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Inflammation and oxidative stress represent physiological response mechanisms to different types of stimuli and injury during critical illness. Its proper regulation is fundamental to cellular and organismal survival and are paramount to outcomes and recovery from critical illness. A proper maintenance of the delicate balance between inflammation, oxidative stress, and immune response is crucial for resolution from critical illness with important implications for patient outcome. The extent of inflammation and oxidative stress under normal conditions is limited by the antioxidant defense system of the human body, whereas the antioxidant capacity is commonly significantly compromised, and serum levels of micronutrients and vitamins significantly depleted in patients who are critically ill. Hence, the provision of antioxidants and anti-inflammatory nutrients may help to reduce the extent of oxidative stress and therefore improve clinical outcomes in patients who are critically ill. As existing evidence of the beneficial effects of antioxidant supplementation in patients who are critically ill is still unclear, actual findings about the most promising anti-inflammatory and antioxidative candidates selenium, vitamin C, zinc, and vitamin D will be discussed in this narrative review. The existing evidence provided so far demonstrates that several factors need to be considered to determine the efficacy of an antioxidant supplementation strategy in patients who are critically ill and indicates the need for adequately designed multicenter prospective randomized control trials to evaluate the clinical significance of different types and doses of micronutrients and vitamins in selected groups of patients with different types of critical illness.
Aggression and deficient cognitive control problems are widespread in psychiatric disorders, including major depressive disorder (MDD). These abnormalities are known to contribute significantly to the accompanying functional impairment and the global burden of disease. Progress in the development of targeted treatments of excessive aggression and accompanying symptoms has been limited, and there exists a major unmet need to develop more efficacious treatments for depressed patients. Due to the complex nature and the clinical heterogeneity of MDD and the lack of precise knowledge regarding its pathophysiology, effective management is challenging. Nonetheless, the aetiology and pathophysiology of MDD has been the subject of extensive research and there is a vast body of the latest literature that points to new mechanisms for this disorder. Here, we overview the key mechanisms, which include neuroinflammation, oxidative stress, insulin receptor signalling and abnormal myelination. We discuss the hypotheses that have been proposed to unify these processes, as many of these pathways are integrated for the neurobiology of MDD. We also describe the current translational approaches in modelling depression, including the recent advances in stress models of MDD, and emerging novel therapies, including novel approaches to management of excessive aggression, such as anti-diabetic drugs, antioxidant treatment and herbal compositions.
Einfluss des Gewichtsverlusts auf den oxidativen Stress und den DNS-Schaden in adipösen Patient*innen nach bariatrischer Chirurgie
Adipositas ist eine Erkrankung, die durch ein erhöhtes Krebsrisiko neben zahlreichen anderen Komorbiditäten mit weitreichenden Folgen für die Gesundheit adipöser Patient*innen einhergeht. In der Pathogenese der adipositas-assoziierten Krebsarten sind dabei ein erhöhter oxidativer Stress sowie die damit einhergehende Schädigung der DNS maßgeblich beteiligt. Im Umkehrschluss wurde in der vorliegenden Arbeit der Einfluss eines durch bariatrische Chirurgie induzierten Gewichtsverlusts auf den oxidativen Stress und DNS-Schaden in adipösen Patient*innen anhand von Blutproben präoperativ sowie 6 und 12 Monate postoperativ untersucht. In einer Subpopulation der Patient*innen konnte eine tendenzielle Verringerung des DNS-Schadens anhand des Comet-Assays in peripheren Lymphozyten beobachtet werden. Im Hinblick auf den oxidativen Stress wurde im Plasma die Eisenreduktionsfähigkeit als Maß für antioxidative Kapazität sowie Malondialdehyd als Surrogatmarker für das Ausmaß an Lipidperoxidation bestimmt. Weiterhin wurde in Erythrozyten das Gesamtglutathion und oxidierte Glutathion bestimmt. Die oxidativen Stressparameter zeigten insgesamt nach einer initialen Zunahme im oxidativen Stress 6 Monate postoperativ eine rückläufige Tendenz im oxidativen Stress am Studienende. Somit geben die Beobachtungen dieser Arbeit Anlass zur Hoffnung, dass adipöse Patient*innen durch einen bariatrisch induzierten Gewichtsverlust von einer Verringerung des Krebsrisikos profitieren könnten.
