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Adrenal Cushing’s Syndrome (CS) is a rare but life-threatening disease and therefore it is of great importance to understand the pathogenesis leading to adrenal CS. It is well accepted that Protein Kinase A (PKA) signalling mediates steroid secretion in adrenocortical cells. PKA is an inactive heterotetramer, consisting of two catalytic and two regulatory subunits. Upon cAMP binding to the regulatory subunits, the catalytic subunits are released and are able to phosphorylate their target proteins. Recently, activating somatic mutations affecting the catalytic subunit a of PKA have been identified in a sub-population of cortisol-producing adenomas (CPAs) associated with overt CS. Interestingly, the PKA regulatory subunit IIb has long been known to have significantly lower protein levels in a sub-group of CPAs compared to other adrenocortical tumours. Yet, it is unknown, why these CPAs lack the regulatory subunit IIb, neither are any functional consequences nor are the underlying regulation mechanisms leading to reduced RIIb levels known. The results obtained in this thesis show a clear connection between Ca mutations and reduced RIIb protein levels in CPAs but not in other adrenocortical tumours. Furthermore, a specific pattern of PKA subunit expression in the different zones of the normal adrenal gland is demonstrated. In addition, a Ca L206R mutation-mediated degradation of RIIb was observed in adrenocortical cells in vitro. RIIb degradation was found to be mediated by caspases and by performing mutagenesis experiments of the regulatory subunits IIb and Ia, S114 phosphorylation of RIIb was identified to make RIIb susceptible for degradation. LC-MS/MS revealed RIIb interaction partners to differ in the presence of either Ca WT and Ca L206R. These newly identified interaction partners are possibly involved in targeting RIIb to subcellular compartments or bringing it into spatial proximity of degrading enzymes. Furthermore, reducing RIIb protein levels in an in vitro system were shown to correlate with increased cortisol secretion also in the absence of PRKACA mutations. The inhibiting role of RIIb in cortisol secretion demonstrates a new function of this regulatory PKA subunit, improving the understanding of the complex regulation of PKA as key regulator in many cells.
Zusammenfassung:
Unsere Arbeit bestätigt die aus kleineren Studien bekannte hohe Expression der Chemokinrezeptoren CXCR4 und CXCR7 in der normalen Nebenniere und in der Mehrheit der Nebennierenkarzinome. Das auf mRNA Ebene bestätigte Vorkommen beider Chemokinrezeptoren im gesunden Nebennierengewebe deutet auf eine überwiegend für die normale Nebennierenphysiologie wichtige Rolle dieser Chemokinrezeptoren hin. Eine eventuell dennoch bestehende pathophysiologische Relevanz der Rezeptoren wurde ergänzend überprüft und ergab keinen signifikanten Einfluss auf die Prognose des Nebennierenkarzinoms.
Bei den primär herzgesunden Tieren wurde durch Frequenz-Überstimulation mit Hilfe eines implantierten biventrikulären Herzschrittmachers eine chronische Herzinsuffizienz induziert. Im Rahmen der Verlaufsbeobachtungen wurde in-vivo die Druckanstiegsgeschwindigkeit dP/dtmax, der enddiastolische sowie endsystolische Druck durch einen implantierten Drucksensor gemessen. Anhand der gemessen dP/dtmax-, EDP- und ESP-Werte konnte der Bowditcheffekt dargestellt werden. Mit Ausprägung einer chronischen Herzinsuffizienz fiel dieser im Verlauf deutlich geringer aus, blieb aber stets nachweisbar.
Die Nikotinamid N-Methyltransferase (NNMT) wurde als wichtiger Regulator des Energiemetabolismus in Fettzellen beschrieben. So bewahrt ein NNMT Knock-down Mäuse vor einer nahrungsinduzierten Adipositas und bei reduzierter NNMT-Expression in weißen 3T3-L1 Adipozyten zeigen diese einen erhöhten zellulären Sauerstoffverbrauch.
Für den Adipozytenstoffwechsel ist die insulinstimulierte Glukoseaufnahme wesentlich. Um den Einfluss eines NNMT-Knock-downs auf diese zu untersuchen wurde unter Nutzung der Substratspezifitäten des prokaryotischen und eukaryotischen Isoenzyms der Glukose-6-phosphat-Dehydrogenase ein enzymatisch-photometrischer Assay zur Messung der Glukoseaufnahmerate in adhärenten weißen 3T3-L1 und braunen Adipozytenkulturen entwickelt.
