TY  - THES
A1  - Konrad, Charlotte
T1  - Biochemische Charakterisierung von cAMP-Gradienten – Einfluss von Phosphodiesterasen
T1  - Biochemical Characterization of cAMP Gradients – Influence of Phosphodiesterases
N2  - Cyclisches Adenosinmonophosphat ist ein ubiquitärer zweiter Botenstoff zahlreicher Signalwege im menschlichen Körper. Auf eine Vielzahl verschiedenster extrazellulärer Signale folgt jedoch eine Erhöhung desselben intrazellulären Botenstoffs - cAMP. Nichtsdestotrotz schafft es die Zelle, Signalspezifität aufrecht zu erhalten. Ein anerkanntes, wenn auch bisher unverstandenes Modell, um dieses zu ermöglichen, ist das Prinzip der Kompartimentierung. Die Zelle besitzt demnach Areale verschieden hoher cAMP-Konzentrationen, welche lokal begrenzt einzelne Signalkaskaden beeinflussen und somit eine differenzierte Signalübertragung ermöglichen. Eine mögliche Ursache für die Ausbildung solcher Bereiche geringerer cAMP- Konzentrationen (hier als Domänen bezeichnet), ist die hydrolytische Aktivität von Phosphodiesterasen (PDEs), welche als einzige Enzyme die Fähigkeiten besitzen, cAMP zu degradieren.
In dieser Arbeit wird der Einfluss der cAMP-Hydrolyse verschiedener PDEs auf die Größe dieser Domänen evaluiert und mit denen der PDE4A1 verglichen, welche bereits durch unsere Arbeitsgruppe aufgrund ihrer Größe als Nanodomänen definiert wurden. Der Fokus wird dabei auf den Einfluss von kinetischen Eigenschaften der Phosphodiesterasen gelegt. So werden eine PDE mit hoher Umsatzgeschwindigkeit (PDE2A3) und eine PDE mit hoher Substrataffinität (PDE8A1) verglichen. Mithilfe sogenannter Linker, Abstandshaltern definierter Länge, werden zusätzlich die Nanodomänen ausgemessen, um einen direkten Zusammenhang zwischen Größe und kinetischer Eigenschaft anzugeben. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die maximale Umsatzgeschwindigkeit der Phosphodiesterasen direkt mit der Größe der Nanodomänen korreliert.
Durch den unmittelbaren Vergleich der gesamten PDE mit ihrer katalytischen Domäne wird zusätzlich der Einfluss von regulatorischen Domänen evaluiert. Es wird gezeigt, dass diese cAMP-Gradienten modulieren können. Bei der PDE2A3 geschieht die Modulation u.a. durch Stimulation mit cGMP, welche höchstwahrscheinlich dosisabhängig ist und somit graduell verläuft. Hiermit präsentieren sich die Domänen als dynamische Bereiche, d.h. sie können in ihrer Ausprägung reguliert werden. In dieser Arbeit wird die Hypothese bestätigt, dass Phosphodiesterasen eine wichtige Rolle in der Kompartimentierung von cAMP spielen, die Gruppe jedoch inhomogener ist, als bislang angenommen. Die Gradienten-Bildung lässt sich nicht bei jeder Phosphodiesterase darstellen (PDE8A1). Einige Phosphodiesterasen (PDE2A3) jedoch bilden Kompartimente, die durch externe Stimuli in ihrer Größe reguliert werden können.
Die Arbeit legt den Grundstein zur breiteren Charakterisierung des spezifischen Einflusses weiterer PDEs auf cAMP-Kompartimentierung, welches nicht nur das Verständnis der Kompartimentierungs-Strategien voranbringt, sondern auch essentiell für das Verständnis der Pathophysiologie zahlreicher Krankheitsbilder, aber auch für das Verständnis bereits angewandter aber auch potentiell neuer Medikamente ist.
N2  - Cyclic AMP is a ubiquitous second messenger, which is involved in a huge variety of signaling pathways. Nevertheless, thinking about signaling specificity, it is unclear how numerous diverse signals are all translated via the same second messenger. However, to ensure downstream specificity there is one accepted model - the compartmentalization of cAMP. Different levels of cAMP therefore lead to signaling islets or areas, which ensure a more diverse downstream signaling. One example, which guarantees areas with lower cAMP concentration, is the local hydrolysis of cAMP due to phosphodiesterases’ hydrolytic activity.
