32470
2023
eng
295-306
1
97
article
1
--
--
--
Genotoxicity of pyrrolizidine alkaloids in metabolically inactive human cervical cancer HeLa cells co-cultured with human hepatoma HepG2 cells
Pyrrolizidine alkaloids (PAs) are secondary plant metabolites, which can be found as contaminant in various foods and herbal products. Several PAs can cause hepatotoxicity and liver cancer via damaging hepatic sinusoidal endothelial cells (HSECs) after hepatic metabolization. HSECs themselves do not express the required metabolic enzymes for activation of PAs. Here we applied a co-culture model to mimic the in vivo hepatic environment and to study PA-induced effects on not metabolically active neighbour cells. In this co-culture model, bioactivation of PA was enabled by metabolically capable human hepatoma cells HepG2, which excrete the toxic and mutagenic pyrrole metabolites. The human cervical epithelial HeLa cells tagged with H2B-GFP were utilized as non-metabolically active neighbours because they can be identified easily based on their green fluorescence in the co-culture. The PAs europine, riddelliine and lasiocarpine induced micronuclei in HepG2 cells, and in HeLa H2B-GFP cells co-cultured with HepG2 cells, but not in HeLa H2B-GFP cells cultured alone. Metabolic inhibition of cytochrome P450 enzymes with ketoconazole abrogated micronucleus formation. The efflux transporter inhibitors verapamil and benzbromarone reduced micronucleus formation in the co-culture model. Furthermore, mitotic disturbances as an additional genotoxic mechanism of action were observed in HepG2 cells and in HeLa H2B-GFP cells co-cultured with HepG2 cells, but not in HeLa H2B-GFP cells cultured alone. Overall, we were able to show that PAs were activated by HepG2 cells and the metabolites induced genomic damage in co-cultured HeLa cells.
Archives of Toxicology
10.1007/s00204-022-03394-z
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@articleHadi.2023, author = Hadi, Naji Said Aboud and Bankoglu, Ezgi Eyluel and Stopper, Helga, year = 2023, title = Genotoxicity of pyrrolizidine alkaloids in metabolically inactive human cervical cancer HeLa cells co-cultured with human hepatoma HepG2 cells, pages = 295–306, volume = 97, number = 1, journal = Archives of toxicology, doi = 10.1007/s00204-022-03394-z
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Naji Said Aboud Hadi
Ezgi Eyluel Bankoglu
Helga Stopper
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co-culture
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cytochrome P450s
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membrane transporters
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pyrrolizidine alkaloids
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/32470/s00204-022-03394-z.pdf
32469
2022
eng
1423-1435
5
96
article
1
--
--
--
Assessment of aromatic amides in printed food contact materials: analysis of potential cleavage to primary aromatic amines during simulated passage through the gastrointestinal tract
Recent analyses conducted by German official food control reported detection of the aromatic amides N-(2,4-dimethylphenyl)acetamide (NDPA), N-acetoacetyl-m-xylidine (NAAX) and 3-hydroxy-2-naphthanilide (Naphthol AS) in cold water extracts from certain food contact materials made from paper or cardboard, including paper straws, paper napkins, and cupcake liners. Because aromatic amides may be cleaved to potentially genotoxic primary amines upon oral intake, these findings raise concern that transfer of NDPA, NAAX and Naphthol AS from food contact materials into food may present a risk to human health. The aim of the present work was to assess the stability of NDPA, NAAX and Naphthol AS and potential cleavage to 2,4-dimethylaniline (2,4-DMA) and aniline during simulated passage through the gastrointestinal tract using static in vitro digestion models. Using the digestion model established by the National Institute for Public Health and the Environment (RIVM, Bilthoven, NL) and a protocol recommended by the European Food Safety Authority, potential hydrolysis of the aromatic amides to the respective aromatic amines was assessed by LC–MS/MS following incubation of the aromatic amides with digestive fluid simulants. Time-dependent hydrolysis of NDPA and NAAX resulting in formation of the primary aromatic amine 2,4-DMA was consistently observed in both models. The highest rate of cleavage of NDPA and NAAX was recorded following 4 h incubation with 0.07 M HCl as gastric-juice simulant, and amounted to 0.21% and 0.053%, respectively. Incubation of Naphthol AS with digestive fluid simulants did not give rise to an increase in the concentration of aniline above the background that resulted from the presence of aniline as an impurity of the test compound. Considering the lack of evidence for aniline formation from Naphthol AS and the extremely low rate of hydrolysis of the amide bonds of NDPA and NAAX during simulated passage through the gastrointestinal tract that gives rise to only very minor amounts of the potentially mutagenic and/or carcinogenic aromatic amine 2,4-DMA, risk assessment based on assumption of 100% cleavage to the primary aromatic amines would appear to overestimate health risks related to the presence of aromatic amides in food contact materials.
Archives of Toxicology
10.1007/s00204-022-03254-w
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@articleBittner.2022, author = Bittner, Nataly and Boon, Andy and Delbanco, Evert H. and Walter, Christof and Mally, Angela, year = 2022, title = Assessment of aromatic amides in printed food contact materials: analysis of potential cleavage to primary aromatic amines during simulated passage through the gastrointestinal tract, pages = 1423–1435, volume = 96, number = 5, journal = Archives of toxicology, doi = 10.1007/s00204-022-03254-w
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Nataly Bittner
Andy Boon
Evert H. Delbanco
Christof Walter
Angela Mally
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aromatic amides
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primary aromatic amine
eng
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food contact materials
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simulated digestion
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/32469/s00204-022-03254-w.pdf
34902
2024
deu
doctoralthesis
1
2024-02-05
--
2023-11-20
Kardiotoxizität von CTRPs und das Vorkommen der CTRP-Rezeptoren in Kardiomyozyten
Cardiotoxicity of CTRPs and the presence of CTRP receptors in cardiomyocytes
Die C1q/tumor necrosis factor-related proteins (CTRPs) sind eine Ligandenfamilie aus sezernierten Plasmaproteinen, welche sich in ihrem Grundbauplan ähneln.
Daten aus der Literatur deuten darauf hin, dass sie zum Teil positive Effekte auf den Stoffwechsel und das Herz-Kreislaufsystem besitzen und somit eine mögliche therapeutische Zielstruktur darstellen. Während für manche CTRPs bereits Rezeptoren identifiziert werden konnten, ist für andere immer noch nicht geklärt, an welche Rezeptoren sie binden oder über welche sie diese Wirkungen erzielen. Um die CTRPs zukünftig therapeutisch nutzen zu können, muss die Wirkung der CTRPs auf verschiedene Zellen weiter analysiert werden. Dafür wurden in dieser Arbeit Zellen, auf die Expression bereits bekannter CTRP-Rezeptoren hin, untersucht. Des Weiteren wurden die durch CTRP2, CTRP3, CTRP4, CTRP9A, CTRP10, CTRP11, CTRP13 und CTRP14 induzierten Änderungen in der ATP- und Laktatproduktion als Surrogatparameter für Kardiotoxizität in den Kardiomyozytenzelllinien H9c2 und AC16 getestet, um potenziell kardiotoxische Wirkungen frühzeitig erkennen zu können. Es konnte gezeigt werden, dass die CTRPs sicher für Kardiomyozyten zu sein scheinen, was eine wichtige Grundlage für die therapeutische Nutzbarkeit darstellt.
C1q/tumor necrosis factor-related proteins (CTRPs) are a ligand family of secreted plasma proteins that are similar in their basic structure.
Literature on the subject indicate that some of them have positive effects on the metabolism and the cardiovascular system and therefore represent a potential therapeutic target structure. While some receptors have already been identified for some CTRPs, for others it is still not clear which receptors they bind to or through which they achieve these effects. In order to be able to use the CTRPs therapeutically in the future, the effect of the CTRPs on different cells must be further analyzed. For that cells were examined in this study for the expression of already known CTRP receptors. Furthermore, CTRP2, CTRP3, CTRP4, CTRP9A, CTRP10, CTRP11, CTRP13 and CTRP14 were tested in the cardiomyocyte cell lines H9c2 and AC16 with respect to their effect on production of ATP and lactate as surrogate parameters for cardiotoxicity in order to be able to recognize potentially cardiotoxic effects at an early stage. It was shown that the CTRPs appear to be safe for cardiomyocytes, which is an important basis for therapeutic utility.
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10.25972/OPUS-34902
publish
X 130906
Deutsches Urheberrecht
Daniela Horn
deu
swd
Herzmuskelzelle
deu
swd
Zelllinie
deu
uncontrolled
CTRP
eng
uncontrolled
C1q/tumor necrosis factor-related proteins
deu
uncontrolled
Kardiomyozyten
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/34902/Horn_Daniela_CTRPs.pdf
30448
2023
eng
2
13
article
1
--
2023-01-30
--
Role of non-structural sugar metabolism in regulating tuber dormancy in white yam (Dioscorea rotundata)
Changes in sugar composition occur continuously in plant tissues at different developmental stages. Tuber dormancy induction, stability, and breaking are very critical developmental transitions in yam crop production. Prolonged tuber dormancy after physiological maturity has constituted a great challenge in yam genetic improvement and productivity. In the present study, biochemical profiling of non-structural sugar in yam tubers during dormancy was performed to determine the role of non-structural sugar in yam tuber dormancy regulation. Two genotypes of the white yam species, one local genotype (Obiaoturugo) and one improved genotype (TDr1100873), were used for this study. Tubers were sampled at 42, 56, 87, 101, 115, and 143 days after physiological maturity (DAPM). Obiaoturugo exhibited a short dormant phenotype and sprouted at 101-DAPM, whereas TDr1100873 exhibited a long dormant phenotype and sprouted at 143-DAPM. Significant metabolic changes were observed in non-structural sugar parameters, dry matter, and moisture content in Obiaoturugo from 56-DAPM, whereas in TDr1100873, significant metabolic changes were observed from 101-DAPM. It was observed that the onset of these metabolic changes occurred at a point when the tubers of both genotypes exhibited a dry matter content of 60%, indicating that a dry matter content of 60% might be a critical threshold for white yam tuber sprouting. Non-reducing sugars increased by 9–10-fold during sprouting in both genotypes, which indicates their key role in tuber dormancy regulation in white yam. This result implicates that some key sugar metabolites can be targeted for dormancy manipulation of the yam crop.
Agriculture
2077-0472
10.3390/agriculture13020343
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Agriculture (2023) 13:2, 343. https://doi.org/10.3390/agriculture13020343
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Jeremiah S. Nwogha
Wosene G. Abtew
Muthurajan Raveendran
Happiness O. Oselebe
Jude E. Obidiegwu
Cynthia A. Chilaka
Damodarasamy D. Amirtham
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uncontrolled
sugars
eng
uncontrolled
metabolism
eng
uncontrolled
yam
eng
uncontrolled
tuber
eng
uncontrolled
genotypes
eng
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dormancy
eng
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regulation
Landwirtschaft und verwandte Bereiche
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/30448/agriculture-13-00343-v3.pdf
25151
2023
deu
doctoralthesis
1
2021-12-15
--
2021-12-01
Biochemische und strukturbiologische Charakterisierung der Inhibition der Pyridoxal 5´-Phosphat Phosphatase durch 7,8-Dihydroxyflavon
Biochemical and structural characterization of pyridoxal 5´-phosphate phosphatase inhibitor 7,8-dihydroxyflavone
Die Pyridoxal-5‘-Phosphat Phosphatase (PDXP), auch bekannt als Chronophin (CIN), ist eine HAD-Phosphatase, die beim Menschen ubiquitär exprimiert wird und eine entscheidende Rolle im zellulären Vitamin-B6-Metabolismus einnimmt. PDXP ist in der Lage Pyridoxal-5‘-Phosphat (PLP), die co-enzymatisch aktive Form von Vitamin B6, zu dephosphorylieren. In-vivo Studien mit Mäusen zeigten, dass die Abwesenheit von PDXP mit verbesserten kognitiven Leistungen und einem verringerten Wachstum von Hirntumoren assoziiert ist. Dies begründet die gezielte Suche nach einem pharmakologischen Inhibitor für PDXP. Ein Hochdurchsatz-Screen legte nahe, dass 7,8-Dihydroxyflavon (7,8-DHF) hierfür ein potenzieller Kandidat ist. Zahlreiche Studien beschreiben bereits vielfältige positive neurologische Effekte nach in-vivo Administration von 7,8-DHF, allerdings bleibt der genaue Wirkmechanismus umstritten und wird bis dato nicht mit PDXP in Zusammenhang gebracht. Ziel dieser Arbeit ist es, die Inhibition von PDXP durch 7,8-DHF näher zu charakterisieren und damit einen Beitrag zur Beantwortung der Frage zu leisten, ob PDXP an den 7,8-DHF-induzierten Effekten beteiligt ist.
Hierzu wurde der Effekt von 7,8-DHF auf die enzymatische Aktivität von rekombinant hergestelltem, gereinigtem PDXP in in-vitro Phosphatase-Assays charakterisiert. Um die Selektivität von 7,8-DHF gegenüber PDXP zu untersuchen, wurden fünf weitere HAD-Phosphatasen getestet. Unter den analysierten Phosphatasen zeigte einzig die dem PDXP nah verwandte Phosphoglykolat Phosphatase (PGP) eine geringer ausgeprägte Sensitivität gegen 7,8-DHF. Ein Vergleich von 7,8-DHF mit sechs strukturell verwandten, hydroxylierten Flavonen zeigte, dass 7,8-DHF unter den getesteten Substanzen die höchste Potenz und Effektivität aufwies. Außerdem wurde eine Co-Kristallisation von PDXP mit 7,8-DHF durchgeführt, deren Struktur bis zu einer Auflösung von 2,0 Å verfeinert werden konnte. Die in der Kristallstruktur identifizierte Bindungsstelle von 7,8-DHF an PDXP wurde mittels verschiedener, neu generierter PDXP-Mutanten enzymkinetisch bestätigt. Zusammenfassend zeigen die hier beschriebenen Ergebnisse, dass 7,8-DHF ein direkter, selektiver und vorwiegend kompetitiver Inhibitor der PDXP-Aktivität ist, mit einer IC50 im submikromolaren Bereich.
Die Ergebnisse dieser in-vitro Untersuchungen motivieren zu weiterer Forschung bezüglich der 7,8-DHF-vermittelten Inhibition der PDXP-Aktivität in Zellen, um die Frage beantworten zu können, ob PDXP auch in-vivo ein relevantes Target für 7,8-DHF darstellt.
Pyridoxal 5'-phosphate phosphatase (PDXP, also known as chronophin, CIN), is a ubiquitously expressed HAD-phosphatase. PDXP is known to dephosphorylate pyridoxal-5'-phosphate (PLP), the biologically active form of vitamin B6 that is one of the most versatile cofactors found in nature. In-vivo studies revealed improved cognition and impaired glial tumor growth with mice absent of PDXP, and caused the search for a pharmacological inhibitor of PDXP. The result of a high-throughput screen suggested that 7,8-dihydroxyflavone (7,8-DHF) is a suitable candidate for this. Interestingly, numerous scientific studies highlighted diverse positive neurological effects after administration of 7,8-DHF to mice, however, the precise mode of action remains disputed, and at this date is unrelated to PDXP. The aim of this work is to characterize the inhibition of PDXP by 7,8-DHF. This approach is a first step to determine whether 7,8-DHF may indeed exert some of its neurological effects via PDXP inhibition.
For this purpose, the effect of 7,8-DHF on the enzymatic activity of recombinantly expressed and purified PDXP was characterized in in-vitro phosphatase assays. To investigate the selectivity of 7,8-DHF on PDXP, five additional HAD phosphatases were tested. Among the phosphatases analyzed, only the phosphoglycolate phosphatase (PGP), closely related to PDXP, showed a less pronounced sensitivity to 7,8-DHF. A comparison of 7,8-DHF with six structurally related, hydroxylated flavones showed that 7,8-DHF had the highest potency and effectiveness among the substances tested. In addition, a co-crystallization of PDXP with 7,8-DHF was carried out. The resulting co-crystal structure could be resolved and refined to a resolution of 2.0 Å. The binding site of the ligand to the enzyme identified in the crystal structure was confirmed via activity-based assays using various newly generated PDXP mutants. In summary, the results described here show that 7,8-DHF is a direct, selective, and predominantly competitive inhibitor of PDXP activity with an IC50 in the submicromolar range.
The results of these in-vitro studies motivate further research into the 7,8-DHF-mediated inhibition of PDXP activity in cells to be able to answer the question of whether PDXP is also a relevant target for 7,8-DHF in-vivo.
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10.25972/OPUS-25151
publish
X 130805
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Christoph Zink
deu
swd
Pyridoxalphosphat
deu
uncontrolled
Pyridoxalphosphat Phosphatase
deu
uncontrolled
PDXP
deu
uncontrolled
7,8-Dihydroxyflavon
eng
uncontrolled
7,8-dihydroxyflavone
deu
uncontrolled
Chronophin
eng
uncontrolled
Pyridoxal phosphate phosphatase
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/25151/Zink_Christoph_PDXP-Inhibitor.pdf
21655
2023
deu
doctoralthesis
1
2020-11-14
--
2020-10-22
Untersuchung des Einflusses der ERK1/2-Autophosphorylierung an Threonin 188 auf Mausherzen mittels transgener Mäuse mit ubiquitärer Überexpression von ERK2\(^{T188D}\)
Study on the effects of autophosphorylation of ERK1/2 at threonine 188 on murine hearts by means of transgenic mice ubiquitiously overexpressing ERK2\(^{T188D}\)
Die ERK2Thr188-Autophosphoylierung stellt einen regulatorischen Signalweg dar, der infolge einer hypertrophen Stimulation die kardiale Hypertrophie begünstigt. Eine Hemmung dieser Phosphorylierung in Kardiomyozyten verhindert die Ausbildung der kardialen Hypertrophie ohne Beeinflussung der kardioprotektiven Funktionen von ERK1/2. Demgegenüber führt die dauerhafte Simulation zu einem gain-of-function-Phänotypen mit ausgeprägter Hypertophie, Fibrose und einer reduzierten Herzfunktion. In dieser Arbeit wurde die dauerhafte Simulation ERK2Thr188-Phosphorylierung (T188D) in einem Mausmodell mit ubiquitärer Expression dieser Mutation untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich nach Stimulation durch TAC in diesen Tieren ein etwas stärkerer hypertropher Phänotyp mit vergrößerten Kardiomyozyten, gesteigerter interstitieller Fibrosierung und reduzierter Herzfunktion ausbildet als in Mäusen mit kardiomyozyten-spezifischer Überexpression diese Mutante. In Fibroblasten- und VSMC-Zelllinien wurde eine gesteigerte Proliferation der T188D-überexprimierenden Zellen im Vergleich zu Kontrollen festgestellt. Somit scheint die ERK2Thr188-Phosphorylierung auch in kardialen Nicht-Myozyten einen maladaptiven Einfluss auf das Herz auszuüben.
Autophosphorylation of ERK2 on threonine 188 is a regulatory signaling pathway facilitating cardiac hypertrophy due to a hypertrophic stimulation. The formation of cardiac hypertrophy can be impaired by inhibition of the phosphorylation without interfering with the cardioprotective functions of ERK1/2. In contrast, permanent stimulation of ERK2Thr188 phosphorylation leads to a gain-of-function phenotype with distinct hypertrophy fibrosis and a reduced cardiac function. Here, we examined a murine model with ubiquitous overexpression of ERK2Thr188 phosphorylation (T188D). We point out that mice showed an increased hypertrophic phenotype with augmented cardiomyocytes, enhanced interstitial fibrosis and reduced cardiac function in response to TAC compared to mice with overexpression of this mutant limited to cardiomyocytes. Fibroblasts and vascular smooth muscle cells overexpressing T188D showed an enhanced proliferation compared to controls. Taken together, the phosphorylation of ERK2 on threonine 188 exerts a maladaptive influence on non-myocytes in the heart as well.
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10.25972/OPUS-21655
publish
X 130686
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Nenad Eppli
deu
swd
Herzhypertrophie
eng
uncontrolled
cardiac hypertrophy
deu
uncontrolled
ERK1/2-Autophosphorylierung
eng
uncontrolled
autophosphorylation of ERK1/2
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/21655/Eppli_Nenad_ERK2-T188D.pdf
29041
2022
eng
20
23
article
1
--
2022-10-13
--
Genotype complements the phenotype: identification of the pathogenicity of an LMNA splice variant by nanopore long-read sequencing in a large DCM family
Dilated cardiomyopathy (DCM) is a common cause of heart failure (HF) and is of familial origin in 20–40% of cases. Genetic testing by next-generation sequencing (NGS) has yielded a definite diagnosis in many cases; however, some remain elusive. In this study, we used a combination of NGS, human-induced pluripotent-stem-cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs) and nanopore long-read sequencing to identify the causal variant in a multi-generational pedigree of DCM. A four-generation family with familial DCM was investigated. Next-generation sequencing (NGS) was performed on 22 family members. Skin biopsies from two affected family members were used to generate iPSCs, which were then differentiated into iPSC-CMs. Short-read RNA sequencing was used for the evaluation of the target gene expression, and long-read RNA nanopore sequencing was used to evaluate the relevance of the splice variants. The pedigree suggested a highly penetrant, autosomal dominant mode of inheritance. The phenotype of the family was suggestive of laminopathy, but previous genetic testing using both Sanger and panel sequencing only yielded conflicting evidence for LMNA p.R644C (rs142000963), which was not fully segregated. By re-sequencing four additional affected family members, further non-coding LMNA variants could be detected: rs149339264, rs199686967, rs201379016, and rs794728589. To explore the roles of these variants, iPSC-CMs were generated. RNA sequencing showed the LMNA expression levels to be significantly lower in the iPSC-CMs of the LMNA variant carriers. We demonstrated a dysregulated sarcomeric structure and altered calcium homeostasis in the iPSC-CMs of the LMNA variant carriers. Using targeted nanopore long-read sequencing, we revealed the biological significance of the variant c.356+1G>A, which generates a novel 5′ splice site in exon 1 of the cardiac isomer of LMNA, causing a nonsense mRNA product with almost complete RNA decay and haploinsufficiency. Using novel molecular analysis and nanopore technology, we demonstrated the pathogenesis of the rs794728589 (c.356+1G>A) splice variant in LMNA. This study highlights the importance of precise diagnostics in the clinical management and workup of cardiomyopathies.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms232012230
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International Journal of Molecular Sciences (2022) 23:20, 12230. https://doi.org/10.3390/ijms232012230
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Farbod Sedaghat-Hamedani
Sabine Rebs
Elham Kayvanpour
Chenchen Zhu
Ali Amr
Marion Müller
Jan Haas
Jingyan Wu
Lars M. Steinmetz
Philipp Ehlermann
Katrin Streckfuss-Bömeke
Norbert Frey
Benjamin Meder
eng
uncontrolled
familial DCM
eng
uncontrolled
laminopathy
eng
uncontrolled
long-read sequencing
eng
uncontrolled
nanopore
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uncontrolled
induced pluripotent stem cell cardiomyocytes
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/29041/ijms-23-12230-v2.pdf
30413
2023
eng
2
11
article
1
--
2023-02-14
--
Complement 1q/tumor necrosis factor-related proteins (CTRPs): structure, receptors and signaling
Adiponectin and the other 15 members of the complement 1q (C1q)/tumor necrosis factor (TNF)-related protein (CTRP) family are secreted proteins composed of an N-terminal variable domain followed by a stalk region and a characteristic C-terminal trimerizing globular C1q (gC1q) domain originally identified in the subunits of the complement protein C1q. We performed a basic PubMed literature search for articles mentioning the various CTRPs or their receptors in the abstract or title. In this narrative review, we briefly summarize the biology of CTRPs and focus then on the structure, receptors and major signaling pathways of CTRPs. Analyses of CTRP knockout mice and CTRP transgenic mice gave overwhelming evidence for the relevance of the anti-inflammatory and insulin-sensitizing effects of CTRPs in autoimmune diseases, obesity, atherosclerosis and cardiac dysfunction. CTRPs form homo- and heterotypic trimers and oligomers which can have different activities. The receptors of some CTRPs are unknown and some receptors are redundantly targeted by several CTRPs. The way in which CTRPs activate their receptors to trigger downstream signaling pathways is largely unknown. CTRPs and their receptors are considered as promising therapeutic targets but their translational usage is still hampered by the limited knowledge of CTRP redundancy and CTRP signal transduction.
