Poly(ADP-ribose) polymerase is a mediator of necrotic cell death by ATP depletion

Apoptotic and necrotic cell death are well characterized and are influenced by intracellular ATP levels. Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP), a nuclear enzyme activated by DNA strand breaks, physiologically participates in DNA repair. Overactivation of PARP after cellular insults can lead to cell death caused by depletion of the enzyme’s substrate β-nicotinamide adenine dinucleotide and of ATP. In this study, we have differentially elicited apoptosis or necrosis in mouse fibroblasts. Fibroblasts from PARP-deficient (PARP−/−) mice are protected from necrotic cell death and ATP depletion but not from apoptotic death. These findings, together with cell death patterns in PARP−/− animals receiving other types of insults, indicate that PARP activation is an active trigger of necrosis, whereas other mechanisms mediate apoptosis.

Phospholipid chlorohydrins cause ATP depletion and toxicity in human myeloid cells

Chlorohydrins of stearoyl-oleoyl phosphatidylcholine (SOPC), stearoyl-linoleoyl phosphatidylcholine, and stearoyl-arachidonyl phosphatidylcholine were incubated with cultured myeloid cells (111,60) for 24 h, and the cellular ATP level was measured using a bioluminescent assay. The chlorohydrins caused significant depletion of cellular ATP in the range 10100 muM. The ATP depletion by the phospholipid chlorohydrins was slightly less than that of 4-hydroxy-2-nonenal, but greater than that of hexanal, trans-2-nonenal, and autoxidised palmitoyl-arachidonoyl phosphatidylcholine. SOPC chlorohydrin was also found to cause loss of viability in U937 cells, and thus phospholipid chlorohydrins could contribute to the formation of a necrotic core in advanced atherosclerotic lesions.

ATP-dependent Membrane Assembly of F-Actin Facilitates Membrane Fusion

We recently established an in vitro assay that monitors the fusion between latex-bead phagosomes and endocytic organelles in the presence of J774 macrophage cytosol (Jahraus et al., 1998). Here, we show that different reagents affecting the actin cytoskeleton can either inhibit or stimulate this fusion process. Because the membranes of purified phagosomes can assemble F-actin de novo from pure actin with ATP (Defacque et al., 2000a), we focused here on the ability of membranes to nucleate actin in the presence of J774 cytosolic extracts. For this, we used F-actin sedimentation, pyrene actin assays, and torsional rheometry, a biophysical approach that could provide kinetic information on actin polymerization and gel formation. We make two major conclusions. First, under our standard in vitro conditions (4 mg/ml cytosol and 1 mM ATP), the presence of membranes actively catalyzed the assembly of cytosolic F-actin, which assembled into highly viscoelastic gels. A model is discussed that links these results to how the actin may facilitate fusion. Second, cytosolic actin paradoxically polymerized more under ATP depletion than under high-ATP conditions, even in the absence of membranes; we discuss these data in the context of the well described, large increases in F-actin seen in many cells during ischemia.

The effect of acute alcohol exposure on hepatic oxidative stress and function: prevention by micronutrients

