 combination inhibited the in vivo myotoxic effect of the venom and increased the survival of treated animals.

Fumarate hydratase isoforms of Leishmania major: Subcellular localization, structural and kinetic properties

Fumarate hydratases (FHs; EC 4.2.1.2) are enzymes that catalyze the reversible hydration of fumarate to S-malate. Parasitic protists that belong to the genus Leishmania and are responsible for a complex of vector-borne diseases named leishmaniases possess two genes that encode distinct putative FH enzymes. Genome sequence analysis of Leishmania major Friedlin reveals the existence of genes LmjF24.0320 and LmjF29.1960 encoding the putative enzymes LmFH-1 and LmFH-2, respectively. In the present work, the FH activity of both L. major enzymes has been confirmed. Circular dichroism studies suggest important differences in terms of secondary structure content when comparing LmFH isoforms and even larger differences when comparing them to the homologous human enzyme. CD melting experiments revealed that both LmFH isoforms are thermolabile enzymes. The catalytic efficiency under aerobic and anaerobic environments suggests that they are both highly sensitive to oxidation and damaged by oxygen. Intracellular localization studies located LmFH-1 in the mitochondrion, whereas LmFH-2 was found predominantly in the cytosol with possibly also some in glycosomes. The high degree of sequence conservation in different Leishmania species, together with the relevance of FH activity for the energy metabolism in these parasites suggest that FHs might be exploited as targets for broad-spectrum antileishmanial drugs. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Enzyme Microheterogeneous Hydration and Stabilization in Supercritical Carbon Dioxide

Supercritical carbon dioxide is a promising green-chemistry solvent for many enzyme-catalyzed chemical reactions, yet the striking stability of some enzymes in such unconventional environments is not well understood. Here, we investigate the stabilization of the Candida antarctica Lipase B (CALB) in supercritical carbon dioxide-water biphasic systems using molecular dynamics simulations. The preservation of the enzyme structure and optimal activity depend on the presence of small amounts of water in the supercritical dispersing medium. When the protein is at least partially hydrated, water molecules bind to specific sites on the enzyme surface and prevent carbon dioxide from penetrating its catalytic core. Strikingly, water and supercritical carbon dioxide cover the protein surface quite heterogeneously. In the first solvation layer, the hydrophilic residues at the surface of the protein are able to pin down patches of water, whereas carbon dioxide solvates preferentially hydrophobic surface residues. In the outer solvation shells, water molecules tend to cluster predominantly on top of the larger water patches of the first solvation layer instead of spreading evenly around the remainder of the protein surface. For CALB, this exposes the substrate-binding region of the enzyme to carbon dioxide, possibly facilitating diffusion of nonpolar substrates into the catalytic funnel. Therefore, by means of microheterogeneous solvation, enhanced accessibility of hydrophobic substrates to the active site can be achieved, while preserving the functional structure of the enzyme. Our results provide a molecular picture on the nature of the stability of proteins in nonaqueous media.

Characterization of suramin binding sites on the human group IIA secreted phospholipase A(2) by site-directed mutagenesis and molecular dynamics simulation

Suramin is a polysulphonated naphthylurea with inhibitory activity against the human secreted group IIA phospholipase A(2) (hsPLA2GIIA), and we have investigated suramin binding to recombinant hsPLA2GIIA using site-directed mutagenesis and molecular dynamics (MD) simulations. The changes in suramin binding affinity of 13 cationic residue mutants of the hsPLA2GIIA was strongly correlated with alterations in the inhibition of membrane damaging activity of the protein. Suramin binding to hsPLA2GIIA was also studied by MD simulations, which demonstrated that altered intermolecular potential energy of the suramin/mutant complexes was a reliable indicator of affinity change. Although residues in the C-terminal region play a major role in the stabilization of the hsPLA2GIIA/suramin complex, attractive and repulsive hydrophobic and electrostatic interactions with residues throughout the protein together with the adoption of a bent suramin conformation, all contribute to the stability of the complex. Analysis of the h5PLA2GIIA/suramin interactions allows the prediction of the properties of suramin analogues with improved binding and higher affinities which may be candidates for novel phospholipase A(2) inhibitors. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Evidence for glycosylation on a DNA-binding protein of Salmonella enterica