Chronic Kidney Disease (CKD) is a debilitating disease associated with several secondary complications that increase comorbidity and mortality. In patients with CKD, there is a significant qualitative and quantitative alteration in the gut microbiota, which, consequently, also leads to reduced production of beneficial bacterial metabolites, such as short-chain fatty acids. Evidence supports the beneficial effects of short-chain fatty acids in modulating inflammation and oxidative stress, which are implicated in CKD pathogenesis and progression. Therefore, this review will provide an overview of the current knowledge, based on pre-clinical and clinical evidence, on the effect of SCFAs on CKD-associated inflammation and oxidative stress.
Adipositas ist eine Erkrankung, die durch ein erhöhtes Krebsrisiko neben zahlreichen anderen Komorbiditäten mit weitreichenden Folgen für die Gesundheit adipöser Patient*innen einhergeht. In der Pathogenese der adipositas-assoziierten Krebsarten sind dabei ein erhöhter oxidativer Stress sowie die damit einhergehende Schädigung der DNS maßgeblich beteiligt. Im Umkehrschluss wurde in der vorliegenden Arbeit der Einfluss eines durch bariatrische Chirurgie induzierten Gewichtsverlusts auf den oxidativen Stress und DNS-Schaden in adipösen Patient*innen anhand von Blutproben präoperativ sowie 6 und 12 Monate postoperativ untersucht. In einer Subpopulation der Patient*innen konnte eine tendenzielle Verringerung des DNS-Schadens anhand des Comet-Assays in peripheren Lymphozyten beobachtet werden. Im Hinblick auf den oxidativen Stress wurde im Plasma die Eisenreduktionsfähigkeit als Maß für die antioxidative Kapazität sowie Malondialdehyd als Surrogatmarker für das Ausmaß an Lipidperoxidation bestimmt. Weiterhin wurde in Erythrozyten das Gesamtglutathion und das oxidierte Glutathion bestimmt. Die oxidativen Stressparameter zeigten insgesamt nach einer initialen Zunahme im oxidativen Stress 6 Monate postoperativ eine rückläufige Tendenz im oxidativen Stress am Studienende. Somit geben die Beobachtungen dieser Arbeit Anlass zur Hoffnung, dass adipöse Patient*innen durch einen bariatrisch induzierten Gewichtsverlust von einer Verringerung des Krebsrisikos profitieren könnten.
Mycobacterium tuberculosis (Mtb) inhibits host oxidative stress responses facilitating its survival in macrophages; however, the underlying molecular mechanisms are poorly understood. Here, we identified a Mtb acetyltransferase (Rv3034c) as a novel counter actor of macrophage oxidative stress responses by inducing peroxisome formation. An inducible Rv3034c deletion mutant of Mtb failed to induce peroxisome biogenesis, expression of the peroxisomal β-oxidation pathway intermediates (ACOX1, ACAA1, MFP2) in macrophages, resulting in reduced intracellular survival compared to the parental strain. This reduced virulence phenotype was rescued by repletion of Rv3034c. Peroxisome induction depended on the interaction between Rv3034c and the macrophage mannose receptor (MR). Interaction between Rv3034c and MR induced expression of the peroxisomal biogenesis proteins PEX5p, PEX13p, PEX14p, PEX11β, PEX19p, the peroxisomal membrane lipid transporter ABCD3, and catalase. Expression of PEX14p and ABCD3 was also enhanced in lungs from Mtb aerosol-infected mice. This is the first report that peroxisome-mediated control of ROS balance is essential for innate immune responses to Mtb but can be counteracted by the mycobacterial acetyltransferase Rv3034c. Thus, peroxisomes represent interesting targets for host-directed therapeutics to tuberculosis.
Diabetes, a chronic group of medical disorders characterized byhyperglycemia, has become a global pandemic. Some hormones may influence the course and outcome of diabetes, especially if they potentiate the formation of reactive oxygen species (ROS). There is a close relationship between thyroid disorders and diabetes. The main objective of this investigation was to find out whether peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) are more prone to DNA damage by triiodothyronine (T\(_3\)) (0.1, 1 and 10 μM) at various stages of progression through diabetes (obese, prediabetics, and type 2 diabetes mellitus—T2DM persons). In addition, some biochemical parameters of oxidative stress (catalase-CAT, thiobarbituric acid reactive substances—TBARS) and lactate dehydrogenase (LDH) were evaluated. PBMCs from prediabetic and diabetic patients exhibited increased sensitivity for T\(_3\) regarding elevated level of DNA damage, inhibition of catalase, and increase of TBARS and LDH. PBMCs from obese patients reacted in the same manner, except for DNA damage. The results of this study should contribute to a better understanding of the role of thyroid hormones in the progression of T2DM.