In this thesis the ability of different phosphodiesterases to build cAMP gradients is compared to the ability of the PDE4 to build cAMP domains in the scale of nanometers, which was already shown by our group. To discriminate influence factors of the formation of those nanodomains, the focus was set on distinct PDEs’ kinetic properties. Therefore, a PDE with a high velocity (PDE2A3) for cAMP hydrolysis is compared to the PDE with the highest known affinity (PDE8A1) to cAMP. Furthermore, with the tools provided by our group, linkers, which are “nanorulers” of distinct size, were used to directly measure the radius of those domains. It is revealed, that the size of the nanodomains directly correlates with the hydrolysis velocity.
Furthermore, by comparison of full length PDE with its catalytic domain, it is shown, that their regulatory domains can modulate the ability of phosphodiesterases to create cAMP gradients. In PDE2A3, modulation of cAMP gradients was observed upon cGMP stimulation, which probably occurs in a concentration-dependent matter. Thus, cAMP domains seem to be dynamic areas, i.e. they can be regulated in their size. It is postulated, that phosphodiesterases are one important force for creating compartments, but the family of PDEs itself is inhomogeneous. Not every PDE can build detectable compartments (PDE8A1), but others can build compartments, which are regulated through external stimuli (PDE2A3).
The thesis builds the foundation for additional characterization of the other PDE families, which would provide further insight in strategies of cAMP compartmentalization. Moreover, the knowledge of distinct functions of PDEs on cAMP compartments is crucial for the understanding of the pathophysiology of several diseases and the understanding of present and future pharmacological therapies.
KW  - Cyclo-AMP
KW  - Phosphodiesterase
KW  - cAMP
KW  - PDE
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-205728
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bankoglu, Ezgi Eyluel
A1  - Schuele, Carolin
A1  - Stopper, Helga
T1  - Cell survival after DNA damage in the comet assay
JF  - Archives of Toxicology
N2  - The comet assay is widely used in basic research, genotoxicity testing, and human biomonitoring. However, interpretation of the comet assay data might benefit from a better understanding of the future fate of a cell with DNA damage. DNA damage is in principle repairable, or if extensive, can lead to cell death. Here, we have correlated the maximally induced DNA damage with three test substances in TK6 cells with the survival of the cells. For this, we selected hydrogen peroxide (H\(_{2}\)O\(_{2}\)) as an oxidizing agent, methyl methanesulfonate (MMS) as an alkylating agent and etoposide as a topoisomerase II inhibitor. We measured cell viability, cell proliferation, apoptosis, and micronucleus frequency on the following day, in the same cell culture, which had been analyzed in the comet assay. After treatment, a concentration dependent increase in DNA damage and in the percentage of non-vital and apoptotic cells was found for each substance. Values greater than 20-30% DNA in tail caused the death of more than 50% of the cells, with etoposide causing slightly more cell death than H\(_{2}\)O\(_{2}\) or MMS. Despite that, cells seemed to repair of at least some DNA damage within few hours after substance removal. Overall, the reduction of DNA damage over time is due to both DNA repair and death of heavily damaged cells. We recommend that in experiments with induction of DNA damage of more than 20% DNA in tail, survival data for the cells are provided.
KW  - Cell death and comet assay
KW  - DNA damage
KW  - DNA repair
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-265339
VL  - 95
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wagner, Michael
A1  - Sadek, Mirna S.
A1  - Dybkova, Nataliya
A1  - Mason, Fleur E.
A1  - Klehr, Johann
A1  - Firneburg, Rebecca
A1  - Cachorro, Eleder
A1  - Richter, Kurt
A1  - Klapproth, Erik
A1  - Kuenzel, Stephan R.
A1  - Lorenz, Kristina
A1  - Heijman, Jordi
A1  - Dobrev, Dobromir
A1  - El-Armouche, Ali
A1  - Sossalla, Samuel
A1  - Kämmerer, Susanne
T1  - Cellular mechanisms of the anti-arrhythmic effect of cardiac PDE2 overexpression
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - Background: Phosphodiesterases (PDE) critically regulate myocardial cAMP and cGMP levels. PDE2 is stimulated by cGMP to hydrolyze cAMP, mediating a negative crosstalk between both pathways. PDE2 upregulation in heart failure contributes to desensitization to β-adrenergic overstimulation. After isoprenaline (ISO) injections, PDE2 overexpressing mice (PDE2 OE) were protected against ventricular arrhythmia. Here, we investigate the mechanisms underlying the effects of PDE2 OE on susceptibility to arrhythmias. Methods: Cellular arrhythmia, ion currents, and Ca\(^{2+}\)-sparks were assessed in ventricular cardiomyocytes from PDE2 OE and WT littermates. Results: Under basal conditions, action potential (AP) morphology were similar in PDE2 OE and WT. ISO stimulation significantly increased the incidence of afterdepolarizations and spontaneous APs in WT, which was markedly reduced in PDE2 OE. The ISO-induced increase in I\(_{CaL}\) seen in WT was prevented in PDE2 OE. Moreover, the ISO-induced, Epac- and CaMKII-dependent increase in I\(_{NaL}\) and Ca\(^{2+}\)-spark frequency was blunted in PDE2 OE, while the effect of direct Epac activation was similar in both groups. Finally, PDE2 inhibition facilitated arrhythmic events in ex vivo perfused WT hearts after reperfusion injury. Conclusion: Higher PDE2 abundance protects against ISO-induced cardiac arrhythmia by preventing the Epac- and CaMKII-mediated increases of cellular triggers. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-arrhythmic therapeutic strategy in HF.
