TY  - THES
A1  - Brand, Susanne
T1  - Oxidativer Stress und DNA-Schäden induziert durch das Peptidhormon Angiotensin II in vivo : Identifizierung des AT1-Rezeptors und reaktiver Sauerstoffspezies als ursächliche Faktoren
T1  - Oxidative Stress and DNA damage mediated via Angiotensin II in vivo
N2  - Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) reguliert den Blutdruck und den Wasser- und Elektrolythaushalt des Körpers. Angiotensin II (Ang II), das aktive Peptid des RAAS, bewirkt eine Vasokonstriktion und in höheren Konzentrationen Bluthochdruck. Epidemiologische Studien haben gezeigt, dass eine Verbindung zwischen Hypertonie und dem gehäuften Auftreten von Krebs besteht. Eine Metaanalyse von 13 Fall-Kontroll-Studien konnte einen Zusammenhang zwischen Hypertonie und einem erhöhten Risiko, an einem Nierenzellkarzinom zu erkranken nachweisen. In vitro-Studien und Studien an der isolierten Niere konnten bereits genotoxische Effekte des blutdruckregulierenden Hormons Ang II zeigen. Zielsetzung dieser Arbeit war es, zunächst in vivo zu prüfen, ob steigende Ang II-Konzentrationen einen Einfluss auf die genomische Stabilität von Nieren- und Herzzellen besitzen. Hierzu wurden im Dosisversuch männliche C57BL/6-Mäuse mit osmotischen Minipumpen ausgestattet, die Ang II in vier verschiedenen Konzentrationen zwischen 60 ng/kg min und 1 µg/kg min über einen Zeitraum von 28 Tagen abgeben sollten. Während des Versuchszeitraums fanden regelmäßige, nicht-invasive Blutdruckmessungen an der Maus statt. Die Behandlung mit Ang II führte zu einem signifikanten Anstieg des Blutdrucks und zu histopathologischen Veränderungen der Glomeruli und des Tubulussystems, was sich in einer verschlechterten Albumin-Ausscheidung wiederspiegelte. Außerdem induzierte die Behandlung mit Ang II die dosisabhängige Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies, DNA-Doppelstrangbrüchen und oxidativer DNA-Schäden. Diese Parameter waren bereits in Tieren erhöht, die keinen Bluthochdruck entwickelten und stiegen mit der höchsten Ang II-Konzentration noch an, obwohl hier im Vergleich zur Vorgängergruppe, die eine geringere Ang II-Konzentration erhielt, kein höherer Blutdruck vorlag. Diese Beobachtung deutet auf eine mögliche Unabhängigkeit des entstandenen Schadens vom Bluthochdruck hin und lenkt die Aufmerksamkeit auf Ang II als genomschädigenden Faktor. Der folgende Interventionsversuch sollte Aufschluss über die mögliche blutdruckunabhängige genomschädigende Wirkung von Ang II geben. Dazu wurden C57BL/6-Mäuse neben der Ang II-Behandlung in einer Konzentration von 600 ng/kg min zusätzlich über einen Zeitraum von 28 Tagen mit 5 verschiedenen Substanzen behandelt: Candesartan, Ramipril, Hydralazin, Eplerenon und Tempol. Candesartan ist ein Ang II-Rezeptor-Antagonist, der selektiv den AT1-Rezeptor blockiert. Ramipril wirkt als Hemmer des Angiotensin-Konversions-Enzyms und verhindert die Bildung von endogenem Ang II aus Ang I. Hydralazin, als Vasodilatator, greift nicht in das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System ein. Eplerenon blockiert als selektiver Aldosteronantagonist den Mineralkortikoidrezeptor. Tempol wirkt als Antioxidans. Die Behandlung mit Ang II in einer Konzentration von 600 ng/kg min im Interventionsversuch führte zur Hochregulierung der NADPH-Oxidase 4 und zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies in der Niere und im kardiovaskulären Gewebe. Der entstandene oxidative Stress führte wiederum zu DNA-Schäden und einer Aktivierung der Transkriptionsfaktoren Nrf2 und NF-B. Nrf2-vermittelt wurde die Induktion antioxidativer Gene ausgelöst, was allerdings nicht ausreichend war, um vor Ang II-induzierten ROS und DNA-Schäden zu schützen. Eine längerfristige NF-B-Aktivierung durch hohe Ang II-Spiegel kann das Überleben und die Proliferation von Zellen, die DNA-Schäden in Form von Doppelstrangbrüchen tragen, fördern, was eine Tumor-initiierende Wirkung haben könnte. Die beschriebenen