Though several previous studies reported the in vitro and in vivo antioxidant effect of kinetin (Kn), details on its action in cisplatin-induced toxicity are still scarce. In this study we evaluated, for the first time, the effects of kinetin in cisplatin (cp)- induced liver and lymphocyte toxicity in rats. Wistar male albino rats were divided into nine groups: (i) the control (C), (ii) groups 2,3 and 4, which received 0.25, 0.5 and 1 mg/kg kinetin for 10 days; (iii) the cisplatin (cp) group, which received a single intraperitoneal injection of CP (7.0 mg/kg); and (iv) groups 6, 7, 8 and 9, which received, for 10 days, 0.25, 0.5 and 1 mg/kg kinetin or 200 mg/kg vitamin C, respectively, and Cp on the fourth day. CP-injected rats showed a significant impairment in biochemical, oxidative stress and inflammatory parameters in hepatic tissue and lymphocytes. PCR showed a profound increase in caspase-3, and a significant decline in AKT gene expression. Intriguingly, Kn treatment restored the biochemical, redox status and inflammatory parameters. Hepatic AKT and caspase-3 expression as well as CD95 levels in lymphocytes were also restored. In conclusion, Kn mitigated oxidative imbalance, inflammation and apoptosis in CP-induced liver and lymphocyte toxicity; therefore, it can be considered as a promising therapy.
The transcription factor NRF2 is known as the master regulator of the oxidative stress response. Tumor entities presenting oncogenic activation of NRF2, such as lung adenocarcinoma, are associated with drug resistance, and accumulating evidence demonstrates its involvement in immune evasion. In other cancer types, the KEAP1/NRF2 pathway is not commonly mutated, but NRF2 is activated by other means such as radiation, oncogenic activity, cytokines, or other pro‐oxidant triggers characteristic of the tumor niche. The obvious effect of stress‐activated NRF2 is the protection from oxidative or electrophilic damage and the adaptation of the tumor metabolism to changing conditions. However, data from melanoma also reveal a role of NRF2 in modulating differentiation and suppressing anti‐tumor immunity. This review summarizes the function of NRF2 in this tumor entity and discusses the implications for current tumor therapies.
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a major cause of morbidity and mortality worldwide and encompasses chronic bronchitis and emphysema. It has been shown that vascular wall remodeling and pulmonary hypertension (PH) can occur not only in patients with COPD but also in smokers with normal lung function, suggesting a causal role for vascular alterations in the development of emphysema. Mechanistically, abnormalities in the vasculature, such as inflammation, endothelial dysfunction, imbalances in cellular apoptosis/proliferation, and increased oxidative/nitrosative stress promote development of PH, cor pulmonale, and most probably pulmonary emphysema. Hypoxemia in the pulmonary chamber modulates the activation of key transcription factors and signaling cascades, which propagates inflammation and infiltration of neutrophils, resulting in vascular remodeling. Endothelial progenitor cells have angiogenesis capabilities, resulting in transdifferentiation of the smooth muscle cells via aberrant activation of several cytokines, growth factors, and chemokines. The vascular endothelium influences the balance between vaso-constriction and -dilation in the heart. Targeting key players affecting the vasculature might help in the development of new treatment strategies for both PH and COPD. The present review aims to summarize current knowledge about vascular alterations and production of reactive oxygen species in COPD. The present review emphasizes on the importance of the vasculature for the usually parenchyma-focused view of the pathobiology of COPD.