KW  - PDE2
KW  - arrhythmia
KW  - CaMKII
KW  - heart failure
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-285888
SN  - 1422-0067
VL  - 22
IS  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Anton, Selma
T1  - Characterization of cAMP nanodomains surrounding the human Glucagon-like peptide 1 receptor using FRET-based reporters
T1  - Charakterisierung der Rezeptor-assoziierten cAMP Nanodomänen des humanen Glucagon-like peptide 1 Rezeptors mittels FRET-basierter Sensoren
N2  - Cyclic adenosine monophosphate (cAMP), the ubiquitous second messenger produced upon stimulation of GPCRs which couple to the stimulatory GS protein, orchestrates an array of physiological processes including cardiac function, neuronal plasticity, immune responses, cellular proliferation and apoptosis. By interacting with various effector proteins, among others protein kinase A (PKA) and exchange proteins directly activated by cAMP (Epac), it triggers signaling cascades for the cellular response. Although the functional outcomes of GSPCR-activation are very diverse depending on the extracellular stimulus, they are all mediated exclusively by this single second messenger. Thus, the question arises how specificity in such responses may be attained. A hypothesis to explain signaling specificity is that cellular signaling architecture, and thus precise operation of cAMP in space and time would appear to be essential to achieve signaling specificity. Compartments with elevated cAMP levels would allow specific signal relay from receptors to effectors within a micro- or nanometer range, setting the molecular basis for signaling specificity. Although the paradigm of signaling compartmentation gains continuous recognition and is thoroughly being investigated, the molecular composition of such compartments and how they are maintained remains to be elucidated. In addition, such compartments would require very restricted diffusion of cAMP, but all direct measurements have indicated that it can diffuse in cells almost freely.
In this work, we present the identification and characterize of a cAMP signaling compartment at a GSPCR. We created a Förster resonance energy transfer (FRET)-based receptor-sensor conjugate, allowing us to study cAMP dynamics in direct vicinity of the human glucagone-like peptide 1 receptor (hGLP1R). Additional targeting of analogous sensors to the plasma membrane and the cytosol enables assessment of cAMP dynamics in different subcellular regions. We compare both basal and stimulated cAMP levels and study cAMP crosstalk of different receptors. With the design of novel receptor nanorulers up to 60nm in length, which allow mapping cAMP levels in nanometer distance from the hGLP1R, we identify a cAMP nanodomain surrounding it. Further, we show that phosphodiesterases (PDEs), the only enzymes known to degrade cAMP, are decisive in constraining cAMP diffusion into the cytosol thereby maintaining a cAMP gradient. Following the discovery of this nanodomain, we sought to investigate whether downstream effectors such as PKA are present and active within the domain, additionally studying the role of A-kinase anchoring proteins (AKAPs) in targeting PKA to the receptor compartment. We demonstrate that GLP1-produced cAMP signals translate into local nanodomain-restricted PKA phosphorylation and determine that AKAP-tethering is essential for nanodomain PKA.
Taken together, our results provide evidence for the existence of a dynamic, receptor associated cAMP nanodomain and give prospect for which key proteins are likely to be involved in its formation. These conditions would allow cAMP to exert its function in a spatially and temporally restricted manner, setting the basis for a cell to achieve signaling specificity. Understanding the molecular mechanism of cAMP signaling would allow modulation and thus regulation of GPCR signaling, taking advantage of it for pharmacological treatment.