Mit lentiviraler Transduktion wurde in den Adipozytenkulturen ein persistenter NNMT-Knock-down induziert. Die NNMT-Aktivität wurde mit einem fluoreszenzbasierten Assay gemessen und die Glukoseaufnahmerate in deren Abhängigkeit bestimmt.
Die Reduktion der NNMT-Aktivität verminderte die Glukoseaufnahmerate der 3T3-L1 Adipozyten sowohl basal, wie auch unter Insulinstimulation. Braune Adipozyten hingegen zeigten bei verringerter NNMT-Aktivität eine erhöhte insulinstimulierte Glukoseaufnahmerate, aber keinen Unterschied der basalen Glukoseaufnahmerate.
Dieser differenzielle Einfluss auf die Glukoseaufnahme weißer und brauner Adipozyten stärkt die wichtige Rolle der NNMT, die ihr zur Regulation des Fettzellstoffwechsels zugeschrieben wird und enthüllt erstmals eine direkte Wirkung auf braune Adipozyten.
Morbus Fabry betrifft als lysosomale Speicherkrankheit viele Organsysteme durch die Ablagerung von Gb3 in verschiedenen Geweben. Besonders durch die Beteiligung von Nieren und Herz, wird die Lebenszeit von den Patienten häufig verkürzt. Eine Beschreibung konkreter klinischer Symptome, welche auch durch Allgemeinmediziner oder Zahnärzte erkannt werden könnten, könnte eine frühzeitigere Diagnose und damit frühzeitige Therapie ermöglichen. Besonders extraorale gesichtsspezifische Merkmale können von verschiedensten Gruppen von Ärzten erkannt werden.
Die extraorale Auswertung zeigte, wie in der Literatur beschrieben, das Vorkommen von periorbitaler Fülle, prominente Arcus superciliaris, eine kürzere und bullösere Nase. Die Auffälligkeiten waren besonders bei den Männern zu beobachten.
Die intraorale Auswertung wurde in dentale Auffälligkeiten und Ereignisse des Hart- und Weichgewebes eingeteilt. Bei den dentalen Ereignissen zeigte sich eine Diskrepanz zwischen der Kiefergröße und dem Zahnmaterial. So neigte das Patientenkollektiv eher zu einem Breitkiefer, was eine Erklärung für die multiplen Lücken im Frontzahnbereich der Patienten darstellt. An der Mundschleimhaut und perioral konnten vermehrt Angiokeratome und Teleangiektasien festgestellt werden, sowie das vermehrte Vorkommen von Exostosen. Speziell die Zunge der Patienten zeigte auch Auffälligkeiten in Form von einer subjektiven Makroglossie, einer Furchenzunge und Veränderungen der Papillen.
Die Auffälligkeiten in der Mundhöhle und im Kopf-Hals Bereich der Morbus Fabry Patienten sind, wie der Literatur beschrieben, vorhanden, jedoch stellen sie keine Schlüsselrolle in der Diagnose dar, da sie in allen Bereichen nur leichte Abweichungen oder Auffälligkeiten zeigen, welche nicht immer Auftreten und daher schwer zu diagnostizieren sind.
Das Herz ist physiologisch auf einen fein regulierten und ausgeglichenen bioenergetischen Energiehaushalt angewiesen, um auf akute Belastungssituationen adäquat reagieren zu können und oxidativen Stress zu vermeiden. Ca2+ reguliert zentral sowohl die zyklischen Kontraktions-/Relaxationsprozesse (ECC) als auch unmittelbar den mitochondrialen Metabolismus. Der ECC liegt in den Kardiomyozyten die Ca2+- Freisetzung durch die RyR2 zu Grunde; die IP3 Rezeptoren des sarkoplasmatischen Retikulums (SR) führen davon unabhängig zu einer Ca2+ Freisetzung aus dem SR. Diese IP3R vermittelten Signale werden in den räumlich nahe gelegenen Mitochondrien zum Teil über den mRyR1 in die mitochondriale Matrix aufgenommen und stimulieren dort langfristig die oxidative Phosphorylierung und den Erhalt der antioxidativen Kapazität. Die enge räumliche Nähe zwischen SR und Mitochondrien wird durch Strukturproteine wie Mitofusin 2 (Mfn2) ergänzt, die das SR mit der äußeren Mitochondrienmembran koppeln und so die Ca2+-Interaktion beeinflussen. Ziel der Arbeit war, den Effekt von Mfn2 