Effekte erhöhter Ang II-Spiegel konnten durch die Intervention mit dem AT1-Rezeptorblocker Candesartan verhindert werden, was die Beteiligung des Rezeptors nachweist. Eine blutdruckunabhängige, genomschädigende Wirkung von Ang II konnte leider durch die Intervention mit Hydralazin nicht verdeutlicht werden, da die erwünschte langfristige Blutdrucksenkung ausblieb. Allerdings zeigte die Intervention mit Tempol eine Abnahme an oxidativem Stress und DNA-Schäden trotz ausbleibender Blutdrucksenkung. Die Bedeutung von ROS in der Bildung von DNA-Schäden und die Unabhängigkeit dieser Schäden vom Blutdruck konnten somit hervorgehoben werden. Die Tatsache, dass die Intervention mit Ramipril den Blutdruck nicht senken konnte, der oxidative Stress und die DNA-Schäden durch mögliche antioxidative Eigenschaften aber vermindert wurden, unterstützt diese Beobachtung. Die Intervention mit Eplerenon führte zum Teil zu einer Verminderung an ROS und DNA-Schäden, brachte diese Parameter aber nicht auf Kontrollniveau zurück. Somit ist eine Beteiligung von Aldosteron nicht auszuschließen.
N2  - The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) regulates blood pressure, water balance and electrolyte metabolism. Angiotensin II (Ang II), the reactive peptide of RAAS, causes vasoconstriction and, in higher concentrations, increased blood pressure. Epidemiological studies found an increased cancer incidence in hypertensive patients. A meta-analysis of 13 longitudinal studies revealed a connection between hypertension and a higher risk to develop kidney cancer. In vitro studies and studies of the isolated mouse kidney already showed genotoxic effects of Ang II. First, the aim of the study was to investigate in vivo the effect of increasing concentrations of Ang II on the genomic stability of kidney and heart cells. Therefore, male C57/BL6 mice were equipped with osmotic mini pumps, delivering Ang II in four different concentrations between 60 ng/kg min and 1 µg/kg min during 28 days. During the 4 weeks blood pressure was measured non-invasively. Treatment with Ang II raised the blood pressure significantly and led to histopathological changes of glomeruli and tubuli, reflecting an impaired albumin-excretion. Furthermore, the formation of reactive oxygen species (ROS), DNA double strand breaks and oxidative DNA damage was induced dose-dependently by Ang II. These parameters were already increased in animals with normal blood pressure and were further increased by the highest Ang II concentration, although blood pressure was not higher than in the precursor group, which received less Ang II. These observations might hint to a possible independency of the Ang II-induced damage from the blood pressure, focusing on Ang II as the genotoxic substance. The following intervention experiment was conducted to investigate the possible blood pressure independent genotoxic effects of Ang II. Besides the treatment with Ang II in a concentration of 600 ng/kg min, C57BL/6 mice were additionally treated with 5 different interventions: candesartan, an AT1 receptor antagonist, ramipril, a angiotensin-converting-enzyme blocker, hydralazine, a vasodilator, eplerenone, a mineralocorticoid receptor blocker and tempol, an antioxidant. In the intervention experiment, Ang II treatment in a concentration of 600 ng/kg min caused an up-regulation of NOX 4 resulting in the production of ROS in the kidney and heart. The oxidative stress led to the formation of DNA damage and to an activation of the transcription factors Nrf2 and NF-B. The induction of Nrf2 was accompanied by up-regulation of antioxidative enzymes, which, however, were not able to defend against ROS-production and DNA damage. A long-term activation of NF-B by high Ang II levels can promote the survival and proliferation of cells with DNA damage in form of DNA double strand breaks, probably initiating carcinogenesis. The AT1 receptor blocker candesartan could prevent