N2  - G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) stellen eine große und sehr vielfältige Familie an Membranproteinen dar, deren primäre Funktion die Signalübertragung von extrazellulären Stimuli in intrazelluläre Signale ist. Dank ihrer breiten Expression im gesamten menschlichen Körper regulieren sie unterschiedliche zelluläre Prozesse und damit deren physiologische Funktion, unter anderem die Sinnesempfindung, zelluläre Kommunikation und Neurotransmission. GPCRs stehen im Zusammenhang mit unterschiedlichen Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, Krebs, neurologischen Funktionsstörungen und diverser metabolischer Krankheiten, weswegen sie als Ziele („Targets“) zur Behandlung verschiedener Erkrankungen erforscht und genutzt werden. Aufgrund ihrer Expression auf der Zelloberfläche sind sie leicht zugänglich, und die Diversität ihrer Liganden begünstigt zusätzlich ihre Nutzung als pharmakologische Targets. Heutzutage vermitteln bereits 30% aller weltweit zugelassenen Arzneistoffe ihre Wirkung an GPCRs.
GPCRs üben ihre Funktion aus, indem sie hauptsächlich an G Proteine binden, welche wiederum die Produktion sogenannter second messenger in Gang setzen. cAMP ist das Hauptsignalmolekül der Rezeptoren, welche an das stimulatorische GS Protein koppeln. cAMP überträgt hunderte ankommende Signale in einer hochspezifischen Weise, indem es an unterschiedliche Effektorproteine bindet, welche sich in bestimmten zellulären Regionen befinden. Dadurch koordiniert dieses Signalmolekül eine Vielzahl zellulärer Prozesse, angefangen bei der Regulierung von Ionenkanalaktivität über die Kontraktilität glatter- und quergestreifter Muskulatur bis hin zur Genexpression, Zellproliferation und Apoptose. Durch die pleiotropen Effekte, welche durch cAMP reguliert werden, stellt sich die Frage, wie GS-gekoppelte Rezeptoren Signalspezifität erreichen, obwohl sie ihre Funktion durch dieses eine Signalmolekül ausführen.
Ursprünglich ging man von einer uneingeschränkten Diffusion und dadurch homogenen Verteilung von cAMP in der Zelle aus. Diese Vorstellung ist jedoch nicht mit der Signalisierungsspezifität von GPCRs vereinbar, da unter diesen Umständen cAMP unselektiv all seine Effektorproteine in der gesamten Zelle aktivieren könnte. Daher entstand die Hypothese der cAMP-Kompartimentierung, wobei die Zelle lokal begrenzte Bereiche mit hohen oder niedrigen cAMP Konzentrationen umfassen würde. Jedoch gab es bisher keinerlei Beweise für die Existenz und die molekulare Zusammensetzung mutmaßlicher Domänen. Folglich setzten wir uns als Ziel, hochkonzentrierte cAMP-Kompartimente in der Zelle zu lokalisieren, ihre räumliche Dimension aufzuklären und ihre Rolle zur Realisierung zellulärer Signalisierungsspezifität zu ermitteln. Im Rahmen der vorliegenden Studie setzten wir einen Förster resonance energy transfer (FRET)-basierten cAMP Sensor ein, fusionierten ihn mit dem humanen glucagone-like peptide 1 Rezeptor (hGLP1R) als Prototyp eines GS-koppelnden Rezeptors, um cAMP am Ursprung des Signals zu messen. Mittels dieser Sensoren weisen wir eine Rezeptor-umgebende begrenzte cAMP Domäne nach, welche eine erhöhte cAMP Konzenztration aufweist (Figure ‎3.10). Bei Stimulation des Rezeptors mit GLP1 Konzenztrationen beginnend bei 10 fM entsteht eine Rezeptordomäne mit lokal erhöhten cAMP Konzentrationen, welche getrennt von Plasmamembran und Cytosol ist. Wir zeigen, dass das hGLP1R-Kompartiment geschützt ist vor cAMP Signalen, welche an weiteren, unabhängigen GS-gekoppelten Rezeptoren ihren Ursprung haben (Figure ‎3.11). Um die räumliche Dimension dieser Domäne zu untersuchen, verwendeten wir Nanolinker der Länge 30- und 60 nm als Abstandhalter zwischen Rezeptor und Sensor (Figure ‎3.12) und zeigen dabei, dass sich die Domäne über eine Länge von 60 Nanometern erstreckt, wobei ein abnehmender cAMP-Gradient erkennbar ist. Weiterhin beweisen wir, dass Phosphodiesterasen (PDEs) Schlüsselfaktoren für die Bildung des cAMP-Gradienten um den Rezeptor herum sind, indem sie die Diffusion ins Cytosol beschränken (Figure ‎3.13). Darüber hinaus zeigen wir (Figure ‎3.15), dass Rezeptor-spezifische cAMP Signale PKA-Phosphorylierung in der Rezeptordomäne auslösen und, dass AKAPs elementar für nanodomänen PKA-Aktivität sind, wohingegen die cytosolische PKA-Phosphorylierung unabhängig von AKAP-Targeting der PKA ist (Figure ‎3.16). 
