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Multiple myeloma (MM) represents a haematological cancer characterized by the pathological hyper proliferation of antibody-producing B-lymphocytes. Patients typically suffer from kidney malfunction and skeletal disorders. In the context of MM, the transforming growth factor β (TGFβ) member Activin A was recently identified as a promoter of both accompanying symptoms. Because studies have shown that bone morphogenetic protein (BMP)-2-mediated activities are counteracted by Activin A, we analysed whether BMP2, which also binds to the Activin A receptors ActRII and ActRIIB but activates the alternative SMAD-1/5/8 pathway, can be used to antagonize Activin A activities, such as in the context of MM. Therefore three BMP2 derivatives were generated with modified binding activities for the type II (ActRIIB) and/or type I receptor (BMPRIA) showing either increased or decreased BMP2 activity. In the context of MM these BMP2 muteins show two functionalities since they act as a) an anti-proliferative/apoptotic agent against neoplastic B-cells, b) as a bone-formation promoting growth factor. The molecular basis of both activities was shown in two different cellular models to clearly rely on the properties of the investigated BMP2 muteins to compete for the binding of Activin A to the Activin type II receptors. The experimental outcome suggests new therapeutic strategies using BMP2 variants in the treatment of MM-related pathologies.
Despite the great success of TNF blockers in the treatment of autoimmune diseases and the identification of TNF as a factor that influences the development of tumors in many ways, the role of TNFR2 in tumor biology and its potential suitability as a therapeutic target in cancer therapy have long been underestimated. This has been fundamentally changed with the identification of TNFR2 as a regulatory T-cell (Treg)-stimulating factor and the general clinical breakthrough of immunotherapeutic approaches. However, considering TNFR2 as a sole immunosuppressive factor in the tumor microenvironment does not go far enough. TNFR2 can also co-stimulate CD8\(^+\) T-cells, sensitize some immune and tumor cells to the cytotoxic effects of TNFR1 and/or acts as an oncogene. In view of the wide range of cancer-associated TNFR2 activities, it is not surprising that both antagonists and agonists of TNFR2 are considered for tumor therapy and have indeed shown overwhelming anti-tumor activity in preclinical studies. Based on a brief summary of TNFR2 signaling and the immunoregulatory functions of TNFR2, we discuss here the main preclinical findings and insights gained with TNFR2 agonists and antagonists. In particular, we address the question of which TNFR2-associated molecular and cellular mechanisms underlie the observed anti-tumoral activities of TNFR2 agonists and antagonists.
Multiple activities are ascribed to the cytokine tumor necrosis factor (TNF) in health and disease. In particular, TNF was shown to affect carcinogenesis in multiple ways. This cytokine acts via the activation of two cell surface receptors, TNFR1, which is associated with inflammation, and TNFR2, which was shown to cause anti-inflammatory signaling. We assessed the effects of TNF and its two receptors on the progression of pancreatic cancer by in vivo bioluminescence imaging in a syngeneic orthotopic tumor mouse model with Panc02 cells. Mice deficient for TNFR1 were unable to spontaneously reject Panc02 tumors and furthermore displayed enhanced tumor progression. In contrast, a fraction of wild type (37.5%), TNF deficient (12.5%), and TNFR2 deficient mice (22.2%) were able to fully reject the tumor within two weeks. Pancreatic tumors in TNFR1 deficient mice displayed increased vascular density, enhanced infiltration of CD4+ T cells and CD4+ forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory T cells (Treg) but reduced numbers of CD8+ T cells. These alterations were further accompanied by transcriptional upregulation of IL4. Thus, TNF and TNFR1 are required in pancreatic ductal carcinoma to ensure optimal CD8+ T cell-mediated immunosurveillance and tumor rejection. Exogenous systemic administration of human TNF, however, which only interacts with murine TNFR1, accelerated tumor progression. This suggests that TNFR1 has basically the capability in the Panc02 model to trigger pro-and anti-tumoral effects but the spatiotemporal availability of TNF seems to determine finally the overall outcome.
The relevance of the adaptor protein TNF receptor-associated factor 2 (TRAF2) for signal transduction of the death receptor tumour necrosis factor receptor1 (TNFR1) is well-established. The role of TRAF2 for signalling by CD95 and the TNF-related apoptosis inducing ligand (TRAIL) DRs, however, is only poorly understood. Here, we observed that knockdown (KD) of TRAF2 sensitised keratinocytes for TRAIL- and CD95L-induced apoptosis. Interestingly, while cell death was fully blocked by the pan-caspase inhibitor benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp(OMe)-fluoromethylketone (zVAD-fmk) in control cells, TRAF2-depleted keratinocytes were only partly rescued from TRAIL- and CD95L-induced cell death. In line with the idea that the only partially protective effect of zVAD-fmk on TRAIL- and CD95L-treated TRAF2-depleted keratinocytes is due to the induction of necroptosis, combined treatment with zVAD-fmk and the receptor interacting protein 1 (RIP1) inhibitor necrostatin-1 fully rescued these cells. To better understand the impact of TRAF2 levels on RIP1- and RIP3-dependent necroptosis and RIP3-independent apoptosis, we performed experiments in HeLa cells that lack endogenous RIP3 and HeLa cells stably transfected with RIP3. HeLa cells, in which necroptosis has no role, were markedly sensitised to TRAIL-induced caspase-dependent apoptosis by TRAF2 KD. In RIP3-expressing HeLa transfectants, however, KD of TRAF2 also strongly sensitised for TRAIL-induced necroptosis. Noteworthy, priming of keratinocytes with soluble TWEAK, which depletes the cytosolic pool of TRAF2-containing protein complexes, resulted in strong sensitisation for TRAIL-induced necroptosis but had only a very limited effect on TRAIL-induced apoptosis. The necroptotic TRAIL response was not dependent on endogenously produced TNF and TNFR signalling, since blocking TNF by TNFR2-Fc or anti-TNFα had no effect on necroptosis induction. Taken together, we identified TRAF2 not only as a negative regulator of DR-induced apoptosis but in particular also as an antagonist of TRAIL- and CD95L-induced necroptosis.
