EFFECT OF IN-VIVO AND IN-VITRO LOVASTATIN TREATMENT ON MAST-CELL ACTIVATION

The hydroxymethylglutaryl coenzmye A (HMG CoA) reductase inhibitor lovastatin is used to treat hyperlipidaemia. This agent prevents the isoprenylation of some proteins involved in signal transduction processes and inhibits IgE-receptor-linked mediator release from RBL-2H3 cells. In this study the effect of in vivo and in vitro administration of lovastatin on histamine release from rat peritoneal mast cells was examined. Lovastatin (4 mg/kg/day for 2 weeks) inhibited histamine release induced by concanavalin A (con A) from rat peritoneal mast cells of Hooded-Lister rats and both homozygous lean and obese Zucker rats. In contrast, release induced by antirat IgE (anti-IgE) was only significantly inhibited in cells derived from Hooded-Lister rats and that induced by compound 48/ 80 was not altered. Lovastatin (20 mu M, 24 h, in vitro) caused a significant inhibition of the subsequent histamine release to con A, anti-IgE and compound 48/80 but not to the calcium ionophore A 23187. It is important to determine whether such inhibitory effects are also observed after the chronic, clinical administration of lovastatin and other HMG CoA reductase inhibitors.

Lovastatin production by Aspergillus terreus using lignocellulose biomass in large scale packed bed reactor

The effect of superficial air velocity on lovastatin production by Aspergillus terreus PL10 using wheat bran and wheat straw was investigated in a 7 l and a 1200 l packed bed reactor. Mass transfer and reaction limitations on bioconversion in the 1200 l reactor was studied based on a central composite design of experiments constructed using the superficial air velocity and solid substrate composition as variables and lovastatin production as response.
The surface response prediction showed a maximum lovastatin production of 1.86 mg g-1 dry substrate on day 5 of the bioconversion process when the reactor was operated using 0.19 vvm airflow rate (23.37 cm min-1 superficial air velocity) and 54% substrate composition (wC). Lovastatin production did not increase significantly with superficial air velocity in the 7 l reactor. Variation in temperature and exit CO2 composition was recorded, and the Damköhler number was calculated for lovastatin production at these two scales. The results showed that in larger reactors mass transfer limitation controlled bioconversion while in smaller reactors bioconversion was controlled by reaction rate limitations. In addition, mass transfer limitations in larger reactors reduced the rate of metabolic heat removal, resulting in hot spots within the substrate bed.

Lovastatin biosynthesis depends on the carbon-nitrogen proportion: model development and controller design

Lovastatin biosynthesis depends on the relative concentrations of dissolved oxygen and the carbon and nitrogen resources. An elucidation of the underlying relationship would facilitate the derivation of a controller for the improvement of lovastatin yield in bioprocesses. To achieve this goal, batch submerged cultivation experiments of lovastatin production by Aspergillus flavipus BICC 5174, using both lactose and glucose as carbon sources, were performed in a 7 liter bioreactor and the data used to determine how the relative concentrations of lactose, glucose, glutamine and oxygen affected lovastatin yield. A model was developed based on these results and its prediction was validated using an independent set of batch data obtained from a 15-liter bioreactor using five statistical measures, including the Willmott index of agreement. A nonlinear controller was designed considering that dissolved oxygen and lactose concentrations could be measured online, and using the lactose feed rate and airflow rate as process inputs. Simulation experiments were performed to demonstrate that a practical implementation of the nonlinear controller would result in satisfactory outcomes. This is the first model that correlates lovastatin biosynthesis to carbon-nitrogen proportion and possesses a structure suitable for implementing a strategy for controlling lovastatin production.

Lovastatin protects mithochondrial and renal function in kidney ischemia-reperfusion in rats

PURPOSE: To investigate the effect of lovastatin on renal ischemia followed by reperfusion. METHODS: Thirty one Wistar rats submitted to left renal ischemia for 60 minutes followed by contralateral nephrectomy were divided into two groups: A (n = 17, control, no treatment), and B (n = 14, lovastatin 15 mg/kg/day p.o. ten days before ischemia). The animals were sacrificed at the end of ischemia, after 24 hours and at seven days after reperfusion. Survival, serum urea and creatinine levels and renal mitochondrial function were evaluated. RESULTS: Mortality was 29.4% in group A and 0.7% in group B. Urea and creatinine levels were increased in both groups, but the values were significantly lower in group B. Mitochondrial function showed decoupling in 83.4% of group A, as opposed to 38.4/% of group B. CONCLUSIONS: The result shows a protective action of renal function by lovastatin administered before ischemia/reperfusion. Since most of the mitochondrial fraction presented membranes with the ability to maintain ATP production in group B, stabilization of the mitochondrial membrane should be considered as part of the protective action of lovastatin on renal function in ischemia/reperfusion.