the Ang II-induced damage, demonstrating the involvement of the Ang II receptor. The intervention with hydralazine failed to show a genotoxic effect of Ang II independent of the blood pressure, since a long-term decrease of blood pressure was missing. However, despite of the high blood pressure, the intervention with tempol was able to prevent oxidative stress and DNA-damage. The importance of ROS in the formation of DNA damage and an independency of this damage from the increased blood pressure was shown. The fact that, although not lowering blood pressure, ramipril was able to reduce oxidative stress and DNA damage by possible antioxidative properties, supported this observation. Eplerenone led to slight decrease in ROS and DNA damage showing the possible involvement of aldosterone. Ang II contributes to damage detected in the kidney and in the heart during high blood pressure, probably initiating cancer. The involvement of ROS for the formation of DNA damage and the independency of this damage from the increased blood pressure was shown by the effects of the antioxidant tempol. We could demonstrate that the importance of an AT1 receptor antagonist in the treatment of high blood pressure plays a leading role. Compared to other antihypertensive therapies, treatment with a sartan is the best option. Starting at an early stage with this therapy, a long-term damage, induced by Ang II, could be avoided.
KW  - Oxidativer Stress
KW  - Hypertonie
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Angiotensin II
KW  - Hypertension
KW  - DNA-Schäden
KW  - Angiotensin II
KW  - oxidativer Stress
KW  - hypertension
KW  - DNA-damage
KW  - Angiotensin II
KW  - oxidative stress
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77573
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TY  - THES
A1  - Förtsch, Christina
T1  - Pneumolysin: the state of pore-formation in context to cell trafficking and inflammatory responses of astrocytes
T1  - Pneumolysin: Einfluss der Porenbildung auf zelluläre Transportprozesse und inflammatorische Antworten in Astrozyten
N2  - Pneumolysin, a protein toxin, represents one of the major virulence factors of Streptococcus pneumoniae. This pathogen causes bacterial meningitis with especially high disease rates in young children, elderly people and immunosuppressed patients. The protein toxin belongs to the family of cholesterol-dependent cytolysins, which require membrane cholesterol in order to bind and to be activated. Upon activation, monomers assemble in a circle and undergo conformational change. This conformational change leads to the formation of a pore, which eventually leads to cell lysis. This knowledge was obtained by studies that used a higher concentration compared to the concentration of pneumolysin found in the cerebrospinal fluid of meningitis patients. Thus, a much lower concentration of pneumolysin was used in this work in order to investigate effects of this toxin on primary mouse astrocytes. Previously, a small GTPase activation, possibly leading to cytoskeletal changes, was found in a human neuroblastoma cell line. This led to the hypothesis that pneumolysin can lead to similar cytoskeletal changes in primary cells. The aim of this work was to investigate and characterise the effects of pneumolysin on primary mouse astrocytes in terms of a possible pore formation, cellular trafficking and immunological responses. Firstly, the importance of pore-formation on cytoskeletal changes was to be investigated. In order to tackle this question, wild-type pneumolysin and two mutant variants were used. One variant was generated by exchanging one amino acid in the cholesterol recognising region, the second variant was generated by deleting two amino acids in a protein domain that is essential for oligomerisation. These variants should be incapable of forming a pore and were compared to the wild-type in terms of lytic capacities, membrane binding, membrane