TRAF2 controls death receptor-induced caspase-8 processing and facilitates proinflammatory signaling
(2019)
Tumor necrosis factor (TNF) receptor associated factor-2 (TRAF2) knockout (KO) cells were generated to investigate the role of TRAF2 in signaling by TNFR1 and the CD95-type death receptors (DRs) TRAILR1/2 and CD95. To prevent negative selection effects arising from the increased cell death sensitivity of TRAF2-deficient cells, cell lines were used for the generation of the TRAF2 KO variants that were protected from DR-induced apoptosis downstream of caspase-8 activation. As already described in the literature, TRAF2 KO cells displayed enhanced constitutive alternative NFκB signaling and reduced TNFR1-induced activation of the classical NFκB pathway. There was furthermore a significant but only partial reduction in CD95-type DR-induced upregulation of the proinflammatory NFκB-regulated cytokine interleukin-8 (IL8), which could be reversed by reexpression of TRAF2. In contrast, expression of the TRAF2-related TRAF1 protein failed to functionally restore TRAF2 deficiency. TRAF2 deficiency resulted furthermore in enhanced procaspase-8 processing by DRs, but this surprisingly came along with a reduction in net caspase-8 activity. In sum, our data argue for (i) a non-obligate promoting function of TRAF2 in proinflammatory DR signaling and (ii) a yet unrecognized stabilizing effect of TRAF2 on caspase-8 activity.
TNFR1 and TNFR2 regulate the extrinsic apoptotic pathway in myeloma cells by multiple mechanisms
(2011)
The huge majority of myeloma cell lines express TNFR2 while a substantial subset of them failed to show TNFR1 expression. Stimulation of TNFR1 in the TNFR1-expressing subset of MM cell lines had no or only a very mild effect on cellular viability. Surprisingly, however, TNF stimulation enhanced cell death induction by CD95L and attenuated the apoptotic effect of TRAIL. The contrasting regulation of TRAIL- and CD95L-induced cell death by TNF could be traced back to the concomitant NFjBmediated upregulation of CD95 and the antiapoptotic FLIP protein. It appeared that CD95 induction, due to its strength, overcompensated a rather moderate upregulation of FLIP so that the net effect of TNF-induced NFjB activation in the context of CD95 signaling is pro-apoptotic. TRAIL-induced cell death, however, was antagonized in response to TNF because in this context only the induction of FLIP is relevant. Stimulation of TNFR2 in myeloma cells leads to TRAF2 depletion. In line with this, we observed cell death induction in TNFR1-TNFR2-costimulated JJN3 cells. Our studies revealed that the TNF-TNF receptor system adjusts the responsiveness of the extrinsic apoptotic pathway in myeloma cells by multiple mechanisms that generate a highly context-dependent net effect on myeloma cell survival
Macrophages stand in the first line of defense against a variety of pathogens but are also involved in the maintenance of tissue homeostasis. To fulfill their functions macrophages sense a broad range of pathogen- and damage-associated molecular patterns (PAMPs/DAMPs) by plasma membrane and intracellular pattern recognition receptors (PRRs). Intriguingly, the overwhelming majority of PPRs trigger the production of the pleiotropic cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF). TNF affects almost any type of cell including macrophages themselves. TNF promotes the inflammatory activity of macrophages but also controls macrophage survival and death. TNF exerts its activities by stimulation of two different types of receptors, TNF receptor-1 (TNFR1) and TNFR2, which are both expressed by macrophages. The two TNF receptor types trigger distinct and common signaling pathways that can work in an interconnected manner. Based on a brief general description of major TNF receptor-associated signaling pathways, we focus in this review on research of recent years that revealed insights into the molecular mechanisms how the TNFR1-TNFR2 signaling network controls the life and death balance of macrophages. In particular, we discuss how the TNFR1-TNFR2 signaling network is integrated into PRR signaling.
Soluble tumor necrosis factor (TNF)-like weak inducer of apoptosis (TWEAK), in contrast to membrane TWEAK and TNF, is only a weak activator of the classical NFκB pathway. We observed that soluble TWEAK was regularly more potent than TNF with respect to the induction of TNF receptor-associated factor 1 (TRAF1), a NFκB-controlled signaling protein involved in the regulation of inflammatory signaling pathways. TNF-induced TRAF1 expression was efficiently blocked by inhibition of the classical NFκB pathway using the IKK2 inhibitor, TPCA1. In contrast, in some cell lines, TWEAK-induced TRAF1 production was only partly inhibited by TPCA1. The NEDD8-activating enzyme inhibitor MLN4924, however, which inhibits classical and alternative NFκB signaling, blocked TNF- and TWEAK-induced TRAF1 expression. This suggests that TRAF1 induction by soluble TWEAK is based on the cooperative activity of the two NFκB signaling pathways. We have previously shown that oligomerization of soluble TWEAK results in ligand complexes with membrane TWEAK-like activity. Oligomerization of soluble TWEAK showed no effect on the dose response of TRAF1 induction, but potentiated the ability of soluble TWEAK to trigger production of the classical NFκB-regulated cytokine IL8. Transfectants expressing soluble TWEAK and membrane TWEAK showed similar induction of TRAF1 while only the membrane TWEAK expressing cells robustly stimulated IL8 production. These data indicate that soluble TWEAK may efficiently induce a distinct subset of the membrane TWEAK-targeted genes and argue again for a crucial role of classical NFκB pathway-independent signaling in TWEAK-induced TRAF1 expression. Other TWEAK targets, which can be equally well induced by soluble and membrane TWEAK, remain to be identified and the relevance of the ability of soluble TWEAK to induce such a distinct subset of membrane TWEAK-targeted genes for TWEAK biology will have to be clarified in future studies.