Untersuchungen zum Einfluss des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Lovastatin auf die Toxizität ionisierender Strahlung sowie des Anthrazyklinderivats Doxorubicin im Mausmodell

Hintergund: HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine) sind klinisch etablierte Cholesterinsenker. Über die Inhibition der intrinsischen Cholesterinbiosynthese hinaus zeigen sie sogenannte pleiotrope biologische Effekte. Ein Großteil dieser Wirkungen wird auf die Inhibition kleiner Ras homologer GTPasen (Rho GTPasen) zurückgeführt. In vitro schützt das Statinderivat Lovastatin (Lova) primäre humane Endothelzellen vor der Zytotoxizität von ionisierender Strahlung (IR) und dem Krebsmedikament Doxorubicin (Doxo). Zielsetzung: Die Relevanz dieser Befunde für ein in vivo Mausmodell sollte in der vorliegenden Arbeit überprüft werden. Dafür wurden BALB/c-Mäuse mit IR oder Doxo behandelt und der Einfluss einer Kobehandlung mit Lova auf verschiedene Toxizitätsendpunkte untersucht (24 h nach einer einzelnen hohen Dosis IR (i), 14 Tage nach zwei geringen Dosen IR (ii), 48 h nach einer einzelnen hohen Dosis Doxo (iii), sowie 8 Tage nach drei niedrigen Dosen Doxo (iv)). Eine mögliche gleichzeitige Protektion von Tumorzellen durch die Statingabe wurde in einem Xenotransplantationsexperiment überprüft (v), in dem das gleiche Behandlungsschema wie bei iv angewendet wurde. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass eine Statinbehandlung Normalgewebe vor Doxo- und IR-induzierter Toxizität schützt, ohne gleichzeitig protektiv auf transformierte Zellen zu wirken. Dieser Effekt ist wahrscheinlich von einer Inhibition der kleinen GTPasen Rac1 und RhoA abhängig und einer daraus folgenden Modifizierung der DNA-Schadensantwort. i: Die Statinvorbehandlung der Mäuse hatte keinen Einfluss auf die Bildung von initialen IR-induzierten DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) in der Leber. Die Lova-Behandlung wirkte sich jedoch auf IR-induzierte Stressantworten aus, was sich in einer Minderung der Expression von Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern in Leber und Darm widerspiegelte. ii: In der Lunge der Tiere wurde ein Anstieg von molekularen Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern detektiert, der bei Statinkobehandlung ausblieb. Zudem verhinderte die Kobehandlung mit Lova eine IR-induzierte Abnahme der Thrombozytenzahl, ohne sich auf die durch IR verringerte Leukozytenzahl im Blut auszuwirken. iii: Die Verabreichung einer hohen Dosis Doxo induzierte DSB-Formation in der Leber. Die Statinvorbehandlung reduzierte deren Menge um ca. 50 %. Dieser genoprotektive Effekt war unabhängig von der Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies sowie einer Änderung des Doxo-Imports oder Exports. Die Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen fiel besonders in der Leber und im Herzen durch die Lova-Kobehandlung geringer aus, als in der nur mit Doxo behandelten Gruppe. Zudem verringerte Lova die durch Doxo induzierte Hochregulation von für den AP1-Komplex kodierenden Genen sowie von Zellzykluskontrollfaktoren. Die Lova-Vorbehandlung führte darüber hinaus im Herzen zu einem reduzierten mRNA-Spiegel der Topoisomerasen II α und β. iv: Es konnten schwere Herz- und Leberschäden detektiert werden (gemessen an Gldh-, Gpt- sowie cTn-I-Serumkonzentrationen), die bei einer Kobehandlung mit dem Statin nicht auftraten. Die Lova-Kobehandlung verhinderte außerdem eine durch die Doxo-Behandlung verringerte Leukozytenzahl. Molekulare Marker für frühe fibrotische Ereignisse, sowie für Inflammation und Hypertrophie waren in der Leber und im Herzen nach der Doxo-Behandlung erhöht. Das Statin war auch hier in der Lage, diese toxischen Wirkungen des Anthrazyklins zu mindern. Auch die Doxo-induzierte Expression von Surrogatmarkern für Zellantworten auf oxidativen Stress wurde in der Leber abgeschwächt. In der Leber und im Herzen wiesen die mit Doxo behandelten Tiere höhere mRNA Spiegel von an Zellzykluskontrolle beteiligten Faktoren sowie von DNA-Reparatur und Fremdstoffmetabolismus assoziierten Genen auf. Am stärksten wurde die Expression von Topoisomerase II alpha - ein molekularer Marker für Zellproliferation und bedeutsame Zielstruktur von Doxo - in der Leber hochreguliert. Die Statin-Kobehandlung verhinderte all diese Doxo-induzierten Expressionsänderungen. Im Gegensatz zur Leber wurde die Top2a-mRNA Menge im Herzen durch die Doxo-Applikation reduziert. Auch hier bewirkte die Kobehandlung mit dem Statin, dass die Expression nahe dem Kontrollniveau blieb. v: Die Kobehandlung mit Lova führte zu keinem Schutz der Tumorzellen vor Doxo, sondern erhöhte sogar dessen antineoplastisches Potential.rnFazit: Die Erkenntnisse aus vorhergegangenen in vitro Versuchen konnten zum großen Teil auf die in vivo Situation im Mausmodell übertragen werden. Sie stehen im Einklang mit Ergebnissen anderer Gruppen, welche die Inhibition kleiner GTPasen mit einer geringeren, durch zytotoxische Substanzen induzierten, Inflammation und Fibrose korrelieren konnten. Eine Kobehandlung mit Lova während einer Krebstherapie erscheint somit als vielversprechende Möglichkeit Doxo- oder IR-induzierte Nebenwirkungen auf Normalgewebe zu mildern.