Major depression (MD) and posttraumatic stress disorder (PTSD) share common brain mechanisms and treatment strategies. Nowadays, the dramatically developing COVID-19 situation unavoidably results in stress, psychological trauma, and high incidence of MD and PTSD. Hence, the importance of the development of new treatments for these disorders cannot be overstated. Herbal medicine appears to be an effective and safe treatment with fewer side effects than classic pharmaca and that is affordable in low-income countries. Currently, oxidative stress and neuroinflammation attract increasing attention as important mechanisms of MD and PTSD. We investigated the effects of a standardized herbal cocktail (SHC), an extract of clove, bell pepper, basil, pomegranate, nettle, and other plants, that was designed as an antioxidant treatment in mouse models of MD and PTSD. In the MD model of “emotional” ultrasound stress (US), mice were subjected to ultrasound frequencies of 16–20 kHz, mimicking rodent sounds of anxiety/despair and “neutral” frequencies of 25–45 kHz, for three weeks and concomitantly treated with SHC. US-exposed mice showed elevated concentrations of oxidative stress markers malondialdehyde and protein carbonyl, increased gene and protein expression of pro-inflammatory cytokines interleukin (IL)-1β and IL-6 and other molecular changes in the prefrontal cortex as well as weight loss, helplessness, anxiety-like behavior, and neophobia that were ameliorated by the SHC treatment. In the PTSD model of the modified forced swim test (modFST), in which a 2-day swim is followed by an additional swim on day 5, mice were pretreated with SHC for 16 days. Increases in the floating behavior and oxidative stress markers malondialdehyde and protein carbonyl in the prefrontal cortex of modFST-mice were prevented by the administration of SHC. Chromatography mass spectrometry revealed bioactive constituents of SHC, including D-ribofuranose, beta-D-lactose, malic, glyceric, and citric acids that can modulate oxidative stress, immunity, and gut and microbiome functions and, thus, are likely to be active antistress elements underlying the beneficial effects of SHC. Significant correlations of malondialdehyde concentration in the prefrontal cortex with altered measures of behavioral despair and anxiety-like behavior suggest that the accumulation of oxidative stress markers are a common biological feature of MD and PTSD that can be equally effectively targeted therapeutically with antioxidant therapy, such as the SHC investigated here.
Oxidative stress is defined as an imbalance between the antioxidant defense system and the production of reactive oxygen species (ROS). At low levels, ROS are involved in the regulation of redox signaling for cell protection. However, upon chronical increase in oxidative stress, cell damage occurs, due to protein, DNA and lipid oxidation. Here, we investigated the oxidative modifications of myofilament proteins, and their role in modulating cardiomyocyte function in end-stage human failing hearts. We found altered maximum Ca\(^{2+}\)-activated tension and Ca\(^{2+}\) sensitivity of force production of skinned single cardiomyocytes in end-stage human failing hearts compared to non-failing hearts, which was corrected upon treatment with reduced glutathione enzyme. This was accompanied by the increased oxidation of troponin I and myosin binding protein C, and decreased levels of protein kinases A (PKA)- and C (PKC)-mediated phosphorylation of both proteins. The Ca\(^{2+}\) sensitivity and maximal tension correlated strongly with the myofilament oxidation levels, hypo-phosphorylation, and oxidative stress parameters that were measured in all the samples. Furthermore, we detected elevated titin-based myocardial stiffness in HF myocytes, which was reversed by PKA and reduced glutathione enzyme treatment. Finally, many oxidative stress and inflammation parameters were significantly elevated in failing hearts compared to non-failing hearts, and corrected upon treatment with the anti-oxidant GSH enzyme. Here, we provide evidence that the altered mechanical properties of failing human cardiomyocytes are partially due to phosphorylation, S-glutathionylation, and the interplay between the two post-translational modifications, which contribute to the development of heart failure.
Symptomatic treatments are available for Parkinson's disease and Alzheimer's disease. An unmet need is cure or disease modification. This review discusses possible reasons for negative clinical study outcomes on disease modification following promising positive findings from experimental research. It scrutinizes current research paradigms for disease modification with antibodies against pathological protein enrichment, such as α-synuclein, amyloid or tau, based on post mortem findings. Instead a more uniform regenerative and reparative therapeutic approach for chronic neurodegenerative disease entities is proposed with stimulation of an endogenously existing repair system, which acts independent of specific disease mechanisms. The repulsive guidance molecule A pathway is involved in the regulation of peripheral and central neuronal restoration. Therapeutic antagonism of repulsive guidance molecule A reverses neurodegeneration according to experimental outcomes in numerous disease models in rodents and monkeys. Antibodies against repulsive guidance molecule A exist. First clinical studies in neurological conditions with an acute onset are under way. Future clinical trials with these antibodies should initially focus on well characterized uniform cohorts of patients. The efficiency of repulsive guidance molecule A antagonism and associated stimulation of neurogenesis should be demonstrated with objective assessment tools to counteract dilution of therapeutic effects by subjectivity and heterogeneity of chronic disease entities. Such a research concept will hopefully enhance clinical test strategies and improve the future therapeutic armamentarium for chronic neurodegeneration.