Biomedicines
2227-9059
10.3390/biomedicines11020559
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2023-03-14T05:54:24+00:00
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Biomedicines (2023) 11:2, 559. https://doi.org/10.3390/biomedicines11020559
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Constanze Schanbacher
Heike M. Hermanns
Kristina Lorenz
Harald Wajant
Isabell Lang
eng
uncontrolled
adiponectin
eng
uncontrolled
AMPK
eng
uncontrolled
C1q/TNF related protein (CTRP)
eng
uncontrolled
inflammation
eng
uncontrolled
metabolism
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Abteilung für Molekulare Innere Medizin (in der Medizinischen Klinik und Poliklinik II)
Medizinische Klinik und Poliklinik II
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/30413/biomedicines-11-00559-v2.pdf
28827
2022
eng
18
23
article
1
--
2022-09-08
--
Fluorescence spectroscopy of low-level endogenous β-adrenergic receptor expression at the plasma membrane of differentiating human iPSC-derived cardiomyocytes
The potential of human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs) to be differentiated into cardiomyocytes (CMs) mimicking adult CMs functional morphology, marker genes and signaling characteristics has been investigated since over a decade. The evolution of the membrane localization of CM-specific G protein-coupled receptors throughout differentiation has received, however, only limited attention to date. We employ here advanced fluorescent spectroscopy, namely linescan Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS), to observe how the plasma membrane abundance of the β\(_1\)- and β\(_2\)-adrenergic receptors (β\(_{1/2}\)-ARs), labelled using a bright and photostable fluorescent antagonist, evolves during the long-term monolayer culture of hiPSC-derived CMs. We compare it to the kinetics of observed mRNA levels in wildtype (WT) hiPSCs and in two CRISPR/Cas9 knock-in clones. We conduct these observations against the backdrop of our recent report of cell-to-cell expression variability, as well as of the subcellular localization heterogeneity of β-ARs in adult CMs.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms231810405
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2022-10-06T14:32:13+00:00
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Philipp Gmach
Marc Bathe-Peters
Narasimha Telugu
Duncan C. Miller
Paolo Annibale
eng
uncontrolled
GPCR
eng
uncontrolled
β-adrenergic receptors
eng
uncontrolled
hiPSC-CM
eng
uncontrolled
cardiomyocyte
eng
uncontrolled
fluorescence correlation spectroscopy
eng
uncontrolled
FCS
eng
uncontrolled
fluorescence
eng
uncontrolled
CRISPR/Cas9
eng
uncontrolled
differentiation
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28827/ijms-23-10405-v3.pdf
28598
2022
eng
16
23
article
1
--
2022-08-13
--
Oxidative stress and DNA damage in peripheral blood mononuclear cells from normal, obese, prediabetic and diabetic persons exposed to thyroid hormone in vitro
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.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms23169072
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2022-09-07T15:18:37+00:00
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International Journal of Molecular Sciences (2022) 23:16, 9072. https://doi.org/10.3390/ijms23169072
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Ninoslav Djelić
Sunčica Borozan
Vesna Dimitrijević-Srećković
Nevena Pajović
Milorad Mirilović
Helga Stopper
Zoran Stanimirović
eng
uncontrolled
diabetes
eng
uncontrolled
oxidative stress
eng
uncontrolled
DNA damage
eng
uncontrolled
lymphocytes
eng
uncontrolled
thyroid hormone
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28598/ijms-23-09072.pdf
28858
2023
eng
doctoralthesis
1
2022-10-09
--
2022-07-28
Modulation of parathyroid hormone 1 receptor (PTH1R) signaling by receptor activity-modifying proteins (RAMPs)
Regulierung der Signalübertragung des Parathormon 1-Rezeptors (PTH1R) durch Rezeptoraktivitäts-modifizierende Proteine (RAMPs)
The receptor activity-modifying proteins (RAMPs) are ubiquitously expressed membrane proteins that interact with several G protein-coupled receptors (GPCRs), the largest and pharmacologically most important family of cell surface receptors. RAMPs can regulate GPCR function in terms of ligand-binding, G-protein coupling, downstream signaling, trafficking, and recycling. The integrity of their interactions translates to many physiological functions or pathological conditions.
Regardless of numerous reports on its essential importance for cell biology and pivotal role in (patho-)physiology, the molecular mechanism of how RAMPs modulate GPCR activation remained largely elusive.
This work presents new insights that add to the common understanding of the allosteric regulation of receptor activation and will help interpret how accessory proteins - RAMPs - modulate activation dynamics and how this affects the fundamental aspects of cellular signaling. Using a prototypical class B GPCR, the parathyroid hormone 1 receptor (PTH1R) in the form of advanced genetically encoded optical biosensors, I examined RAMP's impact on the PTH1R activation and signaling in intact cells. A panel of single-cell FRET and confocal microscopy experiments as well canonical and non-canonical functional assays were performed to get a holistic picture of the signaling initiation and transduction of that clinically and therapeutically relevant GPCR. Finally, structural modeling was performed to add molecular mechanistic details to that novel art of modulation.
I describe here that RAMP2 acts as a specific allosteric modulator of PTH1R, shifting PTH1R to a unique pre-activated state that permits faster activation in a ligand-specific manner. Moreover, RAMP2 modulates PTH1R downstream signaling in an agonist-dependent manner, most notably increasing the PTH-mediated Gi3 signaling sensitivity and kinetics of cAMP accumulation. Additionally, RAMP2 increases PTH- and PTHrP-triggered β-arrestin2 recruitment to PTH1R and modulates cytosolic ERK1/2 phosphorylation. Structural homology modeling shows that structural motifs governing GPCR-RAMP interaction originate in allosteric hotspots and rationalize functional modulation. Moreover, to interpret the broader role of RAMP's modulation in GPCRs pharmacology, different fluorescent tools to investigate RAMP's spatial organization were developed, and novel conformational biosensors for class B GPCRs were engineered. Lastly, a high throughput assay is proposed and prototyped to expand the repertoire of RAMPs or other membrane protein interactors.
These data uncover the critical role of RAMPs in GPCR activation and signaling and set up a novel platform for studying GPCR modulation. Furthermore, these insights may provide a new venue for precise modulation of GPCR
function and advanced drug design.
G Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) bilden die größte und pharmakologisch wichtigste Familie von
Zelloberflächenrezeptoren, die zahlreiche (patho-)physiologische Prozesse im menschlichen Körper steuern. GPCRs
übertragen während des Rezeptoraktivierungsprozesses extrazelluläre Signale in das Zellinnere, wo durch die
extrazelluläre Stimulation Konformationsänderungen des Rezeptorkerns auslöst und die Bindung intrazellulärer
Bindungspartner – G Proteine, G Protein-gekoppelte Rezeptorkinase und Arrestine - ermöglicht. Es handelt sich
also um einen kritischen Prozess in der Signaltransduktion, der durch einige endogene Moleküle wie Ionen, Lipide
oder andere Proteine moduliert werden kann und Auswirkungen auf nachgeschaltete Signalkaskaden hat.
GPCRs bilden gewebeabhängige Oligomere mit ihren interagierenden Partnern, Rezeptor-Aktivitäts-modifizierende
Proteinen (RAMPs), ubiquitär exprimierten Membranproteinen. Bekannt ist, dass sie die Ligandenbindung, die G-
Protein-Kopplung, die nachgeschaltete Signalisierung, das Trafficking und das Recycling einiger GPCRs modulieren.
Ihre Rolle im kritischsten Prozess der Signaltransduktion - der Rezeptoraktivierung - wurde jedoch nur begrenzt
erforscht.
Anhand des physiologisch und therapeutisch wichtigen Parathormon-Rezeptors (PTH1R), einem GPCR der Klasse B,
wurden die Modulationseffekte von RAMPs auf den Prozess der Rezeptoraktivierung und ihre Folgen für die
nachgeschaltete Signalübertragung analysiert. Hierzu wurden verschiedene optische Biosensoren zur Messung der
Aktivierung des PTH1R und seiner Signalkaskade entwickelt und in verschiedenen Versuchsanordnungen
eingesetzt, mit dem Ziel einen holistischen Blick auf die Interaktion zwischen PTH1R und RAMPs und ihre
funktionellen Auswirkungen zu erhalten.
Die Interaktion zwischen PTH1R und RAMPs erwies sich als besonders ausgeprägt für RAMP2, und RAMP2 zeigte
eine spezifische allosterische Modulation der PTH1R-Konformation, sowohl im basalen als auch im Liganden-
aktivierten Zustand. Ein einzigartiger voraktivierter oder (meta-stabiler) Zustand ermöglichte eine schnellere
Rezeptoraktivierung auf Liganden-spezifische Weise. Außerdem beeinflusste RAMP2 die G Protein- und Nicht-G
Protein-vermittelte Signalübertragung indem es die PTH-vermittelte Gi3-Signalempfindlichkeit und die Kinetik der
cAMP-Akkumulation modulierte. Weiterhin erhöhte RAMP2 die Menge der β-Arrestin2-Rekrutierung an PTH1R auf
Liganden-spezifische Weise. Dies könnte mit einer erhöhten zytosolischen ERK-Menge zusammenhängen, die hat
sich von der nukleären ERK-Phosphorylierung unterscheidet. Um einen molekularen Mechanismus für die
vorgestellten Ergebnisse vorzuschlagen, wurden mehrere strukturelle Modelle entwickelt und analysiert.
Diese Arbeit liefert den Beweis, dass RAMP die GPCR-Aktivierung mit funktionellen Auswirkungen auf die zelluläre
Signalübertragung reguliert. Die Ergebnisse sollten im Zusammenhang mit zellspezifischen Koexpressionsmustern
interpretiert werden und können zur Entwicklung von fortschrittlichen Therapeutika positiv beitragen. Da GPCRs
praktisch alle Zellfunktionen koordinieren und seit jeher wichtigen Angriffspunkten für Medikamente sind, tragen
die vorgestellten Erkenntnisse zum universellen Verständnis der molekularen Mechanismen bei, die den
menschlichen Körper orchestrieren.
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10.25972/OPUS-28858
Max Delbrück Center for Molecular Medicine
publish
X 130652
CC BY-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Katarina Nemec
deu
swd
G-Protein gekoppelter Rezeptor
eng
uncontrolled
GPCR
eng
uncontrolled
RAMP
eng
uncontrolled
PTH1R
eng
uncontrolled
FRET
eng
uncontrolled
BRET
eng
uncontrolled
pharmacology
deu
swd
Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer
deu
uncontrolled
Förster Resonanz Energie Transfer
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28858/Nemec_Katarina_Thesis.pdf
28399
2022
eng
2
23
article
1
--
2022-01-09
--
ERK1/2 activity is critical for the outcome of ischemic stroke
Ischemic disorders are the leading cause of death worldwide. The extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) are thought to affect the outcome of ischemic stroke. However, it is under debate whether activation or inhibition of ERK1/2 is beneficial. In this study, we report that the ubiquitous overexpression of wild-type ERK2 in mice (ERK2\(^{wt}\)) is detrimental after transient occlusion of the middle cerebral artery (tMCAO), as it led to a massive increase in infarct volume and neurological deficits by increasing blood–brain barrier (BBB) leakiness, inflammation, and the number of apoptotic neurons. To compare ERK1/2 activation and inhibition side-by-side, we also used mice with ubiquitous overexpression of the Raf-kinase inhibitor protein (RKIP\(^{wt}\)) and its phosphorylation-deficient mutant RKIP\(^{S153A}\), known inhibitors of the ERK1/2 signaling cascade. RKIP\(^{wt}\) and RKIP\(^{S153A}\) attenuated ischemia-induced damages, in particular via anti-inflammatory signaling. Taken together, our data suggest that stimulation of the Raf/MEK/ERK1/2-cascade is severely detrimental and its inhibition is rather protective. Thus, a tight control of the ERK1/2 signaling is essential for the outcome in response to ischemic stroke.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms23020706
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2022-09-03T13:22:35+00:00
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International Journal of Molecular Sciences (2022) 23:2, 706. https://doi.org/10.3390/ijms23020706
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Constanze Schanbacher
Michael Bieber
Yvonne Reinders
Deya Cherpokova
Christina Teichert
Bernhard Nieswandt
Albert Sickmann
Christoph Kleinschnitz
Friederike Langhauser
Kristina Lorenz
eng
uncontrolled
ERK1/2
eng
uncontrolled
tMCAO
eng
uncontrolled
ischemic stroke
eng
uncontrolled
RKIP
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Neurologische Klinik und Poliklinik
Rudolf-Virchow-Zentrum
Institut für Experimentelle Biomedizin
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28399/ijms-23-00706.pdf
28422
2021
eng
24
22
article
1
--
2021-12-14
--
Zebrafish embryos and larvae as alternative animal models for toxicity testing
Prerequisite to any biological laboratory assay employing living animals is consideration about its necessity, feasibility, ethics and the potential harm caused during an experiment. The imperative of these thoughts has led to the formulation of the 3R-principle, which today is a pivotal scientific standard of animal experimentation worldwide. The rising amount of laboratory investigations utilizing living animals throughout the last decades, either for regulatory concerns or for basic science, demands the development of alternative methods in accordance with 3R to help reduce experiments in mammals. This demand has resulted in investigation of additional vertebrate species displaying favourable biological properties. One prominent species among these is the zebrafish (Danio rerio), as these small laboratory ray-finned fish are well established in science today and feature outstanding biological characteristics. In this review, we highlight the advantages and general prerequisites of zebrafish embryos and larvae before free-feeding stages for toxicological testing, with a particular focus on cardio-, neuro, hepato- and nephrotoxicity. Furthermore, we discuss toxicokinetics, current advances in utilizing zebrafish for organ toxicity testing and highlight how advanced laboratory methods (such as automation, advanced imaging and genetic techniques) can refine future toxicological studies in this species.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms222413417
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2022-09-03T17:09:49+00:00
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International Journal of Molecular Sciences (2021) 22:24, 13417. https://doi.org/10.3390/ijms222413417
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Benedikt Bauer
Angela Mally
Daniel Liedtke
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uncontrolled
danio rerio
eng
uncontrolled
alternative methods
eng
uncontrolled
organ toxicity
eng
uncontrolled
3R
eng
uncontrolled
transgenic animals
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Institut für Humangenetik
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28422/ijms-22-13417.pdf
28444
2021
eng
23
22
article
1
--
2021-11-30
--
Identification of SCN5a p.C335R variant in a large family with dilated cardiomyopathy and conduction disease
Introduction: Familial dilated cardiomyopathy (DCM) is clinically variable and has been associated with mutations in more than 50 genes. Rapid improvements in DNA sequencing have led to the identification of diverse rare variants with unknown significance (VUS), which underlines the importance of functional analyses. In this study, by investigating human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), we evaluated the pathogenicity of the p.C335R sodium voltage-gated channel alpha subunit 5 (SCN5a) variant in a large family with familial DCM and conduction disease. Methods: A four-generation family with autosomal dominant familial DCM was investigated. Next-generation sequencing (NGS) was performed in all 16 family members. Clinical deep phenotyping, including endomyocardial biopsy, was performed. Skin biopsies from two patients and one healthy family member were used to generate human-induced pluripotent stem cells (iPSCs), which were then differentiated into cardiomyocytes. Patch-clamp analysis with Xenopus oocytes and iPSC-CMs were performed. Results: A SCN5a variant (c.1003T>C; p.C335R) could be detected in all family members with DCM or conduction disease. A novel truncating TTN variant (p.Ser24998LysfsTer28) could also be identified in two family members with DCM. Family members with the SCN5a variant (p.C335R) showed significantly longer PQ and QRS intervals and lower left ventricular ejection fractions (LV-EF). All four patients who received CRT-D were non-responders. Electrophysiological analysis with Xenopus oocytes showed a loss of function in SCN5a p.C335R. Na\(^+\) channel currents were also reduced in iPSC-CMs from DCM patients. Furthermore, iPSC-CM with compound heterozygosity (SCN5a p.C335R and TTNtv) showed significant dysregulation of sarcomere structures, which may be contributed to the severity of the disease and earlier onset of DCM. Conclusion: The SCN5a p.C335R variant is causing a loss of function of peak INa in patients with DCM and cardiac conduction disease. The co-existence of genetic variants in channels and structural genes (e.g., SCN5a p.C335R and TTNtv) increases the severity of the DCM phenotype.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms222312990
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2022-09-03T23:20:36+00:00
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International Journal of Molecular Sciences (2021) 22:23, 12990. https://doi.org/10.3390/ijms222312990
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Farbod Sedaghat-Hamedani
Sabine Rebs
Ibrahim El-Battrawy
Safak Chasan
Tobias Krause
Jan Haas
Rujia Zhong
Zhenxing Liao
Qiang Xu
Xiaobo Zhou
Ibrahim Akin
Edgar Zitron
Norbert Frey
Katrin Streckfuss-Bömeke
Elham Kayvanpour
eng
uncontrolled
familial DCM
eng
uncontrolled
conduction disease
eng
uncontrolled
SCN5a
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28444/ijms-22-12990-v2.pdf
28588
2021
eng
9
22
article
1
--
2021-05-01
--
Cellular mechanisms of the anti-arrhythmic effect of cardiac PDE2 overexpression
Background: Phosphodiesterases (PDE) critically regulate myocardial cAMP and cGMP levels. PDE2 is stimulated by cGMP to hydrolyze cAMP, mediating a negative crosstalk between both pathways. PDE2 upregulation in heart failure contributes to desensitization to β-adrenergic overstimulation. After isoprenaline (ISO) injections, PDE2 overexpressing mice (PDE2 OE) were protected against ventricular arrhythmia. Here, we investigate the mechanisms underlying the effects of PDE2 OE on susceptibility to arrhythmias. Methods: Cellular arrhythmia, ion currents, and Ca\(^{2+}\)-sparks were assessed in ventricular cardiomyocytes from PDE2 OE and WT littermates. Results: Under basal conditions, action potential (AP) morphology were similar in PDE2 OE and WT. ISO stimulation significantly increased the incidence of afterdepolarizations and spontaneous APs in WT, which was markedly reduced in PDE2 OE. The ISO-induced increase in I\(_{CaL}\) seen in WT was prevented in PDE2 OE. Moreover, the ISO-induced, Epac- and CaMKII-dependent increase in I\(_{NaL}\) and Ca\(^{2+}\)-spark frequency was blunted in PDE2 OE, while the effect of direct Epac activation was similar in both groups. Finally, PDE2 inhibition facilitated arrhythmic events in ex vivo perfused WT hearts after reperfusion injury. Conclusion: Higher PDE2 abundance protects against ISO-induced cardiac arrhythmia by preventing the Epac- and CaMKII-mediated increases of cellular triggers. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-arrhythmic therapeutic strategy in HF.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms22094816
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2022-09-07T09:15:32+00:00
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965286
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Michael Wagner
Mirna S. Sadek
Nataliya Dybkova
Fleur E. Mason
Johann Klehr
Rebecca Firneburg
Eleder Cachorro
Kurt Richter
Erik Klapproth
Stephan R. Kuenzel
Kristina Lorenz
Jordi Heijman
Dobromir Dobrev
Ali El-Armouche
Samuel Sossalla
Susanne Kämmerer
eng
uncontrolled
PDE2
eng
uncontrolled
arrhythmia
eng
uncontrolled
CaMKII
eng
uncontrolled
heart failure
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
OpenAIRE
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28588/ijms-22-04816-v2.pdf
31979
2023
deu
doctoralthesis
1
2023-06-14
--
2023-05-25
Untersuchung der Genotoxizität von Pyrrolizidinalkaloiden \(in\) \(vitro\) am Beispiel von Riddelliin und Lasiocarpin
Investigating the genotoxic potential of pyrrolizidine alkaloids \(in\) \(vitro\) using the example of riddelliin and lasiocarpin
PA sind natürliche Pflanzeninhaltsstoffe, die wegen ihres genotoxischen Potentials bekannt sind. Nach Applikation mikromolarer Konzentrationen können bei in vitro Untersuchungen von Leberzellen chromosomale Schäden detektiert werden. PA stehen im Verdacht nach Aufnahme bei Menschen hepatotoxische und kanzerogene Wirkungen nach sich zu ziehen. In dieser Studie wurden Lasiocarpin und Riddelliin an der humanen Leberkarzinomzelllinie Huh6 auf Genotoxizität getestet. Die ausgewählten Methoden waren der MK-Test, der alkalische und der FPG Comet Assay und die γ-H2AX-Färbung. In den Vorversuchen mit BaP und CPA wurde gezeigt, dass die Zellen durch Prodrugs genotoxisch geschädigt werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Riddelliin und Lasiocarpin im MK-Test eine dosisabhängige, genotoxische Wirkung auf die Huh6 Zellen haben. Der Einfluss von Lasiocarpin war im MK-Test im Vergleich zum Einfluss von Riddelliin bei geringerer Konzentration detektierbar. Nach einer simultanen Behandlung der Huh6 Zellen mit verschiedenen PA kann konkludiert werden, dass keine signifikante Erhöhung an DNA-Schäden im Vergleich zu Behandlungen mit den Einzelsubstanzen festgestellt werden konnte, was möglicherweise auf eine Erschöpfung der metabolischen Kapazität der Zellen zurückzuführen ist. Insgesamt ist es den Ergebnissen zufolge wahrscheinlich, dass die Entstehung von Crosslinks durch Lasiocarpin und Riddelliin eher eine Rolle in der Genotoxizitätsinduktion auf Huh6 Zellen spielen als oxidativer Stress. Doppelstrangbrüche konnten nicht als sicherer Induktor von Genotoxizität identifiziert werden. Die Besonderheiten der Stoffwechselwege einzelner PA und die Spezifizierung einzelner, für die Metabolisierung relevanter Enzyme sollte in Zukunft Gegenstand der Forschung sein, um die kumulativen Wirkungen von PA besser nachzuvollziehen und die für den Menschen entstehenden Risiken durch die Aufnahme von PA konkretisieren zu können.
PA are naturally occurring secondary plant metabolites which are known for their genotoxic potential. In vitro studies can detect chromosomal damage after application of micromolar doses. Notoriously, some PA are suspected to cause hepatotoxicity and carcinogenicity in human beings as well as in animals. In this study the genotoxic effects of Lasiocarpin and Riddelliin were tested on the human hepatoma cell line Huh6. Therefore, the micronucleus test, the alkaline and the FPG Comet Assay and γ-H2AX Assay were performed. The genotoxic potential of these prodrugs on Huh6 cells was proven in preliminary tests with BaP and CPA. In conclusion, the selected PA Riddelliin and Lasiocarpin induced micronuclei in Huh6 cells in a dose-dependent manner. In comparison to Riddelliin, the influence of Lasiocarpin was detectable at lower concentrations in micronucleus test. After the simultaneous treatment with different structure types of PA it can be observed that there is no significant elevation of DNA damage compared to the single substance tests. Possibly the reason for this is a depletion of the metabolic capacity of the Huh6 cells. Overall, according to the findings of the performed toxicological tests with Lasiocarpin and Riddelliin, it is likely that the formation of crosslinks plays a more important role in the induction of genotoxicity on Huh6 cells than oxidative stress. Double-strand breaks could not be identified as a reliable inducer of genotoxicity in this study. The peculiarities of the metabolic pathways of individual PA and the specification of relevant enzymes for metabolization should be subject of future research to create a better understanding of the cumulative effects and the resulting risks to humans from the ingestion of PA.