Alcohol binge drinking, especially in teenagers and young adults is a major public health issue in the UK, with the number of alcohol related liver disorders steadily increasing. Understanding the mechanisms behind liver disease arising from binge-drinking and finding ways to prevent such damage are currently important areas of research. In the present investigation the effect of acute ethanol administration on hepatic oxidative damage and apoptosis was examined using both an in vivo and in vitro approach; the effect of micronutrient supplementation prior and during ethanol exposure was also studied. The following studies were performed: (1) ethanol administration (75 mmol/kg body weight) and cyanamide pre-treatment followed by ethanol to study elevated acetaldehyde levels with liver tissue analysed 2.5, 6 and 24 hours post-alcohol; (2). Using juvenile animals, 2% betaine supplementation followed by acute ethanol with tissue analysed 24 hrs post ethanol; and (3). Micronutrient supplementation during concomitant ethanol exposure to hepG2 cells. It was found that a single dose of alcohol caused oxidative damage to the liver of rats at 2.5 hr post-alcohol as evidenced by decreased glutathione levels and increased malondialdehyde levels in both the cytosol and mitochondria. Liver function was also depressed but there were no findings of apoptosis as cytochrome c levels and caspase 3 activity was unchanged. At 6 hours, the effect of ethanol was reduced suggesting some degree of recovery, however, by 24 hours, increased mitochondrial oxidative stress was apparent. The effect of elevated acetaldehyde on hepatic damage was particularly evident at 24 hours, with some oxidative changes at earlier time points. At 24 hours, acetaldehyde caused a profound drop in glutathione levels in the cytosol and hepatic function was still deteriorating. Studies examining ethanol exposure to juvenile livers showed that glutathione levels were increased, suggesting an overtly protective response not seen in with older animals. It also showed that despite cytochrome c release into the cytosol, caspase-3 levels were not increased. This suggests that ATP depletion is preventing apoptosis initiation. Betaine supplementation prevented almost all of the alcohol-mediated changes, suggesting that the main mechanism behind alcohol-mediated liver damage is oxidative stress. Results using the hepG2 cell line model showed that micronutrients involved in glutathione synthesis can protect against hepatocyte damage caused by alcohol metabolism, with reduced reactive oxygen species and increased/maintained glutathione levels. In summary, these results demonstrate that both acute alcohol and acetaldehyde can have damaging effects to the liver, but that dietary intervention may be able to protect against ethanol induced oxidative stress.

Effets de plantes réputées antidiabétiques sur un modèle cellulaire hépatique de résistance à l’insuline induite par le palmitate

La pharmacopée Cris est riche en plantes médicinales et plusieurs d’entre elles sont étudiées par notre laboratoire pour leur potentiel antidiabétique. Certaines espèces ont démontré leur capacité à stimuler la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme qui favorise la translocation de transporteurs de glucose à la membrane (effet hypoglycémiant). L’AMPK stimule également d’autres fonctions, telle l’oxydation des graisses, dans le but de rétablir l’énergie cellulaire. Ce projet a comme objectifs d’évaluer, premièrement, le stress métabolique induit par huit des extraits dans des cellules musculaires et des hépatocytes, effet qui serait responsable de l’activation de l’AMPK. Ce stress peut être déterminé en mesurant l’acidification du milieu extracellulaire ainsi que la déplétion du contenu en ATP des cellules suite aux traitements. Le deuxième objectif est de mesurer l’efficacité des extraits à réduire le contenu en gras (oxydation des graisses) et à ainsi normaliser la résistance à l’insuline dans des hépatocytes rendus insulino-résistants. Les hépatocytes sont rendus résistants à l’insuline (condition fortement lié à l’obésité) via traitement avec un acide gras saturé, le palmitate. Les résultats montrent que la majorité des extraits semble induire un stress métabolique de courte durée dans les cellules. Parmi les extraits, seul un a réussi à faire diminuer significativement le taux de triglycérides intracellulaire suite au traitement au palmitate sans toutefois améliorer la sensibilité à l’insuline. En conclusion, le potentiel hypoglycémiant des extraits serait du à leur capacité à affecter la respiration mitochondriale (stress métabolique). Toutefois, leur capacité à améliorer la sensibilité à l’insuline n’a pu être établie.

Decreased GABAA Receptors Functional Regulation 3 in the Cerebral Cortex and Brainstem of Hypoxic Neonatal Rats: 4 Effect of Glucose and Oxygen Supplementation