The interplay between inflammation and oxidative stress is a vicious circle, potentially resulting in organ damage. Essential micronutrients such as selenium (Se) and zinc (Zn) support anti-oxidative defense systems and are commonly depleted in severe disease. This single-center retrospective study investigated micronutrient levels under Se and Zn supplementation in critically ill patients with COVID-19 induced acute respiratory distress syndrome (ARDS) and explored potential relationships with immunological and clinical parameters. According to intensive care unit (ICU) standard operating procedures, patients received 1.0 mg of intravenous Se daily on top of artificial nutrition, which contained various amounts of Se and Zn. Micronutrients, inflammatory cytokines, lymphocyte subsets and clinical data were extracted from the patient data management system on admission and after 10 to 14 days of treatment. Forty-six patients were screened for eligibility and 22 patients were included in the study. Twenty-one patients (95%) suffered from severe ARDS and 14 patients (64%) survived to ICU discharge. On admission, the majority of patients had low Se status biomarkers and Zn levels, along with elevated inflammatory parameters. Se supplementation significantly elevated Se (p = 0.027) and selenoprotein P levels (SELENOP; p = 0.016) to normal range. Accordingly, glutathione peroxidase 3 (GPx3) activity increased over time (p = 0.021). Se biomarkers, most notably SELENOP, were inversely correlated with CRP (r\(_s\) = −0.495), PCT (r\(_s\) = −0.413), IL-6 (r\(_s\) = −0.429), IL-1β (r\(_s\) = −0.440) and IL-10 (r\(_s\) = −0.461). Positive associations were found for CD8\(^+\) T cells (r(_s\) = 0.636), NK cells (r\(_s\) = 0.772), total IgG (r\(_s\) = 0.493) and PaO\(_2\)/FiO\(_2\) ratios (r\(_s\) = 0.504). In addition, survivors tended to have higher Se levels after 10 to 14 days compared to non-survivors (p = 0.075). Sufficient Se and Zn levels may potentially be of clinical significance for an adequate immune response in critically ill patients with severe COVID-19 ARDS.
Hysterectomy has a variety of medical indications and improves pre-operative symptoms but might compromise the quality of life during recovery due to symptoms such as fatigue, headache, nausea, depression, or pain. The aim of the present study was to determine the effect of a standardized extract from French oak wood (Quercus robur) containing at least 40% polyphenols of the ellagitannins class, Robuvit\(^®\), on convalescence and oxidative stress of women after hysterectomy. Recovery status was monitored with the SF-36 questionnaire. The supplementation with Robuvit\(^®\) (300 mg/day) during 4 weeks significantly improved general and mental health, while under placebo some items significantly deteriorated. Oxidative stress and enhancement of MMP–9 activity was significantly reduced by Robuvit\(^®\) versus placebo. After 8 weeks of intervention, the patients’ condition improved independently of the intervention. Our results suggest that the use of Robuvit\(^®\) as a natural supplement relieves post-operative symptoms of patients after hysterectomy and reduces oxidative stress. The study was registered with ID ISRCTN 11457040 (13/09/2019).
In der vorliegenden Arbeit wurden einerseits zelltypspezifische Untersuchungen der mitochondrialen DNA zur Bestimmung der Deletionslast, als Marker für oxidativen Stress, andererseits neuroinflammations-assoziierte Genexpressions-Analysen am humanen post mortem Hirngewebe von Patienten mit unterschiedlichen Stadien der Alzheimer Erkrankung durchgeführt. Als Grundlage hierzu diente das noch nicht gänzlich aufgeschlüsselte Konzept der selektiven Vulnerabilität unterschiedlicher Hirnregionen. Dabei zeigte sich, dass der Hippocampus, eine auf lichtmikroskopischer Ebene sehr früh befallene Region, auch molekularbiologisch deutliche Unterschiede gegenüber resistenten Regionen wie z.B. dem Kleinhirn aufweist.
Chronic kidney disease (CKD) is a debilitating pathology with various causal factors, culminating in end stage renal disease (ESRD) requiring dialysis or kidney transplantation. The progression of CKD is closely associated with systemic inflammation and oxidative stress, which are responsible for the manifestation of numerous complications such as malnutrition, atherosclerosis, coronary artery calcification, heart failure, anemia and mineral and bone disorders, as well as enhanced cardiovascular mortality. In addition to conventional therapy with anti-inflammatory and antioxidative agents, growing evidence has indicated that certain minerals, vitamins and plant-derived metabolites exhibit beneficial effects in these disturbances. In the current work, we review the anti-inflammatory and antioxidant properties of various agents which could be of potential benefit in CKD/ESRD. However, the related studies were limited due to small sample sizes and short-term follow-up in many trials. Therefore, studies of several anti-inflammatory and antioxidant agents with long-term follow-ups are necessary.