Defizienz auf die IP3 induzierte mitochondriale Ca2+-Regulation in Kardiomyozyten zu evaluieren. Dazu erfolgten Fluoreszenzfärbungen an adulten isolierten Ventrikelkardiomyozyten kardiospezifischer Mfn2 Knock-Out (KO) Mäusen bzw. deren wildtypischen Geschwistertieren (WT). Erhobene Parameter umfassten das mitochondriale Ca2+, das mitochondriale Membranpotenzial, die mitochondriale Superoxidbildung und mitochondriale ATP-Gehalt. Die Ergebnisse bestätigten eine Signalachse, bei der die Stimulation von isolierten murinen Kardiomyozyten mit dem IP3 Agonisten ET-1 zu einer mitochondrialen Ca2+ Aufnahme führte, dem Erhalt des mitochondrialen Membranpotenzials diente und der ATP Gehalt stiegt. Bei induzierter kardiospezifischer Ablation von Mfn2 geht diese SR-mitochondriale Interaktion verloren, und es entstand ein energetisches Defizit sowie eine verminderte Superoxidbildung. Bei beta-adrenerger Stimulation mit Isoproterenol (ISO) resultierte in WT zwar eine mitochondriale Ca2+-Aufnahme, allerdings ein Abfall des ATP-Gehaltes. In den Mfn2 defizienten Kardiomyozyten zeigte sich eine Steigerung des ATP-Gehaltes auch auf beta-adrenerge Stimulation, die einen energetischen Kompensationsmechanismus in den Mfn2 KO Tieren vermuten lässt. Dies identifiziert Mfn2 als kritische Strukturkomponente für die basale bioenergetische Adaptation der durch IP3R-mRyR1 vermittelten Signalachse unter physiologischen Bedingungen.
Sterol O-Acyltransferasen (SOATs) spielen eine zentrale Rolle im Cholesterinstoffwechsel von Zellen, indem sie die Veresterung von freiem Cholesterin und Speicherung in Lipid droplets katalysieren. In Tumorzellen findet häufig eine Aktivierung alternativer Pfade des Energiestoffwechsels, unter anderem des Lipidstoffwechsels statt. Präklinische und klinische Daten unterstützen den Mechanismus der SOAT-Inhibierung als Therapiekonzept für bestimmte Tumore. Eine genaue Kenntnis sowohl dieser Inhibitoren als auch der Expression des Zielmoleküls ist Voraussetzung für eine klinische Anwendung.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde ein in-vitro SOAT-Aktivitätsassay etabliert und auf Grundlage dessen ein Vergleich der mittleren Hemmstärken ausgewählter SOAT-Inhibitoren gezogen. SOAT-transfizierte AD-293 Zellen sowie NCI-H295R Nebennieren-Zellen wurden mit dem fluoreszierenden 22-NBD-Cholesterin sowie den SOAT-Inhibitoren inkubiert und die Veresterung des Lipid-Analogons dann zunächst mikroskopisch und anschließend quantitativ mittels chromatographischer Auftrennung untersucht. Mitotane stellte sich mit einer IC50 von 1,3x10⁻⁶ M als schwächster SOAT-Inhibitor dar, gefolgt von Sandoz58-035 (IC50=1,4x10\(^{-8}\) M), ATR101 (IC50=3,1x10\(^{-9}\) M) und schließlich AZD3988 (IC50=8,8x10\(^{-10}\) M).
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die SOAT-Expression in Prostatektomiepräparaten von Hochrisiko Prostatakarzinom-Patienten mittels Immunhistochemie bestimmt. Eine starke SOAT1 Expression (SOAT H-Score 3) war sowohl in der univariaten als auch in der multivariaten Analyse hoch signifikant mit einem kürzeren biochemisch progressfreien Überleben der Patienten assoziiert unabhängig von etablierten Prognoseparametern [HR für den biochemischen Progress 2,33 (95%KI 1,48-3,68), p<0,001)]. Für SOAT2 war dies erwartungsgemäß nicht der Fall. SOAT1 scheint bei diesem bestimmten Kollektiv einen vielversprechenden Stellenwert als prognostischer Marker zu haben und könnte darüber hinaus zukünftig als Zielmolekül im Rahmen einer individualisierten Therapie des Prostatakarzinoms in Frage kommen.
Die vorliegende Arbeit untersucht den Natriumgehalt verschiedener Kompartimente des Körpers mittels Magnetresonanztomographie (= MRT).