Zusammenfassend beweisen unsere Ergebnisse die Existenz einer Rezeptor-umgebenden Nanodomäne mit erhöhten cAMP Spiegeln eines GS-gekoppelten Rezeptors. Zeitgleiche Studien in unserer Gruppe zeigen, dass cAMP in der Zelle weitgehend gebunden vorliegt und diffusionslimitiert ist. Dies stellt den Nachweis für eine eingeschränkte Diffusion als molekulare Voraussetzung für die Bildung von Signalkompartimenten dar. Wir gehen davon aus, dass unsere Ergebnisse ein Ausgangspunkt für die Aufklärung von Rezeptoren als Quelle für Signalkompartimente darstellen, jedoch bedarf es weiterer Studien, um die präzise molekulare Zusammensetzung und die beteiligten Proteine dieser Signaldomäne zu untersuchen. Das Grundverständnis der Signalisierungskaskaden auf molekularer Ebene könnte es uns ermöglichen, die zellulären Reaktionen zu manipulieren, um eine Fehlfunktion der Signalisierung in erkrankten Zellen wiederherzustellen. Da der hGLP1R entscheidend für Aufrechterhaltung ausgeglichener Blutglucosespiegel ist, würde die Erfassung der molekularen Details der kompartimentalisierten Signalübertragung die Feinabstimmung der Rezeptorsignale ermöglichen, um ihn als spezifisches Target zur Behandlung von Diabetes Mellitus einzusetzen.
KW  - FRET
KW  - cAMP
KW  - compartments
KW  - GPCR
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-190695
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Guth, Sabine
A1  - Hüser, Stephanie
A1  - Roth, Angelika
A1  - Degen, Gisela
A1  - Diel, Patrick
A1  - Edlund, Karolina
A1  - Eisenbrand, Gerhard
A1  - Engel, Karl-Heinz
A1  - Epe, Bernd
A1  - Grune, Tilman
A1  - Heinz, Volker
A1  - Henle, Thomas
A1  - Humpf, Hans-Ulrich
A1  - Jäger, Henry
A1  - Joost, Hans-Georg
A1  - Kulling, Sabine E.
A1  - Lampen, Alfonso
A1  - Mally, Angela
A1  - Marchan, Rosemarie
A1  - Marko, Doris
A1  - Mühle, Eva
A1  - Nitsche, Michael A.
A1  - Röhrdanz, Elke
A1  - Stadler, Richard
A1  - van Thriel, Christoph
A1  - Vieths, Stefan
A1  - Vogel, Rudi F.
A1  - Wascher, Edmund
A1  - Watzl, Carsten
A1  - Nöthlings, Ute
A1  - Hengstler, Jan G.
T1  - Contribution to the ongoing discussion on fluoride toxicity
JF  - Archives of Toxicology
N2  - Since the addition of fluoride to drinking water in the 1940s, there have been frequent and sometimes heated discussions regarding its benefits and risks. In a recently published review, we addressed the question if current exposure levels in Europe represent a risk to human health. This review was discussed in an editorial asking why we did not calculate benchmark doses (BMD) of fluoride neurotoxicity for humans. Here, we address the question, why it is problematic to calculate BMDs based on the currently available data. Briefly, the conclusions of the available studies are not homogeneous, reporting negative as well as positive results; moreover, the positive studies lack control of confounding factors such as the influence of well-known neurotoxicants. We also discuss the limitations of several further epidemiological studies that did not meet the inclusion criteria of our review. Finally, it is important to not only focus on epidemiological studies. Rather, risk analysis should consider all available data, including epidemiological, animal, as well as in vitro studies. Despite remaining uncertainties, the totality of evidence does not support the notion that fluoride should be considered a human developmental neurotoxicant at current exposure levels in European countries.