The TRAF-binding receptor CD40 belongs to the TNFR superfamily and is broadly expressed on healthy cells, mainly on antigen-presenting cells, but also on other immune cells and non-immune cells. CD40 is bound by its ligand CD40L, which is essential for a wide range of immunological responses by inducing or inhibiting different pathways that are essential for a variety of cellular processes, including immune activation and maturation. (1,2) Dysregulated CD40 signalling has been implicated in inflammatory diseases, such as hyper-IgM syndrome, psoriasis, and cancer. (3–6) Due to its broad expression across various tumour types, it can serve as a tumour-associated antigen and has therefore been proposed as a target for antibodies for cancer treatment. (2,7,8)
Agonistic anti-CD40 antibodies have been demonstrated to induce anti-tumoural immune responses as well as therapeutic immunity. (2) Furthermore, prolonged stimulation of CD40 in tumour cells in vitro has been shown to decrease proliferation, increase expression of cytotoxic TNFSFLs and induce apoptosis. (9,10) Their effect on anti-tumoral responses has been well studied and anti-tumoral responses by DC maturation and suppression of malignant growth of B-cells have been confirmed and were found to induce cell death in tumours in vitro. (11–14)
Many agonistic anti-CD40 antibodies specifically have been reported to require secondary crosslinking by binding to either activating or inhibitory FcγRs to be agonistic in vitro, while in vivo studies have indicated inhibitory FcƴR2B expression as critical factor. (15–17) However, FcƴR independent agonism has also been reported for anti-CD40 antibodies. (18,19) While agonistic anti-CD40 IgG1, IgG3 and IgG4 antibodies have been shown to display FcƴR dependent agonism, agonistic anti-CD40 IgG2 antibodies have shown to display FcƴR independent agonism. Conversion of anti-CD40 IgG1 antibodies into IgG2 has also been shown to convert the antibody’s agonism into FcƴR independent agonism. (20)
To overcome FcƴR dependency, bispecific antibody fusion proteins containing a scFv as anchoring domain allowing for crosslink independent of FcƴR binding have been designed before. This approach has been found to display strong agonism for other antibody fusion proteins when bound to both targets, with response levels resembling that of FcƴR bound antibodies. (21,22)
The relevance of antibody isotype and idiotype for FcƴR-dependent agonism as well as the relevance of valency and antibody oligomerization for FcƴR-independent agonism were investigated in this study on a panel of different anti-CD40 antibodies. Several clinically investigated anti-CD40 antibodies (ADC-1013(23), APX005M(24), ChiLob7.4(25) and CP-870,893(26)) and one preclinical antibody (G28.5(27,28)) were considered. Selected antibodies were then cloned onto an IgG1, IgG1(N297A), IgG2 and IgG4 backbone. The IgG1(N297A) isotype is an IgG1 antibody with a point mutation (N297A) that is known to strongly reduce binding to FcƴR1, while reducing the binding affinity to FcƴR2B to undetectable levels. (29,30) In this work it is demonstrated that the investigated anti-CD40 antibody variants across different isotypes activate both the classical and alternative NFκB pathway by stimulating U2OS cells in an FcƴR dependent manner. Stimulation in the presence of both human FcƴRs as well as murine FcƴRs resulted in CD40 stimulation. A difference in binding competition was observed for the various anti-CD40 IgG1 antibodies, but no indication of a CRD-dependent mechanism responsible for their agonistic activity was found. Moreover, this FcƴR dependency could be overcome by creation of tetravalent antibody fusion proteins.
Background
40–50% of patients with colorectal cancer (CRC) will develop liver metastases (CRLM) during the course of the disease. One third of these patients will additionally develop pulmonary metastases.
Methods
137 consecutive patients with CRLM, were analyzed regarding survival data, clinical, histological data and treatment. Results were stratified according to the occurrence of pulmonary metastases and metastases resection.
Results
39% of all patients with liver resection due to CRLM developed additional lung metastases. 44% of these patients underwent subsequent pulmonary resection. Patients undergoing pulmonary metastasectomy showed a significantly better five-year survival compared to patients not qualified for curative resection (5-year survival 71.2% vs. 28.0%; p = 0.001). Interestingly, the 5-year survival of these patients was even superior to all patients with CRLM, who did not develop pulmonary metastases (77.5% vs. 63.5%; p = 0.015). Patients, whose pulmonary metastases were not resected, were more likely to redevelop liver metastases (50.0% vs 78.6%; p = 0.034). However, the rate of distant metastases did not differ between both groups (54.5 vs.53.6; p = 0.945).
Conclusion
The occurrence of colorectal lung metastases after curative liver resection does not impact patient survival if pulmonary metastasectomy is feasible. Those patients clearly benefit from repeated resections of the liver and the lung metastases.