Chemotherapy and zoledronate sensitize solid tumour cells to Vγ9Vδ2 T cell cytotoxicity

Combinations of cellular immune-based therapies with chemotherapy and other antitumour agents may be of significant clinical benefit in the treatment of many forms of cancer. Gamma delta (γδ) T cells are of particular interest for use in such combined therapies due to their potent antitumour cytotoxicity and relative ease of generation in vitro. Here, we demonstrate high levels of cytotoxicity against solid tumour-derived cell lines with combination treatment utilizing Vγ9Vδ2 T cells, chemotherapeutic agents and the bisphosphonate, zoledronate. Pre-treatment with low concentrations of chemotherapeutic agents or zoledronate sensitized tumour cells to rapid killing by Vγ9Vδ2 T cells with levels of cytotoxicity approaching 90%. In addition, zoledronate enhanced the chemotherapy-induced sensitization of tumour cells to Vγ9Vδ2 T cell cytotoxicity resulting in almost 100% lysis of tumour targets in some cases. Vγ9Vδ2 T cell cytotoxicity was mediated by perforin following TCR-dependent and isoprenoid-mediated recognition of tumour cells. Production of IFN-γ by Vγ9Vδ2 T cells was also induced after exposure to sensitized targets. We conclude that administration of Vγ9Vδ2 T cells at suitable intervals after chemotherapy and zoledronate may substantially increase antitumour activities in a range of malignancies.

Regulation of Kinin receptor Expression in Heart Failure with a Focus on Vascular Endothelium