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10.25972/OPUS-31979
publish
X 130492
CC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Vanessa Magali Ramge
deu
swd
Pyrrolizidinalkaloide
deu
uncontrolled
Lasiocarpin
deu
uncontrolled
Riddelliin
deu
uncontrolled
Huh6
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/31979/Ramge_Vanessa_Magali_Dissertation.pdf
28570
2020
eng
18
21
article
1
--
2020-09-09
--
A multi-endpoint approach to base excision repair incision activity augmented by PARylation and DNA damage levels in mice: impact of sex and age
Investigation of processes that contribute to the maintenance of genomic stability is one crucial factor in the attempt to understand mechanisms that facilitate ageing. The DNA damage response (DDR) and DNA repair mechanisms are crucial to safeguard the integrity of DNA and to prevent accumulation of persistent DNA damage. Among them, base excision repair (BER) plays a decisive role. BER is the major repair pathway for small oxidative base modifications and apurinic/apyrimidinic (AP) sites. We established a highly sensitive non-radioactive assay to measure BER incision activity in murine liver samples. Incision activity can be assessed towards the three DNA lesions 8-oxo-2'-deoxyguanosine (8-oxodG), 5-hydroxy-2'-deoxyuracil (5-OHdU), and an AP site analogue. We applied the established assay to murine livers of adult and old mice of both sexes. Furthermore, poly(ADP-ribosyl)ation (PARylation) was assessed, which is an important determinant in DDR and BER. Additionally, DNA damage levels were measured to examine the overall damage levels. No impact of ageing on the investigated endpoints in liver tissue were found. However, animal sex seems to be a significant impact factor, as evident by sex-dependent alterations in all endpoints investigated. Moreover, our results revealed interrelationships between the investigated endpoints indicative for the synergetic mode of action of the cellular DNA integrity maintaining machinery.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms21186600
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2022-09-06T14:51:51+00:00
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International Journal of Molecular Sciences (2020) 21:18, 6600. https://doi.org/10.3390/ijms21186600
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Nicola Winkelbeiner
Viktoria K. Wandt
Franziska Ebert
Kristina Lossow
Ezgi E. Bankoglu
Maximilian Martin
Aswin Mangerich
Helga Stopper
Julia Bornhorst
Anna P. Kipp
Tanja Schwerdtle
eng
uncontrolled
maintenance of genomic integrity
eng
uncontrolled
ageing
eng
uncontrolled
sex
eng
uncontrolled
DNA damage
eng
uncontrolled
base excision repair (incision activity)
eng
uncontrolled
DNA damage response
eng
uncontrolled
poly(ADP-ribosyl)ation
eng
uncontrolled
liver
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28570/ijms-21-06600-v3.pdf
28510
2020
eng
4
21
article
1
--
2020-02-12
--
Differential signaling profiles of MC4R mutations with three different ligands
The melanocortin 4 receptor (MC4R) is a key player in hypothalamic weight regulation and energy expenditure as part of the leptin–melanocortin pathway. Mutations in this G protein coupled receptor (GPCR) are the most common cause for monogenetic obesity, which appears to be mediated by changes in the anorectic action of MC4R via G\(_S\)-dependent cyclic adenosine-monophosphate (cAMP) signaling as well as other signaling pathways. To study potential bias in the effects of MC4R mutations between the different signaling pathways, we investigated three major MC4R mutations: a G\(_S\) loss-of-function (S127L) and a G\(_S\) gain-of-function mutant (H158R), as well as the most common European single nucleotide polymorphism (V103I). We tested signaling of all four major G protein families plus extracellular regulated kinase (ERK) phosphorylation and β-arrestin2 recruitment, using the two endogenous agonists, α- and β-melanocyte stimulating hormone (MSH), along with a synthetic peptide agonist (NDP-α-MSH). The S127L mutation led to a full loss-of-function in all investigated pathways, whereas V103I and H158R were clearly biased towards the G\(_{q/11}\) pathway when challenged with the endogenous ligands. These results show that MC4R mutations can cause vastly different changes in the various MC4R signaling pathways and highlight the importance of a comprehensive characterization of receptor mutations.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms21041224
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2022-09-05T17:22:44+00:00
sword
swordwue
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abb32803d3b0a5fc8c8725b5d593ab7b
International Journal of Molecular Sciences (2020) 21:4, 1224. https://doi.org/10.3390/ijms21041224
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Sarah Paisdzior
Ioanna Maria Dimitriou
Paul Curtis Schöpe
Paolo Annibale
Patrick Scheerer
Heiko Krude
Martin J. Lohse
Heike Biebermann
Peter Kühnen
eng
uncontrolled
Melanocortin 4 receptor (MC4R)
eng
uncontrolled
Melanocyte stimulating hormones MSH
eng
uncontrolled
G protein coupled receptor (GPCR)
eng
uncontrolled
biased signaling
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28510/ijms-21-01224.pdf
31804
2023
deu
doctoralthesis
1
2023-06-05
--
2023-06-02
Das Adverse Outcome Pathway (AOP) – Konzept als Grundlage für die Entwicklung mechanistischer tierversuchsfreier Ansätze: Eine Fallstudie über Nephrotoxizität initiiert durch rezeptorvermittelte Endozytose und lysosomalen Overload
The Adverse Outcome Pathway (AOP) concept as a framework for the development of mechanistic non-animal approaches: a case study of nephrotoxicity initiated by receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload
Zur Verbesserung der Prüfung und Risikobewertung der zunehmenden Menge von
Chemikalien und Arzneimitteln, gilt es neue Alternativen in Form von in vitro
Prüfmethoden mit mechanistisch relevanten Endpunkten zu finden. Einen solchen
Rahmen bietet das konzeptionelle Konstrukt des Adverse Outcome Pathway (AOP)-
Konzepts. Es erzeugt auf der Basis bestehenden Wissens einen mechanistischen und
kausalen Zusammenhang mit Hilfe von mehreren Schlüsselereignissen (Key Event [KE])
zwischen einem initierenden molekularen Ereignis (Molecular Initiating Event [MIE]) und
einem adversen Effekt (Adverse Outcome [AO]) auf biologischer Ebene. Im Rahmen
dieser Arbeit wurde der AOP „Rezeptorvermittelte Endozytose und lysosomaler
Overload führen zu Nephrotoxizität“ am Zellkulturmodell proximaler Nierentubuluszellen
weiterentwickelt. Es wurden in vitro Assays für die Zelllinien RPTEC/TERT1 (Mensch)
und NRK-52 E (Ratte) für jedes KE etabliert. In dem AOP wird die Initiierung der
Schädigung des Nierengewebes durch rezeptorvermittelte Endozytose der Substanzen
(MIE) mit folgendem lysosomalem Overload (KE 1) und der lysosomalen Membranruptur
(KE 2) beschrieben. Es kommt zur Zellschädigung (KE 3) und endet mit einem Schaden
auf Organebene (AO). Für KE 1 erfolgte die Visualisierung des lysosomal-assoziierten
Membranproteins (lysosomal-associated Membranprotein [LAMP]) und in KE 2 die
Darstellung der Protease Cathepsin D (CTSD) mittels Immunfluoreszenz. Für KE 3
wurden spezifische Toxizitätsdaten der Testsubstanzen mit dem CellTiter-Glo®
Lumineszenz-Zellviabilitätstest generiert. Gewählte Stressoren für den AOP war die
Gruppe der Polymyxin-Antibiotika (Polymyxin B, Colistin, Polymyxin B Nonapeptid), das
Aminoglykosid Gentamicin, das Glykopeptid Vancomycin sowie Cadmiumchlorid. In
Zusammenschau der Ergebnisse der drei KEs war die Rangfolge der Auswirkungen der
drei Polymyxin-Derivate über alle KEs konsistent. Polymyxin B erwies sich als aktivste
Substanz, während Polymyxin B Nonapeptid die geringsten Auswirkungen zeigte. Als
Ausblick in weiterführenden Analysen der Arbeitsgruppe konnten bei Cadmiumchlorid
trotz einer signifikanten Zytotoxizität (KE 3) nur geringe Auswirkungen in der LAMPExpression
(KE 1) aufgezeigt werden. Des Weiteren erfolgte die Erstellung von
Response-Response-Analysen, um mittels vorgeschalteter Schlüsselereignisse
nachfolgende Effekte vorhersagen zu können. Projektpartner der Universität Utrecht
entwickelten darüber hinaus eine quantitative in vitro in vivo Extrapolation (QIVIVE)
mittels eines physiologisch basierten pharmakokinetischen (PBPK) Modells.
To improve testing and risk assessment of the increasing amount of chemicals and drugs, new alternatives of in vitro testing methods with mechanistically relevant endpoints need to be found. The conceptual construct of the Adverse Outcome Pathway (AOP) concept provides such a framework. It generates a mechanistic and causal relationship based on existing knowledge using multiple key events (KE) between an initiating molecular event (MIE) and an adverse outcome (AO) at a biological level. In this work, the AOP "Receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload lead to nephrotoxicity" was further developed using a cell culture model of proximal renal tubular cells. In vitro assays were established for the RPTEC/TERT1 (human) and NRK-52E (rat) cell lines for each KE. In the AOP, initiation of renal tissue damage by receptor-mediated endocytosis of substances (MIE) with subsequent lysosomal overload (KE 1) and lysosomal membrane rupture (KE 2) is described. Cell damage occurs (KE 3) and ends with organ damage (AO). For KE 1, visualization of lysosomal-associated membrane protein (LAMP), and for KE 2, visualization of protease cathepsin D (CTSD) was used by immunofluorescence. For KE 3, specific test substance toxicity data were generated using the CellTiter-Glo® luminescence cell viability assay. Selected stressors for the AOP were polymyxin antibiotics (polymyxin B, colistin, polymyxin B nonapeptide), the aminoglycoside gentamicin, the glycopeptide vancomycin, and cadmium chloride. All results of the three KEs combined, the ranking of the effects of the three polymyxin derivatives was consistent across all KEs. Polymyxin B proved to be the most active compound, while polymyxin B nonapeptide showed the lowest effects. In further analyses of the working group, only minor effects in LAMP expression (KE 1) could be shown with cadmium chloride despite a significant cytotoxicity (KE 3). Furthermore, response-response analyses were performed to predict upstream effects by downstream key events. Project partners from Utrecht University also developed a quantitative in vitro to in vivo extrapolation (QIVIVE) using a physiologically based pharmacokinetic (PBPK) model.
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10.25972/OPUS-31804
publish
X 130481
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Pia Reiser
deu
swd
Nephrotoxizität
deu
swd
Lysosom
deu
swd
Endozytose
eng
uncontrolled
Adverse Outcome Pathway
deu
uncontrolled
rezeptorvermittelte Endozytose
deu
uncontrolled
lysosomaler Overload
deu
uncontrolled
tierversuchsfrei
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/31804/Reiser_Pia_Dissertation.pdf
28516
2019
eng
9
20
article
1
--
2019-05-02
--
How to steer and control ERK and the ERK signaling cascade exemplified by looking at cardiac insufficiency
Mathematical optimization framework allows the identification of certain nodes within a signaling network. In this work, we analyzed the complex extracellular-signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK1/2) cascade in cardiomyocytes using the framework to find efficient adjustment screws for this cascade that is important for cardiomyocyte survival and maladaptive heart muscle growth. We modeled optimal pharmacological intervention points that are beneficial for the heart, but avoid the occurrence of a maladaptive ERK1/2 modification, the autophosphorylation of ERK at threonine 188 (ERK\(^{Thr188}\) phosphorylation), which causes cardiac hypertrophy. For this purpose, a network of a cardiomyocyte that was fitted to experimental data was equipped with external stimuli that model the pharmacological intervention points. Specifically, two situations were considered. In the first one, the cardiomyocyte was driven to a desired expression level with different treatment strategies. These strategies were quantified with respect to beneficial effects and maleficent side effects and then which one is the best treatment strategy was evaluated. In the second situation, it was shown how to model constitutively activated pathways and how to identify drug targets to obtain a desired activity level that is associated with a healthy state and in contrast to the maleficent expression pattern caused by the constitutively activated pathway. An implementation of the algorithms used for the calculations is also presented in this paper, which simplifies the application of the presented framework for drug targeting, optimal drug combinations and the systematic and automatic search for pharmacological intervention points. The codes were designed such that they can be combined with any mathematical model given by ordinary differential equations.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms20092179
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International Journal of Molecular Sciences (2019) 20:9, 2179. https://doi.org/10.3390/ijms20092179
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Tim Breitenbach
Kristina Lorenz
Thomas Dandekar
eng
uncontrolled
optimal pharmacological modulation
eng
uncontrolled
efficient intervention points
eng
uncontrolled
ERK signaling
eng
uncontrolled
optimal treatment strategies
eng
uncontrolled
optimal drug targeting
eng
uncontrolled
optimal drug combination
Biowissenschaften; Biologie
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28516/ijms-20-02179-v3.pdf
22626
2018
eng
15-40
1
92
article
1
2021-02-23
--
--
Exposure assessment of process-related contaminants in food by biomarker monitoring
Exposure assessment is a fundamental part of the risk assessment paradigm, but can often present a number of challenges and uncertainties. This is especially the case for process contaminants formed during the processing, e.g. heating of food, since they are in part highly reactive and/or volatile, thus making exposure assessment by analysing contents in food unreliable. New approaches are therefore required to accurately assess consumer exposure and thus better inform the risk assessment. Such novel approaches may include the use of biomarkers, physiologically based kinetic (PBK) modelling-facilitated reverse dosimetry, and/or duplicate diet studies. This review focuses on the state of the art with respect to the use of biomarkers of exposure for the process contaminants acrylamide, 3-MCPD esters, glycidyl esters, furan and acrolein. From the overview presented, it becomes clear that the field of assessing human exposure to process-related contaminants in food by biomarker monitoring is promising and strongly developing. The current state of the art as well as the existing data gaps and challenges for the future were defined. They include (1) using PBK modelling and duplicate diet studies to establish, preferably in humans, correlations between external exposure and biomarkers; (2) elucidation of the possible endogenous formation of the process-related contaminants and the resulting biomarker levels; (3) the influence of inter-individual variations and how to include that in the biomarker-based exposure predictions; (4) the correction for confounding factors; (5) the value of the different biomarkers in relation to exposure scenario's and risk assessment, and (6) the possibilities of novel methodologies. In spite of these challenges it can be concluded that biomarker-based exposure assessment provides a unique opportunity to more accurately assess consumer exposure to process-related contaminants in food and thus to better inform risk assessment.
Archives of Toxicology
10.1007/s00204-017-2143-2
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Archives of Toxicology (2018) 92:15–40
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Ivonne M. C. M. Rietjens
P. Dussort
Helmut Günther
Paul Hanlon
Hiroshi Honda
Angela Mally
Sue O'Hagan
Gabriele Scholz
Albrecht Seidel
James Swenberg
Justin Teeguarden
Gerhard Eisenbrand
eng
uncontrolled
Dietary process-related contaminants
eng
uncontrolled
Biomarkers
eng
uncontrolled
External exposure assessment
eng
uncontrolled
Physiologically based kinetic models
eng
uncontrolled
Risk assessment
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/22626/exposure.pdf
27061
2022
eng
8
27
article
1
--
2022-04-07
--
A\(_{2A}\) adenosine receptor antagonists: are triazolotriazine and purine scaffolds interchangeable?
The A\(_{2A}\) adenosine receptor (A\(_{2A}\)AR) is one of the four subtypes activated by nucleoside adenosine, and the molecules able to selectively counteract its action are attractive tools for neurodegenerative disorders. In order to find novel A\(_{2A}\)AR ligands, two series of compounds based on purine and triazolotriazine scaffolds were synthesized and tested at ARs. Compound 13 was also tested in an in vitro model of neuroinflammation. Some compounds were found to possess high affinity for A\(_{2A}\)AR, and it was observed that compound 13 exerted anti-inflammatory properties in microglial cells. Molecular modeling studies results were in good agreement with the binding affinity data and underlined that triazolotriazine and purine scaffolds are interchangeable only when 5- and 2-positions of the triazolotriazine moiety (corresponding to the purine 2- and 8-positions) are substituted.
Molecules
1420-3049
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Molecules (2022) 27:8, 2386. https://doi.org/10.3390/molecules27082386
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Andrea Spinaci
Catia Lambertucci
Michela Buccioni
Diego Dal Ben
Claudia Graiff
Maria Cristina Barbalace
Silvana Hrelia
Cristina Angeloni
Seyed Khosrow Tayebati
Massimo Ubaldi
Alessio Masi
Karl-Norbert Klotz
Rosaria Volpini
Gabriella Marucci
eng
uncontrolled
A\(_{2A}\) adenosine receptor antagonist
eng
uncontrolled
purine derivatives
eng
uncontrolled
triazolotriazine derivatives
eng
uncontrolled
anti-Parkinson agents
eng
uncontrolled
anti-inflammatory agents
eng
uncontrolled
molecular modeling
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/27061/molecules-27-02386.pdf
24514
2021
eng
8
13
article
1
--
2021-08-23
--
In vitro and in vivo analysis of ochratoxin A-derived glucuronides and mercapturic acids as biomarkers of exposure
Ochratoxin A (OTA) is a widespread food contaminant, with exposure estimated to range from 0.64 to 17.79 ng/kg body weight (bw) for average consumers and from 2.40 to 51.69 ng/kg bw per day for high consumers. Current exposure estimates are, however, associated with considerable uncertainty. While biomarker-based approaches may contribute to improved exposure assessment, there is yet insufficient data on urinary metabolites of OTA and their relation to external dose to allow reliable estimates of daily intake. This study was designed to assess potential species differences in phase II biotransformation in vitro and to establish a correlation between urinary OTA-derived glucuronides and mercapturic acids and external exposure in rats in vivo. In vitro analyses of OTA metabolism using the liver S9 of rats, humans, rabbits and minipigs confirmed formation of an OTA glucuronide but provided no evidence for the formation of OTA-derived mercapturic acids to support their use as biomarkers. Similarly, OTA-derived mercapturic acids were not detected in urine of rats repeatedly dosed with OTA, while indirect analysis using enzymatic hydrolysis of the urine samples prior to LC–MS/MS established a linear relationship between urinary glucuronide excretion and OTA exposure. These results support OTA-derived glucuronides but not mercapturic acids as metabolites suitable for biomonitoring.
Toxins
2072-6651
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Toxins (2021) 13:8, 587. https://doi.org/10.3390/toxins13080587
QLK1-2001-01614
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Raphael Dekant
Michael Langer
Maria Lupp
Cynthia Adaku Chilaka
Angela Mally
eng
uncontrolled
ochratoxin A
eng
uncontrolled
biomarker of exposure
eng
uncontrolled
glucuronide
eng
uncontrolled
mercapturic acid
eng
uncontrolled
mycotoxin
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
OpenAIRE
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/24514/toxins-13-00587-v2.pdf
27894
2022
eng
7
14
article
1
--
2022-06-29
--
Mycotoxin regulatory status in Africa: a decade of weak institutional efforts
Food safety problems are a major hindrance to achieving food security, trade, and healthy living in Africa. Fungi and their secondary metabolites, known as mycotoxins, represent an important concern in this regard. Attempts such as agricultural, storage, and processing practices, and creation of awareness to tackle the menace of fungi and mycotoxins have yielded measurable outcomes especially in developed countries, where there are comprehensive mycotoxin legislations and enforcement schemes. Conversely, most African countries do not have mycotoxin regulatory limits and even when available, are only applied for international trade. Factors such as food insecurity, public ignorance, climate change, poor infrastructure, poor research funding, incorrect prioritization of resources, and nonchalant attitudes that exist among governmental organisations and other stakeholders further complicate the situation. In the present review, we discuss the status of mycotoxin regulation in Africa, with emphasis on the impact of weak mycotoxin legislations and enforcement on African trade, agriculture, and health. Furthermore, we discuss the factors limiting the establishment and control of mycotoxins in the region.
Toxins
2072-6651
10.3390/toxins14070442
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2022-07-08T13:21:23+00:00
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Toxins (2022) 14:7, 442. https://doi.org/10.3390/toxins14070442
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Cynthia Adaku Chilaka
Jude Ejikeme Obidiegwu
Augusta Chinenye Chilaka
Olusegun Oladimeji Atanda
Angela Mally
eng
uncontrolled
fungi
eng
uncontrolled
mycotoxin
eng
uncontrolled
legislation
eng
uncontrolled
food safety
eng
uncontrolled
food security
Medizin und Gesundheit
Chemische Verfahrenstechnik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/27894/toxins-14-00442.pdf
22729
2018
eng
3713897, 1-7
article
1
2021-02-25
--
--
Association between Comorbidities and Progression of Transvalvular Pressure Gradients in Patients with Moderate and Severe Aortic Valve Stenosis
Background. Fast progression of the transaortic mean gradient (P-mean) is relevant for clinical decision making of valve replacement in patients with moderate and severe aortic stenosis (AS) patients. However, there is currently little knowledge regarding the determinants affecting progression of transvalvular gradient in AS patients. Methods. This monocentric retrospective study included consecutive patients presenting with at least two transthoracic echocardiography examinations covering a time interval of one year or more between April 2006 and February 2016 and diagnosed as moderate or severe aortic stenosis at the final echocardiographic examination. Laboratory parameters, medication, and prevalence of eight known cardiac comorbidities and risk factors (hypertension, diabetes, coronary heart disease, peripheral artery occlusive disease, cerebrovascular disease, renal dysfunction, body mass index >= 30 Kg/m(2), and history of smoking) were analyzed. Patients were divided into slow (P-mean < 5 mmHg/year) or fast (P-mean >= 5 mmHg/year) progression groups. Results. A total of 402 patients (mean age 78 +/- 9.4 years, 58% males) were included in the study. Mean follow-up duration was 3.4 +/- 1.9 years. The average number of cardiac comorbidities and risk factors was 3.1 +/- 1.6. Average number of cardiac comorbidities and risk factors was higher in patients in slow progression group than in fast progression group (3.3 +/- 1.5 vs 2.9 +/- 1.7; P = 0.036). Patients in slow progression group had more often coronary heart disease (49.2% vs 33.6%; P = 0.003) compared to patients in fast progression group. LDL-cholesterol values were lower in the slow progression group (100 +/- 32.6 mg/dl vs 110.8 +/- 36.6 mg/dl; P = 0.005). Conclusion. These findings suggest that disease progression of aortic valve stenosis is faster in patients with fewer cardiac comorbidities and risk factors, especially if they do not have coronary heart disease. Further prospective studies are warranted to investigate the outcome of patients with slow versus fast progression of transvalvular gradient with regards to comorbidities and risk factors.
Cardiology Research and Practice
10.1155/2018/3713897
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publish
Cardiology Research and Practice Volume 2018, Article ID 3713897, 7 pages
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Tim Salinger
Kai Hu
Dan Liu
Scharoch Taleh
Sebastian Herrmann
Daniel Oder
Daniel Gensler
Jonas Müntze
Georg Ertl
Kristina Lorenz
Stefan Frantz
Frank Weidemann
Peter Nordbeck
eng
uncontrolled
Valvular heart-desease
eng
uncontrolled
Prognostic impact
eng
uncontrolled
Risk-factors
eng
uncontrolled
Chronic heart-failure
eng
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Prevalence
eng
uncontrolled
mild
eng
uncontrolled
statins
eng
uncontrolled
therapy
eng
uncontrolled
mortality
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Medizinische Klinik und Poliklinik I
Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI)
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/22729/association_between.pdf
28442
2022
eng
10
23
article
1
--
2022-05-11
--
CARS imaging advances early diagnosis of cardiac manifestation of Fabry disease
Vibrational spectroscopy can detect characteristic biomolecular signatures and thus has the potential to support diagnostics. Fabry disease (FD) is a lipid disorder disease that leads to accumulations of globotriaosylceramide in different organs, including the heart, which is particularly critical for the patient’s prognosis. Effective treatment options are available if initiated at early disease stages, but many patients are late- or under-diagnosed. Since Coherent anti-Stokes Raman (CARS) imaging has a high sensitivity for lipid/protein shifts, we applied CARS as a diagnostic tool to assess cardiac FD manifestation in an FD mouse model. CARS measurements combined with multivariate data analysis, including image preprocessing followed by image clustering and data-driven modeling, allowed for differentiation between FD and control groups. Indeed, CARS identified shifts of lipid/protein content between the two groups in cardiac tissue visually and by subsequent automated bioinformatic discrimination with a mean sensitivity of 90–96%. Of note, this genotype differentiation was successful at a very early time point during disease development when only kidneys are visibly affected by globotriaosylceramide depositions. Altogether, the sensitivity of CARS combined with multivariate analysis allows reliable diagnostic support of early FD organ manifestation and may thus improve diagnosis, prognosis, and possibly therapeutic monitoring of FD.
International Journal of Molecular Sciences
1422-0067
10.3390/ijms23105345
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2022-09-03T22:06:27+00:00
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swordwue
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101016923
International Journal of Molecular Sciences (2022) 23:10, 5345. doi:10.3390/ijms23105345
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Elen Tolstik
Nairveen Ali
Shuxia Guo
Paul Ebersbach
Dorothe Möllmann
Paula Arias-Loza
Johann Dierks
Irina Schuler
Erik Freier
Jörg Debus
Hideo A. Baba
Peter Nordbeck
Thomas Bocklitz
Kristina Lorenz
eng
uncontrolled
coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy
eng
uncontrolled
Raman micro-spectroscopy
eng
uncontrolled
cardiovascular diseases
eng
uncontrolled
Fabry Disease (FD)
eng
uncontrolled
Gb3 and lyso-Gb3 biomarkers
eng
uncontrolled
multivariate data analysis
eng
uncontrolled
immunohistochemistry
Medizin und Gesundheit
open_access
Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Medizinische Klinik und Poliklinik I
OpenAIRE
Import
Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI)
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28442/ijms-23-05345-v2.pdf
27239
2023
deu
doctoralthesis
1
2022-05-17
--
2022-04-27
Charakterisierung pharmakologischer Phosphoglykolatphosphatase-Inhibitoren
Characterization of pharmacological phosphoglycolate phosphatase inhibitors
In dieser Arbeit geht es um die Phosphoglykolatphosphatase (PGP), die als Phosphatase vom Haloazid Dehalogenase-Typ (HAD-Phosphatase) zu der ubiquitär vorkommenden Superfamilie der HAD-Hydrolasen gehört. In der Literatur ist eine in vitro Phosphatase-Aktivität gegenüber 2-Phospho-L-Laktat (2PL), 4-Phospho-D-Erythronat (4PE), Phosphoglykolat (PG) und Glycerol-3-Phosphat (G3P) beschrieben. 2PL und 4PE entstehen in Nebenreaktionen während der Glykolyse und hemmen bei Akkumulation die Glykolyse bzw. den Pentosephosphatweg. PG kann auch in einer Nebenreaktion während der Glykolyse oder im Rahmen der Reparatur von oxidativen DNA-Schäden entstehen. G3P entsteht aus Dihydroxyacetonphosphat und bildet das Kohlenhydratgerüst der Triacylglyceride (TAG). Zelluläre Studien konnten Hinweise auf die Regulierung des epidermalen wachstumsfaktor-(EGF-)induzierten Zytoskelettumbaus durch die PGP liefern und die Untersuchung von Mäusen mit PGP-Inaktivierung zeigte einen Einfluss auf die Zellproliferation und embryonale Entwicklung. Die Regulation der PGP-Expression führte zu Veränderungen im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel.
Die Untersuchung der PGP-Funktionen erfolgte bislang ausschließlich mit genetischen Ansätzen. Aufgrund von möglichen Kompensationsmechanismen und Off-Target-Effekten müssen genetische und pharmakologische Methoden als sich ergänzende Ansätze verstanden werden. Um die Funktionen der PGP besser zu verstehen, fokussiert sich die vorliegende Arbeit auf die gezielte pharmakologische PGP-Inhibition. In Vorarbeiten wurden 41.000 Moleküle gescreent und fünf potentielle Inhibitoren identifiziert. Ziele dieser Arbeit waren zum einen die Implementierung der Inhibitor # 1-Behandlung in der Zellkultur, zum anderen die Charakterisierung der PGP-Hemmung durch Inhibitor # 48 und die Durchführung erster Selektivitätstestungen mit Inhibitor # 48.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass Inhibitor # 1 in der Lage ist, die endogene PGP in Zelllysaten der murinen spermatogonialen Zelllinie (GC1) zu hemmen. Unter bestimmten Bedingungen führte die Inhibitor # 1-Behandlung der GC1-Zellen zur Hemmung der PGP. Erste Analysen zellulärer Inhibitoreffekte konnten eine Steigerung der TAG-Konzentration in behandelten GC1-Zellen nachweisen. Die PGP-Hemmung durch Inhibitor # 48 wurde als unkompetitive Inhibition charakterisiert und es zeigten sich keine relevanten Inhibitoreffekte auf die HAD-Phosphatasen Magnesium-abhängige Phosphatase 1 (MDP1), Lysin-Histidin-Pyrophosphat-Phosphatase (LHPP) und Polynukleotidase 5'-Kinase/3'-Phosphatase (PnkP). Dagegen konnte eine Aktivitätssteigerung von Phospho 2 beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit liefert somit erste Erkenntnisse über die Anwendung des PGP-Inhibitors # 1 in der Zellkultur und schafft die Grundlage für nachfolgende Untersuchungen mit Inhibitor # 48. Weitere Experimente sind notwendig, die die Inhibitorbehandlung in der Zellkultur optimieren und die Selektivität weiter charakterisieren, um mithilfe der Inhibitoren neue Erkenntnisse über die physiologische und pathophysiologische Rolle der PGP gewinnen zu können.