Hypoxia in neonates can lead to biochemical and molecular alterations mediated through changes in neurotransmitters resulting in permanent damage to brain. In this study, we evaluated the changes in the receptor status of GABAA in the cerebral cortex and brainstem of hypoxic neonatal rats and hypoxic rats supplemented with glucose and oxygen using binding assays and gene expression of GABAAa1 and GABAAc5. In the cerebral cortex and brainstem of hypoxic neonatal rats, a significant decrease in GABAA receptors was observed, which accounts for the respiratory inhibition. Hypoxic rats sup- plemented with glucose alone and with glucose and oxygen showed, respectively, a reversal of the GABAA receptors, andGABAAa1 and GABAAc5 gene expression to control. Glucose acts as an immediate energy source thereby reducing the ATP-depletion-induced increase in GABA and oxygenation, which helps in encountering anoxia. Resuscitation with oxygen alone was less effective in reversing the receptor alterations. Thus, the results of this study suggest that reduction in the GABAA receptors functional regulation during hypoxia plays an important role in mediating the brain damage. Glucose alone and glucose and oxygen supplementation to hypoxic neonatal rats helps in protecting the brain from severe hypoxic damage.

Analysis of time-related metabolic fluctuations induced by ethionine in the rat

The time-course of metabolic events following response to a model hepatotoxin ethionine (800 mg/kg) was investigated over a 7 day period in rats using high-resolution (1)H NMR spectroscopic analysis of urine and multivariate statistics. Complementary information was obtained by multivariate analysis of (1)H MAS NMR spectra of intact liver and by conventional histopathology and clinical chemistry of blood plasma. (1)H MAS NMR spectra of liver showed toxin-induced lipidosis 24 h postdose consistent with the steatosis observed by histopathology, while hypertaurinuria was suggestive of liver injury. Early biochemical changes in urine included elevation of guanidinoacetate, suggesting impaired methylation reactions. Urinary increases in 5-oxoproline and glycine suggested disruption of the gamma-glutamyl cycle. Signs of ATP depletion together with impairment of the energy metabolism were given from the decreased levels in tricarboxylic acid cycle intermediates, the appearance of ketone bodies in urine, the depletion of hepatic glucose and glycogen, and also hypoglycemia. The observed increase in nicotinuric acid in urine could be an indication of an increase in NAD catabolism, a possible consequence of ATP depletion. Effects on the gut microbiota were suggested by the observed urinary reductions in the microbial metabolites 3-/4-hydroxyphenyl propionic acid, dimethylamine, and tryptamine. At later stages of toxicity, there was evidence of kidney damage, as indicated by the tubular damage observed by histopathology, supported by increased urinary excretion of lactic acid, amino acids, and glucose. These studies have given new insights into mechanisms of ethionine-induced toxicity and show the value of multisystem level data integration in the understanding of experimental models of toxicity or disease.

Phosphorylation of the voltage-gated potassium channel Kv2.1 by AMP-activated protein kinase regulates membrane excitability

Firing of action potentials in excitable cells accelerates ATP turnover. The voltage-gated potassium channel Kv2.1 regulates action potential frequency in central neurons, whereas the ubiquitous cellular energy sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) is activated by ATP depletion and protects cells by switching off energy-consuming processes. We show that treatment of HEK293 cells expressing Kv2.1 with the AMPK activator A-769662 caused hyperpolarizing shifts in the current-voltage relationship for channel activation and inactivation. We identified two sites (S440 and S537) directly phosphorylated on Kv2.1 by AMPK and, using phosphospecific antibodies and quantitative mass spectrometry, show that phosphorylation of both sites increased in A-769662-treated cells. Effects of A-769662 were abolished in cells expressing Kv2.1 with S440A but not with S537A substitutions, suggesting that phosphorylation of S440 was responsible for these effects. Identical shifts in voltage gating were observed after introducing into cells, via the patch pipette, recombinant AMPK rendered active but phosphatase-resistant by thiophosphorylation. Ionomycin caused changes in Kv2.1 gating very similar to those caused by A-769662 but acted via a different mechanism involving Kv2.1 dephosphorylation. In cultured rat hippocampal neurons, A-769662 caused hyperpolarizing shifts in voltage gating similar to those in HEK293 cells, effects that were abolished by intracellular dialysis with Kv2.1 antibodies. When active thiophosphorylated AMPK was introduced into cultured neurons via the patch pipette, a progressive, time-dependent decrease in the frequency of evoked action potentials was observed. Our results suggest that activation of AMPK in neurons during conditions of metabolic stress exerts a protective role by reducing neuronal excitability and thus conserving energy.