KW  - pharmacology/toxicology
KW  - occupational medicine/industrial medicine
KW  - environmental health
KW  - biomedicine, general
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-307161
SN  - 0340-5761
SN  - 1432-0738
VL  - 95
IS  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bankoglu, Ezgi Eyluel
A1  - Stipp, Franzisca
A1  - Gerber, Johanna
A1  - Seyfried, Florian
A1  - Heidland, August
A1  - Bahner, Udo
A1  - Stopper, Helga
T1  - Effect of cryopreservation on DNA damage and DNA repair activity in human blood samples in the comet assay
JF  - Archives of Toxicology
N2  - The comet assay is a commonly used method to determine DNA damage and repair activity in many types of samples. In recent years, the use of the comet assay in human biomonitoring became highly attractive due to its various modified versions, which may be useful to determine individual susceptibility in blood samples. However, in human biomonitoring studies, working with large sample numbers that are acquired over an extended time period requires some additional considerations. One of the most important issues is the storage of samples and its effect on the outcome of the comet assay. Another important question is the suitability of different blood preparations. In this study, we analysed the effect of cryopreservation on DNA damage and repair activity in human blood samples. In addition, we investigated the suitability of different blood preparations. The alkaline and FPG as well as two different types of repair comet assay and an in vitro hydrogen peroxide challenge were applied. Our results confirmed that cryopreserved blood preparations are suitable for investigating DNA damage in the alkaline and FPG comet assay in whole blood, buffy coat and PBMCs. Ex vivo hydrogen peroxide challenge yielded its optimal effect in isolated PBMCs. The utilised repair comet assay with either UVC or hydrogen peroxide-induced lesions and an aphidicolin block worked well in fresh PBMCs. Cryopreserved PBMCs could not be used immediately after thawing. However, a 16-h recovery with or without mitotic stimulation enabled the application of the repair comet assay, albeit only in a surviving cell fraction.
KW  - human biomonitoring
KW  - DNA damage
KW  - DNA repair
KW  - comet assay
KW  - blood samples
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-265326
VL  - 95
IS  - 5
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kramer, Sofia
T1  - Hemmung pathologischer kardialer Hypertrophie über das Dimer-Interface von ERK1/2
T1  - Inhibition of pathological cardiac hypertrophy by the dimer interface of ERK1/2
N2  - Die extrazellulär Signal-regulierten Kinasen 1 und 2 (ERK1/2) spielen eine zentrale Rolle bei der Vermittlung kardialer Hypertrophie und dem Zellüberleben. Hypertrophe Stimuli aktivieren ERK1/2, triggern deren Dimerisierung und in der Folge die ERK188-Autophosphorylierung. Diese neu entdeckte Autophosphorylierung ist eine Voraussetzung für den nukleären Import von ERK1/2 und führt zum Entstehen pathologischer kardialer Hypertrophie. Da das Dimer Interface von ERK eine mögliche Zielstruktur darstellt, um selektiv die nukleären Signalwege von ERK zu unterbrechen, wurde untersucht, ob man mit Hemmung der ERK-Dimerisierung eine therapeutische Möglichkeit hat, um pathologische kardiale Hypertrophie zu verhindern. Dazu wurden verschiedene ERK2 Mutanten und Peptide generiert, um die ERK-Dimerisierung zu verhindern. Die Effekte dieser Konstrukte auf die ERK-Dimerisierung und den Kernimport wurden in verschiedenen Zelltypen mittels Fluoreszenzmikroskopie, Co-Immunopräzipitationen und Duolink proximity ligation assays getestet. Es konnte gezeigt werden, dass die Peptide effektiv die ERK-ERK Interaktion nach Stimulation mit Phenylephrin und/oder Carbachol verhindern. Zusätzlich reduzierten die Peptide ERKT188-Phosphorylierung und in der Folge den ERK-Import in den Nukleus und Kardiomyozytenhypertrophie. Normale ERK-Aktivierung wurde jedoch durch die Peptide nicht verhindert. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das ERK-Dimer Interface eine wertvolle Zielstruktur ist, mit dem man nukleäre ERK1/2 Signalwege selektiv unterbrechen und damit effektiv Kardiomyozytenwachstum reduzieren kann, ohne gleichzeitig das Zellüberleben zu gefährden.
N2  - The extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) have a central role in cardiac hypertrophy and cell survival. Hypertrophic stimuli activate ERK1/2, trigger ERK dimerization and subsequently ERKT188-autophosphorylation. This newly discovered autophosphorylation is a prerequisite for nuclear ERK1/2 translocation and leads to the development of pathological cardiac hypertrophy. As the ERK dimer interface is a potential target to selectively interfere with nuclear ERK1/2 signaling, we investigated whether the interference with ERK dimerization may serve as a therapeutic strategy to prevent pathological cardiac hypertrophy. For this, we generated ERK2 mutants and peptide constructs that interfere with ERK dimerization. These constructs were evaluated in various cell types by their effects on nuclear ERK translocation and dimerization by fluorescence microcopy, co-immunoprecipitation and Duolink proximity ligation assays. We showed that the peptides indeed prevented ERK-ERK interaction in response to phenylephrine and/or carbachol stimulation. In addition, the peptides prevented ERKT188-phosphorylation and interfered with all ERK1/2 effects that are associated with ERKT188-phosphorylation e.g. nuclear ERK translocation and cardiomyocyte hypertrophy. Interestingly, the peptide did not inhibit the general activation of ERK1/2. These data indicate that the ERK dimer interface is a valuable target for selective inhibition of nuclear ERK1/2 signaling, that is able to effectively attenuate ERK1/2 mediated cardiomyocyte growth but without impairing cell survival.