depolarisation, pore-formation in artificial membranes (planar lipid bilayer) and effects on the cytoskeleton. These investigations resulted in the finding that the pore-formation is required for inducing cell lysis, membrane depolarisation and cytoskeletal changes in astrocytes. The variants were not able to form a pore in planar lipid bilayer and did not cause cell lysis and membrane depolarisation. However, they bound to the cell membrane to the same extent as the wild-type toxin. Thus, the pore-formation, but not the membrane binding was the cause for these changes. Secondly, the effect of pneumolysin on cellular trafficking was investigated. Here, the variants showed no effect, but the wild-type led to an increase in overall endocytotic events and was itself internalised into the cell. In order to characterise a possible mechanism for internalisation, a GFP-tagged version of pneumolysin was used. Several fluorescence-labelled markers for different endocytotic pathways were used in a co-staining approach with pneumolysin. Furthermore, inhibitors for two key-players in classical endocytotic pathways, dynamin and myosin II, were used in order to investigate classical endocytotic pathways and their possible involvement in toxin internalisation. The second finding of this work is that pneumolysin is taken up into the cell via dynamin- and caveolin-independent pinocytosis, which could transfer the toxin to caveosomes. From there, the fate of the toxin remains unknown. Additionally, pneumolysin leads to an overall increase in endocytotic events. This observation led to the third aim of this work. If the toxin increases the overall rate of endocytosis, the question arises whether toxin internalisation favours bacterial tissue penetration of the host or whether it serves as a defence mechanism of the cell in order to degrade the protein. Thus, several proinflammatory cytokines were investigated, as previous studies describe an effect of pneumolysin on cytokine production. Surprisingly, only interleukin 6-production was increased after toxin-treatment and no effect of endocytotic inhibitors on the interleukin 6-production was observed. The conclusion from this finding is that pneumolysin leads to an increase of interleukin 6, which would not depend on the endocytotic uptake of pneumolysin. The production of interleukin 6 would enhance the production of acute phase proteins, T-cell activation, growth and differentiation. On the one hand, this activation could serve pathogen clearance from infected tissue. On the other hand, the production of interleukin 6 could promote a further penetration of pathogen into host tissue. This question should be further investigated.
N2  - Das Protein-Toxin Pneumolysin ist einer der entscheidenden Virulenzfaktoren von Streptococcus pneumoniae. Dieses Protein-Toxin gehört zur Familie der cholesterinabhängigen Zytolysine, die Membrancholesterol für ihre Aktivierung und Bindung benötigen. Nach der Membranbindung ordnen sich die Toxinmonomere kreisförmig an und ändern ihre Konformation, wodurch eine Pore entsteht, die dann zu einer Lyse der Zelle führt. Vor kurzem wurde nach Pneumolysinbehandlung in einer humanen Neuroblastomzelllinie eine Aktivierung kleiner GTPasen gefunden, die für zytoskelettale Veränderungen entscheidend sind (z.B. Zellbewegungen). Deshalb wurde die Hypothese aufgestellt, dass Pneumolysin diese zytoskelettalen Veränderungen auch in primären neuronalen Zellen auslösen könnte. Das Ziel dieser Arbeit war, die Effekte von Pneumolysin auf primäre Mausastrozyten im Hinblick auf Porenbildung, zelluläre Transportprozesse und immunologische Antworten zu untersuchen. Im ersten Teil wird die Bedeutung der Porenbildung auf zytoskelettale Veränderungen untersucht. Hierbei wurden lytische Fähigkeiten, Membranbindung, Membrandepolarisation, Porenbildung im künstlichen Bilayer und Effekte auf das Zytoskelett untersucht. Sowohl der Wildtyp als auch die Varianten