Solução cardioplégica polarizante: estado da arte

A exegese do termo cardioplegia remete aos significados de lesão, golpe, ataque ou ferimento, bem diferente, portanto, do sentido em que o termo é empregado na maior parte dos centros de cirurgia cardíaca do Brasil e do mundo, ou seja, como correspondendo à proteção miocárdica. Daí a melhor denominação de solução cardioplégica, para caracterizar as soluções empregadas com finalidade de promover a parada cardíaca controlada do coração. A parada cardíaca induzida por solução cardioplégica pode acontecer por hiperpolarização, despolarização ou com bloqueadores da bomba de cálcio. No presente trabalho, discorreremos sobre os principais agentes que promovem a parada cardíaca por hiperpolarização da membrana miocárdica. Com a solução hiperpolarizante, o coração pára no período diastólico, havendo uma redução ainda maior no seu gasto energético, o que propicia melhores condições ao coração quando este reinicia sua contração ao final do procedimento cirúrgico.

Cytotoxicity of monocrotaline in isolated rat hepatocytes: Effects of dithiothreitol and fructose

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

In-vitro-Rekonstitution des vesikulären Transportes zu Recycling-Endosomen und Analyse von sekretiertem Caveolin-1 aus humanen Prostatakrebszellen

Der Transferrin-Zyklus ist ein wichtiges Modell für denintrazellulären Transport, daher sollten in der vorliegendenArbeit einzelne, immer noch unverstandene Prozesse desvesikulären, intrazellulären Transportes durch dieCharakterisierung einen in vitro-Transportassay untersuchtwerden. Der Ansatz eines in vitro-Systems wurde deshalbgewählt, um mit Experimenten in denen einzelne Faktoren undbestimmte Konditionen untersucht werden sollten, diese unterdefinierten, reproduzierbaren Konditionen durchzuführen, diein einem in vivo-System kaum zu gewährleisten sind. Ohne denEinfluss von „störenden“, weil unkontrollierten Faktoren,wie es bei in vivo-Systemen der Fall ist, konnte imvorliegende Ansatz der Transport zu immunisoliertenRecycling-Endosomen (die Isolierung erfolgte hierbei mitanti-Rab11-Antikörpern, einem Marker fürRecycling-Endosomen) unter bestimmten Bedingungen untersuchtwerden. Dabei wurde als Marker Acridinium-markiertesTransferrin gewählt, welches in Zellen internalisiert wurde.Die Spezifität des Transportes in dem zellfreien System warhierbei sehr hoch, wie Kontrollexperimente inImmunisolierungsansätzen ohne Rab11-Antikörper zeigten. ImRahmen einer ersten Charakterisierung des Transportassayswurden essentielle, für den in vivo-Transport essentielleParameter auch in den in vitro-Experimenten untersucht.Hierbei wurde zum einen der Faktor Temperatur gewählt, daTransport in Zellen bei 4°C in der Regel zum Erliegen kommt.Dies konnte auch in dem vorgestellten System gezeigt werden.Ein weiterer, essentieller Faktor ist Energie in Form vonATP. ATP-Depletion wurde in den Experimenten durch Hinzugabeeines ATP-erschöpfenden Systems erzielt. Auch hier zeigteder Transport von Ac-Tfn zu Recycling-Endosomen eine starkeInhibierung. Mit Hilfe des so charakterisierten Assayskonnten anschließend weitere Experimente durchgeführtwerden, die den Einfluss von bestimmten Reagenzien undKonditionen auf den Transport untersuchten. So zeigte derTransport in Zeitverlaufsexperimenten einen Anstieg desTransportes bis 30 Minuten, bei 30 Minuten wurde ein Maximumerreicht. Nach Erreichen dieses Maximums war nachfolgendeine leichte Abnahme des Transfers von Ac-Tfn zu denRecycling-Endosomen zu beobachten. Da Rab-Proteine alsSchlüsselregulatoren für den