Accumulating evidence show that kinins, notably bradykinin (BK) and kallidin, have cardioprotective effects. To these include reduction of left ventricular hypertrophy (LVH) and progression of heart failure. The effects are mediated through two G protein-coupled receptors- bradykinin type-2 receptor (BK-2R) and bradykinin type -1 receptor (BK-1R). The widely accepted cardioprotective effects of BK-receptors relate to triggering the production and release of vasodilating nitric oxide (NO) by endothelial cells. They also exert anti-proliferative effects on fibroblasts and anti-hypertrophic effects on myocytes, and thus may play an essential role in the cardioprotective response to myocardial injury. The role for BK-1Rs in HF is based on experimental animal models, where the receptors have been linked to cardioprotective- but also to cardiotoxic -effects. The BK-1Rs are induced under inflammatory and ischemic conditions, shown in animal models; no previous reports, concerning BK-1Rs in human heart failure, have been presented. The expression of BK-2Rs is down-regulated in human end-stage heart failure. Present results showed that, in these patients, the BK-1Rs were up-regulated, suggesting that also BK-1Rs are involved in the pathogenesis of human heart failure. The receptors were localized mainly in the endothelium of intramyocardial coronary vessels, and correlated with the increased TNF-α expression in the myocardial coronary vessels. Moreover, in cultured endothelial cells, TNF-α was a potent trigger of BK-1Rs. These results suggest that cytokines may be responsible for the up-regulation of BK-1Rs in human heart failure. A linear relationship between BK-2R mRNA and protein expression in normal and failing human left ventricles implies that the BK-2Rs are regulated on the transcriptional level, at least in human myocardium. The expression of BK-2Rs correlated positively with age in normal and dilated hearts (IDC). The results suggest that human hearts adapts to age-related changes, by up-regulating the expression of cardioprotective BK-2Rs. Also, in the BK-2R promoter polymorphism -58 T/C, the C-allele was accumulated in cardiomyopathy patients which may partially explain the reduced number of BK-2Rs. Statins reduce the level of plasma cholesterol, but also exert several non-cholesterol-dependent effects. These effects were studied in human coronary arterial endothelial cells (hCAEC) and incubation with lovastatin induced both BK-1 and BK-2Rs in a time and concentration-dependent way. The induced BK-2Rs were functionally active, thus NO production and cGMP signaling was increased. Induction was abrogated by mevalonate, a direct HMG-CoA metabolite. Lovastatin is known to inhibit Rho activation, and by a selective RhoA kinase inhibitor (Y27632), a similar induction of BK-2R expression as with lovastatin. Interestingly a COX-2-inhibitor (NS398) inhibited this lovastatin-induction of BK-2Rs, suggesting that COX-2 inhibitors may affect the endothelial BK-2Rs, in a negative fashion. Hypoxia is a common denominator in HF but also in other cardiovascular diseases. An induction of BK-2Rs in mild hypoxic conditions was shown in cultured hCAECs, which was abolished by a specific BK-2R inhibitor Icatibant. These receptors were functionally active, thus BK increased and Icatibant inhibited the production of NO. In rat myocardium the expression of BK-2R was increased in the endothelium of vessels, forming at the border zone, between the scar tissue and the healthy myocardium. Moreover, in in vitro wound-healing assay, endothelial cells were cultured under hypoxic conditions and BK significantly increased the migration of these cells and as Icatibant inhibited it. These results show, that mild hypoxia triggers a temporal expression of functionally active BK-2Rs in human and rat endothelial cells, supporting a role for BK-2Rs, in hypoxia induced angiogenesis. Our and previous results show, that BK-Rs have an impact on the cardiovascular diseases. In humans, at the end stage of heart failure, the BK-2Rs are down-regulated and BK-1Rs induced. Whether the up-regulation of BK-1Rs, is a compensatory mechanism against the down-regulation of BK-2Rs, or merely reflects the end point of heart failure, remains to bee seen. In a clinical point of view, the up-regulation of BK-2Rs, under hypoxic conditions or statin treatment, suggests that, the induction of BK-2Rs is protective in cardiovascular pathologies and those treatments activating BK-2Rs, might give additional tools in treating heart failure.

Human Vascular Microphysiological System for in vitro Drug Screening.

In vitro human tissue engineered human blood vessels (TEBV) that exhibit vasoactivity can be used to test human toxicity of pharmaceutical drug candidates prior to pre-clinical animal studies. TEBVs with 400-800 μM diameters were made by embedding human neonatal dermal fibroblasts or human bone marrow-derived mesenchymal stem cells in dense collagen gel. TEBVs were mechanically strong enough to allow endothelialization and perfusion at physiological shear stresses within 3 hours after fabrication. After 1 week of perfusion, TEBVs exhibited endothelial release of nitric oxide, phenylephrine-induced vasoconstriction, and acetylcholine-induced vasodilation, all of which were maintained up to 5 weeks in culture. Vasodilation was blocked with the addition of the nitric oxide synthase inhibitor L-N(G)-Nitroarginine methyl ester (L-NAME). TEBVs elicited reversible activation to acute inflammatory stimulation by TNF-α which had a transient effect upon acetylcholine-induced relaxation, and exhibited dose-dependent vasodilation in response to caffeine and theophylline. Treatment of TEBVs with 1 μM lovastatin for three days prior to addition of Tumor necrosis factor - α (TNF-α) blocked the injury response and maintained vasodilation. These results indicate the potential to develop a rapidly-producible, endothelialized TEBV for microphysiological systems capable of producing physiological responses to both pharmaceutical and immunological stimuli.