Abstract Background All organisms living under aerobic atmosphere have powerful mechanisms that confer their macromolecules protection against oxygen reactive species. Microorganisms have developed biomolecule-protecting systems in response to starvation and/or oxidative stress, such as DNA biocrystallization with Dps (DNA-binding protein from starved cells). Dps is a protein that is produced in large amounts when the bacterial cell faces harm, which results in DNA protection. In this work, we evaluated the glycosylation in the Dps extracted from Salmonella enterica serovar Typhimurium. This Dps was purified from the crude extract as an 18-kDa protein, by means of affinity chromatography on an immobilized jacalin column. Results The N-terminal sequencing of the jacalin-bound protein revealed 100% identity with the Dps of S. enterica serovar Typhimurium. Methyl-alpha-galactopyranoside inhibited the binding of Dps to jacalin in an enzyme-linked lectin assay, suggesting that the carbohydrate recognition domain (CRD) of jacalin is involved in the interaction with Dps. Furthermore, monosaccharide compositional analysis showed that Dps contained mannose, glucose, and an unknown sugar residue. Finally, jacalin-binding Dps was detected in larger amounts during the bacterial earlier growth periods, whereas high detection of total Dps was verified throughout the bacterial growth period. Conclusion Taken together, these results indicate that Dps undergoes post-translational modifications in the pre- and early stationary phases of bacterial growth. There is also evidence that a small mannose-containing oligosaccharide is linked to this bacterial protein.

Functional characterisation of the non-essential protein kinases and phosphatases regulating Aspergillus nidulans hydrolytic enzyme production

Abstract Background Despite recent advances in the understanding of lignocellulolytic enzyme regulation, less is known about how different carbon sources are sensed and the signaling cascades that result in the adaptation of cellular metabolism and hydrolase secretion. Therefore, the role played by non-essential protein kinases (NPK) and phosphatases (NPP) in the sensing of carbon and/or energetic status was investigated in the model filamentous fungus Aspergillus nidulans. Results Eleven NPKs and seven NPPs were identified as being involved in cellulase, and in some cases also hemicellulase, production in A. nidulans. The regulation of CreA-mediated carbon catabolite repression (CCR) in the parental strain was determined by fluorescence microscopy, utilising a CreA: GFP fusion protein. The sensing of phosphorylated glucose, via the RAS signalling pathway induced CreA repression, while carbon starvation resulted in derepression. Growth on cellulose represented carbon starvation and derepressing conditions. The involvement of the identified NPKs in the regulation of cellulose-induced responses and CreA derepression was assessed by genome-wide transcriptomics (GEO accession 47810). CreA:GFP localisation and the restoration of endocellulase activity via the introduction of the ∆creA mutation, was assessed in the NPK-deficient backgrounds. The absence of either the schA or snfA kinase dramatically reduced cellulose-induced transcriptional responses, including the expression of hydrolytic enzymes and transporters. The mechanism by which these two NPKs controlled gene transcription was identified, as the NPK-deficient mutants were not able to unlock CreA-mediated carbon catabolite repression under derepressing conditions, such as carbon starvation or growth on cellulose. Conclusions Collectively, this study identified multiple kinases and phosphatases involved in the sensing of carbon and/or energetic status, while demonstrating the overlapping, synergistic roles of schA and snfA in the regulation of CreA derepression and hydrolytic enzyme production in A. nidulans. The importance of a carbon starvation-induced signal for CreA derepression, permitting transcriptional activator binding, appeared paramount for hydrolase secretion.

Kristallisation der Arbutin-Synthase und der Strictosidin Glukosidase - zwei Enzyme aus dem sekundären Glykosidstoffwechsel von Rauvolfia serpentina