intrazellulären, vesikulärenTransport gelten, und die Immunisolierungen mitanti-Rab11-Antikörpern durchgeführt wurden, wurde somit auchder Einfluss dieser GTPasen auf das Transportsystemuntersucht. Zugegebenes GDI, welches in der Lage istRab-Proteine in GDP-gebundener Form von spezifischenMembranen zu extrahieren, und daher ein gut untersuchterInhibitor von Rab-Funktionen ist, konnte auch in diesemTransportassay den Transport von Transferrin inhibieren. Einweiterer Aspekt war die Rolle des Cytoskelettes imintrazellulären Transport. Da in früheren Untersuchungen(Trischler et al., 1999) Aktin auf Recycling-Endosomengefunden wurde, erfolgte in diesen Arbeiten eineKonzentration auf die Rolle des Aktin in diesenTransportprozessen. Durch die Zugabe von Cytochalasin D, daseinen Aufbau von Aktingerüsten verhindert, wurde derTransport ebenfalls inhibiert. Durchaffinitätschromatographische Aufreinigungen konnte einestarke Interaktion von Aktin an immobilisiertes Rab11gezeigt werden. Die eluierten Fraktionen, die neben Aktinnoch weitere, jedoch unbekannte Proteine enthielten, konntenin dem in vitro-Fusionsassay eingesetzt werden und führtendort zu einer Stimulation des Transportes. Neben demgefundenen Aktin, könnten somit noch weitere, unbekannteProteine in dem Proteingemisch wichtige Funktionen imintrazellulären, vesikulären Transport übernehmen. EineIdentifizierung dieser Proteine ist dabei für weiterführendeArbeiten essentiell.Caveolin-1, Markerprotein für die Caveolae-Membrandomänewird überraschenderweise von verschiedenen Zellensekretiert. Da Caveolin-1 normalerweise ein integralesMembranprotein ist, wird von einer Sekretion alsLipoproteinpartikel ausgegangen. Die Rolle diesessekretierten Partikels ist unbekannt, wobei einige Autoreneine Funktion als autokrinen/ parakrinen Faktor vorschlagen(Tahir et al., 2001). In der vorliegenden Arbeit solltendiese Partikel daher aufgereinigt und erstmalscharakterisiert werden. Die Partikel wurden aus transienttransfizierten LNCaP-Zellen gewonnen, die Cav-1 in dasserumfreie Medium abgaben. In einer erstenGrößenuntersuchung durch FPLC konnte ein Molekulargewichtzwischen 2.000.000 Da und 660.000 Da bestimmt werden. DieseResultate konnten durch den Ansatz der nativenBlau-Gelelektrophorese bestätigt werden. In einem weiterenAnsatz, der die Dichte der Partikel charakterisieren sollte,wurde in zwei unterschiedlichen Ansätzen (CsCl-, sowieOptiprep Dichtezentrifuagtion) eine ähnliche Dichte desPartikels wie HDL ermittelt. Um eine stärkere Aufreinigungder Partikel zu erzielen, wurde eine Aufreinigung mit Hilfevon Ni-NTA-Agarose durchgeführt. Dies war möglich, denn diebei der Transfektion verwendete C-DNA trug einen His6-tag.Die so aufgereingten Partikel verloren auch nach derNi-NTA-Chromatographie nicht ihre biochemischenEigenschaften, wie in überprüfenden CsCl-Gradienten zu sehenwar. Die Partikel konnten anschließend zum ersten Mal inelektronenmikroskopischen Aufnahmen (Negativkontrastierung)visualisiert werden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es,zu untersuchen ob auf Cav-1 Lipoproteinpartikeln nochweitere Proteine zu finden waren. Durch eine kombinierteAufreinigung über Ni-NTA Chromatographie undCsCl-Dichtezentrifugation und im Vergleich mit demAusgangsmaterial konnten in der Silberfärbung Proteinbandenerkannt werden, die wie Cav-1 in den Fraktionen angereichertvorlagen. Eine massenspektroskopische Identifikation einerder Banden ergab, dass es sich hierbei um nm 23(Nukleosid-diphosphat-kinase) handelte, einem Protein dasebenfalls von verschiedenen Tumoren sekretiert wird.