The present thesis describes the analysis of phosphoglycolate phosphatase (PGP), a haloacid dehalogenase (HAD)-type phosphatase of the ubiquitous superfamily of HAD hydrolases. In vitro and in cells, PGP has been described to dephosphorylate 2-phospho-L-lactate (2PL), 4-phospho-D-erythronate (4PE), phosphoglycolate (PG) and glycerol-3-phosphate (G3P). 2PL and 4PE are formed in side reactions by two core glycolytic enzymes and, when they accumulate, inhibit glycolysis or the pentose phosphate pathway, respectively. PG may also be formed in a side reaction during glycolysis or during the repair of oxidative DNA damage. G3P can be generated by glycerol kinase-mediated phosphorylation of glycerol, or by reduction of dihydroxyacetone phosphate. G3P forms the activated backbone of triglycerides. Cellular studies provided evidence for the regulation of epidermal growth factor (EGF) induced cytoskeletal remodeling by PGP, and examination of mice with PGP inactivation revealed its effect on cell proliferation and embryonic development. The experimental deletion or overexpression of PGP in cells, mice and rats resulted in changes in carbohydrate and lipid metabolism.
To date, the study of PGP functions has been conducted exclusively using genetic approaches, and no pharmacological PGP inhibitors have been described so far. The goal of this thesis was to characterize small molecule PGP inhibitors that have previously been identified in the group by high throughput screening. Specifically, the aim of this work was to implement inhibitor # 1 treatment in cell culture and to characterize PGP inhibition by inhibitor # 48 as well as to perform initial selectivity assays with inhibitor # 48.
Inhibitor # 1 is able to inhibit endogenous PGP in cell lysates of the murine spermatogonial cell line (GC1). Under certain conditions, inhibitor # 1 treatment of GC1 cells resulted in inhibition of PGP. Preliminary analyses of cellular inhibitory effects demonstrated an increase in TG levels in treated GC1 cells. Inhibitor # 48 was characterized as an uncompetitive PGP-inhibitor. No relevant inhibitor effects on the HAD phosphatases magnesium-dependent phosphatase-1 (MDP1), phospholysine phosphohistidine inorganic pyrophosphate phosphatase (LHPP) and polynucleotidase 5´-kinase/3´-phosphatase (PnkP) could be detected. In contrast, an increase in the activity of Phospho 2 was observed. The present work thus provides first insights into the application of the PGP inhibitor # 1 in cell culture and lays the foundation for subsequent studies with inhibitor # 48. Further experiments are needed to improve inhibitor treatment in cell culture and to further characterize selectivity in order to gain new insights into the physiological and pathophysiological role of PGP by using the inhibitors.
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10.25972/OPUS-27239
publish
X 130411
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Alexandra Annika Nadine Kaestner
deu
swd
Phosphoglykolatphosphatase
deu
swd
Inhibitor
mul
uncontrolled
Phosphatase
eng
uncontrolled
phosphoglycolatephosphatase
eng
uncontrolled
inhibitor
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/27239/Kaestner_Alexandra_Dissertation.pdf
31057
2023
deu
doctoralthesis
1
2023-03-29
--
2023-03-22
Eine in-vitro-Untersuchung des Einflusses von Angiotensin II und Sulforaphan auf die Modulation des oxidativen Stresses anhand der NFκB- und Nrf 2-Aktivität in LLC-PK1 Zellen
The influence of angiotensin II and sulforaphane on the modulation of oxidative stress in vitro based on NFκB and Nrf 2 activity in LLC-PK 1 cells
Ausgangspunkt der Arbeit ist die klinische Beobachtung, dass Patienten mit arteriellem Hypertonus vermehrt Nierenerkrankungen entwickeln. Dabei zeigten sich in der Subgruppenanalyse vor allem erhöhte Inzidenzen der Niereninsuffizienz und der Nierenzellkarzinome. Als möglicher Pathomechanismus steht das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS-System) im Vordergrund. Dabei wird postuliert, dass erhöhte Angiotensin II-Spiegel zu einem Missverhältnis zwischen den Oxidations- und Reduktionspartnern in der Zelle führen, wodurch sich das oxidative Potential der Zelle ändert, und es vermehrt zur Bildung von Radikalen (ROS) kommt, die meist ungepaarte Elektronen in der Valenzschale oder instabile Verbindungen enthalten, wodurch sie besonders reaktionsfreudig mit Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten und auch der DNA interagieren. In der Folge kommt es zu DNA-Veränderungen in Form von Doppel- oder Einzelstrangbrüchen, DNA-Protein-Crosslinks, Basenmodifikationen und Basenverlusten, wodurch sich ein hohes mutagenes Potential ergibt. Dieser Ansatz zur Pathophysiologie bestätigte sich auch an den hier verwendeten porkinen Nierenzellmodell. Dabei zeigte sich nicht nur eine Veränderung der genomischen Stabilität nach Exposition gegenüber erhöhten Angiotensin II-Spiegeln, sondern auch eine Veränderung der DNA in Abhängigkeit von der Expositionsdauer der Zellen. Als nächster Schritt konnte die Modulation der Transkriptionsfaktoren Nrf 2 und NF-κB durch die Behandlung mit Angiotensin II und Sulforaphan nachgewiesen werden. Bei der Behandlung mit Sulforaphan ließ sich eine Nrf 2-Induktion nachweisen mit vermehrter Expression von antioxidativen und detoxifizierender Enzyme. Weiterhin zeigte sich im Rahmen der Behandlung erniedrigte NF-κB-Level. Bei der Modulation durch Angiotensin II stellte sich zunächst ein signifikant erniedrigtes Level an Nrf 2 in den Zellen dar, das im Verlauf von 24 Stunden anstieg und konsekutiv ließ sich eine maximale Proteinexpression zwischen 24 und 48 Stunden messen. Weiterhin wiesen die Zellen, die mit Angiotensin II behandelt wurden, erhöhte NF-κB Mengen/Zelle auf. Zudem zeigte sich der Einfluss erhöhter Glucosekonzentrationen auf eine progrediente genomischen Instabilität, die Veränderung der Transkriptionsfaktoren mit erhöhter Nrf 2-Induktion und mit Deregulation des Transkriptionsfaktors NF-κB wurde durch die Behandlung mit Sulforaphan nachgewiesen. Aufgrund dieser Rolle in der Tumorgenese sind mittlerweile einige Bestandteile des NF-κB- und des Nrf 2-Signalweges und auch Nrf 2-Aktivatoren wie Sulforaphan wichtige Zielstrukturen für die Entwicklung neuer Medikamente und Therapieoptionen. Besonders zeigt sich hierbei die Wichtigkeit bei Diabetes induzierten kardiovaskulären Folgeschäden mit frühzeitiger medikamentöser Behandlung.
The starting point of this work is the clinical observation that patients with arterial hypertension develop more renal diseases. The subgroup analysis showed an increased incidence of renal insufficiency and renal cell carcinoma. The renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS system) has been implicated as a possible pathomechanism. It is postulated that increased angiotensin II levels lead to a mismatch between the oxidation and reduction partners in the cell, which alters the oxidative potential of the cell and results in increased formation of radicals (ROS), most of which contain unpaired electrons in the valence shell or unstable compounds, making them particularly reactive with proteins, lipids, carbohydrates, and DNA. As a result, DNA changes occur in the form of double or single strand breaks, DNA-protein crosslinks, base modifications, and base losses, resulting in a high mutagenic potential. This approach to pathophysiology was also confirmed in the porky kidney cell model. This showed not only a change in genomic stability after exposure to elevated angiotensin II levels, but also a change in DNA depending on the duration of exposure of the cells. Next, modulation of the Nrf 2 and NF-κB transcription factors by angiotensin II and sulforaphane treatment was demonstrated. Treatment with sulforaphane showed Nrf 2 induction with increased expression of antioxidant and detoxifying enzymes. Furthermore, treatment revealed decreased NF-κB levels. When modulated by angiotensin II, cells initially showed a significantly reduced level of Nrf 2, which increased over the course of 24 hours. In addition, cells treated with angiotensin II demonstrated increased NF-κB levels. Moreover, the influence of increased glucose concentrations on progressive genomic instability, the alteration of transcription factors with increased Nrf 2 induction and with deregulation of the transcription factor NF-κB was demonstrated by treatment with sulforaphane. Because of this role in tumorigenesis, some components of the NF-κB and Nrf 2 signaling pathways, as well as Nrf 2 activators such as sulforaphane, are now important targets for the development of new drugs and therapeutic options. The importance of this is particularly evident in diabetes-induced cardiovascular complications with early drug treatment.
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10.25972/OPUS-31057
publish
X 130410
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Arietta Lucia Lotz
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swd
Oxidativer Stress
deu
swd
Angiotensin II
deu
uncontrolled
Sulforaphan
deu
uncontrolled
Nrf 2
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/31057/Dissertation_Lotz_Arietta.pdf
26218
2022
eng
4
14
article
1
--
2022-02-09
--
Harnessing RKIP to combat heart disease and cancer
Cancer and heart disease are leading causes of morbidity and mortality worldwide. These diseases have common risk factors, common molecular signaling pathways that are central to their pathogenesis, and even some disease phenotypes that are interdependent. Thus, a detailed understanding of common regulators is critical for the development of new and synergistic therapeutic strategies. The Raf kinase inhibitory protein (RKIP) is a regulator of the cellular kinome that functions to maintain cellular robustness and prevent the progression of diseases including heart disease and cancer. Two of the key signaling pathways controlled by RKIP are the β-adrenergic receptor (βAR) signaling to protein kinase A (PKA), particularly in the heart, and the MAP kinase cascade Raf/MEK/ERK1/2 that regulates multiple diseases. The goal of this review is to discuss how we can leverage RKIP to suppress cancer without incurring deleterious effects on the heart. Specifically, we discuss: (1) How RKIP functions to either suppress or activate βAR (PKA) and ERK1/2 signaling; (2) How we can prevent cancer-promoting kinase signaling while at the same time avoiding cardiotoxicity.
Cancers
2072-6694
10.3390/cancers14040867
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2022-03-28T07:40:30+00:00
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swordwue
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Cancers (2022) 14:4, 867. DOI:10.3390/cancers14040867
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Kristina Lorenz
Marsha Rich Rosner
eng
uncontrolled
RKIP
eng
uncontrolled
ERK1/2
eng
uncontrolled
PKA
eng
uncontrolled
βAR
eng
uncontrolled
heart failure
eng
uncontrolled
cancer
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI)
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/26218/cancers-14-00867-v2.pdf
28479
2022
eng
4
article
1
--
2022-04-19
--
Application of the adverse outcome pathway concept to in vitro nephrotoxicity assessment: kidney injury due to receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload as a case study
Application of adverse outcome pathways (AOP) and integration of quantitative in vitro to in vivo extrapolation (QIVIVE) may support the paradigm shift in toxicity testing to move from apical endpoints in test animals to more mechanism-based in vitro assays. Here, we developed an AOP of proximal tubule injury linking a molecular initiating event (MIE) to a cascade of key events (KEs) leading to lysosomal overload and ultimately to cell death. This AOP was used as a case study to adopt the AOP concept for systemic toxicity testing and risk assessment based on in vitro data. In this AOP, nephrotoxicity is thought to result from receptor-mediated endocytosis (MIE) of the chemical stressor, disturbance of lysosomal function (KE1), and lysosomal disruption (KE2) associated with release of reactive oxygen species and cytotoxic lysosomal enzymes that induce cell death (KE3). Based on this mechanistic framework, in vitro readouts reflecting each KE were identified. Utilizing polymyxin antibiotics as chemical stressors for this AOP, the dose-response for each in vitro endpoint was recorded in proximal tubule cells from rat (NRK-52E) and human (RPTEC/TERT1) in order to (1) experimentally support the sequence of key events (KEs), to (2) establish quantitative relationships between KEs as a basis for prediction of downstream KEs based on in vitro data reflecting early KEs and to (3) derive suitable in vitro points of departure for human risk assessment. Time-resolved analysis was used to support the temporal sequence of events within this AOP. Quantitative response-response relationships between KEs established from in vitro data on polymyxin B were successfully used to predict in vitro toxicity of other polymyxin derivatives. Finally, a physiologically based kinetic (PBK) model was utilized to transform in vitro effect concentrations to a human equivalent dose for polymyxin B. The predicted in vivo effective doses were in the range of therapeutic doses known to be associated with a risk for nephrotoxicity. Taken together, these data provide proof-of-concept for the feasibility of in vitro based risk assessment through integration of mechanistic endpoints and reverse toxicokinetic modelling.
Frontiers in Toxicology
2673-3080
10.3389/ftox.2022.864441
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Sebastian Jarzina
Stefano Di Fiore
Bernhard Ellinger
Pia Reiser
Sabrina Frank
Markus Glaser
Jiaqing Wu
Femke J. Taverne
Nynke I. Kramer
Angela Mally
eng
uncontrolled
adverse outcome pathway (AOP)
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uncontrolled
nephrotoxicity
eng
uncontrolled
QIVIVE
eng
uncontrolled
risk assessment
eng
uncontrolled
key event relationship
eng
uncontrolled
In vitro toxicity testing
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28479/ftox-04-864441.pdf
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28479/DataSheet1.pdf
28440
2022
eng
4
article
1
--
2022-06-15
--
Mapping adverse outcome pathways for kidney injury as a basis for the development of mechanism-based animal-sparing approaches to assessment of nephrotoxicity
In line with recent OECD activities on the use of AOPs in developing Integrated Approaches to Testing and Assessment (IATAs), it is expected that systematic mapping of AOPs leading to systemic toxicity may provide a mechanistic framework for the development and implementation of mechanism-based in vitro endpoints. These may form part of an integrated testing strategy to reduce the need for repeated dose toxicity studies. Focusing on kidney and in particular the proximal tubule epithelium as a key target site of chemical-induced injury, the overall aim of this work is to contribute to building a network of AOPs leading to nephrotoxicity. Current mechanistic understanding of kidney injury initiated by 1) inhibition of mitochondrial DNA polymerase γ (mtDNA Polγ), 2) receptor mediated endocytosis and lysosomal overload, and 3) covalent protein binding, which all present fairly well established, common mechanisms by which certain chemicals or drugs may cause nephrotoxicity, is presented and systematically captured in a formal description of AOPs in line with the OECD AOP development programme and in accordance with the harmonized terminology provided by the Collaborative Adverse Outcome Pathway Wiki. The relative level of confidence in the established AOPs is assessed based on evolved Bradford-Hill weight of evidence considerations of biological plausibility, essentiality and empirical support (temporal and dose-response concordance).
Frontiers in Toxicology
2673-3080
10.3389/ftox.2022.863643
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Frontiers in Toxicology (2022): 4:863643. DOI: 10.3389/ftox.2022.863643
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Angela Mally
Sebastian Jarzina
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uncontrolled
adverse outcome pathway
eng
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nephrotoxicity
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protein alkylation
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lysosomal disruption
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mitochondrial DNA polymerase γ
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/28440/ftox-04-863643.pdf
30093
2022
eng
60
article
1
--
--
--
Generation of homozygous Na\(_{v}\)1.8 knock-out iPSC lines by CRISPR Cas9 genome editing to investigate a potential new antiarrhythmic strategy
The sodium channel Na\(_{v}\)1.8, encoded by SCN10A, is reported to contribute to arrhythmogenesis by inducing the late I\(_{Na}\) and thereby enhanced persistent Na\(^{+}\) current. However, its exact electrophysiological role in cardiomyocytes remains unclear. Here, we generated induced pluripotent stem cells (iPSCs) with a homozygous SCN10A knock-out from a healthy iPSC line by CRISPR Cas9 genome editing. The edited iPSCs maintained full pluripotency, genomic integrity, and spontaneous in vitro differentiation capacity. The iPSCs are able to differentiate into iPSC-cardiomyocytes, hence making it possible to investigate the role of Na\(_{v}\)1.8 in the heart.
Stem Cell Research
10.1016/j.scr.2022.102677
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@articleMaurer.2022, author = Maurer, Wiebke and Hartmann, Nico and Argyriou, Loukas and Sossalla, Samuel and Streckfuss-Bömeke, Katrin, year = 2022, title = Generation of homozygous Nav1.8 knock-out iPSC lines by CRISPR Cas9 genome editing to investigate a potential new antiarrhythmic strategy, pages = 102677, volume = 60, journal = Stem cell research, doi = 10.1016/j.scr.2022.102677,
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CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Wiebke Maurer
Nico Hartmann
Loukas Argyriou
Samuel Sossalla
Katrin Streckfuss-Bömeke
eng
uncontrolled
arrhythmogenesis
eng
uncontrolled
cardiomyocytes
eng
uncontrolled
induced pluripotent stem cells
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/30093/Stem_Cell_Maurer.pdf
30092
2022
eng
1
13
article
1
--
--
--
Glycolytic flux control by drugging phosphoglycolate phosphatase
Targeting the intrinsic metabolism of immune or tumor cells is a therapeutic strategy in autoimmunity, chronic inflammation or cancer. Metabolite repair enzymes may represent an alternative target class for selective metabolic inhibition, but pharmacological tools to test this concept are needed. Here, we demonstrate that phosphoglycolate phosphatase (PGP), a prototypical metabolite repair enzyme in glycolysis, is a pharmacologically actionable target. Using a combination of small molecule screening, protein crystallography, molecular dynamics simulations and NMR metabolomics, we discover and analyze a compound (CP1) that inhibits PGP with high selectivity and submicromolar potency. CP1 locks the phosphatase in a catalytically inactive conformation, dampens glycolytic flux, and phenocopies effects of cellular PGP-deficiency. This study provides key insights into effective and precise PGP targeting, at the same time validating an allosteric approach to control glycolysis that could advance discoveries of innovative therapeutic candidates.
Nature Communications
10.1038/s41467-022-34228-2
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@articleJeanclos.2022, author = Jeanclos, Elisabeth and Schlötzer, Jan and Hadamek, Kerstin and Yuan-Chen, Natalia and Alwahsh, Mohammad and Hollmann, Robert and Fratz, Stefanie and Yesilyurt-Gerhards, Dilan and Frankenbach, Tina and Engelmann, Daria and Keller, Angelika and Kaestner, Alexandra and Schmitz, Werner and Neuenschwander, Martin and Hergenröder, Roland and Sotriffer, Christoph and von Kries, Jens Peter and Schindelin, Hermann and Gohla, Antje, year = 2022, title = Glycolytic flux control by drugging phosphoglycolate phosphatase, pages = 6845, volume = 13, number = 1, journal = Nature communications, doi = 10.1038/s41467-022-34228-2,
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2023-01-23T07:21:44+00:00
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Nature Communications 2022, 13(1):6845. DOI: 10.1038/s41467-022-34228-2
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Elisabeth Jeanclos
Jan Schlötzer
Kerstin Hadamek
Natalia Yuan-Chen
Mohammad Alwahsh
Robert Hollmann
Stefanie Fratz
Dilan Yesilyurt-Gerhards
Tina Frankenbach
Daria Engelmann
Angelika Keller
Alexandra Kaestner
Werner Schmitz
Martin Neuenschwander
Roland Hergenröder
Christoph Sotriffer
Jens Peter von Kries
Hermann Schindelin
Antje Gohla
eng
uncontrolled
phosphoglycolate phosphatase
eng
uncontrolled
glycolytic flux control
eng
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intrinsic metabolism
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Rudolf-Virchow-Zentrum
Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/30092/Nature_Communications_Jeanclos.pdf
26205
2022
eng
13
article
1
--
2022-02-22
--
Proteolytic cleavage of the extracellular domain affects signaling of parathyroid hormone 1 receptor
Parathyroid hormone 1 receptor (PTH1R) is a member of the class B family of G protein-coupled receptors, which are characterized by a large extracellular domain required for ligand binding. We have previously shown that the extracellular domain of PTH1R is subject to metalloproteinase cleavage in vivo that is regulated by ligand-induced receptor trafficking and leads to impaired stability of PTH1R. In this work, we localize the cleavage site in the first loop of the extracellular domain using amino-terminal protein sequencing of purified receptor and by mutagenesis studies. We further show, that a receptor mutant not susceptible to proteolytic cleavage exhibits reduced signaling to G\(_s\) and increased activation of G\(_q\) compared to wild-type PTH1R. These findings indicate that the extracellular domain modulates PTH1R signaling specificity, and that its cleavage affects receptor signaling.
Frontiers in Endocrinology
1664-2392
10.3389/fendo.2022.839351
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2022-03-28T07:39:08+00:00
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swordwue
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Frontiers in Endocrinology (2022) 13:839351. doi:10.3389/fendo.2022.839351
232944
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Christoph Klenk
Leif Hommers
Martin J. Lohse
eng
uncontrolled
GPCRs
eng
uncontrolled
parathyroid hormone 1 receptor
eng
uncontrolled
matrix metalloproteinase
eng
uncontrolled
ectodomain cleavage
eng
uncontrolled
biased signaling
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie
Rudolf-Virchow-Zentrum
OpenAIRE
Import
Comprehensive Cancer Center Mainfranken
Förderzeitraum 2022
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/26205/fendo-13-839351.pdf
24937
2022
eng
doctoralthesis
1
2021-11-17
--
2021-10-18
Localization and Trafficking of CXCR4 and CXCR7
Lokalisation und Verteilung von CXCR4 und CXCR7
G protein-coupled receptors (GPCRs) constitute the largest class of membrane proteins, and are the master components that translate extracellular stimulus into intracellular signaling, which in turn modulates key physiological and pathophysiological processes. Research within the last three decades suggests that many GPCRs can form complexes with each other via mechanisms that are yet unexplored. Despite a number of functional evidence in favor of GPCR dimers and oligomers, the existence of such complexes remains controversial, as different methods suggest diverse quaternary organizations for individual receptors. Among various methods, high resolution fluorescence microscopy and imagebased fluorescence spectroscopy are state-of-the-art tools to quantify membrane protein oligomerization with high precision. This thesis work describes the use of single molecule fluorescence microscopy and implementation of two confocal microscopy based fluorescence fluctuation spectroscopy based methods for characterizing the quaternary organization of two class A GPCRs that are important clinical targets: the C-X-C type chemokine receptor 4 (CXCR4) and 7 (CXCR7), or recently named as the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3). The first part of the results describe that CXCR4 protomers are mainly organized as monomeric entities that can form transient dimers at very low expression levels allowing single molecule resolution. The second part describes the establishment and use of spatial and temporal brightness methods that are based on fluorescence fluctuation spectroscopy. Results from this part suggests that ACKR3 forms clusters and surface localized monomers, while CXCR4 forms increasing amount of dimers as a function of receptor density in cells. Moreover, CXCR4 dimerization can be modulated by its ligands as well as receptor conformations in distinct manners. Further results suggest that antagonists of CXCR4 display distinct binding modes, and the binding mode influences the oligomerization and the basal activity of the receptor: While the ligands that bind to a “minor” subpocket suppress both dimerization and constitutive activity, ligands that bind to a distinct, “major” subpocket only act as neutral antagonists on the receptor, and do not modulate neither the quaternary organization nor the basal signaling of CXCR4. Together, these results link CXCR4 dimerization to its density and to its activity, which may represent a new strategy to target CXCR4.
G protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) bilden die größte Klasse der Membranproteine und sind entscheidend an der Übersetzung extrazellulärer Reize in intrazelluläre Signale beteiligt, welche wiederum unzählige physiologische und pathophysiologische Prozesse regulieren. Die Forschungsergebnisse der letzten drei Jahrzehnte deutet darauf hin, dass viele GPCRs mittels noch weitgehend unbekannter Mechanismen miteinander Komplexe bilden können. Trotz vielfältiger Beobachtungen, die für die funktionelle Relevanz von GPCR-Dimeren und -Oligomeren sprechen, ist deren Existenz dennoch weiterhin umstritten, vor allem da verschiedene Methoden auf unterschiedliche quaternäre Anordnungen derselben Rezeptoren hinweisen. Von den derzeit verfügbaren Methoden zur genauen Untersuchung der GPCR Dimerisierung/-Oligomerisierung, stellen die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie sowie die bildbasierte Fluoreszenzspektroskopie die Techniken der Wahl dar. Die hier vorliegende Arbeit beschreibt die Anwendung der Einzelmolekül Fluoreszenzmikroskopie sowie zweier konfokalmikroskopischer
Methoden zur Messung der Fluoreszenzfluktuation, mit deren Hilfe die quaternäre Anordnung zweier klinisch hochattraktiver Klasse A GPCRs untersucht wurde: der C-X-C Typ Chemokinrezeptoren 4 (CXCR4) und 7 (CXCR7), letzterer auch bekannt als atypischer Chemokinrezeptor 3 (ACKR3). Der erste Teil der Ergebnisse legt anhand Untersuchungen an einzelnen Molekülen dar, dass CXCR4 überwiegend in Form monomerer Einheiten auftritt, die bei sehr geringen Expressionsleveln kurzlebige Dimere bilden können. Der zweite Teil beschreibt die Etablierung und Anwendung räumlicher und zeitlicher Brillanzmethoden, die auf der spektroskopischen Untersuchung der Fluoreszenzfluktuation beruhen. Die Ergebnisse dieses Abschnitts deuten darauf hin, dass ACKR3 sowohl in Form beständiger Rezeptor-Cluster, und monomere Einheit an der Oberfläche lebender Zellen auftritt. CXCR4 ist bei zunehmender Rezeptordichte hingegen vermehrt in Form von Dimeren zu finden. Zudem kann die Dimerisierung von CXCR4 von dessen Liganden, als auch von der drei dimensionalen Anordnung der Rezeptorteilstrukturen (Rezeptorkonformation)auf unterschiedliche Weise reguliert werden. Die weiteren Ergebnisse legen nahe, dass Antagonisten auf unterschiedliche Weise an CXCR4 binden können und dass der jeweilige Bindungsmodus entscheidend für den Einfluss des Liganden auf Oligomerisierung und basale Aktivität von CXCR4 ist: Während Liganden, die an eine kleinere Untertasche des Rezeptors binden, sowohl die Dimerisierung als auch die Basalaktivität unterdrücken, fungieren Verbindungen, die an eine andere, größere Untertasche binden, lediglich als neutrale Antagonisten und zeigen keinerlei Einfluss auf die quaternäre Anordnung und basale Aktivität von CXCR4. Zusammenfassend verknüpfen diese Ergebnisse CXCR4-Dimerisierung mit der Rezeptordichte in Zellen und seiner Aktivität, was die Grundlage für neue Strategien zur phamakologischen Modulation von CXCR4 darstellen könnte.