Kristallisation der Arbutin-Synthase und der Strictosidin Glukosidase - zwei Enzyme aus dem sekundären Glykosidstoffwechsel von Rauvolfia serpentina Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Kristallisation und der strukturellen Auswertung der Arbutin-Synthase (AS) und der Strictosidin Glukosidase (SG). Beide Enzyme stammen aus der Medizinalpflanze Rauvolfia serpentina. Für die Kristallisation der Arbutin-Synthase wurden ca. 2500 verschiedene Beding-ungen experimentell untersucht. Für einige dieser Experimente wurde das Enzym molekularbiologisch und chemisch verändert. Trotzdem konnten keine Kristalle erhalten werden. Die bei diesen Veränderungen erhaltenen Ergebnisse wurden anhand von Vergleichen mit Strukturen anderer Glykosyltransferasen der gleichen Familie analysiert. Bei der Reinigung der AS konnte mit verschiedenen Trennsystemen nie eine homogene Lösung produziert werden. Der wahrscheinliche Grund für diese schlechte Isolierbarkeit, und damit der wahrscheinliche Grund für die schwierige Kris-tallisation, liegt in der überdurchschnittlich hohen Anzahl an Cysteinen in der Proteinsequenz. Mit den Aminosäuren Cys171, Cys253 und Cys461 wurden drei Cysteine gefunden, die einem Strukturvergleich nach an der Proteinoberfläche liegen und möglicherweise durch Quervernetzungen mit anderen Proteinmolekülen ein heterogenes Gemisch bilden, das nicht geordnet kristallisieren kann. Durch gezielte Mutationen dieser drei Aminosäuren könnte die Kristallisation zukünftig ermöglicht werden. Für die SG waren bereits Bedingungen bekannt bei denen nicht vermessbare Enzymkristalle (Nadeln) wuchsen. In weit gefächerten Versuchen konnten diese Kristalle jedoch nicht zu 3D-Wachstum angeregt werden. Es wurden mit einem HTS-Screening neue Bedingungen zur Kristallisation gefunden. Anschließend konnten die native Struktur und der Strictosidin/Enzym-Komplex vermessen und aufgeklärt werden. Die SG gehört zur Familie 1 der Glukosidasen (GH-1) und besitzt die in dieser Familie konservierte (beta/alpha)8-Barrel-Faltung. Im Vergleich mit 16 bekannten Glykosidasen der Familie GH-1 wurde die Substratbindung untersucht. Dabei wurde die in der Familie konservierte Zuckerbindung vorgefunden, jedoch große Unterschiede in der Aglykonbindung entdeckt. Es wurden Bedingungen für die Konformationsänderung des Trp388 erkannt. Diese Konformationsänderung dirigiert den Aglykonteil des Substrates auf verschiedene Seiten der Substratbindungstasche und teilt so die Familie GH-1 in zwei Gruppen.