Elektromagnetische Felder (EMF) sind in der Umwelt des Menschen allgegenwärtig. Unter Verwendung unterschiedlicher Frequenzen bilden sie die Grundlage zahlreicher Technologien und begegnen uns im Alltag in einer Vielzahl von Anwendungen. Eine sehr wichtige Anwendung von EMF ist die mobile Kommunikation. Die hierfür verwendeten Frequenzen liegen im hochfrequenten Bereich und variieren mit dem Mobilfunkstandard. Weit verbreitet ist die GSM- und UMTS-Modulation der zweiten (2G) und dritten Generation (3G). Zum neuesten Mobilfunkstandard zählt LTE (4G).
Aus statistischen Daten geht hervor, dass derzeit weltweit mehr als sieben Milliarden Mobilfunk-Endgeräte existieren. Die weitverbreitete und stetig ansteigende Verwendung dieser Technologien verdeutlicht, dass viele Menschen, darunter auch zunehmend Kinder und Jugendliche, regelmäßig einer Exposition gegenüber EMF ausgesetzt sind. Die wichtigste Expositionsquelle stellt dabei das Mobiltelefon dar, da sich in diesem Szenario die Quelle sehr nah am menschlichen Körper befindet. In der Vergangenheit wurden zahlreiche in-vitro- und in-vivo-Untersuchungen sowie epidemiologische Studien durchgeführt, um potentielle, nicht-thermische Effekte von Mobilfunkstrahlung auf biologische Systeme beurteilen zu können. Ein vollständiger Konsens konnte auf der Basis der erhaltenen Ergebnisse jedoch nicht erzielt werden, sodass weiterhin Bedenken zum schädlichen Potential dieser nichtionisierenden Strahlung bestehen. Insbesondere wurden Fragestellungen zu Langzeiteffekten sowie zu Effekten, die speziell bei Kindern eine besondere Rolle spielen, bisher nicht ausreichend adressiert. Kinder können empfindlicher auf Umwelteinflüsse reagieren und sind im Vergleich zu Erwachsenen teilweise höher gegenüber EMF exponiert. Dies gilt vor allem für Kopfregionen, in denen sich das aktive, für die Hämatopoese verantwortliche Knochenmark befindet.
Vor diesem Hintergrund war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, den Einfluss von Mobilfunkstrahlung auf das humane blutbildende System zu untersuchen. Im Fokus standen dabei humane hämatopoetische Stammzellen, die mit Frequenzen der Mobilfunkstandards GSM (900 MHz), UMTS (1.950 MHz) und LTE (2.535 MHz) jeweils über einen kurzen (4 h) und einen langen (20 h) Zeitraum und mit unterschiedlichen Intensitäten (0 W/kg, 0,5 W/kg, 1 W/kg, 2 W/kg und 4 W/kg) exponiert wurden. Vergleichende Experimente erfolgten mit Zellen der Promyelozyten-Zelllinie HL-60. Mögliche Effekte wurden mit den Endpunkten Apoptose, oxidativer Stress, Zellzyklus, DNA-Schaden und –Reparatur sowie Differenzierung und Epigenetik in Form von Histonacetylierung bewertet. In keinem der genannten Endpunkte konnten klare Effekte durch Mobilfunkstrahlung ausgemacht werden, weder für die hämatopoetischen Stammzellen, noch für die Zelllinie HL-60. Die einzige Veränderung wurde bei der Quantifizierung von DNA-Schäden beobachtet. Hier zeigte sich nach der Kurzzeitexposition der Stammzellen mit der Modulation GSM eine kleine, aber statistisch signifikante Abnahme der DNA-Schäden verglichen mit der Scheinexposition. Diese Beobachtung ließ sich in weiteren Replikaten jedoch nicht reproduzieren und wurde daher als nicht biologisch relevant eingestuft.
Insgesamt konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass durch Mobilfunkstrahlung mit Frequenzen der verbreiteten Modulationen GSM, UMTS und LTE sowie SAR-Werten, die unterhalb und oberhalb des empfohlenen Sicherheitsstandards liegen und typischerweise bei Handytelefonaten auftreten, keine Effekte in Zellen des blutbildenden Systems unter den gegebenen Versuchsbedingungen induziert wurden. Ein besonderer Fokus lag hierbei auf der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse. Weiterhin wurden zum ersten Mal humane hämatopoetische Stammzellen für derartige Untersuchungen eingesetzt. Dies hat insofern eine besondere Bedeutung, als hämatopoetische Stammzellen aufgrund ihrer multipotenten Eigenschaften eine breitere Analyse mit Hinblick auf die Kanzerogenese und auf das Immunsystem ermöglichen.