Multiple myeloma (MM) displays an NFκB activity-related gene expression signature and about 20% of primary MM samples harbor genetic alterations conducive to intrinsic NFκB signaling activation. The relevance of blocking the classical versus the alternative NFκB signaling pathway and the molecular execution mechanisms involved, however, are still poorly understood. Here, we comparatively tested NFκB activity abrogation through TPCA-1 (an IKK2 inhibitor), BAY 11-7082 (an IKK inhibitor poorly selective for IKK1 and IKK2), and MLN4924 (an NEDD8 activating enzyme (NAE)-inhibitor), and analyzed their anti-MM activity. Whereas TPCA-1 interfered selectively with activation of the classical NFκB pathway, the other two compounds inhibited classical and alternative NFκB signaling without significant discrimination. Noteworthy, whereas TPCA-1 and MLN4924 elicited rather mild anti-MM effects with slight to moderate cell death induction after 1 day BAY 11-7082 was uniformly highly toxic to MM cell lines and primary MM cells. Treatment with BAY 11-7082 induced rapid cell swelling and its initial effects were blocked by necrostatin-1 or the ROS scavenger BHA, but a lasting protective effect was not achieved even with additional blockade of caspases. Because MLN4924 inhibits the alternative NFκB pathway downstream of IKK1 at the level of p100 processing, the quite discordant effects between MLN4924 and BAY 11-7082 must thus be due to blockade of IKK1-mediated NFκB-independent necrosis-inhibitory functions or represent an off-target effect of BAY 11-7082. In accordance with the latter, we further observed that concomitant knockdown of IKK1 and IKK2 did not have any major short-term adverse effect on the viability of MM cells.
Multiple myeloma (MM), a malignancy of the bone marrow, is characterized by a pathological increase in antibody-producing plasma cells and an increase in immunoglobulins (plasmacytosis). In recent years, bone morphogenetic proteins (BMPs) have been reported to be activators of apoptotic cell death in neoplastic B cells in MM. Here, we use bone morphogenetic protein 2 (BMP2) to show that the "apoptotic" effect of BMPs on human neoplastic B cells is dominated by anti-proliferative activities and cell cycle arrest and is apoptosis-independent. The anti-proliferative effect of BMP2 was analysed in the human cell lines KMS12-BM and L363 using WST-1 and a Coulter counter and was confirmed using CytoTox assays with established inhibitors of programmed cell death (zVAD-fmk and necrostatin-1). Furthermore, apoptotic activity was compared in both cell lines employing western blot analysis for caspase 3 and 8 in cells treated with BMP2 and FasL. Additionally, expression profiles of marker genes of different cell death pathways were analysed in both cell lines after stimulation with BMP2 for 48h using an RT-PCR-based array. In our experiments we observed that there was rather no reduction in absolute cell number, but cells stopped proliferating following treatment with BMP2 instead. The time frame (48–72 h) after BMP2 treatment at which a reduction in cell number is detectable is too long to indicate a directly BMP2-triggered apoptosis. Moreover, in comparison to robust apoptosis induced by the approved apoptotic factor FasL, BMP2 only marginally induced cell death. Consistently, neither the known inhibitor of apoptotic cell death zVAD-fmk nor the necroptosis inhibitor necrostatin-1 was able to rescue myeloma cell growth in the presence of BMP2.
An intricate network of molecular and cellular actors orchestrates the delicate balance between effector immune responses and immune tolerance. The pleiotropic cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF) proves as a pivotal protagonist promoting but also suppressing immune responses. These opposite actions are accomplished through specialist cell types responding to TNF via TNF receptors TNFR1 and TNFR2. Recent findings highlight the importance of TNFR2 as a key regulator of activated natural FoxP3+ regulatory T cells (Tregs) in inflammatory conditions, such as acute graft-vs.-host disease (GvHD) and the tumor microenvironment. Here we review recent advances in our understanding of TNFR2 signaling in T cells and discuss how these can reconcile seemingly conflicting observations when manipulating TNF and TNFRs. As TNFR2 emerges as a new and attractive target we furthermore pinpoint strategies and potential pitfalls for therapeutic targeting of TNFR2 for cancer treatment and immune tolerance after allogeneic hematopoietic cell transplantation.
Fibroblast growth factor-inducible 14 (Fn14) is a member of the tumor necrosis factor (TNF) receptor superfamily (TNFRSF) and is activated by its ligand TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK). The latter occurs as a homotrimeric molecule in a soluble and a membrane-bound form. Soluble TWEAK (sTWEAK) activates the weakly inflammatory alternative NF-κB pathway and sensitizes for TNF-induced cell death while membrane TWEAK (memTWEAK) triggers additionally robust activation of the classical NF-κB pathway and various MAP kinase cascades. Fn14 expression is limited in adult organisms but becomes strongly induced in non-hematopoietic cells by a variety of growth factors, cytokines and physical stressors (e.g., hypoxia, irradiation). Since all these Fn14-inducing factors are frequently also present in the tumor microenvironment, Fn14 is regularly found to be expressed by non-hematopoietic cells of the tumor microenvironment and most solid tumor cells. In general, there are three possibilities how the tumor-Fn14 linkage could be taken into consideration for tumor therapy. First, by exploitation of the cancer associated expression of Fn14 to direct cytotoxic activities (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC), cytotoxic payloads, CAR T-cells) to the tumor, second by blockade of potential protumoral activities of the TWEAK/Fn14 system, and third, by stimulation of Fn14 which not only triggers proinflammtory activities but also sensitizes cells for apoptotic and necroptotic cell death. Based on a brief description of the biology of the TWEAK/Fn14 system and Fn14 signaling, we discuss the features of the most relevant Fn14-targeting biologicals and review the preclinical data obtained with these reagents. In particular, we address problems and limitations which became evident in the preclinical studies with Fn14-targeting biologicals and debate possibilities how they could be overcome.