Unmittelbare, dauerhafte sowie evolutionäre Anpassung an Fremdstoffexpositionen

Eine der Hauptursachen für unerwünschte oder reduzierte Wirkungen von Medikamenten ist die Induktion von Enzymen und Transportern des Medikamentenstoffwechsels. Diese Induktion stellt ursprünglich eine physiologische Reaktion auf die Aufnahme von potentiell schädlichen Fremdstoffen aus der Umwelt dar und sichert so die Gesundheit und Fortpflanzungsfähigkeit von Lebewesen. Beim Menschen sowie anderen Säugetieren werden Fremdstoffe hauptsächlich von den nukleären Rezeptoren PXR und CAR in der Leber und im Dünndarm detektiert. Zu den Medikamenten, welche über PXR und CAR wirken, gehören unter anderem Antikonvulsiva, Statine, antiretrovirale Medikamente, Glucocorticoide sowie Antimykotika. Die durch Fremdstoffe aktivierten Transkriptionsfaktoren PXR und CAR steigern die Menge der Enzyme und Transporter des Fremdstoffmetabolismus. Hierzu zählen vor allem die Cytochrom P450-Enzyme (Cyp-Enzyme) mit breitem Substratspektrum oder der Transporter MDR1, welcher eine Vielzahl von Substraten über Membranen transportiert. Durch die Biotransformation werden die induzierenden, lipophilen Substanzen so modifiziert, dass sie leichter über den Urin oder die Galle ausgeschieden werden können. \r\nDie Dauer der Induktion sollte auf die Zeit der Fremdstoffexposition beschränkt sein, um Störungen des endogenen Stoffwechsels zu vermindern. In dieser Arbeit werden jedoch Hinweise auf dauerhafte und sogar generationsübergreifende Effekte von Medikamenten in Mäusen geliefert. Nachkommen von Müttern, welche bereits vor ihrer Verpaarung einmalig mit TCPOBOP, einem Liganden des murinen CAR, injiziert wurden, hatten eine ungefähr 100-fach gesteigerte Genexpression von Cyp2b10. Auch gab es Expressionsänderungen von Genen, deren Produkte eine Rolle im Lipidstoffwechsel sowie bei Immunkrankheiten spielen. Eine Hochdurchsatz-RNA-Sequenzierung der injizierten Elterngeneration ergab außerdem dauerhafte Expressionsveränderungen anderer Gene des Medikamentenstoffwechsels sowie von Genen mit Verbindung zum Energiemetabolismus. \r\nBerücksichtigt man die enge evolutionäre Verwandtschaft der nukleären Rezeptoren CAR und PXR, sind Langzeitveränderungen auch für PXR möglich und wurden im Verlauf dieser Arbeit ebenfalls untersucht. Eine Hochdurchsatz-Sequenzierung ergab für Mäuse, welche mit dem PXR-Aktivator PCN induziert wurden, dass selbst noch drei Monate nach der Exposition Gene verändert exprimiert waren, welche im Zusammenhang mit Lebernekrosen stehen. Bei Nachkommen von PCN-injizierten Müttern wurden Gene unterschiedlich exprimiert, welche eine Rolle bei der Energiehomöostase sowie im Glukosestoffwechsel spielen. Im Erwachsenenalter sind bei diesen Nachkommen darüber hinaus noch Gene unterschiedlich exprimiert, deren Produkte eine Funktion in der Immunantwort haben. \r\nDa Erwachsene aufgrund ihrer Lebensdauer sowie der absoluten Krankheitshäufigkeit wesentlich öfter Kontakt mit Fremdstoffen haben, war medizinisch von besonderem Interesse, ob anhaltende Genexpressionsänderungen auch bei Erwachsenen zu beobachten sind. So konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass auch einmalig exponierte Adulttiere Gene dauerhaft verändert exprimieren und die Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel an die nächste Generation übertrugen. \r\n\r\nBisher sind klinische Studien zur Risikobewertung von Medikamenten (Pharmakovigilanz) nicht generationsübergreifend angelegt. Diese Arbeit gibt Anstöße dafür, dass dies in Zukunft für viel mehr Medikamente notwendig werden könnte. Neben Veränderungen im Medikamentenstoffwechsel ergeben sich Nebenwirkungen von PXR- und CAR-Liganden vor allem aus ihrer Beteiligung an endogenen Stoffwechselwegen. Nach Aktivierung von CAR, welcher viele metabolische Stoffwechselwege steuert, treten beispielsweise Störungen des Energiestoffwechsels auf. Ein tieferes Verständnis der Rezeptoraktivität von CAR samt einer gezielten Modulierung seiner Aktivität würde wichtige Beiträge zum Verständnis der Regulation des Fremdstoffmetabolismus sowie der Entstehung von Nebenwirkungen durch eine Behandlung mit CAR-Liganden leisten. Dauerhafte Veränderungen endogener Stoffwechselwege könnten dann möglicherweise über eine pharmakologische Modulierung der CAR-Aktivität reduziert werden. \r\nZu diesem Zweck wurden im Verlauf dieser Arbeit die CAR-Rezeptoren der Amphibien (Xenopus tropicalis, Xenopus laevis) und Reptilien (Anolis carolinensis) erstmals kloniert, als Proteine exprimiert und charakterisiert. Vergleiche zwischen Tierarten ermöglichen ein besseres Verständnis von humanen Proteinen. Funktionelle Analysen ergaben Ähnlichkeiten des Xenopus laevis-CAR mit dem PXR der Säugetiere: eine niedrige basale Aktivität sowie eine starke Induzierbarkeit durch Liganden. In weiteren funktionellen Analysen wurden die Determinanten der basalen Aktivität des Xenopus laevis-CAR untersucht. Die basale Aktivität war nicht abhängig von der subzellulären Lokalisation, sondern ergab sich aus der Proteinstruktur, welche nur beim CAR der Landvertebraten in einer aktiven Konformation fixiert ist. Ähnlich dem PXR der Säugetiere besitzt CAR der Amphibien eine Aktivierungsdomäne, welche erst durch Ligandenbindung in eine aktive Konformation gebracht wird. Mutationen einzelner Aminosäuren zum jeweils humanen Homolog erhöhten die basale Aktivität des Xenopus laevis-CAR auf die des humanen Rezeptors. Diese Mutanten mit erhöhter basalen Aktivität zeigten eine verstärkte Interaktion mit dem Kofaktor PGC-1a, einem Regulator des Energiestoffwechsels bei Säugetieren. Die hepatischen Zielgene des CAR der Amphibien überlappen zum Teil mit den humanen Zielgenen und spielen ebenfalls eine Rolle im Energiestoffwechsel.