Can statins prevent or help treat Alzheimer's disease?

Evidence accumulating from biological and epidemiological studies suggests that high levels of serum cholesterol may promote the pathological processes that lead to Alzheimer's disease (AD). Lowering cholesterol in experimental animal models slows the expression of Alzheimer's pathology. These findings raise the possibility that treating humans with cholesterol lowering medications might reduce the risk of developing AD or help treat it. The statins (lovastatin, pravastatin, simvastatin, and others) are powerful cholesterol lowering agents of proven benefit in vascular disease. Several clinical studies comparing the occurrence of AD between users and non-users of statins suggested that risk of AD was substantially reduced among the users. However, because these studies were not randomized trials, they provided insufficient evidence to recommend statin therapy. Cochrane reviews are based on the best available information about healthcare interventions and they focus primarily on randomized controlled trials (RCTs). On the issue of prevention, two randomized trials have been carried out and neither showed any reduction in occurrence of AD in patients treated with statins compared to those given placebo. Statins cannot therefore be recommended for the prevention of AD. Regarding treatment of AD, the large RCTs which have assessed this outcome have not published their results. Initial analysis from the studies available indicate statins have no benefit on the outcome measure ADAS-Cog but have a significant beneficial effect on MMSE as an outcome. We need to await full results from the RCTs before we can be certain. In addition statins were not detrimental to cognition in either systematic review.

Statins for the prevention of dementia

Background: This is an update of a Cochrane review first published in 2001. At that stage there was insufficient evidence to recommend statins for the prevention of Alzheimer's disease (AD). The scope of this review has been expanded to include all forms of dementia.
Objectives: To assess the effects of statins in the prevention of dementia.
Search strategy: The Specialized Register of the Cochrane Dementia and Cognitive Improvement Group, The Cochrane Library, MEDLINE, EMBASE, PsycINFO, CINAHL and LILACS were searched on 10 October 2007 using the terms statin*, lovastatin*, pravastatin*, simvastatin*, fluvastatin*, atorvastatin* and rosuvastatin*. The CDCIG Register contains records from many healthcare databases, SIGLE, LILACS as well as many trials databases and is updated regularly.
Selection criteria: Double-blind randomized placebo-controlled trials of statins in people at risk of AD and dementia.
Data collection and analysis: Two independent reviewers extracted and assessed data independently and agreement was reached after discussion. Adverse effects were noted.
Main results: Two trials were identified with 26,340 participants; HPS 2002 and PROSPER 2002. Age range was 40-82 years across the two studies, PROSPER 2002 included 5804 patients aged 70-82 years and HPS included 20,536 patients with 5806 at least 70 years old at study entry. Mean total cholesterol 5.9 mmol/l, LDL cholesterol 3.4 mmol/l at study entry with mean reduction in LDL cholesterol of 1.0mmol/l in simvastatin treated patients compared to placebo in HPS 2002. Mean total cholesterol 5.7 mmol/l, LDL cholesterol 3.8 mmol/l at study entry with mean reduction in LDL cholesterol of 1.02 mmol/l in pravastatin treated patients compared to placebo in PROSPER 2002. Mean follow-up 3.2 years in PROSPER, 5 years in HPS 2002. Cognition was measured at different times and with different scales so could not be combined in a meta-analysis. There was no difference in incidence of dementia in HPS 2002 (31 cases in simvastatin group, 31 cases in placebo group) nor in performance on the modified Telephone Interview for Cognitive Status at final follow-up (23.7% simvastatin group cognitively impaired vs 24.2% in placebo group). There was no difference in cognition between groups either in relation to age at study entry or previous history of cerebrovascular disease. Cognitive function declined at the same rate in both treatment groups in PROSPER 2002, there was no significant difference between pravastatin treated and placebo groups in performance on letter digit codes, picture word learning test, Stroop and Mini Mental State Examination. There was no evidence that statins were detrimental to cognition.
Authors' conclusions : There is good evidence from RCTs that statins given in late life to individuals at risk of vascular disease have no effect in preventing AD or dementia. Biologically it seems feasible that statins could prevent dementia due to their role in cholesterol reduction and initial evidence from observational studies was very promising. Indication bias may have been a factor in these studies however and the evidence from subsequent RCTs has been negative.