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10.25972/OPUS-24937
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X 130155
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Ali İşbilir
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swd
G-Protein gekoppelter Rezeptor
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uncontrolled
GPCR
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Receptor
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uncontrolled
Chemokine
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uncontrolled
oligomerization
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uncontrolled
CXCR4
Medizin und Gesundheit
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
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27835
2022
deu
doctoralthesis
1
2022-07-05
--
2022-01-11
Einfluss des Gewichtsverlusts auf den oxidativen Stress und den DNS-Schaden in adipösen Patient*innen nach bariatrischer Chirurgie
Influence of bariatric surgery induced weight loss on oxidative stress and DNA damage in obese patients
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.
Obesity is a disease that is linked with a higher risk of cancer among other comorbidities of obese patients. Especially oxidative stress and DNA damage have been shown to play a major role in the pathogenesis of obesity associated cancers. Therefore the aim of this study was to examine the effect of a massive weight loss induced by bariatric surgery on oxidative stress and DNA damage in whole blood samples of obese patients at 6 and 12 month after bariatric surgery. In a subpopulation of the study population a tending decrease in DNA damage in peripheral lymphocytes could be observed. Concerning oxidative stress parameters, determination of ferric-reducing antioxidative power and malondialdehyde levels as a marker for lipidperoxidation were carried out on plasma samples. Furthermore total and oxidised glutathione levels were determined in erythrocytes of patients. In synopsis oxidative stress parameters indicated an initial increase in oxidative stress 6 month after bariatric surgery and a decreasing trend at the end of the study. These findings give hope that obese patients may benefit from a reduced cancer risk through bariatric surgery induced weight loss.
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10.25972/OPUS-27835
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die ursprüngliche Veröffentlichung war am: 09.03.2022
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X 129786
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Alexander Soliman
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Magenchirurgie
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uncontrolled
Adipositas
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Oxidativer Stress
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DNS-Schädigung
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uncontrolled
DNS-Schaden
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bariatrische Chirurgie
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uncontrolled
DNA damage
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uncontrolled
bariatric surgery
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uncontrolled
oxidative stress
Chirurgie und verwandte medizinische Fachrichtungen
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
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21310
2020
eng
9
9
article
1
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2020-09-16
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The Dioscorea genus (yam) — an appraisal of nutritional and therapeutic potentials
The quest for a food secure and safe world has led to continuous effort toward improvements of global food and health systems. While the developed countries seem to have these systems stabilized, some parts of the world still face enormous challenges. Yam (Dioscorea species) is an orphan crop, widely distributed globally; and has contributed enormously to food security especially in sub-Saharan Africa because of its role in providing nutritional benefits and income. Additionally, yam has non-nutritional components called bioactive compounds, which offer numerous health benefits ranging from prevention to treatment of degenerative diseases. Pharmaceutical application of diosgenin and dioscorin, among other compounds isolated from yam, has shown more prospects recently. Despite the benefits embedded in yam, reports on the nutritional and therapeutic potentials of yam have been fragmented and the diversity within the genus has led to much confusion. An overview of the nutritional and health importance of yam will harness the crop to meet its potential towards combating hunger and malnutrition, while improving global health. This review makes a conscious attempt to provide an overview regarding the nutritional, bioactive compositions and therapeutic potentials of yam diversity. Insights on how to increase its utilization for a greater impact are elucidated.
Foods
2304-8158
10.3390/foods9091304
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Jude E. Obidiegwu
Jessica B. Lyons
Cynthia A. Chilaka
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yam
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Dioscorea
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nutritional composition
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uncontrolled
bioactive compounds
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uncontrolled
therapeutic potential
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/21310/foods-09-01304-v2.pdf
21316
2020
eng
18
25
article
1
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2020-09-19
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Adenosine receptor ligands: coumarin−chalcone hybrids as modulating agents on the activity of hARs
Adenosine receptors (ARs) play an important role in neurological and psychiatric disorders such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, epilepsy and schizophrenia. The different subtypes of ARs and the knowledge on their densities and status are important for understanding the mechanisms underlying the pathogenesis of diseases and for developing new therapeutics. Looking for new scaffolds for selective AR ligands, coumarin–chalcone hybrids were synthesized (compounds 1–8) and screened in radioligand binding (hA\(_1\), hA\(_{2A}\) and hA\(_3\)) and adenylyl cyclase (hA\(_{2B}\)) assays in order to evaluate their affinity for the four human AR subtypes (hARs). Coumarin–chalcone hybrid has been established as a new scaffold suitable for the development of potent and selective ligands for hA\(_1\) or hA\(_3\) subtypes. In general, hydroxy-substituted hybrids showed some affinity for the hA\(_1\), while the methoxy counterparts were selective for the hA\(_3\). The most potent hA\(_1\) ligand was compound 7 (K\(_i\) = 17.7 µM), whereas compound 4 was the most potent ligand for hA\(_3\) (K\(_i\) = 2.49 µM). In addition, docking studies with hA\(_1\) and hA\(_3\) homology models were established to analyze the structure–function relationships. Results showed that the different residues located on the protein binding pocket could play an important role in ligand selectivity.
Molecules
1420-3049
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Saleta Vazquez-Rodriguez
Santiago Vilar
Sonja Kachler
Karl-Norbert Klotz
Eugenio Uriarte
Fernanda Borges
Maria João Matos
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coumarin
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chalcone
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neurodegenerative diseases
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adenosine receptors
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uncontrolled
binding affinity
eng
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docking
Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Pharmakologie, Therapeutik
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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Universität Würzburg
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27044
2021
eng
8
7
article
1
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PKA Cα subunit mutation triggers caspase-dependent RIIβ subunit degradation via Ser\(^{114}\) phosphorylation
Mutations in the PRKACA gene are the most frequent cause of cortisol-producing adrenocortical adenomas leading to Cushing’s syndrome. PRKACA encodes for the catalytic subunit α of protein kinase A (PKA). We already showed that PRKACA mutations lead to impairment of regulatory (R) subunit binding. Furthermore, PRKACA mutations are associated with reduced RIIβ protein levels; however, the mechanisms leading to reduced RIIβ levels are presently unknown. Here, we investigate the effects of the most frequent PRKACA mutation, L206R, on regulatory subunit stability. We find that Ser\(^{114}\) phosphorylation of RIIβ is required for its degradation, mediated by caspase 16. Last, we show that the resulting reduction in RIIβ protein levels leads to increased cortisol secretion in adrenocortical cells. These findings reveal the molecular mechanisms and pathophysiological relevance of the R subunit degradation caused by PRKACA mutations, adding another dimension to the deregulation of PKA signaling caused by PRKACA mutations in adrenal Cushing’s syndrome.
Science Advances
10.1126/sciadv.abd4176
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Science Advances (2021) 7:8, abd4176. DOI: 10.1126/sciadv.abd4176
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Isabel Weigand
Cristina L. Ronchi
Jens T. Vanselow
Kerstin Bathon
Kerstin Lenz
Sabine Herterich
Andreas Schlosser
Matthias Kroiss
Martin Fassnacht
Davide Calebiro
Silviu Sbiera
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uncontrolled
mutation triggers
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uncontrolled
phosphorylation
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Medizinische Klinik und Poliklinik I
Rudolf-Virchow-Zentrum
Förderzeitraum 2021
Comprehensive Cancer Center Mainfranken
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/27044/sciadv.abd4176.pdf
26533
2021
eng
3803–3813
12
95
article
1
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Cell survival after DNA damage in the comet assay
The comet assay is widely used in basic research, genotoxicity testing, and human biomonitoring. However, interpretation of the comet assay data might benefit from a better understanding of the future fate of a cell with DNA damage. DNA damage is in principle repairable, or if extensive, can lead to cell death. Here, we have correlated the maximally induced DNA damage with three test substances in TK6 cells with the survival of the cells. For this, we selected hydrogen peroxide (H\(_{2}\)O\(_{2}\)) as an oxidizing agent, methyl methanesulfonate (MMS) as an alkylating agent and etoposide as a topoisomerase II inhibitor. We measured cell viability, cell proliferation, apoptosis, and micronucleus frequency on the following day, in the same cell culture, which had been analyzed in the comet assay. After treatment, a concentration dependent increase in DNA damage and in the percentage of non-vital and apoptotic cells was found for each substance. Values greater than 20-30% DNA in tail caused the death of more than 50% of the cells, with etoposide causing slightly more cell death than H\(_{2}\)O\(_{2}\) or MMS. Despite that, cells seemed to repair of at least some DNA damage within few hours after substance removal. Overall, the reduction of DNA damage over time is due to both DNA repair and death of heavily damaged cells. We recommend that in experiments with induction of DNA damage of more than 20% DNA in tail, survival data for the cells are provided.
Archives of Toxicology
10.1007/s00204-021-03164-3
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Archives of Toxicology 2021, 95(12):3803–3813. DOI: 10.1007/s00204-021-03164-3
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Ezgi Eyluel Bankoglu
Carolin Schuele
Helga Stopper
eng
uncontrolled
Cell death and comet assay
eng
uncontrolled
DNA damage
eng
uncontrolled
DNA repair
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/26533/Bankoglu_Toxicology.pdf
26532
2021
eng
1831–1841
5
95
article
1
--
--
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Effect of cryopreservation on DNA damage and DNA repair activity in human blood samples in the comet assay
The comet assay is a commonly used method to determine DNA damage and repair activity in many types of samples. In recent years, the use of the comet assay in human biomonitoring became highly attractive due to its various modified versions, which may be useful to determine individual susceptibility in blood samples. However, in human biomonitoring studies, working with large sample numbers that are acquired over an extended time period requires some additional considerations. One of the most important issues is the storage of samples and its effect on the outcome of the comet assay. Another important question is the suitability of different blood preparations. In this study, we analysed the effect of cryopreservation on DNA damage and repair activity in human blood samples. In addition, we investigated the suitability of different blood preparations. The alkaline and FPG as well as two different types of repair comet assay and an in vitro hydrogen peroxide challenge were applied. Our results confirmed that cryopreserved blood preparations are suitable for investigating DNA damage in the alkaline and FPG comet assay in whole blood, buffy coat and PBMCs. Ex vivo hydrogen peroxide challenge yielded its optimal effect in isolated PBMCs. The utilised repair comet assay with either UVC or hydrogen peroxide-induced lesions and an aphidicolin block worked well in fresh PBMCs. Cryopreserved PBMCs could not be used immediately after thawing. However, a 16-h recovery with or without mitotic stimulation enabled the application of the repair comet assay, albeit only in a surviving cell fraction.
Archives of Toxicology
10.1007/s00204-021-03012-4
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Ezgi Eyluel Bankoglu
Franzisca Stipp
Johanna Gerber
Florian Seyfried
August Heidland
Udo Bahner
Helga Stopper
eng
uncontrolled
human biomonitoring
eng
uncontrolled
DNA damage
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uncontrolled
DNA repair
eng
uncontrolled
comet assay
eng
uncontrolled
blood samples
Medizin und Gesundheit
open_access
Klinik und Poliklinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Kinderchirurgie (Chirurgische Klinik I)
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/26532/Bankoglu_Archives.pdf
26484
2022
eng
doctoralthesis
1
2022-03-29
--
2022-03-23
Assessment of systemic toxicity in vitro using the Adverse Outcome Pathway (AOP) concept: nephrotoxicity due to receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload and inhibition of mtDNA polymerase-ɣ as case studies
Bewertung der systemischen Toxizität in vitro unter Verwendung des Adverse Outcome Pathway (AOP)-Konzepts: Nephrotoxizität infolge rezeptorvermittelter Endozytose und lysosomaler Überlastung sowie Hemmung der mtDNA-Polymerase-ɣ als Fallstudien
The US National Research Council (NRC) report "Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a strategy (Tox21)", published in 2007, calls for a complete paradigm shift in tox-icity testing. A central aspect of the proposed strategy includes the transition from apical end-points in in vivo studies to more mechanistically based in vitro tests. To support and facilitate the transition and paradigm shift in toxicity testing, the Adverse Outcome Pathway (AOP) concept is widely recognized as a pragmatic tool. As case studies, the AOP concept was ap-plied in this work to develop AOPs for proximal tubule injuries initiated by Receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload and Inhibition of mtDNA polymerase-. These AOPs were used as a mechanistic basis for the development of in vitro assays for each key event (KE). To experimentally support the developed in vitro assays, proximal tubule cells from rat (NRK-52E) and human (RPTEC/TERT1) were treated with model compounds. To measure the dis-turbance of lysosomal function in the AOP – Receptor-mediated endocytosis and lysosomal overload, polymyxin antibiotics (polymyxin B, colistin, polymyxin B nonapeptide) were used as model compounds. Altered expression of lysosomal associated membrane protein 1/2 (LAMP-1/2) (KE1) and cathepsin D release from lysosomes (KE2) were determined by im-munofluorescence, while cytotoxicity (KE3) was measured using the CellTiter-Glo® cell via-bility assay. Importantly, significant differences in polymyxin uptake and susceptibility be-tween cell lines were observed, underlining the importance of in vitro biokinetics to determine an appropriate in vitro point of departure (PoD) for risk assessment. Compared to the in vivo situation, distinct expression of relevant transporters such as megalin and cubilin on mRNA and protein level in the used cell lines (RPTEC/TERT1 and NRK-52E) could not be con-firmed, making integration of quantitative in vitro to in vivo extrapolations (QIVIVE) neces-sary. Integration of QIVIVE by project partners of the University of Utrecht showed an im-provement in the modelled biokinetic data for polymyxin B. To assess the first key event, (KE1) Depletion of mitochondrial DNA, in the AOP – Inhibition of mtDNA polymerase-, a RT-qPCR method was used to determine the mtDNA copy number in cells treated with mod-el compounds (adefovir, cidofovir, tenofovir, adefovir dipivoxil, tenofovir disoproxil fumarate). Mitochondrial toxicity (KE2) was measured by project partners using the high-content imaging technique and MitoTracker® whereas cytotoxicity (KE3) was determined by CellTiter-Glo® cell viability assay. In contrast to the mechanistic hypothesis underlying the AOP – Inhibition of mtDNA polymerase-, treatment with model compounds for 24 h resulted in an increase rather than a decrease in mtDNA copy number (KE1). Only minor effects on mitochondrial toxicity (KE2) and cytotoxicity (KE3) were observed. Treatment of RPT-EC/TERT1 cells for 14 days showed only a slight decrease in mtDNA copy number after treatment with adefovir dipivoxil and tenofovir disoproxil fumarate, underscoring some of the limitations of short-term in vitro systems. To obtain a first estimation for risk assessment based on in vitro data, potential points of departure (PoD) for each KE were calculated from the obtained in vitro data. The most common PoDs were calculated such as the effect concentra-tion at which 10 % or 20_% effect was measured (EC10, EC20), the highest no observed effect concentration (NOEC), the lowest observed effect concentration (LOEC), the benchmark 10 % (lower / upper) concentrations (BMC10, BMCL10, BMCU10) and a modelled non-toxic con-centration (NtC). These PoDs were then compared with serum and tissue concentrations de-termined from in vivo studies after treatment with therapeutic / supratherapeutic doses of the respective drugs in order to obtain a first estimate of risk based on in vitro data. In addition, AOPs were used to test whether the quantitative key event relationships between key events allow prediction of downstream effects and effects on the adverse outcome (AO) based on measurements of an early key event. Predictions of cytotoxicity from the mathematical rela-tionships showed good concordance with measured cytotoxicity after treatment with colistin and polymyxin b nonapeptide. The work also revealed uncertainties and limitations of the ap-plied strategy, which have a significant impact on the prediction and on a risk assessment based on in vitro results.
Der Bericht des US National Research Council (NRC) „Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a strategy (Tox21)“, der 2007 veröffentlicht wurde, sieht einen vollständigen Paradigmenwechsel in der Toxizitätsprüfung vor. Ein zentraler Aspekt des Berichts beinhaltet den Übergang von apikal ermittelten Endpunkten für Toxizität in in vivo Studien, zu mehr mechanistisch basierten in vitro Tests. Um den Übergang zu erleichtern und den Paradigmen-wechsel in der Prüfung auf Toxizität zu unterstützen, wird das Adverse Outcome Pathway (AOP) Konzept als pragmatisches Instrument weithin anerkannt. In dieser Arbeit wurde das AOP Konzept angewandt, um neue Ansätze zur Prüfung auf systemische Toxizität zu unter-suchen. Dazu wurden AOPs für proximale Tubulusschäden, die durch lysosomale Überladung und Inhibition der mtDNA Polymerase- initiiert werden, entwickelt. Diese AOPs wurden als mechanistische Grundlage für die Entwicklung von mechanistisch relevanten in vitro Tests für jedes Schlüsselereignis (KE) verwendet. Um die entwickelten in vitro Tests experimentell zu unterstützen, wurden proximale Tubuluszellen aus der Ratte (NRK-52E) und aus dem Men-schen (RPTEC/TERT1) mit Hilfe von Modellsubstanzen behandelt. Zur Messung der Störung der lysosomalen Funktion im AOP – Rezeptor-vermittelte Endozytose und lysosomale Überla-dung wurden Polymyxin-Antibiotika (Polymyxin B, Colistin, Polymyxin B Nonapeptid) als Modellsubstanzen verwendet. Die gestörte Expression des lysosomal assoziierten Membran-proteins 1/2 (LAMP 1/2) (KE1) und die Cathepsin D Freisetzung (KE2) wurden mittels Im-munofluoreszenztechnik bestimmt und die Zytotoxizität (KE3) mittels CellTiter-Glo® Zellvia-bilitätstest gemessen. Zwischen den Zelllinien wurden signifikante Unterschiede in der Auf-nahme von Polymyxinen und der Empfindlichkeit beobachtet, was die Bedeutung der in vitro Biokinetik zur Definition eines geeigneten Ausgangspunktes für die Risikobewertung unter-streicht.
Im Vergleich zur in vivo Situation, konnte eine eindeutige Expression von relevanten Trans-portern wie Megalin und Cubilin auf mRNA und Proteinebene in den verwendeten Zelllinien (RPTEC/TERT1 und NRK-52E) nicht gezeigt werden, was eine zusätzliche Integration von quantitativen in vitro zu in vivo Extrapolationen (QIVIVE) unabdingbar macht. Die Integrati-on von QIVIVE durch Projektpartner der Universität Utrecht zeigte eine Verbesserung der modellierten biokinetischen Werte für Polymyxin B. Zur Bestimmung des ersten Schlüsseler-eignisse, (KE1) Depletion von mitochondrialer DNA, im AOP – Hemmung der mitochondria-len DNA Polymerase-, wurde nach Behandlung mit Modellsubstanzen (Adefovir, Cidofovir, Tenofovir, Adefovirdipivoxil, Tenofovirdisoproxil Fumarat) eine RT-qPCR Methode verwen-det, um die mtDNA Kopienzahl zu bestimmen. Die mitochondriale Toxizität (KE2) wurde mittels eines hochauflösenden Bildgebungsverfahrens und MitoTracker® vom Projektpartner des Fraunhofer Institut in Hamburg gemessen, während die Zytotoxizität (KE3) mittels Cel-lTiter-Glo® Zellviabilitätstest ermittelt wurde. Entgegen der mechanistischen Hypothese des AOPs – Hemmung der mitochondrialen DNA Polymerase-, führte eine 24 h Behandlung mit den Modellsubstanzen eher zu einer Erhöhung als zu einer Verringerung der mtDNA-Kopienzahl (KE1). Auch wurden nur geringe Auswirkungen auf die mitochondriale Toxizität (KE2) und Zytotoxizität (KE3) beobachtet. Die Behandlung von RPTEC/TERT1 Zellen über einen Zeitraum von 14 Tagen zeigte eine leichte Abnahme der mtDNA Kopienzahl nach Be-handlung mit Adefovirdipivoxil und Tenofovirdisoproxil Fumarat, was den Bedarf an zeit-aufgelösten Daten und Einschränkungen von kurzfristigen in vitro Systemen unterstreicht. Um eine erste Einschätzung für die Risikobewertung basierend auf in vitro Daten zu erhalten, wurden aus den erhaltenen in vitro Daten für jedes KE mögliche Ausgangspunkte (Points of Departure (PoD)) berechnet. Dazu wurden gängige in vitro PoDs berechnet, wie die Effekt-konzentration, bei der 10 % bzw. 20 % Effekt gemessen wurden (EC10, EC20), die höchste Konzentration ohne Wirkung (no observed effect Konzentration (NOEC)), die niedrigste Konzentration mit beobachteter Wirkung (lowest observed effect Konzentration (LOEC)), die Benchmark 10 % (unterer / obere) Konzentrationen (BMC10, BMCL10, BMCU10) und eine modellierte nicht-toxische Konzentration (NtC). Diese wurden dann mit Serum- bzw. Ge-webskonzentrationen aus in vivo Studien verglichen, die nach Gabe therapeutischer / suprathe-rapeutischer Dosen gemessen wurden. Zusätzlich wurde überprüft, ob es mit Hilfe von quanti-tativen Beziehungen zwischen Schlüsselereignissen möglich ist, basierend auf der Bestimmung früher Schlüsselereignisse nachfolgende Effekte vorherzusagen. Diese Untersuchungen zeig-ten eine gute Korrelation der aus den mathematischen Beziehungen modellierten Daten mit den tatsächlich gemessenen Werten der Zytotoxizität der Modellsubstanzen Colistin und Po-lymyxin B-Nonapeptid. Im Rahmen der Arbeit wurden auch Unsicherheiten und Limitationen der Strategie deutlich, die maßgebliche Auswirkungen auf die Vorhersage und auf die Risiko-bewertung basierend auf in vitro Resultaten haben.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-264842
10.25972/OPUS-26484
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CC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Sebastian Oskar Jarzina
eng
uncontrolled
Adverse outcome pathway (AOP)
eng
uncontrolled
Nephrotoxicity
eng
uncontrolled
In vitro testing
eng
uncontrolled
QIVIVE
eng
uncontrolled
Risk Assessment
Chemie und zugeordnete Wissenschaften
open_access
Fakultät für Chemie und Pharmazie
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/26484/Jarzina_Sebastian_Dissertation.pdf
25812
2022
eng
doctoralthesis
1
2022-02-23
--
2022-02-18
Spectroscopic approaches for the localization and dynamics of β\(_1\)- and β\(_2\)-adrenergic receptors in cardiomyocytes
Spektroskopieansätze zur Bestimmung der Lokalisation und Dynamiken von β\(_1\)- und β\(_2\)-Adrenozeptoren in Kardiomyozyten
In the heart the β\(_1\)-adrenergic receptor (AR) and the β\(_2\)-AR, two prototypical G protein-coupled receptors (GPCRs), are both activated by the same hormones, namely adrenaline and noradrenaline. Both receptors couple to stimulatory G\(_s\) proteins, mediate an increase in cyclic adenosine monophosphate (cAMP) and influence the contractility and frequency of the heart upon stimulation. However, activation of the β\(_1\)-AR, not the β\(_2\)-AR, lead to other additional effects, such as changes in gene transcription resulting in cardiac hypertrophy, leading to speculations on how distinct effects can arise from receptors coupled to the same downstream signaling pathway.
In this thesis the question of whether this distinct behavior may originate from a differential localization of these two receptors in adult cardiomyocytes is addressed. Therefore, fluorescence spectroscopy tools are developed and implemented in order to elucidate the presence and dynamics of these endogenous receptors at the outer plasma membrane as well as on the T-tubular network of intact adult cardiomyocytes. This allows the visualization of confined localization and diffusion of the β\(_2\)-AR to the T-tubular network at endogenous expression. In contrast, the β\(_1\)-AR is found diffusing at both the outer plasma membrane and the T-tubules. Upon overexpression of the β\(_2\)-AR in adult transgenic cardiomyocytes, the receptors experience a loss of this compartmentalization and are also found at the cell surface. These data suggest that distinct signaling and functional effects can be controlled by specific cell surface targeting of the receptor subtypes.
The tools at the basis of this thesis work are a fluorescent adrenergic antagonist in combination of fluorescence fluctuation spectroscopy to monitor the localization and dynamics of the lowly expressed adrenergic receptors. Along the way to optimizing these approaches, I worked on combining widefield and confocal imaging in one setup, as well as implementing a stable autofocus mechanism using electrically tunable lenses.
Im Herzen werden der β\(_1\)-adrenerge Rezeptor (AR) und der β\(_2\)-AR, zwei prototypische GPCR, durch die Hormone Adrenalin und Noradrenalin aktiviert. Dabei interagieren beide Rezeptoren mit dem stimulatorischen G\(_s\) Protein, bewirken eine Erhöhung des cyclischen Adenosinmonophosphates (cAMP) und beeinflussen die Kontraktionskraft und Frequenz des Herzens nach einem Stimulus. Jedoch hat die Aktivierung des β\(_1\)-ARs, nicht des β\(_2\)-ARs, auch weitere Effekte, wie z.B. Veränderungen in der Transkription von Genen. Dies wiederum führt zu Spekulationen, wie solch unterschiedliche Effekte von Rezeptoren hervorgerufen werden können, die gleiche Signalwege bedienen.