Die Korrelation zwischen erhöhtem Salzkonsum und arterieller Hypertonie ist bereits umfangreich analysiert worden. Für das Verständnis der pathophysiologischen Zustände und deren Regulation, ist eine Quantifizierung von Natriumkonzentrationen in verschiedenen Gewebearten bedeutsam. Die exakte Messung von Natriumkonzentrationen im menschlichen Gewebe ist derzeit experimentell. Im Rahmen der hier vorgelegten Arbeit wurden die Natriumkonzentrationen von Haut und Skelettmuskel mittels 23Na Magnetresonanztomographie (= 23 Na MRT) im menschlichen Körper quantifiziert.
Natriummessungen wurden bei Patienten mit primärem Hyperaldosteronismus (= PHA), bei Patienten mit essentieller Hypertonie (= EH), sowie einer gesunden Kontrollgruppe vorgenommen.
Die Ergebnisse zeigten, dass Haut und Skelettmuskel Speicherorgane für Natrium im menschlichen Körper darstellen. Durch gezielte Therapie waren die Natriumkonzentrationen in beiden Speicherorganen modulierbar
Perikardpunktionen werden neben diagnostischen Anwendungen vor allem in Notfallsituationen, wie bei einer Perikardtamponade, eingesetzt und können dann lebensrettend sein. Unerfahrene Untersucher stellen hierbei aber einen wesent- lichen Faktor für Komplikationen oder den Behandlungserfolg dar.
Um die Perikardpunktion zu optimieren, wurde im Rahmen einer experimentellen Untersuchung die neue Technik unter Verwendung eines elektromagnetischen Nadel Tracking Systems validiert. Hierzu wurde zunächst ein Modell entwickelt um die Punktionsgenauigkeit des Systems abhängig von seinen Einflussgrößen möglichst exakt beurteilen zu können. Es zeigte sich, dass das Punktionsergebnis von mehreren Faktoren wie Punktionswinkel, -seite, Ultraschallebene, Abstand zum Ziel und Vorhandensein von Metallgegenständen abhängt.
Des Weiteren wurde ein realitätsnahes Perikardpunktionsmodell verwendet. An diesem Modell wurden Perikardergüsse unterschiedlicher Größe simuliert und anschließend Punktionen mit der Nadel durchgeführt. Im BluePhantomTM Modell wurden mithilfe des Nadel Tracking Systems von unerfahrenen Untersuchern Trefferquoten zwischen 80 und 100% erreicht, unabhängig von der Ergussgröße. Anatomisch orientierte Punktionen erreichten hingegen nur Trefferquoten zwischen 11 und 44% bei einer Ergussmenge von 250 ml (bzw. 60-80% bei 450 ml).
Das getestete Nadel Tracking System könnte somit zur Verbesserung der Perikardpunktionen beitragen. Für eine abschließende Bewertung ist eine Validierung der Methode unter klinischen Bedingungen möglich.
Im Rahmen der EFSD Studie erfolgt die Aufzeichnung von Blutzuckerdaten und Interpretation. Dabei erfolgte die Unterteilung in vier Therapiegruppen: Patienten mit reiner Insulintherapie, mit OAD-Therapie, mit einer Kombination aus Insulin und OAD-Therapie sowie mit einer diätetischen Therapie. Unterschieden wurde innerhalb der Therapiegruppen zwischen Dialysezeiten und dialysefreier Zeit. Die definierten Hypoglykämieintervalle (Hypoglykämie 51 bis 70 mg/dl, schwere Hypoglykämie ≤ 50 mg/dl) wurden in den verschiedenen Gruppen und Zeiten ausgewertet.
Insgesamt kam es während der Gesamtaufzeichnungszeit zu einem prozentual geringen zeitlichen Auftreten von Hypoglykämien sowohl während der Dialysezeit als auch während der dialysefreien Zeit. Die Therapiegruppen unterschieden sich deutlich in ihrer Gruppengröße. Durch die entsprechenden Vorerkrankungen besteht bereits ein deutlich erhöhtes Hypoglykämierisiko und damit erhöhtes Mortalitätsrisiko bei der untersuchten Patientenkohorte. Im Vergleich aller vier unterschiedenen Therapiegruppen ergab sich keine statistische Signifikanz bezüglich eines erhöhten Hypoglykämierisikos bei einer Therapiegruppe. Weder zeigte sich eine Signifikanz während der Dialyse noch in der dialysefreien Zeit. Auch in der Auswertung der HbA1c-Werte besteht eine breite Verteilung, sodass keine zuverlässige Aussage über eine Hypoglykämieneigung abgeleitet werden kann.