Glukose-konjugierte Hemmstoffe als Strategie der gezielten Hemmung des DNA-Reparaturproteins O 6 -Methylguanin-DNA-Methyltransferase in Tumorzellen und der Einfluss von ATP-binding cassette Transportern

Das DNA-Reparaturprotein O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase [MGMT] ist der Hauptresistenzfaktor gegenüber der zytotoxischen Wirkung von SN1-alkylierenden Zytostatika in der Tumortherapie. Die Verwendung der MGMT-Hemmstoffe O6-Benzylguanin [O6BG] und O6-(4-Bromothenyl)guanin [O6BTG] führte zu einer Sensibilisierung des Normalgewebes, was eine Dosis-Reduktion der Zytostatika erforderlich machte und die erhoffte Therapieverbesserung verhinderte. Aus diesem Grund ist eine Strategie der selektiven Hemmung des MGMT-Proteins (Targeting-Strategie) erforderlich, um die systemische Toxizität in der Kombinationsbehandlung zu reduzieren. In dieser Arbeit wurde die Anwendbarkeit der Glukose-Konjugation als Targeting-Strategie untersucht, da Tumorzellen einen erhöhten Glukoseverbrauch aufweisen und demzufolge Glukosetransporter überexprimieren. Die Glukose-Konjugate O6BG-Glu und O6BTG-Glu inhibierten MGMT in Tumorzellen und sensibilisierten die Zellen gegenüber den alkylierenden Agenzien Temozolomid [TMZ] und Lomustin [CCNU]. Des Weiteren inaktivierten die Glukose-Konjugate die MGMT-Aktivität im Tumor eines Xenograft-Mausmodells und reduzierten das Tumorwachstum nach einer TMZ-Behandlung im gleichen Ausmass wie die Inhibitoren O6BG und O6BTG. Trotzdem war auch mit den Glukose-Konjugaten keine Steigerung der Zytostatika-Dosis im Mausmodell möglich. Die Untersuchungen der Aufnahme von O6BG-Glu und O6BTG-Glu wiederlegten eine Involvierung der Glukosetransporter. Der Einsatz von spezifischen Glukosetransporter-Inhibitoren und Kompetitions-Experimenten führte zu keiner Verminderung der MGMT-Hemmung oder Aufnahme vom radioaktiven H3-O6BTG-Glu in die Zelle. Dies legt nahe, dass die Glukose-Konjugate über einen unspezifischen Mechanismus (aktiv) in die Zellen gelangen. Der Grund für eine mögliche unselektive Aufnahme könnte im hydrophoben Alkyllinker, der für die Konjugation des Glukosemoleküls verwendet wurde, begründet sein. Dies führt zur Generierung von amphipathischen Konjugaten, die eine initiale Bindung an die Plasmamembran aufweisen und eine Aufnahme über den Flip-Flop-Mechanismus (transbilayer transport) wahrscheinlich machen. Die amphipathische Molekülstruktur der Glukose-Konjugate führte zu einer Partikelbildung in wässrigen Lösungen, die eine Reduktion der Menge an aktiven Monomeren von O6BG-Glu und O6BTG-Glu bewirken, die zur Hemmung von MGMT zur Verfügung stehen. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Rolle von ABC-Transportern hinsichtlich einer Targeting-Strategie von MGMT-Hemmstoffen. Obwohl eine hohe Expression dieser ABC-Transporter in Tumoren zur Resistenzentwicklung gegenüber Zytostatika führt, wurde ihr Einfluss auf MGMT-Hemmstoffe oder einer MGMT-Targeting-Strategie niemals untersucht. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal ein aktiver Efflux von MGMT-Hemmstoffen durch ABC-Transporter nachgewiesen. Die Inhibition von ABC-Transportern bewirkte eine schnellere Inaktivierung von MGMT durch die Glukose-Konjugate. Des Weiteren zeigten Kompetitions-Experimente mit den MGMT-Hemmstoffen eine verminderte Efflux-Rate von Fluoreszenzfarbstoffen, die spezifisch von ABC-Transportern exportiert werden. ABC-Transporter reduzieren die wirksame Konzentration des Hemmstoffes in der Zelle und beeinträchtigen somit die Effektivität der MGMT-Inhibition. Eine simultane Hemmung der ABC-Transporter P-glycoprotein (P-gp), multi resistance protein 1 (MRP1) and breast cancer resistance protein (BCRP) erhöhte die Effektivität der MGMT-Hemmstoffe (O6BG, O6BTG, O6BG-Glu, O6BTG-Glu) und verstärkte auf diese Weise die TMZ-induzierte Toxizität in Tumorzelllinien. Die Involvierung von ABC-Transportern in der intrazellulären Speicherung von MGMT-Hemmstoffen ist wahrscheinlich die Ursache für die beobachteten Unterschiede in der Sensibilisierung verschiedener Tumorzelllinien gegenüber Zytostatika durch das Glukose-Konjugat O6BG-Glu. Eine Strategie, den Einfluss von ABC-Transportern zu reduzieren und zukünftliche MGMT-Targeting-Strategien effizienter umzusetzen, ist die Verwendung von O6BTG als Ausgangssubstanz. Die höhere Inhibitionsfähigkeit der Bromthiophenmoleküle vermindert die erforderliche intrazelluläre Konzentration für eine vollständige MGMT-Hemmung und reduziert auf diese Weise den Einfluss von ABC-Transportern.