In dieser Arbeit wird untersucht, ob dieses unterschiedliche Verhalten durch eine ungleiche Verteilung dieser beiden Rezeptoren in adulten Kardiomyozyten hervorgerufen werden könnte. Dazu wird die Lokalisation und die Dynamik dieser endogenen Rezeptoren in der Plasmamembran sowie im T-tubulären Netzwerk von intakten adulten Kardiomyozyten, unter Entwicklung und Verwendung hochsensitiver Fluoreszenzspektroskopiemethoden, bestimmt. Dies ermöglicht die örtliche und dynamische Eingrenzung des β\(_2\)-adrenergen Rezeptors unter endogener Expression ausschließlich auf das T-tubuläre Netzwerk. Dementgegen stellt sich heraus, dass sich der β\(_1\)-adrenerge Rezeptor ubiquitär auf der äußeren Membran und den T-Tubuli befindet und diffundiert. In β\(_2\)-AR überexprimierenden transgenen Kardiomyozyten hingegen werden diese Kompartments nicht beibehalten und es findet eine Umverteilung der Rezeptoren, auch unter Einbezug der Zelloberfläche, statt. Diese Daten können stärker darauf hindeuten, dass einige Rezeptorsubtypen sich gezielt und spezifisch bestimmte Zelloberflächen aussuchen, um somit ihre verschiedenen Signale und funktionären Effekte erzeugen zu können.
Zu den Techniken, die in dieser Arbeit die Bestimmung der Lokalisation und der Dynamiken der niedrig exprimierten adrenergen Rezeptoren zulassen, gehört die Anwendung von Fluoreszenzspektroskopiemethoden in Kombination mit einem fluoreszierenden β-adrenergen Antagonisten. Weitere Techniken, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurden und in weiterführenden Studien aufschlussreiche Erkenntnisse liefern könnten, umfassen die Entwicklung eines Setups aus einer Kombination aus Weitfeld- und Konfokalmikroskopie und die Implementierung eines stabilen Autofokus mit Hilfe einer elektrisch veränderbaren Linse.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-258126
10.25972/OPUS-25812
publish
X 129847
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Marc Bathe-Peters
deu
swd
G-Protein gekoppelte Rezeptoren
deu
swd
Beta-Adrenozeptor
deu
swd
Kardiomyozyt
deu
swd
Fluoreszenzmikroskopie
deu
swd
Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie
eng
uncontrolled
Fluorescence
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uncontrolled
Fluorescence Microscopy
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uncontrolled
G Protein-Coupled Receptor
eng
uncontrolled
Autofocus
eng
uncontrolled
Microscopy
eng
uncontrolled
Beta-Adrenergic Receptor
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uncontrolled
Cardiomyocyte
eng
uncontrolled
Fluorescence Correlation Spectroscopy
eng
uncontrolled
FCS
eng
uncontrolled
GPCR
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/25812/Bathe-Peters_Marc_Dissertation.pdf
25973
2022
deu
doctoralthesis
1
2022-03-08
--
2022-01-11
Einfluss des Gewichtsverlusts auf den oxidativen Stress und den DNS-Schaden in adipösen Patient*innen nach bariatrischer Chirurgie
Influence of bariatric surgery induced weight loss on oxidative stress and DNA damage in obese patients
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.
Obesity is a disease that is linked with a higher risk of cancer among other comorbidities of obese patients. Especially oxidative stress and DNA damage have been shown to play a major role in the pathogenesis of obesity associated cancers. Therefore the aim of this study was to examine the effect of a massive weight loss induced by bariatric surgery on oxidative stress and DNA damage in whole blood samples of obese patients at 6 and 12 month after bariatric surgery. In a subpopulation of the study population a tending decrease in DNA damage in peripheral lymphocytes could be observed. Concerning oxidative stress parameters, determination of ferric-reducing antioxidative power and malondialdehyde levels as a marker for lipidperoxidation were carried out on plasma samples. Furthermore total and oxidised glutathione levels were determined in erythrocytes of patients. In synopsis oxidative stress parameters indicated a initial increase in oxidative stress 6 month after bariatric surgery and a decreasing trend at the end of the study. These findings give hope that obese patients may benefit from a reduced cancer risk through bariatric surgery induced weight loss.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-259737
10.25972/OPUS-25973
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publish
X 129786
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Alexander Soliman
deu
swd
Magenchirurgie
deu
swd
Oxidativer Stress
deu
swd
DNS-Schädigung
deu
uncontrolled
bariatrische Chirurgie
deu
uncontrolled
DNS-Schaden
deu
uncontrolled
Adipositas
eng
uncontrolled
bariatric surgery
eng
uncontrolled
DNA damage
eng
uncontrolled
oxidative stress
Chirurgie und verwandte medizinische Fachrichtungen
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
25710
2022
eng
doctoralthesis
1
2022-02-17
--
2022-01-10
Analysis of the Frequency of Kidney Toxicity in Preclinical Safety Studies using the eTOX Database
Analyse der Häufigkeit von Nierentoxizität in präklinischen Sicherheitsstudien unter Verwendung der eTOX-Datenbank
This research aimed to obtain reliable data on the frequency of different
types of renal toxicity findings in 28-day oral gavage studies in Wistar rats, their
consistency across species and study duration, as well as the correlation between histopathological endpoints and routinely used clinical chemistry parameters indicative of kidney injury. Analysis of renal histopathological findings was
carried out through extraction of information from the IMI eTOX database.
Spontaneous renal histopathological findings in 28-day oral gavage studies in control Wistar rats and beagle dogs confirmed tubular basophilia and renal
dilation as the most frequent incidental findings in controls, whereas necrosis
and glomerulosclerosis were not identified at all or only rarely as a background
lesion.
Histopathological evidence of necrosis and glomerulosclerosis was associated with changes in clinical chemistry parameters in 28-day oral gavage
Wistar rat studies. Necrosis was frequently accompanied by a statistically significant rise in serum creatinine and serum urea, whereas serum albumin was
frequently found to decrease statistically significantly in treatment groups in
which necrosis was recorded. In contrast to necrosis, glomerulosclerosis was
not associated with statistically significant changes in serum creatinine and urea
in any of the 28-day oral gavage Wistar rat treatment groups, but appears to be
best reflected by a pattern of statistically significantly lowered serum albumin
and serum protein together with a statistically significant increase in serum cholesterol. As might have been expected based on the high background incidences
of tubular basophilia and dilation, no consistent changes in any of the clinical
chemistry parameters were evident in animals in which renal lesions were con� fined to renal tubular basophilia or dilation. In summary, the routinely provided
clinical chemistry parameters are rather insensitive - novel kidney biomarkers
such as Cystatin C, β-trace protein and Kidney injury molecule 1 should further
be evaluated and integrated into routine preclinical and clinical practice. However, evaluation of clinical chemistry data was limited by the lack of individual
animal data. Even though an extensive amount of preclinical studies is accessible
through the eTOX database, comparison of consistency across time was limited
by the limited number of shorter- and longer term studies conducted with the
compounds identified as causing renal histopathological changes within a 28-
day study in rats. A high consistency across time for both treatment-related tubular basophilia and treatment-related dilation cannot be confirmed for either of
the two effects as these two findings were both induced only rarely in studies
over a different treatment-duration other than 28 days after administration of the
compounds which provoked the respective effect in a 28-day study. For the
finding of necrosis consistency across time was low with the exception of
“AZ_GGA_200002321”, in which renal papillary necrosis was identified consist� ently throughout different treatment durations (2, 4, 26, 104 weeks). No shorter and longer-term studies were available for the compounds identified as causing
glomerulosclerosis within a 28-day study in rats.
No consistent findings of the selected histopathological endpoints were
identified in any of the corresponding 28-day oral gavage beagle dog studies
after treatment with the identical compounds, which caused the respective ef� fect after 28-day treatment in rats. However, in the overwhelming majority of
cases, beagle dogs were administered lower doses in these studies in compar� ison to the corresponding 28-day Wistar rat studies.
Searching the eTOX database yielded no 28-day oral gavage studies in
Wistar and Wistar Han rats in which accumulation of hyaline droplets, tubular
atrophy or hyperplasia was recorded. Only one 28-day oral gavage Wistar rat
study was identified with the histopathological result of neutrophilic inflammation. Consequently, evaluation of these four renal findings in relation to clinical
chemistry parameters and consistency across time and species cannot be
made.
In summary, this work contributes knowledge through mining and evaluating the eTOX database on a variety of specific renal endpoints that frequently
occur after administration of trial substances in 28-day oral gavage studies in
Wistar rats in the field of preclinical toxicity with specific focus on their frequency relation to background findings, as well as consistency across time and species. Targeted statistical evaluation of in vivo data within joint research ventures
such as the eTOX project, presents an enormous opportunity for an innovative
future way of aiding preclinical research towards a more efficient research in the
preclinical stage of drug development. This could be achieved through the aug� mentation of methodological strategies and possibly novel software tools in order to predict in vivo toxicology of new molecular entities by means of information that is already available before early stages of the drug development
pipeline begin.
Diese Arbeit zielte darauf ab, verlässliche Daten über die Häufigkeit verschiedener Arten von Nierentoxizitätsbefunden in 28-tägigen oralen Sondenstudien an Wistar-Ratten zu erhalten. Untersucht wurde weiterhin die Konsistenz
der Toxizitätsbefunde unterschiedlicher Spezies und Studiendauer sowie die
Korrelation zwischen histopathologischen Endpunkten und routinemäßig verwendeten klinisch-chemischen Parametern, die auf eine Nierenschädigung hinweisen. Die Analyse der histopathologischen Nierenbefunde wurde durch Extraktion von Informationen aus der IMI eTOX-Datenbank durchgeführt.
Spontane renale histopathologische Befunde in 28-tägigen oralen Sondenstudien an Wistar-Ratten und Beagles bestätigten tubuläre Basophilie und
renale Dilatation als häufigste Nebenbefunde bei den Kontrolltieren, während
Nekrose und Glomerulosklerose gar nicht oder nur selten als Hintergrundläsion
identifiziert wurden.
Der histopathologische Nachweis von Nekrose und Glomerulosklerose
war mit Änderungen der klinisch-chemischen Parameter in 28-tägigen Wistar-Rattenstudien mit oraler Sonde verbunden. Nekrose ging häufig mit einem statistisch signifikanten Anstieg von Serumkreatinin und Serumharnstoff einher,
während Serumalbumin in Behandlungsgruppen, in denen Nekrose aufgezeichnet wurde, häufig statistisch signifikant abnahm. Im Gegensatz zur Nekrose war
Glomerulosklerose in keiner der 28-tägigen Wistar-Ratten-Behandlungsgruppen
mit oraler Sonde mit statistisch signifikanten Veränderungen von Serumkreatinin
und Harnstoff assoziiert, sondern scheint sich am besten in einem Muster von
statistisch signifikant erniedrigtem Serumalbumin und Serumprotein zusammen
mit einem statistisch signifikanten Anstieg des Serumcholesterins widerzuspiegeln. Wie aufgrund der hohen Hintergrundinzidenzen von tubulärer Basophilie
und Dilatation zu erwarten war, waren bei Tieren, bei denen Nierenläsionen auf
renale tubuläre Basophilie oder Dilatation beschränkt waren, keine konsistenten
Änderungen der klinisch-chemischen Parameter erkennbar. Zusammenfassend
sind die routinemäßig bereitgestellten klinisch-chemischen Parameter eher unempfindlich - neuartige Nieren-Biomarker wie „Cystatin C“, „β-trace protein“ und „Kidney injury molecule 1“ sollten weiter evaluiert und in die routinemäßige
präklinische und klinische Praxis integriert werden. Die Auswertung der Daten
zur klinischen Chemie war jedoch durch das Fehlen individueller Tierdaten begrenzt.
Trotz der umfangreichen Anzahl an präklinischen Studien in der eTOX-Datenbank wurde der zeitliche Vergleich der Konsistenz durch die begrenzte
Anzahl von Kurz- und Langzeitstudien eingeschränkt, welche mit denselben
Substanzen durchgeführt wurden, die innerhalb einer 28-Tage-Studie an Ratten
als Verursacher von renalen histopathologischen Veränderungen identifiziert
wurden. Eine hohe zeitliche Konsistenz sowohl für die behandlungsbedingte tubuläre Basophilie und Dilatation kann für keinen der beiden Effekte bestätigt
werden, da diese beiden Befunde nur selten in Studien über eine andere Behandlungsdauer als 28 Tage nach Verabreichung derselben Substanzen, die den
jeweiligen Effekt in einer 28-Tage-Studie hervorriefen, induziert wurden. Für den
Befund der Nekrose war die zeitliche Konsistenz gering. Eine Ausnahme stellte
Substanz "AZ_GGA_200002321" dar, bei der über verschiedene Behandlungsdauern (2, 4, 26, 104 Wochen) hinweg konstant renale papilläre Nekrose festgestellt wurde. Für die Substanzen, die in einer 28-Tage-Studie an Ratten als glomeruloskleroseauslösend identifiziert wurden, waren keine Kurz- und Langzeitstudien verfügbar.
In keiner der korrespondierenden 28-Tage-Studien an Beagles mit oraler
Sonde wurden konsistente Befunde der ausgewählten histopathologischen Endpunkte nach Behandlung mit den identischen Verbindungen, die den jeweiligen
Effekt nach 28-tägiger Behandlung in Ratten verursachten, festgestellt. In der
überwiegenden Mehrheit der Fälle wurden den Beagles in diesen Studien im
Vergleich zu den entsprechenden 28-Tage-Wistar-Rattenstudien niedrigere Dosen verabreicht.
In der eTOX-Datenbank konnten keine 28-tägigen oralen Sondenstudien
an Wistar- und Wistar-Han-Ratten gefunden werden, in denen eine Akkumulation von hyalinen Tröpfchen, tubuläre Atrophie oder Hyperplasie aufgezeichet wurde. Nur eine 28-tägige Wistar-Rattenstudie wurde mit dem histopathologischen Ergebnis einer neutrophilen Entzündung identifiziert. Folglich kann eine
Bewertung dieser vier Nierenbefunde in Bezug auf klinische Chemie und Konsistenz über Zeit und Spezies nicht vorgenommen werden.
Insgesamt zeigt dieser Arbeit, dass eine gezielte statistische Auswertung
von in vivo-Daten im Rahmen von Forschungsverbünden wie dem eTOX-Projekt
eine enorme Chance bietet, die präklinische Forschung in Zukunft auf dem Weg
zu einer effizienteren Forschung in der präklinischen Phase der Arzneimittelentwicklung zu unterstützen. Dies könnte außerdem durch die Erweiterung methodischer Strategien und möglicherweise neuartiger Software-Tools erreicht werden, um die In-vivo-Toxikologie neuer molekularer Entitäten mit Hilfe von Informationen vorherzusagen, die bereits vor Beginn der Arzneimittelentwicklungspipeline verfügbar sind.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-257104
10.25972/OPUS-25710
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X 129768
CC BY-NC: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell 4.0 International
Dietmar Bertelsmann
eng
uncontrolled
renal toxicity
eng
uncontrolled
etox database
eng
uncontrolled
rats
eng
uncontrolled
toxicity
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/25710/Bertelsmann_Dietmar_etox.pdf
19069
2021
eng
doctoralthesis
1
2019-10-28
--
2019-10-21
Characterization of cAMP nanodomains surrounding the human Glucagon-like peptide 1 receptor using FRET-based reporters
Charakterisierung der Rezeptor-assoziierten cAMP Nanodomänen des humanen Glucagon-like peptide 1 Rezeptors mittels FRET-basierter Sensoren
Cyclic adenosine monophosphate (cAMP), the ubiquitous second messenger produced upon stimulation of GPCRs which couple to the stimulatory GS protein, orchestrates an array of physiological processes including cardiac function, neuronal plasticity, immune responses, cellular proliferation and apoptosis. By interacting with various effector proteins, among others protein kinase A (PKA) and exchange proteins directly activated by cAMP (Epac), it triggers signaling cascades for the cellular response. Although the functional outcomes of GSPCR-activation are very diverse depending on the extracellular stimulus, they are all mediated exclusively by this single second messenger. Thus, the question arises how specificity in such responses may be attained. A hypothesis to explain signaling specificity is that cellular signaling architecture, and thus precise operation of cAMP in space and time would appear to be essential to achieve signaling specificity. Compartments with elevated cAMP levels would allow specific signal relay from receptors to effectors within a micro- or nanometer range, setting the molecular basis for signaling specificity. Although the paradigm of signaling compartmentation gains continuous recognition and is thoroughly being investigated, the molecular composition of such compartments and how they are maintained remains to be elucidated. In addition, such compartments would require very restricted diffusion of cAMP, but all direct measurements have indicated that it can diffuse in cells almost freely.
In this work, we present the identification and characterize of a cAMP signaling compartment at a GSPCR. We created a Förster resonance energy transfer (FRET)-based receptor-sensor conjugate, allowing us to study cAMP dynamics in direct vicinity of the human glucagone-like peptide 1 receptor (hGLP1R). Additional targeting of analogous sensors to the plasma membrane and the cytosol enables assessment of cAMP dynamics in different subcellular regions. We compare both basal and stimulated cAMP levels and study cAMP crosstalk of different receptors. With the design of novel receptor nanorulers up to 60nm in length, which allow mapping cAMP levels in nanometer distance from the hGLP1R, we identify a cAMP nanodomain surrounding it. Further, we show that phosphodiesterases (PDEs), the only enzymes known to degrade cAMP, are decisive in constraining cAMP diffusion into the cytosol thereby maintaining a cAMP gradient. Following the discovery of this nanodomain, we sought to investigate whether downstream effectors such as PKA are present and active within the domain, additionally studying the role of A-kinase anchoring proteins (AKAPs) in targeting PKA to the receptor compartment. We demonstrate that GLP1-produced cAMP signals translate into local nanodomain-restricted PKA phosphorylation and determine that AKAP-tethering is essential for nanodomain PKA.
Taken together, our results provide evidence for the existence of a dynamic, receptor associated cAMP nanodomain and give prospect for which key proteins are likely to be involved in its formation. These conditions would allow cAMP to exert its function in a spatially and temporally restricted manner, setting the basis for a cell to achieve signaling specificity. Understanding the molecular mechanism of cAMP signaling would allow modulation and thus regulation of GPCR signaling, taking advantage of it for pharmacological treatment.
G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) stellen eine große und sehr vielfältige Familie an Membranproteinen dar, deren primäre Funktion die Signalübertragung von extrazellulären Stimuli in intrazelluläre Signale ist. Dank ihrer breiten Expression im gesamten menschlichen Körper regulieren sie unterschiedliche zelluläre Prozesse und damit deren physiologische Funktion, unter anderem die Sinnesempfindung, zelluläre Kommunikation und Neurotransmission. GPCRs stehen im Zusammenhang mit unterschiedlichen Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, Krebs, neurologischen Funktionsstörungen und diverser metabolischer Krankheiten, weswegen sie als Ziele („Targets“) zur Behandlung verschiedener Erkrankungen erforscht und genutzt werden. Aufgrund ihrer Expression auf der Zelloberfläche sind sie leicht zugänglich, und die Diversität ihrer Liganden begünstigt zusätzlich ihre Nutzung als pharmakologische Targets. Heutzutage vermitteln bereits 30% aller weltweit zugelassenen Arzneistoffe ihre Wirkung an GPCRs.
GPCRs üben ihre Funktion aus, indem sie hauptsächlich an G Proteine binden, welche wiederum die Produktion sogenannter second messenger in Gang setzen. cAMP ist das Hauptsignalmolekül der Rezeptoren, welche an das stimulatorische GS Protein koppeln. cAMP überträgt hunderte ankommende Signale in einer hochspezifischen Weise, indem es an unterschiedliche Effektorproteine bindet, welche sich in bestimmten zellulären Regionen befinden. Dadurch koordiniert dieses Signalmolekül eine Vielzahl zellulärer Prozesse, angefangen bei der Regulierung von Ionenkanalaktivität über die Kontraktilität glatter- und quergestreifter Muskulatur bis hin zur Genexpression, Zellproliferation und Apoptose. Durch die pleiotropen Effekte, welche durch cAMP reguliert werden, stellt sich die Frage, wie GS-gekoppelte Rezeptoren Signalspezifität erreichen, obwohl sie ihre Funktion durch dieses eine Signalmolekül ausführen.
Ursprünglich ging man von einer uneingeschränkten Diffusion und dadurch homogenen Verteilung von cAMP in der Zelle aus. Diese Vorstellung ist jedoch nicht mit der Signalisierungsspezifität von GPCRs vereinbar, da unter diesen Umständen cAMP unselektiv all seine Effektorproteine in der gesamten Zelle aktivieren könnte. Daher entstand die Hypothese der cAMP-Kompartimentierung, wobei die Zelle lokal begrenzte Bereiche mit hohen oder niedrigen cAMP Konzentrationen umfassen würde. Jedoch gab es bisher keinerlei Beweise für die Existenz und die molekulare Zusammensetzung mutmaßlicher Domänen. Folglich setzten wir uns als Ziel, hochkonzentrierte cAMP-Kompartimente in der Zelle zu lokalisieren, ihre räumliche Dimension aufzuklären und ihre Rolle zur Realisierung zellulärer Signalisierungsspezifität zu ermitteln. Im Rahmen der vorliegenden Studie setzten wir einen Förster resonance energy transfer (FRET)-basierten cAMP Sensor ein, fusionierten ihn mit dem humanen glucagone-like peptide 1 Rezeptor (hGLP1R) als Prototyp eines GS-koppelnden Rezeptors, um cAMP am Ursprung des Signals zu messen. Mittels dieser Sensoren weisen wir eine Rezeptor-umgebende begrenzte cAMP Domäne nach, welche eine erhöhte cAMP Konzenztration aufweist (Figure 3.10). Bei Stimulation des Rezeptors mit GLP1 Konzenztrationen beginnend bei 10 fM entsteht eine Rezeptordomäne mit lokal erhöhten cAMP Konzentrationen, welche getrennt von Plasmamembran und Cytosol ist. Wir zeigen, dass das hGLP1R-Kompartiment geschützt ist vor cAMP Signalen, welche an weiteren, unabhängigen GS-gekoppelten Rezeptoren ihren Ursprung haben (Figure 3.11). Um die räumliche Dimension dieser Domäne zu untersuchen, verwendeten wir Nanolinker der Länge 30- und 60 nm als Abstandhalter zwischen Rezeptor und Sensor (Figure 3.12) und zeigen dabei, dass sich die Domäne über eine Länge von 60 Nanometern erstreckt, wobei ein abnehmender cAMP-Gradient erkennbar ist. Weiterhin beweisen wir, dass Phosphodiesterasen (PDEs) Schlüsselfaktoren für die Bildung des cAMP-Gradienten um den Rezeptor herum sind, indem sie die Diffusion ins Cytosol beschränken (Figure 3.13). Darüber hinaus zeigen wir (Figure 3.15), dass Rezeptor-spezifische cAMP Signale PKA-Phosphorylierung in der Rezeptordomäne auslösen und, dass AKAPs elementar für nanodomänen PKA-Aktivität sind, wohingegen die cytosolische PKA-Phosphorylierung unabhängig von AKAP-Targeting der PKA ist (Figure 3.16).
Zusammenfassend beweisen unsere Ergebnisse die Existenz einer Rezeptor-umgebenden Nanodomäne mit erhöhten cAMP Spiegeln eines GS-gekoppelten Rezeptors. Zeitgleiche Studien in unserer Gruppe zeigen, dass cAMP in der Zelle weitgehend gebunden vorliegt und diffusionslimitiert ist. Dies stellt den Nachweis für eine eingeschränkte Diffusion als molekulare Voraussetzung für die Bildung von Signalkompartimenten dar. Wir gehen davon aus, dass unsere Ergebnisse ein Ausgangspunkt für die Aufklärung von Rezeptoren als Quelle für Signalkompartimente darstellen, jedoch bedarf es weiterer Studien, um die präzise molekulare Zusammensetzung und die beteiligten Proteine dieser Signaldomäne zu untersuchen. Das Grundverständnis der Signalisierungskaskaden auf molekularer Ebene könnte es uns ermöglichen, die zellulären Reaktionen zu manipulieren, um eine Fehlfunktion der Signalisierung in erkrankten Zellen wiederherzustellen. Da der hGLP1R entscheidend für Aufrechterhaltung ausgeglichener Blutglucosespiegel ist, würde die Erfassung der molekularen Details der kompartimentalisierten Signalübertragung die Feinabstimmung der Rezeptorsignale ermöglichen, um ihn als spezifisches Target zur Behandlung von Diabetes Mellitus einzusetzen.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-190695
10.25972/OPUS-19069
Max-Delbrück-Center für molekulare Medizin, Berlin
X 129607
CC BY-NC: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell 4.0 International
Selma Anton
eng
uncontrolled
FRET
eng
uncontrolled
cAMP
eng
uncontrolled
compartments
eng
uncontrolled
GPCR
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/19069/Anton_Selma_Thesis.pdf
22859
2018
eng
1-8
105
1
article
1
2021-03-02
--
--
A universal bioluminescence resonance energy transfer sensor design enables high-sensitivity screening of GPCR activation dynamics
G-protein-coupled receptors (GPCRs) represent one of the most important classes of drug targets. The discovery of new GCPR therapeutics would greatly benefit from the development of a generalizable high-throughput assay to directly monitor their activation or de-activation. Here we screened a variety of labels inserted into the third intracellular loop and the C-terminus of the alpha(2 Lambda)-adrenergic receptor and used fluorescence (FRET) and bioluminescence resonance energy transfer (BRET) to monitor ligand-binding and activation dynamics. We then developed a universal intramolecular BRET receptor sensor design to quantify efficacy and potency of GPCR ligands in intact cells and real time. We demonstrate the transferability of the sensor design by cloning beta(2)-adrenergic and PTH1-receptor BRET sensors and monitored their efficacy and potency. For all biosensors, the Z factors were well above 0.5 showing the suitability of such design for microtiter plate assays. This technology will aid the identification of novel types of GPCR ligands.