Das Spurenelement Selen ist in den letzten Jahren in den Mittelpunkt klinischen Interesses gerückt. Diverse Krankheiten lassen sich mit einem Selenmangel in Verbindung bringen. In einigen Studien wird durch Selenzufuhr eine Senkung der Tumorinzidenz beobachtet und in der Intensivmedizin wird Natriumselenit zur Senkung der Mortalität bei akuter Pankreatitis oder bei der SIRS/ Sepsis verwendet. Um den Selenstatus von Patienten zu erfassen, wird in der Klinik die Routinemethodik der Atomabsorptionsspektrometrie mit Serumproben durchgeführt. In den Untersuchungen von Christina N. Stober [29] wird allerdings gezeigt, dass die Methode der Spektrofluorimetrie sehr gut mit diesem Verfahren konkurrieren kann und in einer optimierten Durchführung sogar einfacher und kostengünstiger ist. Diese optimierte Methode der Spektrofluorimetrie, die auf der Grundlage der Arbeit von Koh und Benson [27] entstand, wurde in der hier vorliegenden Promotionsarbeit auf die Anwendbarkeit mit Urinproben untersucht; In Ausführung eines Pilotprojektes wurde in dieser Arbeit der Selengehalt von 100 Kinderurinproben in Dreifachbestimmung untersucht. Einer der ersten Schritte war die Bestimmung der unteren Nachweisgrenze für Selenwerte in Urinproben. Mittels des sogenannten Inter-Assays, bei dem die Selenkonzentration derselben Urinproben an mehreren Tagen gemessen wur-den, wurde als untere Nachweisgrenze ein Wert der Selenkonzentration von 7,5 µg/l festgestellt. Selenkonzentrationen, die unter dieser Nachweisgrenze lagen, konnten mit der optimierten Analysemethode der Spektrofluorimetrie nicht präzise und reproduzierbar ermittelt werden. Bei der Mehrzahl der untersuchten Urine lag der Selengehalt über dieser unteren Nachweisgrenze von 7,5 µg/l, bewegte sich also in einem gut detektierbaren Messbereich. Nur bei drei Urinproben lag die Selenkonzentration unterhalb der Nachweisgrenze, bei allen restlichen Urinproben konnte der Selengehalt präzise und reproduzierbar mit der optimierten Methode erfasst werden. In 57 Prozent dieser Fälle bewegten sich die Messergebnisse im Wertebereich von 20 bis 35 µg/l. Aufgrund dieser Ergebnisse konnte nachgewiesen werden, dass die optimierte Methode der Spektrofluorimetrie zur genauen Selenbestimmung in Urinproben geeignet ist. Der Hauptaspekt der Arbeit, die Anwendbarkeit des optimierten Analyseverfahrens auf Urinproben, wurde durch entsprechende Versuchsansätze auch statistisch untersucht. Um die optimierte Analysemethode für die Anwendung auf Urinproben zu validieren, wurden zunächst standardisierte externe Referenz-Urine gemessen, dann verschiedene organische Verbindungen auf ihren Selengehalt untersucht und schließlich überprüft, ob Störsubstanzen im Urin die Messergebnisse verfälschen. Im 1. Schritt wurden standardisierte Referenzsubstanzen reproduzierbar und mit statistisch definierter Richtigkeit vermessen. Damit wurden immanente systemische Fehler bei der Methodik ausgeschlossen. Aus den organischen Verbindungen Selenocystein und Selenomethionin konnte das Selen spektrofluorimetrisch zu beinahe 100% wiedergefunden werden. Da im Urin selenhaltige Aminosäuren wie Selenomethionin ausgeschieden werden, ist es von großer Wichtigkeit, dass das Messverfahren dieses in Bindung vorliegende Selen richtig erfasst. Die Richtigkeit der optimierten Methode der Spektrofluorimetrie bei der Messung der Selenkonzentration in Urinproben konnte somit nachgewiesen werden. In einem weiteren Versuchsansatz wurden die häufigsten Ionen im Urin, nämlich Kalium, Natrium und Phosphat, auf ihren möglichen Störeinfluss auf die Selenmessung hin untersucht. Albumin, das ebenfalls im Urin erscheint, wurde ebenfalls dieser Fragestellung unterzogen. In den mit den diversen Salzen ver-setzten Urinproben konnten bei der Selenmessung kein Störeinfluss beobachtet werden. Die Selenkonzentration der Urinproben mit dem zugesetzten Protein nahm entsprechend der Albuminmengen linear zu. Diese Beobachtung ließ sich direkt auf den im Albumin vorhandenen Selengehalt zurückführen. Damit war ein Störeinfluss des Albumins bei der Selenmessung ebenfalls ausgeschlossen. Neben der Untersuchung der Anwendbarkeit der optimierten Methode der Spektrofluorimetrie auf Urinproben, der Hauptaufgabenstellung dieser Promotionsarbeit, wurde auch - als Nebenaspekt - ein epidemiologischer Ansatz verfolgt: Um die regionale Selenversorgung in Franken zu untersuchen, wurden 100 Kinder-Urine aus einem Würzburger Gymnasium herangezogen. Aus den Messungen ließ sich für die Region Franken der Mittelwert 29,3 und die Stan-dardabweichung +/- 1,2 µg/l bei einem 95% Konfidenzintervall von 27,8 bis 30,8 µg/l für die Selenkonzentration in Urin angeben. Um aus diesem Mittelwert eine epidemiologisch fundierte Aussage über die Selenversorgung in Franken