Ruolo delle alterazioni mitocondriali indotte dall'ipossia nella patogenesi della malattia di alzheimer

Le alterazioni della funzionalità mitocondriale detengono un ruolo cruciale nella patogenesi della malattia di Alzheimer (AD), sostenendo il processo neurodegenerativo attraverso meccanismi quali la riduzione della disponibilità energetica e la iperproduzione di ROS. Alle numerose ipotesi di patogenesi dell’AD, si è recentemente affiancata la cosiddetta ipotesi vascolare. Nei soggetti AD è stata riscontrata una significativa riduzione della disponibilità di ossigeno a livello neuronale (ipossia neuronale). Da numerosi studi è poi emerso che l’ipossia gioca un ruolo fondamentale nello sviluppo dell’AD contribuendo a più vie patogenetiche contemporaneamente. Tuttavia, non sono stati ancora chiariti tutti i meccanismi attraverso cui l’ipossia esplica la sua azione di danno. Lo scopo di questo studio è stato quello di contribuire a chiarire il ruolo patologico dell’ipossia nell’AD, analizzando principalmente le alterazioni della funzionalità mitocondriale indotte dalla riduzione della disponibilità di ossigeno. Nella prima fase dello studio cellule PC12 sono state coltivate in presenza di β-amiloide e ipossia. In questo modello abbiamo osservato un potenziamento dei fenomeni di deplezione dell’ATP e di generazione delle ROS indotti dalla Aβ quando anche l’ipossia era presente come fonte di danno cellulare, ipotizzando per i due fattori un effetto congiunto di tipo additivo. Nella seconda fase abbiamo esposto all’ipossia fibroblasti prelevati da pazienti AD portatori di mutazioni a carico dei geni APP e PSEN. La presenza di mutazioni predisponenti ad un fenotipo AD era in grado di determinare un danno bioenergetico e ossidativo. Le alterazioni bioenergetiche riscontrate in normossia risultavano ulteriormente potenziate quando i fibroblasti erano coltivati in ipossia, mentre lo stato di stress ossidativo veniva evidenziato solo in condizioni ipossiche. Sulla base dei risultati finora conseguiti si può ipotizzare che uno dei meccanismi attraverso cui l’ipossia esplica la sua azione di danno nella AD, possa essere dovuto alla capacità di potenziare ulteriormente le alterazioni della funzionalità mitocondriale.

Untersuchungen zum Einfluss von NBN, ATM und ATR auf die Alkylanzien-induzierte Toxizität