Communications Biology
10.1038/s42003-018-0072-0
urn:nbn:de:bvb:20-opus-228592
publish
Commun Biol 1, 105 (2018)
true
true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Hannes Schihada
Sylvie Vandenabeele
Ulrike Zabel
Monika Frank
Martin J. Lohse
Isabella Maiellaro
eng
uncontrolled
Fluorescence resonance energy transfer
eng
uncontrolled
G protein-coupled receptors
eng
uncontrolled
High-throughput screening
Biowissenschaften; Biologie
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Rudolf-Virchow-Zentrum
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/22859/A_universal_bioluminescence.pdf
24338
2021
deu
doctoralthesis
1
2021-08-18
--
2021-06-11
Untersuchung von Markern für oxidativen Stress und DNA-Schäden bei arterieller Hypertonie
Investigation of markers for oxidative stress and DNA damage in arterial hypertension
Patienten mit arterieller Hypertonie haben ein erhöhtes Risiko eine Tumorerkrankung, insbesondere Nierenzellkarzinome, zu entwickeln. Die arterielle Hypertonie ist über die Entstehung von oxidativem Stress mit der Entwicklung von DNA-Schäden verknüpft, wobei ein hochreguliertes Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) eine entscheidende Rolle einnimmt. Das Ziel dieser Arbeit war es zum einen Hypertoniker (HypAll) und gesunde Kontrollen und zum anderen gut (HypGut) und schlecht (HypSch) eingestellte Hypertoniker unter Berücksichtigung der eingenommenen Antihypertensiva bezüglich ihrer Level an oxidativem Stress und DNA-Schäden zu vergleichen. Zusätzlich erfolgte im Rahmen einer Längsschnittanalyse der intraindividuelle Vergleich unter den Hypertonikern. Hierfür erfolgte die Bestimmung von SHp, D-ROM und 3-Nitrotyrosin als Marker für oxidativen Stress im Plasma, von 8-oxodG, 15-F2t-Isoprostan und Malondialdehyd als Marker für oxidativen Stress im Urin und von γ-H2AX und Mikrokernen als Marker für DNA-Schäden in Lymphozyten.
Dabei konnte ein erhöhter oxidativer Stress in der HypAll-Gruppe verglichen zu den Kontrollen anhand aller Marker für oxidativen Stress mit Ausnahme von Malondialdehyd festgestellt werden. Nach Altersadjustierung zeigte sich dieser Gruppenunterschied nur noch für die Proteinstressmarker SHp und 3-Nitrotyrosin signifikant. Bezüglich der Marker für DNA-Schäden ergab sich kein Unterschied zwischen HypAll und Kontrollen. Ebenso zeigte sich kein signifikanter Unterschied in den Leveln für oxidativen Stress und DNA-Schäden zwischen der HypGut- und HypSch-Gruppe. Zuletzt konnte im Rahmen der Längsschnittstudie ein positiver Zusammenhang zwischen der Entwicklung des Blutdrucks und des oxidativen Stresses anhand der Veränderung von D-ROM und des systolischen Blutdrucks beobachtet werden.
Die teils nicht-signifikanten und teils mangelnden Unterschiede zwischen HypAll und Kontrollen sowie zwischen HypGut und HypSch sind am ehesten durch das besondere Patientengut, welches sich auch grundlegend von dem anderer vergleichbarer Studien unterscheidet, erklärbar. Die Patienten mit therapieresistenter Hypertonie (TRH) zeichnen sich durch eine langjährige Einnahme zahlreicher Antihypertensiva aus. Diese, insbesondere die RAAS-wirksamen, besitzen eine über die reine Blutdrucksenkung hinausgehende antioxidative und antigenotoxische Wirkung, welche vermutlich zu einer Angleichung der Level für oxidativen Stress und DNA-Schäden geführt hat.
Um die Dynamik der Biomarker und den Einfluss der Antihypertensiva auf oxidativen Stress und DNA-Schäden besser zu verstehen, sind weitere Studien über einen längeren Beobachtungszeitraum sowie mit zusätzlich therapienaiven Hypertonikern sinnvoll. Die weitere Erforschung von Biomarkern, um sie im klinischen Alltag zur Verbesserung der Patientenbehandlung einsetzen zu können, ist notwendig.
Patients with arterial hypertension are at an increased risk of developing tumors, especially renal cell carcinoma. Arterial hypertension is linked to the development of DNA damage through the development of oxidative stress, with an upregulated renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS) playing a decisive role.
The aim of this work was to compare 1. hypertensive patients (HypAll) and healthy controls and 2. hypertensive patients with good (HypGut) and poorly (HypSch) adjusted hypertension with regard to their level of oxidative stress and DNA damage. For this purpose, SHp, D-ROM and 3-nitrotyrosine were determined as markers for oxidative stress in plasma, 8-oxodG, 15-F2t-isoprostane and malondialdehyde as markers for oxidative stress in urine and γ-H2AX and micronuclei as markers for DNA damage in lymphocytes.
An increased oxidative stress was found in the HypAll group compared to the controls as measured by all markers for oxidative stress with the exception of malondialdehyde. After adjusting for age, this group difference was only significant for the protein stress markers SHp and 3-nitrotyrosine. With regard to the markers for DNA damage, there was no difference between HypAll and controls. Also there was no significant difference in the levels of oxidative stress and DNA damage between the HypGut and HypSch groups.
The partly insignificant and partly lacking differences between HypAll and controls as well as between HypGut and HypSch can best be explained by the special patient population, which is also fundamentally different from that of other comparable studies. The patients with therapy-resistant hypertension are characterized by long-term use of numerous antihypertensive drugs. These, especially the RAAS-effective ones, have an antioxidant and antigenotoxic effect that goes beyond the pure lowering of blood pressure. This has presumably led to an equalization of the levels for oxidative stress and DNA damage.
In order to better understand the dynamics of the biomarkers and the influence of antihypertensive drugs on oxidative stress and DNA damage, further studies over a longer observation period and with additional therapy-naive hypertensive patients are useful. Further research into biomarkers is necessary so that they can be used in everyday clinical practice to improve patient treatment.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-243380
10.25972/OPUS-24338
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X 129560
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Moritz Paul Kreutzmann
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swd
Oxidativer Stress
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swd
DNS-Schädigung
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swd
Biomarker
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swd
Hypertonie
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uncontrolled
Mikrokern
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uncontrolled
γ-H2AX
Krankheiten
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/24338/Kreutzmann_Moritz_MarkerOxStress_ArtHyp.pdf
21796
2020
eng
2099
2115
13
594
article
1
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--
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Ca\(^{2+}\) functions as a molecular switch that controls the mutually exclusive complex formation of pyridoxal phosphatase with CIB1 or calmodulin
Pyridoxal 5′‐phosphate (PLP) is an essential cofactor for neurotransmitter metabolism. Pyridoxal phosphatase (PDXP) deficiency in mice increases PLP and γ‐aminobutyric acid levels in the brain, yet how PDXP is regulated is unclear. Here, we identify the Ca\(^{2+}\)‐ and integrin‐binding protein 1 (CIB1) as a PDXP interactor by yeast two‐hybrid screening and find a calmodulin (CaM)‐binding motif that overlaps with the PDXP‐CIB1 interaction site. Pulldown and crosslinking assays with purified proteins demonstrate that PDXP directly binds to CIB1 or CaM. CIB1 or CaM does not alter PDXP phosphatase activity. However, elevated Ca\(^{2+}\) concentrations promote CaM binding and, thereby, diminish CIB1 binding to PDXP, as both interactors bind in a mutually exclusive way. Hence, the PDXP‐CIB1 complex may functionally differ from the PDXP‐Ca\(^{2+}\)‐CaM complex.
FEBS Letters
10.1002/1873-3468.13795
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2020-12-07T10:30:51+00:00
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FEBS Letters 2020, 594(13):2099-2115. DOI: 10.1002/1873-3468.13795
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Elisabeth Jeanclos
Gunnar Knobloch
Axel Hoffmann
Oleg Fedorchenko
Andrea Odersky
Anna‐Karina Lamprecht
Hermann Schindelin
Antje Gohla
eng
uncontrolled
calmodulin
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chronophin
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CIB1
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haloacid dehalogenase
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pyridoxal phosphatase
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uncontrolled
vitamin B6
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Rudolf-Virchow-Zentrum
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/21796/FEB2_FEB213795.pdf
24171
2021
deu
doctoralthesis
1
2021-07-17
--
2021-05-31
In vitro Untersuchung zur Genotoxizität ausgewählter Pyrrolizidinalkaloide
Assessment of in vitro genotoxicity of selected pyrrolizidine alkaloids
Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind sekundäre Pflanzenstoffe, welche über Nahrungsmittel in den menschlichen Organismus gelangen können. Zahlreiche Studien belegen, dass PA in der Leber verstoffwechselt und dabei in aktive genotoxische Metabolite umgewandelt werden. Diese verursachen vor allem in der Leber zelluläre Schäden, was sich klinisch in Form einer hepatischen venösen okklusiven Leberkrankheit, aber auch in der Entstehung von Tumoren zeigt. Die vorliegende Arbeit testet das genotoxische Potential der drei PA Lasiocarpin, Senecionin und Seneciphyllin anhand der Leberzelllinie Huh6 mit Hilfe des Mikrokerntests. Darüber hinaus wird die Wirkung von Lasiocarpin auf den intrazellulären Glutathion-Gehalt, die Superoxidproduktion und das mitochondriale Membranpotential analysiert. Zudem werden sowohl der eventuell negative Einfluss einer Glutathion Depletion, als auch die möglicherweise schützenden Effekte des pflanzlichen Antioxidans Delphinidin in Bezug auf die Genotoxizität von Lasiocarpin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass alle drei ausgewählten PA einen signifikanten Anstieg der Mikrokernfrequenz bewirken.Unsere Messungen zeigten für Lasiocarpin eine dezente Reduktion des Glutathion Gehalts. Dagegen führte eine Glutathion-Depletion in den Huh6 Zellen zu keiner Steigerung der Genotoxizität von Lasiocarpin. In Kombination mit dem Antioxidans Delphinidin zeigte sich für Lasiocarpin eine signifikante Reduktion der Mikrokernfrequenz. Abschließend ist anzumerken, dass in Zukunft vor allem die Wechselwirkung der PA untereinander und mit anderen (Pflanzen-)bestandteilen für eine verbesserte Risikoabschätzung der PA-Exposition untersucht werden sollte.
Pyrrolizidine alkaloids (PA) are secondary plant metabolites that can enter the human organism via food. Numerous studies showed that PA are metabolized in the liver and converted into active genotoxic metabolites. This causes cellular damage, particularly in the liver, which is clinically manifested in the "veno-occlusive-disease". It can also induce the development of tumors. This dissertation investigates the genotoxic potential of the three PA lasiocarpine, senecionine and seneciphylline in the liver cell line Huh6 using the micronucleus test. Furthermore, the effect of lasiocarpine on intracellular glutathione content, superoxide production and mitochondrial membrane potential are analyzed. In addition, the possible negative influence of glutathione depletion as well as the possible protective effects of the plant antioxidant delphinidin on the genotoxicity of lasiocarpine are investigated. It could be shown that all three selected PA cause a significant increase of the micronucleus frequency. Our measurements showed a small reduction of the glutathione content by treatment with lasiocarpine. In contrast, glutathione depletion in Huh6 cells did not lead to an increase in genotoxicity of lasiocarpine. In combination with the antioxidant delphinidin, micronucleus induction by lasiocarpine was reduced. In conclusion, it should be noted, that in the future, the interaction of different PA with each other, but also with other (plant-)components, should be investigated for an improved risk assessment of PA exposure.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-241716
10.25972/OPUS-24171
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X 129465
CC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Lea Marie Schott
deu
swd
Pyrrolizidinalkaloide
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uncontrolled
Lasiocarpin
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uncontrolled
Senecionin
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Seneciphyllin
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Huh6
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Genotoxizität
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uncontrolled
lasiocarpine
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senecionine
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seneciphylline
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huh6
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genotoxicity
Medizin und Gesundheit
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/24171/Schott_Lea_Marie_Dissertation.pdf
24200
2021
eng
doctoralthesis
1
2021-07-21
--
2021-07-15
Influence of insulin-induced oxidative stress in genotoxicity and disease
Einfluss von insulininduziertem oxidativem Stress auf Genotoxitität und Krankheit
Hormones are essential components in the body and their imbalance leads to pathological consequences. T2DM, insulin resistance and obesity are the most commonly occurring lifestyle diseases in the past decade. Also, an increased cancer incidence has been strongly associated with obese and T2DM patients.
Therefore, our aim was to study the influence of high insulin levels in accumulating DNA damage in in vitro models and patients, through the induction of oxidative stress. The primary goal of this study was to analyze the genotoxicity induced by the combined action of two endogenous hormones (insulin and adrenaline) with in vitro models, through the induction of micronuclei and to see if they cause an additive increase in genomic damage. This is important for multifactorial diseases having high levels of more than one hormone, such as metabolic syndrome and conditions with multiple pathologies (e.g., T2DM along with high stress levels).
Furthermore, the combination of insulin and the pharmacological inhibition of the tumor suppressor gene: PTEN, was to be tested in in vitro models for their genotoxic effect and oxidative stress inducing potential. As the tumor suppressor gene: PTEN is downregulated in PTEN associated syndromes and when presented along with T2DM and insulin resistance, this may increase the potential to accumulate genomic damage.
The consequences of insulin action were to be further elucidated by following GFP-expressing cells in live cell-imaging to observe the ability of insulin, to induce micronuclei and replicative stress. Finally, the detrimental potential of high insulin levels in obese patients with hyperinsulinemia and pre-diabetes was to be studied by analyzing markers of oxidative stress and genomic damage. In summary, the intention of this work was to understand the effects of high insulin levels in in vitro and in patients to understand its relevance for the development of genomic instability and thus an elevated cancer risk.
In-vitro-Genotoxizitätsstudien mit hohen Konzentrationen von Insulin und die Kombination mit Adrenalin zeigten keinen additiven Anstieg der Mikrokernzahl. Der Insulinrezeptor und der AKT-Signalweg waren in den insulinvermittelten Genomschaden involviert. Die endogenen ROS-Quellen, Mitochondrien und NOX, waren an dem insulinvermittelten DNA-Schaden beteiligt. Hohe Konzentrationen von mitochondrialen ROS alleine, verursacht durch einen Komplex III Mitochondrien-Inhibitor, führten zu Zytotoxizität, aber nicht zu einer Zunahme des Genomschadens. Daher ist die durch das NOX-Enzym vermittelte ROS-Produktion wahrscheinlich der gemeinsame Faktor des genotoxischen Signalweges von Insulin und Adrenalin. Die Überstimulation des NOX-Enzyms führte zu einer Sättigung der zellulären biologischen Effekte und fehlender Additivität bei der Induktion von Genomschaden. Dies könnte jedoch unter physiologischen Bedingungen anders sein, da die Hormonspiegel niedriger sind und die ROS-Quellen nicht durch jedes einzelne der Hormone bereits maximal genutzt und daher erschöpft werden. Damit könnte die Möglichkeit eines additiven Genomschadens in vivo bestehen.
Die Rolle des AKT-Signalwegs bei der Insulin-vermittelten genomischen Schädigung ist bereits etabliert und hier wurde nun die Funktion des negativen Regulatorproteins PTEN untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die PTEN Inhibierung nicht nur zu einer erhöhten Genotoxizität durch MN-Induktion führte, sondern auch zur Beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion. Obwohl kein Anstieg von ROS nach PTEN-Inhibierung beobachtet wurde, könnte die mitochondriale Dysfunktion zur metabolischen Imbalance sowie zur Zunahme des Genomschadens führen. Dies könnte insbesondere bei Patienten mit bestimmten PTEN-assoziierten Syndromen und Krebserkrankungen, die eine defekte PTEN-vermittelte Tumorsuppressorfunktion, DNA-Reparaturdefekte und kompromittierte antioxidative Abwehrmechanismen aufweisen, eine wichtige Rolle spielen. Wenn diese Patienten zusätzlich von Hyperinsulinämie betroffen sind, könnte eine Akkumulation von Genomschaden erfolgen und das Risiko zur Krebsentstehung wäre erhöht.
Der Mechanismus der Genomschadensinduktion durch Insulin wurde bisher mit einer ROS-vermittelten DNA-Oxidation in Verbindung gebracht, aber noch nicht mit der mitogenen Signalgebung. Bei dieser beschleunigte das mitogene Potential des Insulins die Zellteilung und verursachte einen leichten replikativen Stress. Der milde replikative Stress könnte der Kontrolle durch die mitotischen Checkpoint-Proteine entgehen und zu Chromosomen-Fehlverteilungen und Chromosomenbrüchen führen. Dieser Effekt wurde in der Krebszelllinie Hela in Form von multipolaren Spindeln und Mikronuklei beobachtet und es ist nicht klar ob normale Zellen mit effizienterer Kontrolle dies verhindern könnten. Insgesamt könnte ein durch hohe Insulinspiegel vermittelter Schaden im Kontext anderer Komorbiditäten wie etwa PTEN Syndromen, metabolischem Syndrom oder Adipositas zu einer Akkumulation von DNA-Schäden führen.
Schließlich zeigte die Analyse von Proben adipöser Patienten eine Zunahme von DNA-Schaden und oxidativem Stress im Vergleich zu den gesunden Kontrollen. Der Anstieg des DNA-Schadens war am höchsten in der Untergruppe der Patienten mit Insulinresistenz. Hoher Insulinspiegel bedeutet somit ein Risiko vom erhöhten oxidativen Stress und Genomschaden, insbesondere in Kombination mit Komorbiditäten.
Erschwert wird das Verständnis dieser multifaktoriellen Zusammenhänge durch das komplexe Zusammenspiel von oxidativem Stress und seiner zellulären Regulation in vielen physiologischen sowie pathophysiologischen Prozessen. Daneben ist es eine Herausforderung, Genomschäden bei den geringen Wirkspiegeln hormoneller Effekte zu detektieren. Weitere Untersuchungen der komplexen Insulin-vermittelten Genomschadenswege werden notwendig sein, um mögliche Risiken der Hyperinsulinämie bei Erkrankungen wie Stoffwechselkrankheiten, Diabetes Typ 2 und Adipositas besser zu charakterisieren.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-242005
10.25972/OPUS-24200
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X 129456
CC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Geema Kodandaraman
deu
swd
Insulin
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Genotoxicity
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swd
Micronucleus
Biowissenschaften; Biologie
Medizin und Gesundheit
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/24200/Kodandaraman_Geema_Thesis.pdf
24010
2021
deu
doctoralthesis
1
2021-06-16
--
2021-06-07
Schicksal von Mikrokernen bzw. mikrokernhaltigen Zellen und Bedeutung von Mikrokernen als Biomarker
Fate of micronuclei and micronucleated cells along with relevance of micronuclei as biomarker
Mikrokerne sind als wichtiger Biomarker in der Gentoxizitätsforschung seit langer Zeit etabliert und ihre Bildung ist mechanistisch gut verstanden, wohingegen das Mikrokernschicksal und die genaue Funktion von Mikrokernen in der Kanzerogenese unzureichend erforscht sind. Um das Schicksal von Mikrokernen und mikrokernhaltigen Zellen über einen längeren Zeitraum zu untersuchen, wurden HeLa-Zellen, die mit einem GFP-markierten Histon H2B transfiziert worden sind, mittels Lebendzellmikroskopie nach Behandlung mit verschiedenen gentoxischen Agenzien für 96 h untersucht. Parameter wie die Mitose- oder Zelltodrate wurden dabei ebenso wie das Schicksal der Mikrokerne dokumentiert. Während Persistenz und Reinkorporation von Mikrokernen häufig beobachtet wurden, waren Degradation und Auswurf von Mikrokernen selten bis gar nicht zu sehen. Auch konnte ein Teil der mikrokernhaltigen Zellen über mehrere Zellteilungen persistieren und proliferieren, wodurch die in Mikrokernen manifestierte chromosomale Instabilität unverändert bleiben kann. Ein eindeutiger Substanzeinfluss auf das Mikrokernschicksal konnte nicht ausgemacht werden. Extrusion sollte weiterhin durch Behandlung mit Hydroxyurea oder Cytochalasin B in Kombination mit gentoxischer Behandlung induziert werden, es wurde jedoch kein Effekt auf die Extrusionsrate beobachtet. Degradation wurde mittels γH2AX-Antikörperfärbung und transduziertem dsRed-markierten Autophagiemarker LC3B in HeLa-H2B-GFP-Zellen untersucht. Trotz erhöhter DNA-Degradation in Mikrokernen wurde nur selten eine Ko-Lokalisierung mit LC3B beobachtet. Dafür gab es in HeLa-H2B-GFP-Zellen, die zusätzlich mit dsRed markierten Kernmembranmarker Lamin B1 transduziert worden sind, Anzeichen für eine eingeschränkte Mikrokernmembranintegrität. Weiterhin wurden Zytokinese-Block Mikrokerntests nach Behandlung mit Thebain mit und ohne metabolische Aktivierung sowie Celecoxib und Celecoxibderivaten durchgeführt. Hierbei wurde nach Thebainbehandlung nur ohne metabolische Aktivierung und bei Anwesenheit von Zytotoxizität mehr Mikrokerne gefunden, während nach Behandlung mit Celecoxib und Celecoxibderivaten kein Anstieg beobachtet wurde. Zusätzlich wurde der Einfluss durch neurodegenerative Veränderungen auf Mundschleimhautzellen in zwei großen Kohorten untersucht, wobei keine Effekte auf die Häufigkeit von Mikrokernen oder mikrokernhaltigen Zellen zugeordnet werden konnten, während es teilweise bei Parametern, die auf Zytotoxizität hindeuten, zu Veränderungen kam. Es konnte insgesamt gezeigt werden, dass Mikrokerne und mikrokernhaltige Zellen zusätzlich zu ihrer Funktion als Biomarker über wenigstens mehrere Zellteilungen bestehen bleiben können. Auf diese Weise können sie z. B. über Chromothripsis zu einer beschleunigten Kanzerogenese führen, was zu einer schlechten Prognose für Krebspatienten führen kann.
Micronuclei have been established as biomarkers long ago in genotoxicity research and although formation is mechanistically well understood, the fate of micronuclei as well as micronuclei function in carcinogenesis are poorly investigated. To explore the long-term fate of micronuclei and micronucleated cells, HeLa cells transfected with GFP-tagged histone H2B were examined via live cell imaging after treatment with various genotoxic agents for 96 h. Parameters like mitosis or cell death rate as well as the development of micronuclei were analysed. While persistence and reincorporation of micronuclei were frequently observed, degradation and extrusion of micronuclei were found only rarely or never. A subset of micronucleated cells could persist and proliferate over multiple cell divisions, so that micronuclei as manifestation of chromosomal instability also persisted. No clear substance-related effect on micronucleus fate could be determined. Extrusion of micronuclei was furthermore investigated after treatment with hydroxyurea or after combination treatment with cytochalasin B and a genotoxic agent, but no effect on the extrusion rate was observed. Degradation of micronuclei was investigated in detail by γH2AX antibody staining and transduction of dsRed-tagged autophagy marker LC3B in HeLa-H2B- GFP-cells. Although enrichment of DNA degradation in micronuclei were identified, co-localisation with LC3B was observed only rarely. In HeLa-H2B-GFP-cells transduced with dsRed-tagged nuclear membrane marker lamin B1, evidence for impaired nuclear membrane integrity was found. In addition, cytokinesis-block micronucleus tests after treatment with thebaine with and without metabolic activation as well as celecoxib and celecoxib derivatives were conducted. After thebaine treatment, increased micronucleus frequency was only observed without metabolic activation and together with cytotoxicity, while treatment with celecoxib and celecoxib derivatives caused no effect on micronucleus frequency. Effects of neurodegenerative disease on DMA damage in buccal cells of two large cohorts were furthermore investigated, but no effect on the frequency of micronuclei and micronucleated cells was observed, while parameters indicating cytotoxicity showed alterations. All in all, it could be demonstrated, that micronuclei and micronucleated cells, apart from their role as biomarker, can persist for multiple cell divisions. This way, cancerogenesis can be accelerated e.g. via chromothripsis, potentially leading to poor prognosis for cancer patients.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-240109
10.25972/OPUS-24010
publish
X 129435
Deutsches Urheberrecht
Hauke Reimann
deu
swd
Kleinkern
deu
swd
Mutagenität
deu
swd
Thebain
deu
swd
Celecoxib
deu
uncontrolled
Kognitive Beeinträchtigung
deu
uncontrolled
Mundschleimhautzellen
deu
uncontrolled
Lebendzellmikroskopie
Medizin und Gesundheit
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/24010/Doktorarbeit_HaukeReimann.pdf
23503
2020
eng
3553–3561
94
article
1
2021-04-21
--
--
Long-term fate of etoposide-induced micronuclei and micronucleated cells in Hela-H2B-GFP cells
Micronuclei are small nuclear cellular structures containing whole chromosomes or chromosomal fragments. While there is a lot of information available about the origin and formation of micronuclei, less is known about the fate of micronuclei and micronucleated cells. Possible fates include extrusion, degradation, reincorporation and persistence. Live cell imaging was performed to quantitatively analyse the fates of micronuclei and micronucleated cells occurring in vitro. Imaging was conducted for up to 96 h in HeLa-H2B-GFP cells treated with 0.5, 1 and 2 µg/ml etoposide. While a minority of micronuclei was reincorporated into the main nucleus during mitosis, the majority of micronuclei persisted without any alterations. Degradation and extrusion were observed rarely or never. The presence of micronuclei affected the proliferation of the daughter cells and also had an influence on cell death rates. Mitotic errors were found to be clearly increased in micronucleus-containing cells. The results show that micronuclei and micronucleated cells can, although delayed in cell cycle, sustain for multiple divisions.