Cholesterol 24S-Hydroxylase overexpression inhibits the liver X receptor (LXR) pathway by activating small guanosine triphosphate-binding proteins (sGTPases) in neuronal cells

The neuronal-specific cholesterol 24S-hydroxylase (CYP46A1) is important for brain cholesterol elimination. Cyp46a1 null mice exhibit severe deficiencies in learning and hippocampal long-term potentiation, suggested to be caused by a decrease in isoprenoid intermediates of the mevalonate pathway. Conversely, transgenic mice overexpressing CYP46A1 show an improved cognitive function. These results raised the question of whether CYP46A1 expression can modulate the activity of proteins that are crucial for neuronal function, namely of isoprenylated small guanosine triphosphate-binding proteins (sGTPases). Our results show that CYP46A1 overexpression in SH-SY5Y neuroblastoma cells and in primary cultures of rat cortical neurons leads to an increase in 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA reductase activity and to an overall increase in membrane levels of RhoA, Rac1, Cdc42 and Rab8. This increase is accompanied by a specific increase in RhoA activation. Interestingly, treatment with lovastatin or a geranylgeranyltransferase-I inhibitor abolished the CYP46A1 effect. The CYP46A1-mediated increase in sGTPases membrane abundance was confirmed in vivo, in membrane fractions obtained from transgenic mice overexpressing this enzyme. Moreover, CYP46A1 overexpression leads to a decrease in the liver X receptor (LXR) transcriptional activity and in the mRNA levels of ATP-binding cassette transporter 1, sub-family A, member 1 and apolipoprotein E. This effect was abolished by inhibition of prenylation or by co-transfection of a RhoA dominant-negative mutant. Our results suggest a novel regulatory axis in neurons; under conditions of membrane cholesterol reduction by increased CYP46A1 expression, neurons increase isoprenoid synthesis and sGTPase prenylation. This leads to a reduction in LXR activity, and consequently to a decrease in the expression of LXR target genes.

Der Einfluss von Apolipoprotein E auf die zellulären Mechanismen der Alzheimer Erkrankung

Die massive Bildung und Ablagerung von aggregiertem Amyloid Beta-Peptid im Gehirn wird allgemein als zentrales Ereignis im Rahmen des Neurodegenerationsprozesses der Alzheimer Demenz betrachtet. Als einer der ursächlichen Risikofaktoren gilt das Vorliegen des ε4-Allels des Apolipoprotein E. Die Alzheimer´sche Krankheit ist dabei in sehr vielfältige Weise mit Apolipoprotein E verknüpft. ApoE begünstigt isoformenabhängig Aβ-Ablagerungen, ApoE-Fragmente kommen im Gehirn und der Cerebrospinalflüssigkeit von Alzheimer Patienten vor und ApoE ist darüber hinaus als Cholesterintransportprotein über den zellulären Cholesterinstoffwechsel mit der Amyloidbildung verknüpft. Mit Hilfe einer Doppeltransfektion von ApoE und ADAM10 in HEK-Zellen und durch Studien mit Inhibitoren der ADAM-Familie an HepG-2-Zellen wurde in vitro gezeigt, dass ApoE nicht durch α-Sekretasen der ADAM-Familie gespalten wird. Weiterhin konnte bewiesen werden, dass ApoE in Astrogliomazellen keinen Einfluss auf die APP-Prozessierung ausübt. Durch in vitro Modulation des Cholesteringehaltes an Astrogliomazellen mit MβCD und seine Cholesterin-Komplexverbindungen ist gezeigt worden, dass die ApoE-Sekretion durch abnehmenden Cholesteringehalt gesenkt wird. Indem Statine alleine oder in Kombination mit Isoprenylierungssubstraten eingesetzt wurden ist der Beweis erbracht worden, dass Statine in vitro die ApoE-Sekretionsinhibition alleine durch Hemmung der Cholesterinbiosynthese bewirken. Bestätigt wurde dies weiterhin durch Experimente mit Isoprenylierungsinhibitoren. Aus dem Wirkmechanismus von Statinen auf die ApoE-Sekretionssenkung leitet sich womöglich der für bestimmte Statine berichtete neuroprotektive Effekt bei Morbus Alzheimer in retrospektiven Humanstudien ab, der sich durch reine Cholesterinsenkung nicht erklären lässt. Im Zusammenhang mit der Cholesterinhomöostase und dem gesteigerten 24(S)-Hydroxycholesterinspiegel bei Morbus Alzheimer, haben die Ergebnisse gezeigt, dass 24(S)-Hydroxycholesterin [24(S)-OH-chol] zur ApoE-Sekretions- und Expressionssteigerung führt. In dieser Arbeit konnte erstmals der Nachweis erbracht werden, dass der stimulatorische Effekt von 24(S)-OH-Chol durch gleichzeitige Lovastatingabe reduziert werden kann. Dies stellt einen möglichen Ansatz im Kampf gegen die Alzheimer Demenz dar. Weiterführend müssen diese Ergebnisse noch in vivo beispielsweise durch Versuche an ApoE-transgenen Mäusen bestätigt werden. Darüber hinaus könnte nach einer Statintherapie der ApoE-Gehalt in humaner, cerebrospinaler Flüssigkeit ermittelt werden.