zeigten die gleiche Stärke an Membranbindung. Diese Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Porenbildung für die Zell-Lyse, Membrandepolarisation und zytoskelettale Veränderungen in Mausastrozyten wichtig ist und führt zu der Schlussfolgerung, dass nicht die Membranbindung, sondern die Porenbildung entscheidend für die beobachteten zytoskelettalen Veränderungen ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt des Pneumolysin auf zelluläre Transportprozesse untersucht. Erneut zeigten die Pneumolysinvarianten keine Wirkung, während der Wildtyp die Gesamtrate der Endozytose erhöhte. Weiterhin wurde nur der Wildtyp internalisiert. Um einen möglichen Mechanismus für die Internalisierung des Toxins vorschlagen zu können, wurde Pneumolysin als GFP-markiertes Toxin genutzt. Weiterhin wurden einige Marker für unterschiedliche endozytotische Transportprozesse genutzt um eine Ko-lokalisation mit Pneumolysin-GFP zu ermöglichen. Des Weiteren wurden Inhibitoren für zwei Schlüsselproteine endozytotischer Vorgänge, Dynamin und Myosin II, genutzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten, dass Pneumolysin wahrscheinlich durch dynamin- und caveolin-unabhängige Pinozytose in die Zelle aufgenommen wird. Dieser Mechanismus führt zu der Bildung von Caveosomen, deren weiterer Transport, und somit das Schicksal des internalisierten Toxins, bis heute noch nicht aufgeklärt ist. Die Beobachtung, dass Pneumolysin die Gesamtrate an Endozytose erhöht, führte zum dritten Teil dieser Arbeit. Wenn das Toxin die Gesamtrate an Endozytose erhöht, stellt sich die Frage, ob dieser Vorgang der Zerstörung des Toxins – also einer Abwehr der Zelle – dient, oder ob diese Internalisierung eine Strategie des Pathogens ist, um tiefer in das Wirtsgewebe einzudringen. Aktuelle Studien belegen, dass Pneumolysin einen Einfluss auf inflammatorische Antworten des Immunsystems hat. Aus diesem Grund wurden unterschiedliche proinflammatorische Zytokine untersucht. Überraschenderweise zeigte sich nur eine Erhöhung des Interleukin 6 nach der Toxinbehandlung. Weiterhin hatten die Endozytoseinhibitoren keinen Effekt auf die Produktion dieses proinflammatorischen Zytokins. Pneumolysin führt also zu einem Anstieg der Interleukin 6 Produktion, diese Produktion ist jedoch unabhängig von der Internalisierung dieses Toxins. Die Produktion dieses Interleukins würde zur Produktion der Akute-Phase Proteine, der Aktivierung der T-Zell Antwort, zu Wachstum und Zelldifferenzierung führen. Einerseits könnte diese Aktivierung die Infektion durch das Pathogen bekämpfen. Andererseits könnte S. pneumoniae die erhöhte Produktion durch PLY an Interleukin 6 nutzen um weiter in das Wirtsgewebe vordringen zu können. Diese Frage sollte noch durch weitere Experimente untersucht werden.
KW  - Streptococcus pneumoniae
KW  - Toxin
KW  - Hirnhautentzündung
KW  - Entzündung
KW  - Astrozyt
KW  - Pore
KW  - Pneumolysin
KW  - Meningitis
KW  - Inflammation
KW  - Zelltransport
KW  - Porenbildung
KW  - Pneumolysin
KW  - Meningitis
KW  - Inflammation
KW  - cellular-trafficking
KW  - Pore-formation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70892
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TY  - THES
A1  - Pollinger, Thomas
T1  - Spatiotemporale Organisation der Interaktion von Gq Protein-Untereinheiten und der Phospholipase Cβ3
T1  - Spatiotemporal patterns of interaction of Gq protein subunits and phospholipase Cβ3