abzuleiten, war einerseits dieses Pilotprojekt mit 100 Proben noch zu klein, andererseits ist keine verbindliche untere Grenze für eine ausreichende Selenkonzentration im Urin bekannt. Über einen Selenmangel läßt sich bei fehlenden Vergleichsdaten kaum eine Aussage treffen. Standardwerte für den Selengehalt im Urin, die einen Selenmangel anzeigen würden, sind nicht bekannt. Nimmt man die Daten einer Untersuchung mit gesunden Kindern in Deutschland aus dem Jahre 1997 zum Vergleich, liegen die Messergebnisse dieser Arbeit im Durchschnitt etwas höher. Damit ist für die Region Franken eine bessere Selenversorgung zumindest im bundesweiten Vergleich gegeben. Eine Gruppe der Kinder wies eine auffällig höhere Selenversorgung auf. Dies könnte auf eine bessere Selenversorgung aufgrund hochwertigerer und ausgewogener Ernährung hinweisen. Vielleicht hatten diese Probanden aber nur unmittelbar vor der Urinabgabe selenhaltige Nahrung zu sich genommen. Die Jodkonzentrationen aus den vorliegenden pädiatrischen Urinproben waren aus einer früheren Studie bekannt. Beim Vergleich der Selen- mit den Jod-Daten war eine Korrelation erkennbar, jedoch lag der Wert des Korrelationskoeffizienten unter 0,8 und war damit für eine fundiere Aussage statistisch unzureichend. Nur ein einziger Proband fiel bei einer mittleren Selenkonzentration durch eine auffällig hohe Jodkonzentration auf. Dies könnte man durch eine Jod-Supplementation dieses Schülers erklären. Die Frage, ob Selen im Urin aussagekräftig für den gesamten Selenhaushalt des Körpers ist, muss weitergehend untersucht werden. In der Fachliteratur wird der Selengesamtstatus oft mit den Serumwerten veranschaulicht. Unklar ist, ob Selen entsprechend der Höhe im Blut auch im Urin erscheint. Hierzu wurde ein Versuchsansatz in beschränktem Umfang mit 13 Probanden durchgeführt; es wurden die Selenkonzentrationen im Urin und im Serum der Probanden miteinander verglichen. Ein signifikanter Zusammenhang war jedoch nicht ersichtlich. Diese Schlussfolgerung ist aufgrund der geringen Probenzahl allerdings nicht ausreichend fundiert und bedarf eines umfangreicheren Experimentes. In einer groß angelegten Untersuchung wird bei Combs et al. [60] eine positive Korrelation zwischen der Selenzufuhr und der Ausscheidung im Urin beschrieben. Allerdings wurden nicht die Selenwerte im Blut und Urin miteinander verglichen. So könnte das aufgenommene Selen auch zunächst in die organischen Selenspeicher gelangen und demzufolge nur das überflüssige Selen im Harn erscheinen. Für weitere Experimente in diese Richtung ist die Selenmessung im 24-Stunden-Urin und in mehreren, über den Tag hinweg gewonnenen Blutproben zu empfehlen, da Messungen im Blut und Urin sonst nur Momentanaufnahmen darstellen. Die Hauptmotivation dieser Promotionsarbeit war der Nachweis, dass die optimierte Methode der Spektrofluorimetrie zur genauen Messung des Selengehaltes in Urinproben geeignet ist. Da von Kindern leichter Urin als Blut abgenommen werden kann, ist eine solche Selenmessung in Urin generell von Vorteil. Mit diesem Nachweis ist die Voraussetzung geschaffen, weitergehende epidemiologische Untersuchungen durchzuführen. Im Ausblick auf zukünftige epidemiologische Untersuchungen könnten die Proben mit wenig Aufwand gewonnen werden und es wären auch mehr Probanden zur Teilnahme bereit. Da die wichtige Frage nach der Aussagefähigkeit der Selenkonzentration im Urin in Bezug zum Selen-Gesamtkörperstatus in dieser Arbeit nicht hinreichend geklärt werden konnte, müssen zunächst weitergehende einschlägige Untersuchungen zu dieser wichtigen Fragestellung durchgeführt werden.
Das Spurenelement Selen hat in den vergangenen Jahren zunehmend an klinischer Relevanz gewonnen, da einige Krankheiten mit einem Selenmangel in Verbindung gebracht werden konnten. Um den Selenstatus eines Individuums erfassen zu können und gegebenenfalls eine Selen-Substitution einzuleiten, bedarf es einer Methode, die genau, einfach und im klinischen Alltag einsetzbar ist. Die bislang üblichen Verfahren der AAS sind relativ teuer bei der Geräteanschaffung und im Vergleich zu der hier vorgestellten optimierten spektrofluorimetrischen Methode ungenauer. Das derzeit genaueste Verfahren zur quantitativen Selenbestimmung, die NAA, ist aufgrund des immensen zeitlichen Aufwands und hoher Kosten für die klinische Routine ungeeignet. In dieser Arbeit wurde die erstmals von Koh und Benson [56] beschriebene spektrofluorimetrische Methode zur Selenbestimmung so modifiziert und optimiert, dass eine für die klinische Selenbestimmung biologischer Proben geeignete, genaue Methode resultierte. Das zur Bestimmung eingesetzte Volumen an Serum konnte gegenüber dem von Koh und Benson [56] beschriebenen Verfahren um mehr als die Hälfte reduziert