Regulation der Selenoproteinsynthese durch den Mevalonatweg

Im Rahmen dieser Arbeit sollte der Einfluss des Mevalonatpfads auf die Expression von Selenoproteinen untersucht werden. Im Mevalonatpfad, einem universellen Stoffwechselweg eukaryontischer Zellen, entstehen neben Cholesterol auch verschiedene Isoprenoide, die z.B. für die post-transkriptionelle Modifikation der Selenocystein-tRNA herangezogen werden. Selenocystein ist funktioneller Bestandteil von Selenoproteinen, welche häufig in den Abbau von oxidativem Stress involviert sind. rnDer Mevalonatpfad wird hauptsächlich durch die HMG-CoA-Reduktase (HMGCR) reguliert. Pharmaka vom „Statin“-Typ gelten als wirkungsvolle kompetitive Inhibitoren dieses Enzyms und finden ihren Einsatz bei Patienten zur Behandlung von Hypercholesterolämie, welche eine Grundlage für vaskuläre Krankheiten bildet. Trotz der allgemein guten Verträglichkeit der Statine treten jedoch auch unerwünschte Nebeneffekte, wie Erhöhung der Leberenzyme oder Myopathien auf, deren biochemischer Hintergrund bislang noch im Dunkeln liegt. rnDie in dieser Arbeit durchgeführten Experimente belegen, dass Atorvastatin, Cerivastatin und Lovastatin in klinisch relevanten Dosen die Synthese bestimmter Selenoproteine, wie der Glutathionperoxidase (GPx), in klonalen humanen Hepatocyten post-transkriptionell unterdrücken, wodurch die Zellen anfälliger für oxidativen Stress in Form von Peroxiden werden. Dieser Mechanismus könnte eine Erklärung für die häufig beobachteten abnormen Leberwerte von Statin-behandelten Patienten darstellen.rnEndogenes Cholesterol gilt ebenfalls als potenter Inhibitor der HMGCR. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass Cholesterol in verschiedenen Formen, als Low-Density-Lipoprotein (LDL), als 25-Hydroxycholesterol, und als Methylcyclodextrin-Komplex in unterschiedlichen humanen Zelltypen die Selenoproteinsynthese ebenfalls unterdrücken. Der negative Zusammenhang zwischen Cholesterol und bestimmten Selenoproteinen konnte auch in vivo beobachtet werden. In juvenilen Mäusen konnte gezeigt werden, dass ein Knockout des LDL-Rezeptors sowie auch ein Knockout von Apolipoprotein E zu einer Senkung des Lebercholesterols führte, was in einer Zunahme der GPx in der Leber resultierte.rnDie vorliegenden Daten belegen erstmals einen direkten und funktionellen Zusammenhang zwischen dem Mevalonatpfad und der Selenoproteinsynthese. Unterdrückung dieses Pfades, entweder durch exogene Substanzen wie Statine, oder durch endogene Substanzen wie Cholesterol, hat offenbar zur Folge, dass essentielle Zwischenprodukte für die Modifizierung der Selenocystein-tRNA fehlen, was in einer post-transkriptionellen Verminderung der induzierbaren Selenoproteine resultiert. Dies könnte die biochemische Grundlage für einen Teil der vielfältigen gesundheitlich negativen Auswirkungen schon geringfügig erhöhter Cholesterolspiegel sein.