Um über die Mobilfunk-Untersuchungen hinaus die hämatopoetischen Stammzellen besser charakterisieren zu können, sowie die Sensitivität von Blutzellen mit unterschiedlichem Differenzierungsstatus zu analysieren, wurden sie anderen Zellen des blutbildenden Systems (undifferenzierte und differenzierte HL-60-Zellen und TK6-Zellen) gegenübergestellt. Eine Behandlung der verschiedenen Zelltypen mit mutagenen Substanzen zeigte, dass sich die hämatopoetischen Stammzellen in den meisten der untersuchten Endpunkte von den Zelllinien unterschieden. Deutliche Abweichungen zeigten sich beim oxidativen Stress, der DNA-Reparatur und der Histonacetylierung; kein Unterschied konnte dagegen bei den DNA-Schäden beobachtet werden. Eine erste Interpretation der erhaltenen Ergebnisse ist auf der Grundlage der unterschiedlichen Eigenschaften von Zellen mit abweichendem Differenzierungsstatus möglich. Um jedoch eine eindeutige Aussage treffen zu können, müssten noch weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) reguliert den Blutdruck sowie den Elektrolyt- und Wasserhaushalt. Das aktive Peptid, Angiotensin II (AngII), führt dabei zur Vasokonstriktion und in höheren Konzentrationen zu Bluthochdruck. Hypertensive Patienten haben ein erhöhtes Risiko an Krebs zu erkranken, vor allem an Nierenkrebs. Wir konnten bereits in vivo zeigen, dass AngII in der Lage ist, den Blutdruck zu steigern und dosisabhängig zu DNA-Schäden über den Angiotensin II Typ 1-Rezeptor (AT1R) führt. Ein stimuliertes RAAS kann ferner über die Aktivierung der NADPH-Oxidase, einer Hauptquelle der Generierung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in der Zelle, zu oxidativem Stress führen. Zielsetzung dieser Arbeit war es zum einen, mit Hilfe von AT1a-Rezeptor-defizienten Mäusen in vivo zu prüfen, ob die Bildung von ROS, sowie die Bildung von DNA-Schäden in der Niere und im Herzen unabhängig von einem erhöhten Blutdruck auftreten. Zum anderen sollte, ebenfalls in vivo, untersucht werden, ob eine oder beide von zwei untersuchten Isoformen der NADPH-Oxidase (Nox) für die Auslösung oxidativen Stresses in der Niere verantwortlich ist.
Zunächst wurden für den Versuch zur Überprüfung der Abhängigkeit AngII-induzierter DNA-Schäden vom Blutdruck männliche C57BL/6-Mäuse und AT1a-Knockout (KO)-Mäuse mit osmotischen Minipumpen ausgestattet, die AngII in einer Konzentrationen von 600 ng/kg min über einen Zeitraum von 28 Tagen abgaben. Zusätzlich wurde eine Gruppe von AngII-behandelten Wildtyp (WT)-Mäusen mit dem AT1-Rezeptor-Blocker Candesartan (Cand) behandelt. Während des Versuchszeitraumes fanden regelmäßige, nicht-invasive Blutdruckmessungen an den wachen Mäusen statt. In WT-Mäusen induzierte AngII Bluthochdruck, verursachte erhöhte Albumin-Level im Urin und führte zur Bildung von ROS in Niere und im Herzen. Außerdem traten in dieser Gruppe DNA-Schäden in Form von Einzel- und Doppelstrangbrüchen auf. All diese Reaktionen auf AngII konnten jedoch durch gleichzeitige Behandlung mit Cand verhindert werden. AT1a-KO-Mäuse hatten, verglichen mit WT-Kontrollmäusen, einen signifikant niedrigeren Blutdruck und normale Albumin-Level im Urin. In AT1a-KO-Mäusen, die mit AngII behandelt wurden, konnte kein Anstieg des systolischen Blutdrucks sowie kein Einfluss auf die Nierenfunktion gefunden werden. Jedoch führte AngII in dieser Gruppe zu einer Steigerung von ROS in der Niere und im Herzen. Zusätzlich wurden genomische Schäden, vor allem in Form von Doppelstrangbrüchen signifikant in dieser Gruppe induziert. Auch wenn AT1a-KO-Tiere, unabhängig von einer AngII-Infusion, keine eingeschränkte Nierenfunktion zeigten, so wiesen sie erhebliche histopathologische Schäden im Hinblick auf die Glomeruli und das Tubulussystem auf. Diese Art von Schäden deuten auf eine besondere Bedeutung des AT1aR im Hinblick auf die embryonale Entwicklung der Niere hin. Zusammenfassend beweisen die Ergebnisse dieses Experiments eindeutig, dass eine AngII-induzierte ROS-Produktion und die Induktion von DNA-Schäden unabhängig von einem erhöhten Blutdruck auftreten. Da in der AngII-behandelten AT1a-KO-Gruppe eine signifikant höhere Expression des AT1b-Rezeptors zu finden war und die Blockade von beiden Rezeptorsubtypen mit Cand zu einer Verhinderung der schädlichen Effekte durch AngII führte, scheint der AT1bR im Falle einer AT1aR-Defizienz für die Entstehung der Schäden zuständig zu sein.