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der DNA-Reparaturenzyme NBN, ATM und ATR, die wichtige Funktionen während der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) besitzen, auf die Alkylanzien-induzierte Toxizität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass verschiedene menschliche Zelllinien, welche eine Beeinträchtigung in einem dieser drei Gene aufweisen, eine erhöhte Sensitivität gegenüber N-Methyl-N'-Nitro-N-Nitrosoguanidin (MNNG) und dem Chemotherapeutikum Temozolomid (TMZ) zeigen. Da das DNA-Reparaturenzym MGMT die Zellen vor der Induktion des Zelltods schützt, kann geschlussfolgert werden, dass die Hypersensitivität der mutierten Zelllinien auf die O6-MeG-Läsion zurückzuführen ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mutationen von NBN oder ATM nicht zu einer verminderten Kapazität der Basen-Exzisions-Reparatur (BER) führen. Somit ist die erhöhte Sensitivität der mutierten Zellen sehr wahrscheinlich auf eine verminderte Reparatur der DSBs zurückzuführen, welche durch die O6-MeG-Läsion induziert werden. Damit konnte NBN, ATM und ATR als neue Faktoren in der Abwehr gegen Alkylanzien-induzierte Toxizität identifiziert werden. Dies ist von großer klinischer Bedeutung, da einerseits die drei Proteine als therapeutisches Angriffsziel Bedeutung gewinnen und andererseits verschiedene Tumore, die in der Klinik mit alkylierenden Agenzien behandelt werden, Mutationen in diesen Genen tragen.rnrnWeiterhin wurde beobachtet, dass NBN- und ATM-defiziente Zellen nach Behandlung mit methylierenden Agenzien eine ungewöhnlich hohe Nekrose-Rate aufweisen. Es konnte gezeigt werden, dass diese unabhängig von einer PARP1-Aktivierung induziert wird. Dennoch wurde in den NBN- und ATM-mutierten Zelllinien im Gegensatz zum Wildtyp eine sehr starke Verminderung der ATP-Menge nach MNNG-Behandlung beobachtet. Diese wird durch das Fehlen einer effektiven Aktivierung der AMP-Kinase in diesen Zellen verursacht. Somit kann angenommen werden, dass die hohe Nekrose-Rate auf eine ATP-Depletion zurückzuführen ist, welche durch die nicht ausreichende AMP-Kinase-Aktivierung in diesen Zellen bedingt wird. Daher konnte NBN und ATM als Faktoren des zellulären Schutzes gerichtet gegen die Induktion der „programmierten Nekrose“ identifiziert werden. Dies ist ebenfalls von klinischer Bedeutung. Tragen Tumorzellen von Tumoren, welche mit methylierenden Agenzien behandelt werden, Mutationen in einem dieser Gene, so muss mit einer vermehrten Induktion von Nekrose und daher mit einer Stimulierung des Immunsystems während der Chemotherapie gerechnet werden. Dies wäre einerseits mit erhöhten Nebenwirkungen, die sich insbesondere durch Entzündungsreaktionen äußern, verbunden. Andererseits zeigen verschiedene Arbeiten, dass die Stimulation des Immunsystems durch sterbende Tumorzellen während der Chemotherapie die Tumorregression positiv beeinflussen kann.

Clostridium perfringens beta-toxin induces necrostatin-inhibitable, calpain-dependent necrosis in primary porcine endothelial cells

Clostridium perfringens β-toxin (CPB) is a β-barrel pore-forming toxin and an essential virulence factor of C. perfringens type C strains, which cause fatal hemorrhagic enteritis in animals and humans. We have previously shown that CPB is bound to endothelial cells within the intestine of affected pigs and humans, and that CPB is highly toxic to primary porcine endothelial cells (pEC) in vitro. The objective of the present study was to investigate the type of cell death induced by CPB in these cells, and to study potential host cell mechanisms involved in this process. CPB rapidly induced lactate dehydrogenase (LDH) release, propidium iodide uptake, ATP depletion, potassium efflux, a marked rise in intracellular calcium [Ca(2+)]i, release of high-mobility group protein B1 (HMGB1), and caused ultrastructural changes characteristic of necrotic cell death. Despite a certain level of caspase-3 activation, no appreciable DNA fragmentation was detected. CPB-induced LDH release and propidium iodide uptake were inhibited by necrostatin-1 and the two dissimilar calpain inhibitors PD150606 and calpeptin. Likewise, inhibition of potassium efflux, chelation of intracellular calcium and treatment of pEC with cyclosporin A also significantly inhibited CPB-induced LDH release. Our results demonstrate that rCPB primarily induces necrotic cell death in pEC, and that necrotic cell death is not merely a passive event caused by toxin-induced membrane disruption, but is propagated by host cell-dependent biochemical pathways activated by the rise in intracellular calcium and inhibitable by necrostatin-1, consistent with the emerging concept of programmed necrosis ("necroptosis").