Pharmakologische Hemmung strahleninduzierter Tumorzell-Endothelzell-Interaktionen in vitro und Metastasierungsprozesse in vivo

Exposition von Endothelzellen mit ionisierender Strahlung (IR) oder Behandlung mit inflammatorischen Zytokinen (z. B. TNFa) induziert über eine Rho-GTPasen abhängige NF-kB-Aktivierung die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle, u. a. auch von E-Selektin. E-Selektin vermittelt die Adhäsion von Tumorzellen (TC) an Endothelzellen und ist daher vermutlich an der Extravasation von zirkulierenden Tumorzellen beteiligt. HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine), welche eine breite klinische Anwendung als Lipidsenker erfahren, sind in der Lage, Rho-GTPasen und die durch sie vermittelten Signalwege zu hemmen. Daher sollten Statine wie Lovastatin auch Zell-Zell-Adhäsionsvorgänge beeinflussen. Die vorliegende Arbeit widmet sich den Mechanismen, mit denen IR und TNF in Endothel- und/oder Tumorzellen pro-adhäsive Faktoren induzieren können und ob diese Effekte durch Lovastatin beeinflussbar sind. Zu diesem Zweck wurde mittels eines ELISA-basierenden Zelladhäsions-Assays die Auswirkung von IR und TNF auf Zell-Zell-Kontakte zwischen humanen Tumorzellen (u. a. Kolonkarzinomzellen (HT29)) und humanen, venösen Nabelschnurendothelzellen (HUVEC) analysiert. Zudem wurden die Effekte einer Lovastatinvorbehandlung von TC und/oder HUVEC auf TC-HUVEC-Adhäsion untersucht. Des Weiteren wurden die Wirkungen des sLex-Mimetikums Glycyrrhizin und des Rac1-spezifischen „small-molecule“ Inhibitors NSC23766 auf TC-HUVEC-Adhäsion überprüft. Zusätzlich wurde die strahleninduzierbare mRNA-Expression von diversen Zelladhäsionsmolekülen, Metastasierungsfaktoren und DNA-Reparatur-Genen mittels qRT-PCR (Real-Time Analysen) quantitativ erfasst. Um die erhaltenen in vitro Ergebnisse auch in vivo zu bestätigen, untersuchten wir den Effekt einer Ganzkörperbestrahlung (TBI) von BALB/c-Mäusen auf die Expression von pro-adhäsiven Faktoren. Zur Analyse der Tumorzell-Extravasation wurden Tumorzellen in die laterale Schwanzvene immundefizienter Mäuse injiziert und anschließend eine Ganzkörperbestrahlung durchgeführt (4 Gy). Nach einer Wartezeit von 4 Wochen wurde ein erhöhtes Auftreten von Lungenmetastasen beobachtet, welches durch Vorbehandlung der Tiere mit Statinen, NSC23766 oder Glycyrrhizin blockiert werden konnte. Zusammenfassend konnte somit ein Einfluss von IR auf die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle in vitro und auf die Extravasation zirkulierender Tumorzellen in vivo festgestellt werden. Diese pro-metastatischen Strahleneffekte konnten durch pharmakologische Hemmung Rho-regulierter Signalwege abgeschwächt werden.

Phenotypic conversion leads to structural and functional changes of smooth muscle sarcolemma

Continuous changes in the length of smooth muscles require a highly organized sarcolemmal structure. Yet, smooth muscle cells also adapt rapidly to altered environmental cues. Their sarcolemmal plasticity must lead to profound changes which affect transmembrane signal transduction as well as contractility. We have established porcine vascular and human visceral smooth muscle cultures of epithelioid and spindle-shaped morphology and determined their plasma membrane properties. Epithelioid cells from both sources contain a higher ratio of cholesterol to glycerophospholipids, and express a less diverse range of lipid-associated annexins. These findings point to a reduction in efficiency of membrane segregation in epithelioid cells. Moreover, compared to spindle-shaped cells, cholesterol is more readily extracted from epithelioid cells with methyl-beta-cyclodextrin and its synthesis is more susceptible to inhibition with lovastatin. The inability of epithelioid cells to process vasoactive metabolites, such as angiotensin or nucleotides further indicates that contractile properties are impaired. Phenotypic plasticity extends beyond the loss of smooth muscle cell marker genes. The plasma membrane has undergone profound functional changes which are incompatible with cyclic foreshortening, but might be important in the development of vascular disease.