Ziel des zweiten Experimentes war es, den Beitrag der Nox2 und Nox4 zum oxidativen DNA-Schaden in vivo zu untersuchen. Hierfür wurden männliche C57BL/6-Mäuse und Nox2- oder Nox4-defiziente Mäuse mit osmotischen Minipumpen ausgestattet, die AngII in einer Konzentration von 600 ng/kg min über einen Zeitraum von 28 Tagen abgaben. Im WT-Stamm und in beiden Nox-defizienten Stämmen induzierte AngII Bluthochdruck, verursachte erhöhte Albumin-Level im Urin und führte zur Bildung von ROS in der Niere. Außerdem waren in allen AngII-behandelten Gruppen genomische Schäden, vor allem in Form von Doppelstrangbrüchen, erhöht. Auch in Abwesenheit von AngII wiesen Nox2- und Nox4-defiziente Mäuse mehr Doppelstrangbrüche im Vergleich zu WT-Kontrollmäusen auf. Interessanterweise kompensieren allerdings weder Nox2 noch Nox4 das Fehlen der jeweils anderen Isoform auf RNA-Basis. Aufgrund dieser Ergebnisse schließen wir, dass bislang keine Isoform alleine für die Generierung von oxidativen DNA-Schäden in der Niere verantwortlich gemacht werden kann und dass eine Beteiligung einer weiteren Nox-Isoform sehr wahrscheinlich ist. Möglicherweise könnten aber auch andere ROS-generierende Enzyme, wie Xanthinoxidase oder Stickoxidsynthase involviert sein. Da genomische Schäden in Nieren von Nox2- und Nox4-defizienten Mäusen in Abwesenheit von AngII gegenüber den Schäden in WT-Kontrollmäusen erhöht waren, könnten die beiden Isoformen auch eine schützende Funktion im Bereich von Nierenkrankheiten übernehmen. Da dies aber bislang nur für Nox4 beschrieben ist, ist es wahrscheinlicher, dass das Fehlen von einer der beiden Isoformen eher einen Einfluss auf die Embryonalentwicklung hat. Um dies jedoch abschließend zu klären wäre es sinnvoll mit induzierbaren Knockout-Modellen zu arbeiten, bei denen mögliche entwicklungsbedingte Effekte minimiert werden können.
Background: Faster rates of cognitive decline are likely to result in earlier onset of cognitive impairment and dementia. d-galactose, a derivative of lactose, is used in animal studies to induce neurodegeneration. Milk is the primary source of lactose in the human diet, and its effects on cognitive decline have not been fully evaluated. Objective: Assess the association of milk intake with change in cognitive function over 20 years. Methods: A total of 13,751 participants of the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) cohort completed a food frequency questionnaire and three neurocognitive evaluations from 1990 through 2013. Two single nucleotide polymorphisms (SNPs) were used to determine lactase persistence (LCT-13910 C/T for Whites and LCT-14010 G/C for Blacks). Mixed-effects models were used to study the association of milk intake with cognitive change. Multiple imputations by chained equations were used to account for attrition. Results: Milk intake greater than 1 glass/day was associated with greater decline in the global z-score over a 20-year period. The difference in decline was 0.10 (95% CI: 0.16, 0.03) z-scores, or an additional 10% decline, relative to the group reporting “almost never” consuming milk. Conclusions: Replication of these results is warranted in diverse populations with greater milk intake and higher variability of lactase persistence genotype.