N2  - Die G-Protein vermittelte Aktivierung der Phospholipase Cβ (PLCβ) stellt einen primären Mechanismus dar, um eine Vielzahl von physiologischen Ereignissen zu regulieren, z.B. die Kontraktion glatter Muskelzellen, Sekretion oder die Modulation der synaptischen Transmission. Sowohl Gαq- als auch Gβγ-Untereinheiten sind dafür bekannt mit PLCβ Enzymen zu interagieren und diese zu aktivieren. Über die Dynamik dieser Interaktion und den relative Beitrag der G-Protein Untereinheiten ist jedoch nur wenig bekannt. Unter Verwendung Fluoreszenz Resonanz Energie Transfer (FRET)- basierter Methoden in lebenden Zellen, wurde die Kinetik der Rezeptor-induzierten Interaktion zwischen Gβγ und Gαq Untereinheiten, die Interaktion von sowohl der Gαq als auch der Gβγ-Untereinheit mit der PLCβ3 und die Interaktion des regulator of G-Protein signaling 2 (RGS2) mit Gαq-Untereinheiten untersucht. Um die Untersuchung der Protein-Protein-Interaktion auf die Zellmembran zu beschränken, wurde die Total-Internal Reflection Fluorescence (TIRF) Mikroskopie angewandt. Zeitlich hoch auflösendes, ratiometrisches FRET-Imaging offenbarte eine deutlich schnellere Dissoziation von Gαq und PLCβ3 nach Entzug purinerger Agonisten verglichen mit der Deaktivierung von Gq Proteinen in der Abwesenheit der PLCβ3. Dieser offensichtliche Unterschied in der Kinetik kann durch die GTPase-aktivierende Eigenschaft der PLCβ3 in lebenden Zellen erklärt werden. Weiterhin zeigte es sich, dass PLCβ3 die Gq Protein Kinetik in einem ähnlich Ausmaß beeinflusst wie RGS2, welches in vitro deutlich effizienter darin ist, die intrinsische GTPase Aktivität der Gαq-Untereinheit zu beschleunigen. Als Antwort auf die Rezeptorstimulation wurde sowohl eine Interaktion von Gαq-Untereinheiten als auch von Gq-abstammende Gβγ-Untereinheiten mit der PLCβ3 beobachtet. Darüber hinaus zeigte sich auch eine Agonist-abhängige Interaktion von Gαq und RGS2. In Abwesenheit einer Rezeptorstimulation konnte kein spezifisches FRET-Signal zwischen Gq Proteinen und der PLCβ3 oder RGS2 detektiert werden. Zusammengefasst ermöglichte das ratiometrische FRET-Imaging in der TIRF Mikroskopie neue Einsichten in die Dynamik und Interaktionsmuster des Gq-Signalwegs.
N2  - G protein-mediated activation of phospholipase Cβ (PLCβ) represents a primary mechanism to regulate many physiological events such induce smooth muscle contraction, secretion and modulation of synaptic transmission. Both Gαq- and Gβγ-subunits are known to interact and activate PLCβ enzymes, however little is known about the dynamics of this interactions and the relative contribution of the G protein subunits in intact cells. Using fluorescence resonance energy transfer- (FRET-) based assays in single intact cells we studies kinetics of receptor-induced interactions between Gβγ- and Gαq-subunits, interactions of both Gαq and Gβγ with PLCβ3 as well as interactions of regulator of G proteins signalling 2 (RGS2) with Gαq- and Gβγ-subunits. In order to restrict the protein/protein interaction studies to the cell membrane we applied total internal reflection (TIRF) microscopy. High temporal resolution ratiometric FRET imaging uncovered a markedly faster dissociation of Gαq and PLC upon withdrawal of purinergic agonists compared to the deactivation of Gq proteins in the absence of PLCβ3. This apparent difference in kinetics could be contributed to the GTPase-activating property of PLCβ3 in living cells. Furthermore we found that PLCβ3 modulated Gq protein kinetics to a similar extent compared to RGS2, which in vitro is about 100 fold more efficient in activating Gq-GTPase activity. We observed that both Gαq subunits and Gq-derived Gβγ-subunits interact with PLCβ3 in response to receptor stimulation. In the absence of receptor stimulation we did neither detect any specific FRET signals between Gq protein subunits and PLCβ3 nor did we detect any interactions between RGS2 and Gαq subunits. Finally we could not detect agonist- dependent FRET between RGS2 and Gβγ-subunits. Taken together, ratiometric FRET-imaging under conditions of TIRF allowed new insights into dynamics and interaction patterns within the Gq signalling pathway.
KW  - TIRF
KW  - Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer
KW  - Phospholipase C
KW  - Gq-Protein
KW  - RGS2
KW  - PLCβ3
KW  - TIRF
KW  - FRET
KW  - Gq-Protein
KW  - RGS2
KW  - PLCβ3
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71884
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