Deficient CEBPA DNA binding function in normal karyotype AML patients is associated with favorable prognosis

CCAAT/enhancer binding protein-α (CEBPA) mutations in acute myeloid leukemia (AML) patients with a normal karyotype (NK) confer favorable prognosis, whereas NK-AML patients per se are of intermediate risk. This suggests that blocked CEBPA function characterizes NK-AML with favorable outcome. We determined the prognostic significance of CEBPA DNA binding function by enzyme-linked immunosorbent assay in 105 NK-AML patients. Suppressed CEBPA DNA binding was defined by 21 good-risk AML patients with inv(16) or t(8;21) (both abnormalities targeting CEBPA) and 8 NK-AML patients with dominant-negative CEBPA mutations. NK-AML patients with suppressed CEBPA function showed a better overall survival (P = .0231) and disease-free survival (P = .0069) than patients with conserved CEBPA function. Suppressed CEBPA DNA binding was an independent marker for better overall survival and disease-free survival in a multivariable analysis that included FLT3-ITD, NPM1 and CEBPA mutation status, white blood cell count, age and lactate dehydrogenase. These data indicate that suppressed CEBPA function is associated with favorable prognosis in NK-AML patients.

PU.1 is linking the glycolytic enzyme HK3 in neutrophil differentiation and survival of APL cells

The transcription factor PU.1 is a master regulator of myeloid differentiation and function. On the other hand, only scarce information is available on PU.1-regulated genes involved in cell survival. We now identified the glycolytic enzyme hexokinase 3 (HK3), a gene with cytoprotective functions, as transcriptional target of PU.1. Interestingly, HK3 expression is highly associated with the myeloid lineage and was significantly decreased in acute myeloid leukemia patients compared with normal granulocytes. Moreover, HK3 expression was significantly lower in acute promyelocytic leukemia (APL) compared with non-APL patient samples. In line with the observations in primary APL patient samples, we observed significantly higher HK3 expression during neutrophil differentiation of APL cell lines. Moreover, knocking down PU.1 impaired HK3 induction during neutrophil differentiation. In vivo binding of PU.1 and PML-RARA to the HK3 promoter was found, and PML-RARA attenuated PU.1 activation of the HK3 promoter. Next, inhibiting HK3 in APL cell lines resulted in significantly reduced neutrophil differentiation and viability compared with control cells. Our findings strongly suggest that HK3 is: (1) directly activated by PU.1, (2) repressed by PML-RARA, and (3) functionally involved in neutrophil differentiation and cell viability of APL cells.