werden. Außerdem wurden in dieser Arbeit nur 400 µL einer Selen-Standardprobe im Gegensatz zu dem von Koh und Benson [56] eingesetzten 1 mL verwendet. Durch das geringere Probenvolumen war 1 mL der Säuremischung zum Aufschluss der Proben ausreichend. Die Schritte der Inkubation wurden verkürzt und mittels eines Heizblocks dahingehend vereinfacht, dass Inkubationen im Wasserbad überflüssig waren. Unnötige Wartezeiten durch Vorheizen des Heizblocks wurden ausgelassen. Außerdem wurde die Temperatur auf 190 °C reduziert, weil sie für den Probenaufschluss ausreichend war. Da bei dieser Temperatur die Teflon-beschichteten Deckel der Probenröhrchen geschont wurden, konnten sie für mehrere Versuchsreihen eingesetzt werden. Dies führte zu einer weiteren Kosteneinsparung. Bei der Zugabe von rauchender Salzsäure zu den Proben wurden potenzielle Selenverluste durch Ausspülen der Deckel vermieden. Die Reduktion erfolgte mit offenen Probenröhrchen, was zusätzlich das Abrauchen von überschüssiger Salpetersäure bewirkte. Die Waschvorgänge der DAN-Lösung konnten auf 3 Durchgänge reduziert werden, da sich die Ergebnisse gut mit den Resultaten decken, die man mit den von Koh und Benson [56] verwendeten 4 Waschvorgängen erhielt. Die in der Literatur widersprüchlich diskutierte Frage eines pH-Wert-Einflusses auf die Piazselenolbildung wurde auch für die hier beschriebene Methode erörtert. In Übereinstimmung mit Koh und Benson [56] wurde auch bei der optimierten Methode keine Einstellung des pH-Wertes vorgenommen. Im Gegensatz zu der von Koh und Benson [56] beschriebenen Methode erfolgte in dem hier beschriebenen Verfahren die Zugabe von Cyclohexan zur Extraktion erst nach der Piazselenolbildung, da dadurch die Werte der Standardabweichung erheblich gesenkt werden konnten. Die weitere Optimierung des Extraktionsprozesses beinhaltete den zusätzlichen Gebrauch eines Vibrofix. Entgegen der von Koh und Benson [56] postulierten Unabhängigkeit des Piazselenols gegenüber Lichteinwirkung, ergaben die Untersuchungen zur Lichtempfindlichkeit in dieser Arbeit, dass das Piazselenol direkter Lichteinwirkung nicht ausgesetzt werden sollte. Aus diesem Grund empfiehlt es sich auch, die spektrofluorimetrische Messung derselben Probe nur ein Mal durchzuführen. Die Einstellungen des Perkin-Elmer Modells zur spektrofluorimetrischen Messung erwiesen sich als optimal bei einer Spaltbreite für die Excitation von 2,5 nm, einer Spaltbreite für die Emission von 10 nm, 364 nm für die Excitation, 520 nm für die Emission und einer Integrationszeit von 1 Sekunde. Die Versuche zur Validierung zeigten, dass die hier beschriebene Methode eine zuverlässige und gut reproduzierbare Bestimmung der Selenkonzentration ermöglicht, deren Ergebnisse gut mit denen von standardisierten Referenzsubstanzen übereinstimmen. Ein Selenverlust tritt nicht auf; zu den Proben zugesetztes Selen wird vollständig nachgewiesen. Auch in organischen Verbindungen gebundenes Selen kann gänzlich aus den Verbindungen gelöst und nachgewiesen werden.
Purpose
Knowledge on Ruxolitinib exposure in patients with graft versus host disease (GvHD) is scarce. The purpose of this prospective study was to analyze Ruxolitinib concentrations of GvHD patients and to investigate effects of CYP3A4 and CYP2C9 inhibitors and other covariates as well as concentration-dependent effects.
Methods
262 blood samples of 29 patients with acute or chronic GvHD who were administered Ruxolitinib during clinical routine were analyzed. A population pharmacokinetic model obtained from myelofibrosis patients was adapted to our population and was used to identify relevant pharmacokinetic properties and covariates on drug exposure. Relationships between Ruxolitinib exposure and adverse events were assessed.
Results
Median of individual mean trough serum concentrations was 39.9 ng/mL at 10 mg twice daily (IQR 27.1 ng/mL, range 5.6-99.8 ng/mL). Applying a population pharmacokinetic model revealed that concentrations in our cohort were significantly higher compared to myelofibrosis patients receiving the same daily dose (p < 0.001). Increased Ruxolitinib exposure was caused by a significant reduction in Ruxolitinib clearance by approximately 50%. Additional comedication with at least one strong CYP3A4 or CYP2C9 inhibitor led to a further reduction by 15% (p < 0.05). No other covariate affected pharmacokinetics significantly. Mean trough concentrations of patients requiring dose reduction related to adverse events were significantly elevated (p < 0.05).
Conclusion
Ruxolitinib exposure is increased in GvHD patients in comparison to myelofibrosis patients due to reduced clearance and comedication with CYP3A4 or CYP2C9 inhibitors. Elevated Ruxolitinib trough concentrations might be a surrogate for toxicity.