KW  - Dimerisierung
KW  - Herzhypertrophie
KW  - Interferenz
KW  - MAP-Kinase
KW  - ERK1/2
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-233739
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sedaghat-Hamedani, Farbod
A1  - Rebs, Sabine
A1  - El-Battrawy, Ibrahim
A1  - Chasan, Safak
A1  - Krause, Tobias
A1  - Haas, Jan
A1  - Zhong, Rujia
A1  - Liao, Zhenxing
A1  - Xu, Qiang
A1  - Zhou, Xiaobo
A1  - Akin, Ibrahim
A1  - Zitron, Edgar
A1  - Frey, Norbert
A1  - Streckfuss-Bömeke, Katrin
A1  - Kayvanpour, Elham
T1  - Identification of SCN5a p.C335R variant in a large family with dilated cardiomyopathy and conduction disease
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - Introduction: Familial dilated cardiomyopathy (DCM) is clinically variable and has been associated with mutations in more than 50 genes. Rapid improvements in DNA sequencing have led to the identification of diverse rare variants with unknown significance (VUS), which underlines the importance of functional analyses. In this study, by investigating human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), we evaluated the pathogenicity of the p.C335R sodium voltage-gated channel alpha subunit 5 (SCN5a) variant in a large family with familial DCM and conduction disease. Methods: A four-generation family with autosomal dominant familial DCM was investigated. Next-generation sequencing (NGS) was performed in all 16 family members. Clinical deep phenotyping, including endomyocardial biopsy, was performed. Skin biopsies from two patients and one healthy family member were used to generate human-induced pluripotent stem cells (iPSCs), which were then differentiated into cardiomyocytes. Patch-clamp analysis with Xenopus oocytes and iPSC-CMs were performed. Results: A SCN5a variant (c.1003T>C; p.C335R) could be detected in all family members with DCM or conduction disease. A novel truncating TTN variant (p.Ser24998LysfsTer28) could also be identified in two family members with DCM. Family members with the SCN5a variant (p.C335R) showed significantly longer PQ and QRS intervals and lower left ventricular ejection fractions (LV-EF). All four patients who received CRT-D were non-responders. Electrophysiological analysis with Xenopus oocytes showed a loss of function in SCN5a p.C335R. Na\(^+\) channel currents were also reduced in iPSC-CMs from DCM patients. Furthermore, iPSC-CM with compound heterozygosity (SCN5a p.C335R and TTNtv) showed significant dysregulation of sarcomere structures, which may be contributed to the severity of the disease and earlier onset of DCM. Conclusion: The SCN5a p.C335R variant is causing a loss of function of peak INa in patients with DCM and cardiac conduction disease. The co-existence of genetic variants in channels and structural genes (e.g., SCN5a p.C335R and TTNtv) increases the severity of the DCM phenotype.
KW  - familial DCM
KW  - conduction disease
KW  - SCN5a
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-284442
SN  - 1422-0067
VL  - 22
IS  - 23
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dekant, Raphael
A1  - Langer, Michael
A1  - Lupp, Maria
A1  - Adaku Chilaka, Cynthia
A1  - Mally, Angela
T1  - In vitro and in vivo analysis of ochratoxin A-derived glucuronides and mercapturic acids as biomarkers of exposure
JF  - Toxins
N2  - Ochratoxin A (OTA) is a widespread food contaminant, with exposure estimated to range from 0.64 to 17.79 ng/kg body weight (bw) for average consumers and from 2.40 to 51.69 ng/kg bw per day for high consumers. Current exposure estimates are, however, associated with considerable uncertainty. While biomarker-based approaches may contribute to improved exposure assessment, there is yet insufficient data on urinary metabolites of OTA and their relation to external dose to allow reliable estimates of daily intake. This study was designed to assess potential species differences in phase II biotransformation in vitro and to establish a correlation between urinary OTA-derived glucuronides and mercapturic acids and external exposure in rats in vivo. In vitro analyses of OTA metabolism using the liver S9 of rats, humans, rabbits and minipigs confirmed formation of an OTA glucuronide but provided no evidence for the formation of OTA-derived mercapturic acids to support their use as biomarkers. Similarly, OTA-derived mercapturic acids were not detected in urine of rats repeatedly dosed with OTA, while indirect analysis using enzymatic hydrolysis of the urine samples prior to LC–MS/MS established a linear relationship between urinary glucuronide excretion and OTA exposure. These results support OTA-derived glucuronides but not mercapturic acids as metabolites suitable for biomonitoring.
KW  - ochratoxin A
KW  - biomarker of exposure
KW  - glucuronide
KW  - mercapturic acid
KW  - mycotoxin
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245146
SN  - 2072-6651
VL  - 13
IS  - 8
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schott, Lea Marie
T1  - In vitro Untersuchung zur Genotoxizität ausgewählter Pyrrolizidinalkaloide
T1  - Assessment of in vitro genotoxicity of selected pyrrolizidine alkaloids
N2  - Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind sekundäre Pflanzenstoffe, welche über Nahrungsmittel in den menschlichen Organismus gelangen können. Zahlreiche Studien belegen, dass PA in der Leber verstoffwechselt und dabei in aktive genotoxische Metabolite umgewandelt werden. Diese verursachen vor allem in der Leber zelluläre Schäden, was sich klinisch in Form einer hepatischen venösen okklusiven Leberkrankheit, aber auch in der Entstehung von Tumoren zeigt. Die vorliegende Arbeit testet das genotoxische Potential der drei PA Lasiocarpin, Senecionin und Seneciphyllin anhand der Leberzelllinie Huh6 mit Hilfe des Mikrokerntests. Darüber hinaus wird die Wirkung von Lasiocarpin auf den intrazellulären Glutathion-Gehalt, die Superoxidproduktion und das mitochondriale Membranpotential analysiert. Zudem werden sowohl der eventuell negative Einfluss einer Glutathion Depletion, als auch die möglicherweise schützenden Effekte des pflanzlichen Antioxidans Delphinidin in Bezug auf die Genotoxizität von Lasiocarpin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass alle drei ausgewählten PA einen signifikanten Anstieg der Mikrokernfrequenz bewirken.Unsere Messungen zeigten für Lasiocarpin eine dezente Reduktion des Glutathion Gehalts. Dagegen führte eine Glutathion-Depletion in den Huh6 Zellen zu keiner Steigerung der Genotoxizität von Lasiocarpin. In Kombination mit dem Antioxidans Delphinidin zeigte sich für Lasiocarpin eine signifikante Reduktion der Mikrokernfrequenz. Abschließend ist anzumerken, dass in Zukunft vor allem die Wechselwirkung der PA untereinander und mit anderen (Pflanzen-)bestandteilen für eine verbesserte Risikoabschätzung der PA-Exposition untersucht werden sollte.
N2  - Pyrrolizidine alkaloids (PA) are secondary plant metabolites that can enter the human organism via food. Numerous studies showed that PA are metabolized in the liver and converted into active genotoxic metabolites. This causes cellular damage, particularly in the liver, which is clinically manifested in the "veno-occlusive-disease". It can also induce the development of tumors. This dissertation investigates the genotoxic potential of the three PA lasiocarpine, senecionine and seneciphylline in the liver cell line Huh6 using the micronucleus test. Furthermore, the effect of lasiocarpine on intracellular glutathione content, superoxide production and mitochondrial membrane potential are analyzed. In addition, the possible negative influence of glutathione depletion as well as the possible protective effects of the plant antioxidant delphinidin on the genotoxicity of lasiocarpine are investigated. It could be shown that all three selected PA cause a significant increase of the micronucleus frequency. Our measurements showed a small reduction of the glutathione content by treatment with lasiocarpine. In contrast, glutathione depletion in Huh6 cells did not lead to an increase in genotoxicity of lasiocarpine. In combination with the antioxidant delphinidin, micronucleus induction by lasiocarpine was reduced. In conclusion, it should be noted, that in the future, the interaction of different PA with each other, but also with other (plant-)components, should be investigated for an improved risk assessment of PA exposure.
KW  - Pyrrolizidinalkaloide
KW  - Lasiocarpin
KW  - Senecionin
KW  - Seneciphyllin
KW  - Huh6
KW  - Genotoxizität
KW  - lasiocarpine
KW  - senecionine
KW  - seneciphylline
KW  - huh6
KW  - genotoxicity
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241716
ER  -