Das pleiotrope Zytokin TNF (tumor necrosis factor) kann an den TNF-Rezeptor 1 (TNFR1) und den TNF-Rezeptor 2 (TNFR2) binden und mit deren Hilfe seine biologischen Funktionen über verschiedene Signalwege, wie z.B. NFB- und MAPK-Aktivierung bzw. Apop¬toseinduktion, vermitteln. In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung des TNFR2 zur proteasomalen Degradation des Adaterproteins TRAF2 führt und dadurch die TNFR1-induzierte Apoptose verstärkt wird. TWEAK (tumor necrosis like weak inducer of apoptosis), das ebenfalls der TNF-Ligandenfamilie angehört und die Interaktion mit dessen Rezeptor Fn14 (fibroblast growth factor-inducible 14), der wie der TNFR2 zur Untergruppe der TRAF-bindenden Rezeptoren der TNF-Rezeptorfamilie gehört, zeigten in verschiedenen Arbeiten auch eine TRAF2-degradierende Wirkung. In der vorliegenden Arbeit konnte nun gezeigt werden, dass dies auch im Falle des TWEAK/Fn14-Systems mit einem verstärkenden Effekt auf die TNFR1-vermittelte Apoptose einhergeht. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass TWEAK zusätzlich auch die TNFR1-induzierte Nekrose verstärkt, die den Zelltod durch andere Mechanismen als bei der Apoptose induziert. Von anderen Arbeiten unserer Gruppe war bekannt, dass lösliches TWEAK (sTWEAK) und membranständiges TWEAK (mTWEAK) bezüglich der TRAF2-Depletion wirkungs¬gleich sind. Da der apoptotische Fn14-TNFR1-„crosstalk“ auf der Depletion von TRAF2-Komplexen beruht wurden auch keine signifikanten Unterschiede zwischen sTWEAK und mTWEAK in Bezug auf die Verstärkung der TNFR1-induzierten Apoptose beobachtet. Interessanter¬weise zeigte sich in der vorliegenden Arbeit jedoch, dass sTWEAK den klassischen NFB-Signalweg gar nicht bzw. nur schwach aktiviert, wohingegen mTWEAK diesen stark induziert. Bei der Aktivierung des alternativen NFB-Signalweges hingegen ließen sich keine Unterschiede zwischen sTWEAK und mTWEAK erkennen. Die Aktivierung eines Signalweges wird also durch die Oligomerisierung des Liganden nicht moduliert, demgegenüber aber erwies sich die Aktivierung eines anderen Signalweges als stark abhängig von der Liganden-Oligomerisierung. Vor dem Hintergrund, dass das Adapterprotein TRAF1 (TNF-receptor-associated factor 1) Heterotrimere mit TRAF2 bildet, wurde weiterhin untersucht, ob dieses Molekül einen Einfluss auf die Aktivität der TWEAK-induzierten Signalwege hat. Tatsächlich zeigte sich in TRAF1-exprimie¬renden Zellen eine Verstärkung der TWEAK-induzierten Aktivierung des klassischen NFB-Signalweges Zukünftige Studien müssen nun aufklären, inwieweit die hier gefundenen Mecha-nismen das Zusammenspiel von TNF und TWEAK in vivo bestimmen.
With the exception of a few signaling incompetent decoy receptors, the receptors of the tumor necrosis factor receptor superfamily (TNFRSF) are signaling competent and engage in signaling pathways resulting in inflammation, proliferation, differentiation, and cell migration and also in cell death induction. TNFRSF receptors (TNFRs) become activated by ligands of the TNF superfamily (TNFSF). TNFSF ligands (TNFLs) occur as trimeric type II transmembrane proteins but often also as soluble ligand trimers released from the membrane-bound form by proteolysis. The signaling competent TNFRs are efficiently activated by the membrane-bound TNFLs. The latter recruit three TNFR molecules, but there is growing evidence that this is not sufficient to trigger all aspects of TNFR signaling; rather, the formed trimeric TNFL–TNFR complexes have to cluster secondarily in the cell-to-cell contact zone for full TNFR activation. With respect to their response to soluble ligand trimers, the signaling competent TNFRs can be subdivided into two groups. TNFRs of one group, designated as category I TNFRs, are robustly activated by soluble ligand trimers. The receptors of a second group (category II TNFRs), however, failed to become properly activated by soluble ligand trimers despite high affinity binding. The limited responsiveness of category II TNFRs to soluble TNFLs can be overcome by physical linkage of two or more soluble ligand trimers or, alternatively, by anchoring the soluble ligand molecules to the cell surface or extracellular matrix. This suggests that category II TNFRs have a limited ability to promote clustering of trimeric TNFL–TNFR complexes outside the context of cell–cell contacts. In this review, we will focus on three aspects on the relevance of receptor oligomerization for TNFR signaling: (i) the structural factors which promote clustering of free and liganded TNFRs, (ii) the signaling pathway specificity of the receptor oligomerization requirement, and (iii) the consequences for the design and development of TNFR agonists.
TNFR1 is a crucial regulator of NF‐ĸB‐mediated proinflammatory cell survival responses and programmed cell death (PCD). Deregulation of TNFα‐ and TNFR1‐controlled NF‐ĸB signaling underlies major diseases, like cancer, inflammation, and autoimmune diseases. Therefore, although being routinely used, antagonists of TNFα might also affect TNFR2‐mediated processes, so that alternative approaches to directly antagonize TNFR1 are beneficial. Here, we apply quantitative single‐molecule localization microscopy (SMLM) of TNFR1 in physiologic cellular settings to validate and characterize TNFR1 inhibitory substances, exemplified by the recently described TNFR1 antagonist zafirlukast. Treatment of TNFR1‐mEos2 reconstituted TNFR1/2 knockout mouse embryonic fibroblasts (MEFs) with zafirlukast inhibited both ligand‐independent preligand assembly domain (PLAD)‐mediated TNFR1 dimerization as well as TNFα‐induced TNFR1 oligomerization. In addition, zafirlukast‐mediated inhibition of TNFR1 clustering was accompanied by deregulation of acute and prolonged NF‐ĸB signaling in reconstituted TNFR1‐mEos2 MEFs and human cervical carcinoma cells. These findings reveal the necessity of PLAD‐mediated, ligand‐independent TNFR1 dimerization for NF‐ĸB activation, highlight the PLAD as central regulator of TNFα‐induced TNFR1 oligomerization, and demonstrate that TNFR1‐mEos2 MEFs can be used to investigate TNFR1‐antagonizing compounds employing single‐molecule quantification and functional NF‐ĸB assays at physiologic conditions.