Archives of Toxicology
0340-5761
10.1007/s00204-020-02840-0
urn:nbn:de:bvb:20-opus-235039
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Archives of Toxicology (2020) 94:3553–3561. https://doi.org/10.1007/s00204-020-02840-0
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Hauke Reimann
Helga Stopper
Henning Hintzsche
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uncontrolled
micronuclei
eng
uncontrolled
cell fate
eng
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etoposide
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uncontrolled
live imaging
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uncontrolled
DNA damage
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/23503/204_2020_Article_2840.pdf
20572
2021
deu
doctoralthesis
1
2020-06-10
--
2020-06-03
Biochemische Charakterisierung von cAMP-Gradienten – Einfluss von Phosphodiesterasen
Biochemical Characterization of cAMP Gradients – Influence of Phosphodiesterases
Cyclisches Adenosinmonophosphat ist ein ubiquitärer zweiter Botenstoff zahlreicher Signalwege im menschlichen Körper. Auf eine Vielzahl verschiedenster extrazellulärer Signale folgt jedoch eine Erhöhung desselben intrazellulären Botenstoffs - cAMP. Nichtsdestotrotz schafft es die Zelle, Signalspezifität aufrecht zu erhalten. Ein anerkanntes, wenn auch bisher unverstandenes Modell, um dieses zu ermöglichen, ist das Prinzip der Kompartimentierung. Die Zelle besitzt demnach Areale verschieden hoher cAMP-Konzentrationen, welche lokal begrenzt einzelne Signalkaskaden beeinflussen und somit eine differenzierte Signalübertragung ermöglichen. Eine mögliche Ursache für die Ausbildung solcher Bereiche geringerer cAMP- Konzentrationen (hier als Domänen bezeichnet), ist die hydrolytische Aktivität von Phosphodiesterasen (PDEs), welche als einzige Enzyme die Fähigkeiten besitzen, cAMP zu degradieren.
In dieser Arbeit wird der Einfluss der cAMP-Hydrolyse verschiedener PDEs auf die Größe dieser Domänen evaluiert und mit denen der PDE4A1 verglichen, welche bereits durch unsere Arbeitsgruppe aufgrund ihrer Größe als Nanodomänen definiert wurden. Der Fokus wird dabei auf den Einfluss von kinetischen Eigenschaften der Phosphodiesterasen gelegt. So werden eine PDE mit hoher Umsatzgeschwindigkeit (PDE2A3) und eine PDE mit hoher Substrataffinität (PDE8A1) verglichen. Mithilfe sogenannter Linker, Abstandshaltern definierter Länge, werden zusätzlich die Nanodomänen ausgemessen, um einen direkten Zusammenhang zwischen Größe und kinetischer Eigenschaft anzugeben. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die maximale Umsatzgeschwindigkeit der Phosphodiesterasen direkt mit der Größe der Nanodomänen korreliert.
Durch den unmittelbaren Vergleich der gesamten PDE mit ihrer katalytischen Domäne wird zusätzlich der Einfluss von regulatorischen Domänen evaluiert. Es wird gezeigt, dass diese cAMP-Gradienten modulieren können. Bei der PDE2A3 geschieht die Modulation u.a. durch Stimulation mit cGMP, welche höchstwahrscheinlich dosisabhängig ist und somit graduell verläuft. Hiermit präsentieren sich die Domänen als dynamische Bereiche, d.h. sie können in ihrer Ausprägung reguliert werden. In dieser Arbeit wird die Hypothese bestätigt, dass Phosphodiesterasen eine wichtige Rolle in der Kompartimentierung von cAMP spielen, die Gruppe jedoch inhomogener ist, als bislang angenommen. Die Gradienten-Bildung lässt sich nicht bei jeder Phosphodiesterase darstellen (PDE8A1). Einige Phosphodiesterasen (PDE2A3) jedoch bilden Kompartimente, die durch externe Stimuli in ihrer Größe reguliert werden können.
Die Arbeit legt den Grundstein zur breiteren Charakterisierung des spezifischen Einflusses weiterer PDEs auf cAMP-Kompartimentierung, welches nicht nur das Verständnis der Kompartimentierungs-Strategien voranbringt, sondern auch essentiell für das Verständnis der Pathophysiologie zahlreicher Krankheitsbilder, aber auch für das Verständnis bereits angewandter aber auch potentiell neuer Medikamente ist.
Cyclic AMP is a ubiquitous second messenger, which is involved in a huge variety of signaling pathways. Nevertheless, thinking about signaling specificity, it is unclear how numerous diverse signals are all translated via the same second messenger. However, to ensure downstream specificity there is one accepted model - the compartmentalization of cAMP. Different levels of cAMP therefore lead to signaling islets or areas, which ensure a more diverse downstream signaling. One example, which guarantees areas with lower cAMP concentration, is the local hydrolysis of cAMP due to phosphodiesterases’ hydrolytic activity.
In this thesis the ability of different phosphodiesterases to build cAMP gradients is compared to the ability of the PDE4 to build cAMP domains in the scale of nanometers, which was already shown by our group. To discriminate influence factors of the formation of those nanodomains, the focus was set on distinct PDEs’ kinetic properties. Therefore, a PDE with a high velocity (PDE2A3) for cAMP hydrolysis is compared to the PDE with the highest known affinity (PDE8A1) to cAMP. Furthermore, with the tools provided by our group, linkers, which are “nanorulers” of distinct size, were used to directly measure the radius of those domains. It is revealed, that the size of the nanodomains directly correlates with the hydrolysis velocity.
Furthermore, by comparison of full length PDE with its catalytic domain, it is shown, that their regulatory domains can modulate the ability of phosphodiesterases to create cAMP gradients. In PDE2A3, modulation of cAMP gradients was observed upon cGMP stimulation, which probably occurs in a concentration-dependent matter. Thus, cAMP domains seem to be dynamic areas, i.e. they can be regulated in their size. It is postulated, that phosphodiesterases are one important force for creating compartments, but the family of PDEs itself is inhomogeneous. Not every PDE can build detectable compartments (PDE8A1), but others can build compartments, which are regulated through external stimuli (PDE2A3).
The thesis builds the foundation for additional characterization of the other PDE families, which would provide further insight in strategies of cAMP compartmentalization. Moreover, the knowledge of distinct functions of PDEs on cAMP compartments is crucial for the understanding of the pathophysiology of several diseases and the understanding of present and future pharmacological therapies.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-205728
10.25972/OPUS-20572
X 129410
Deutsches Urheberrecht
Charlotte Konrad
deu
swd
Cyclo-AMP
deu
swd
Phosphodiesterase
deu
uncontrolled
cAMP
deu
uncontrolled
PDE
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/20572/Konrad_Charlotte_Dissertation.pdf
23601
2020
eng
2354-2364
5
7
article
1
2021-04-28
--
--
Coagulation factor XIII activity predicts left ventricular remodelling after acute myocardial infarction
Aims Acute myocardial infarction (MI) is the major cause of chronic heart failure. The activity of blood coagulation factor XIII (FXIIIa) plays an important role in rodents as a healing factor after MI, whereas its role in healing and remodelling processes in humans remains unclear. We prospectively evaluated the relevance of FXIIIa after acute MI as a potential early prognostic marker for adequate healing.
Methods and results This monocentric prospective cohort study investigated cardiac remodelling in patients with ST-elevation MI and followed them up for 1 year. Serum FXIIIa was serially assessed during the first 9 days after MI and after 2, 6, and 12 months. Cardiac magnetic resonance imaging was performed within 4 days after MI (Scan 1), after 7 to 9 days (Scan 2), and after 12 months (Scan 3). The FXIII valine-to-leucine (V34L) single-nucleotide polymorphism rs5985 was genotyped. One hundred forty-six patients were investigated (mean age 58 ± 11 years, 13% women). Median FXIIIa was 118 % (quartiles, 102–132%) and dropped to a trough on the second day after MI: 109%(98–109%; P < 0.001). FXIIIa recovered slowly over time, reaching the baseline level after 2 to 6 months and surpassed baseline levels only after 12 months: 124 % (110–142%). The development of FXIIIa after MI was independent of the genotype. FXIIIa on Day 2 was strongly and inversely associated with the relative size of MI in Scan 1 (Spearman’s ρ = –0.31; P = 0.01) and Scan 3 (ρ = –0.39; P < 0.01) and positively associated with left ventricular ejection fraction: ρ = 0.32 (P < 0.01) and ρ = 0.24 (P = 0.04), respectively.
Conclusions FXIII activity after MI is highly dynamic, exhibiting a significant decline in the early healing period, with reconstitution 6 months later. Depressed FXIIIa early after MI predicted a greater size of MI and lower left ventricular ejection fraction after 1 year. The clinical relevance of these findings awaits to be tested in a randomized trial.
ESC Heart Failure
10.1002/ehf2.12774
urn:nbn:de:bvb:20-opus-236013
publish
ESC Heart Failure 2020; 7: 2354–2364 DOI: 10.1002/ehf2.12774
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Anna Frey
Tobias Gassenmaier
Ulrich Hofmann
Dominik Schmitt
Georg Fette
Almuth Marx
Sabine Heterich
Valérie Boivin-Jahns
Georg Ertl
Thorsten Bley
Stefan Frantz
Roland Jahns
Stefan Störk
eng
uncontrolled
blood coagulation factor XIII
eng
uncontrolled
ST-elevation myocardial infarction
eng
uncontrolled
healing and remodelling processes
eng
uncontrolled
cardiac magnetic resonance imaging
Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Informatik
Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie (Institut für Röntgendiagnostik)
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Medizinische Klinik und Poliklinik I
Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI)
Förderzeitraum 2020
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/23601/ehf2.12774.pdf
23597
2020
eng
1830-1841
4
7
article
1
2021-04-28
--
--
Unmasking features of the auto-epitope essential for β\(_1\)-adrenoceptor activation by autoantibodies in chronic heart failure
Aims
Chronic heart failure (CHF) can be caused by autoantibodies stimulating the heart via binding to first and/or second extracellular loops of cardiac β1-adrenoceptors. Allosteric receptor activation depends on conformational features of the autoantibody binding site. Elucidating these features will pave the way for the development of specific diagnostics and therapeutics. Our aim was (i) to fine-map the conformational epitope within the second extracellular loop of the human β\(_1\)-adrenoceptor (β1ECII) that is targeted by stimulating β\(_1\)-receptor (auto)antibodies and (ii) to generate competitive cyclopeptide inhibitors of allosteric receptor activation, which faithfully conserve the conformational auto-epitope.
Methods and results
Non-conserved amino acids within the β\(_1\)EC\(_{II}\) loop (compared with the amino acids constituting the ECII loop of the β\(_2\)-adrenoceptor) were one by one replaced with alanine; potential intra-loop disulfide bridges were probed by cysteine–serine exchanges. Effects on antibody binding and allosteric receptor activation were assessed (i) by (auto)antibody neutralization using cyclopeptides mimicking β1ECII ± the above replacements, and (ii) by (auto)antibody stimulation of human β\(_1\)-adrenoceptors bearing corresponding point mutations. With the use of stimulating β\(_1\)-receptor (auto)antibodies raised in mice, rats, or rabbits and isolated from exemplary dilated cardiomyopathy patients, our series of experiments unmasked two features of the β\(_1\)EC\(_{II}\) loop essential for (auto)antibody binding and allosteric receptor activation: (i) the NDPK\(^{211–214}\) motif and (ii) the intra-loop disulfide bond C\(^{209}\)↔C\(^{215}\). Of note, aberrant intra-loop disulfide bond C\(^{209}\)↔C\(^{216}\) almost fully disrupted the functional auto-epitope in cyclopeptides.
Conclusions
The conformational auto-epitope targeted by cardio-pathogenic β\(_1\)-receptor autoantibodies is faithfully conserved in cyclopeptide homologues of the β\(_1\)EC\(_{II}\) loop bearing the NDPK\(^{211–214}\) motif and the C\(^{209}\)↔C\(^{215}\) bridge while lacking cysteine C216. Such molecules provide promising tools for novel diagnostic and therapeutic approaches in β\(_1\)-autoantibodypositive CHF.
ESC Heart Failure
10.1002/ehf2.12747
urn:nbn:de:bvb:20-opus-235974
publish
ESC Heart Failure 2020; 7: 1830–1841 DOI: 10.1002/ehf2.12747
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Angela Wölfel
Mathias Sättele
Christina Zechmeister
Viacheslov O. Nikolaev
Martin J. Lohse
Fritz Boege
Roland Jahns
Valérie Boivin-Jahns
eng
uncontrolled
antibody/autoantibody
eng
uncontrolled
β1-adrenoceptor/β1-adrenergic receptor
eng
uncontrolled
chronic heart failure
eng
uncontrolled
conformational auto-epitope
eng
uncontrolled
cyclic peptides/cyclopeptides
eng
uncontrolled
cyclopeptide therapy
Biowissenschaften; Biologie
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Rudolf-Virchow-Zentrum
Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI)
Förderzeitraum 2020
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/23597/ehf2.12747.pdf
23143
2020
eng
10
article
1
2021-03-24
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Micronucleus frequency in buccal mucosa cells of patients with neurodegenerative diseases
Neurodegenerative diseases show an increase in prevalence and incidence, with the most prominent example being Alzheimer's disease. DNA damage has been suggested to play a role in the pathogenesis, but the exact mechanisms remain elusive. We enrolled 425 participants with and without neurodegenerative diseases and analyzed DNA damage in the form of micronuclei in buccal mucosa samples. In addition, other parameters such as binucleated cells, karyolytic cells, and karyorrhectic cells were quantified. No relevant differences in DNA damage and cytotoxicity markers were observed in patients compared to healthy participants. Furthermore, other parameters such as lifestyle factors and diseases were also investigated. Overall, this study could not identify a direct link between changes in buccal cells and neurogenerative diseases, but highlights the influence of lifestyle factors and diseases on the human buccal cytome.
Scientific Reports
10.1038/s41598-020-78832-y
urn:nbn:de:bvb:20-opus-231430
publish
Scientific Reports (2020) 10:22196. https://doi.org/10.1038/s41598-020-78832-y
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Hauke Reimann
Helga Stopper
Thomas Polak
Martin Lauer
Martin J. Herrmann
Jürgen Deckert
Henning Hintzsche
eng
uncontrolled
peripheral-blood lymphocytes
eng
uncontrolled
Alzheimers disease
eng
uncontrolled
DNA damage
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uncontrolled
cognitive impairment
eng
uncontrolled
cytome biomarkers
eng
uncontrolled
diagnosis
eng
uncontrolled
association
eng
uncontrolled
assay
eng
uncontrolled
life
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie
Förderzeitraum 2020
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/23143/s41598-020-78832-y.pdf
23131
2020
eng
10
article
1
2021-03-23
--
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Integrated structural and functional analysis of the protective effects of kinetin against oxidative stress in mammalian cellular systems
Metabolism and signaling of cytokinins was first established in plants, followed by cytokinin discoveries in all kingdoms of life. However, understanding of their role in mammalian cells is still scarce. Kinetin is a cytokinin that mitigates the effects of oxidative stress in mammalian cells. The effective concentrations of exogenously applied kinetin in invoking various cellular responses are not well standardized. Likewise, the metabolism of kinetin and its cellular targets within the mammalian cells are still not well studied. Applying vitality tests as well as comet assays under normal and hyper-oxidative states, our analysis suggests that kinetin concentrations of 500 nM and above cause cytotoxicity as well as genotoxicity in various cell types. However, concentrations below 100 nM do not cause any toxicity, rather in this range kinetin counteracts oxidative burst and cytotoxicity. We focus here on these effects. To get insights into the cellular targets of kinetin mediating these pro-survival functions and protective effects we applied structural and computational approaches on two previously testified targets for these effects. Our analysis deciphers vital residues in adenine phosphoribosyltransferase (APRT) and adenosine receptor (A2A-R) that facilitate the binding of kinetin to these two important human cellular proteins. We finally discuss how the therapeutic potential of kinetin against oxidative stress helps in various pathophysiological conditions.
Scientific Reports
10.1038/s41598-020-70253-1
urn:nbn:de:bvb:20-opus-231317
publish
Scientific Reports (2020) 10:13330. https://doi.org/10.1038/s41598-020-70253-1
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Muhammad Naseem
Eman M. Othman
Moustafa Fathy
Jibran Iqbal
Fares M. Howari
Fatima A. AlRemeithi
Geema Kodandaraman
Helga Stopper
Elena Bencurova
Dimitrios Vlachakis
Thomas Dandekar
eng
uncontrolled
cytokinins
eng
uncontrolled
6-benzylaminopurine
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Förderzeitraum 2020
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/23131/s41598-020-70253-1.pdf
21273
2019
eng
1015
1026
5
6
article
1
--
--
--
Assessing the role of extracellular signal‐regulated kinases 1 and 2 in volume overload‐induced cardiac remodelling
Aims
Volume overload (VO) and pressure overload (PO) induce differential cardiac remodelling responses including distinct signalling pathways. Extracellular signal‐regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2), key signalling components in the mitogen‐activated protein kinase (MAPK) pathways, modulate cardiac remodelling during pressure overload (PO). This study aimed to assess their role in VO‐induced cardiac remodelling as this was unknown.
Methods and results
Aortocaval fistula (Shunt) surgery was performed in mice to induce cardiac VO. Two weeks of Shunt caused a significant reduction of cardiac ERK1/2 activation in wild type (WT) mice as indicated by decreased phosphorylation of the TEY (Thr‐Glu‐Tyr) motif (−28% as compared with Sham controls, P < 0.05). Phosphorylation of other MAPKs was unaffected. For further assessment, transgenic mice with cardiomyocyte‐specific ERK2 overexpression (ERK2tg) were studied. At baseline, cardiac ERK1/2 phosphorylation in ERK2tg mice remained unchanged compared with WT littermates, and no overt cardiac phenotype was observed; however, cardiac expression of the atrial natriuretic peptide was increased on messenger RNA (3.6‐fold, P < 0.05) and protein level (3.1‐fold, P < 0.05). Following Shunt, left ventricular dilation and hypertrophy were similar in ERK2tg mice and WT littermates. Left ventricular function was maintained, and changes in gene expression indicated reactivation of the foetal gene program in both genotypes. No differences in cardiac fibrosis and kinase activation was found amongst all experimental groups, whereas apoptosis was similarly increased through Shunt in ERK2tg and WT mice.
Conclusions
VO‐induced eccentric hypertrophy is associated with reduced cardiac ERK1/2 activation in vivo. Cardiomyocyte‐specific overexpression of ERK2, however, does not alter cardiac remodelling during VO. Future studies need to define the pathophysiological relevance of decreased ERK1/2 signalling during VO.
ESC Heart Failure
10.1002/ehf2.12497
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swordwue
2020-10-05T19:09:16+00:00
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ESC Heart Failure 2019, 6(5):1015-1026. DOI: 10.1002/ehf2.12497
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CC BY-NC: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell 4.0 International
Svenja Jochmann
Manar Elkenani
Belal A. Mohamed
Eric Buchholz
Dawid Lbik
Lutz Binder
Kristina Lorenz
Ajay M. Shah
Gerd Hasenfuß
Karl Toischer
Moritz Schnelle
eng
uncontrolled
ERK1/2
eng
uncontrolled
volume overload
eng
uncontrolled
aortocaval fistula model
eng
uncontrolled
cardiac remodelling
eng
uncontrolled
eccentric hypertrophy
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/21273/EHF2_EHF212497.pdf
23373
2021
deu
doctoralthesis
1
2021-04-07
--
2021-03-18
Hemmung pathologischer kardialer Hypertrophie über das Dimer-Interface von ERK1/2
Inhibition of pathological cardiac hypertrophy by the dimer interface of ERK1/2
Die extrazellulär Signal-regulierten Kinasen 1 und 2 (ERK1/2) spielen eine zentrale Rolle bei der Vermittlung kardialer Hypertrophie und dem Zellüberleben. Hypertrophe Stimuli aktivieren ERK1/2, triggern deren Dimerisierung und in der Folge die ERK188-Autophosphorylierung. Diese neu entdeckte Autophosphorylierung ist eine Voraussetzung für den nukleären Import von ERK1/2 und führt zum Entstehen pathologischer kardialer Hypertrophie. Da das Dimer Interface von ERK eine mögliche Zielstruktur darstellt, um selektiv die nukleären Signalwege von ERK zu unterbrechen, wurde untersucht, ob man mit Hemmung der ERK-Dimerisierung eine therapeutische Möglichkeit hat, um pathologische kardiale Hypertrophie zu verhindern. Dazu wurden verschiedene ERK2 Mutanten und Peptide generiert, um die ERK-Dimerisierung zu verhindern. Die Effekte dieser Konstrukte auf die ERK-Dimerisierung und den Kernimport wurden in verschiedenen Zelltypen mittels Fluoreszenzmikroskopie, Co-Immunopräzipitationen und Duolink proximity ligation assays getestet. Es konnte gezeigt werden, dass die Peptide effektiv die ERK-ERK Interaktion nach Stimulation mit Phenylephrin und/oder Carbachol verhindern. Zusätzlich reduzierten die Peptide ERKT188-Phosphorylierung und in der Folge den ERK-Import in den Nukleus und Kardiomyozytenhypertrophie. Normale ERK-Aktivierung wurde jedoch durch die Peptide nicht verhindert. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das ERK-Dimer Interface eine wertvolle Zielstruktur ist, mit dem man nukleäre ERK1/2 Signalwege selektiv unterbrechen und damit effektiv Kardiomyozytenwachstum reduzieren kann, ohne gleichzeitig das Zellüberleben zu gefährden.
The extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) have a central role in cardiac hypertrophy and cell survival. Hypertrophic stimuli activate ERK1/2, trigger ERK dimerization and subsequently ERKT188-autophosphorylation. This newly discovered autophosphorylation is a prerequisite for nuclear ERK1/2 translocation and leads to the development of pathological cardiac hypertrophy. As the ERK dimer interface is a potential target to selectively interfere with nuclear ERK1/2 signaling, we investigated whether the interference with ERK dimerization may serve as a therapeutic strategy to prevent pathological cardiac hypertrophy. For this, we generated ERK2 mutants and peptide constructs that interfere with ERK dimerization. These constructs were evaluated in various cell types by their effects on nuclear ERK translocation and dimerization by fluorescence microcopy, co-immunoprecipitation and Duolink proximity ligation assays. We showed that the peptides indeed prevented ERK-ERK interaction in response to phenylephrine and/or carbachol stimulation. In addition, the peptides prevented ERKT188-phosphorylation and interfered with all ERK1/2 effects that are associated with ERKT188-phosphorylation e.g. nuclear ERK translocation and cardiomyocyte hypertrophy. Interestingly, the peptide did not inhibit the general activation of ERK1/2. These data indicate that the ERK dimer interface is a valuable target for selective inhibition of nuclear ERK1/2 signaling, that is able to effectively attenuate ERK1/2 mediated cardiomyocyte growth but without impairing cell survival.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-233739
10.25972/OPUS-23373
publish
X 129268
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Sofia Kramer
deu
swd
Dimerisierung
deu
swd
Herzhypertrophie
deu
swd
Interferenz
deu
swd
MAP-Kinase
deu
uncontrolled
ERK1/2
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/23373/Sofia_Kramer_ERK.pdf
22966
2021
eng
doctoralthesis
1
2021-03-06
--
2021-02-05
The ERK-cascade in the pathophysiology of cardiac hypertrophy
Die ERK-Kaskade in der Pathophysiologie der Herzhypertrophie
ERK1/2 are known key players in the pathophysiology of heart failure, but the members of the ERK cascade, in particular Raf1, can also protect the heart from cell death and ischemic injury. An additional autophosphorylation (ERK1 at Thr208, ERK2 at Thr188) empowers ERK1/2 translocation to the nucleus and phosphorylation of nuclear targets which take part in the development of cardiac hypertrophy. Thereby, targeting this additional phosphorylation is a promising pharmacological approach.
In this thesis, an in silico model of ERK cascade in the cardiomyocyte is introduced. The model is a semi-quantitive model and its behavior was tested with different softwares (SQUAD and CellNetAnalyzer). Different phosphorylation states of ERK1/2 as well as different stimuli can be reproduced. The different types of stimuli include hypertrophic as well as non-hypertrophic stimuli. With the introduced in-silico model time courses and synergistic as well as antagonistic receptor stimuli combinations can be predicted. The simulated time courses were experimentally validated. SQUAD was mainly used to make predictions about time courses and thresholds, whereas CNA was used to analyze steady states and feedback loops.
Furthermore, new targets of ERK1/2 which partially contribute, also in the formation of cardiac hypertrophy, were identified and the most promising of them were illuminated. Important further targets are Caspase 8, GAB2, Mxi-2, SMAD2, FHL2 and SPIN90.
Cardiomyocyte gene expression data sets were analyzed to verify involved components and to find further significantly altered genes after induced hypertrophy with TAC (transverse aortic constriction). Changes in the ultrastructure of the cardiomyocyte are the final result of induced hypertrophy.
ERK1/2 sind bekannte Schlüsselfiguren bei der Entstehung der Herzinsuffizienz. Weitere Komponenten der ERK-Kaskade, insbesondere Raf1, können das Herz jedoch vor Zelltod und ischämischem Schaden schützen. Eine zusätzliche Autophosphorylierung von ERK1 an Thr208 bzw. von ERK2 an Thr188 ermöglicht ERK1/2 die Translokation zum Zellkern und befähigt ERK dort zur Phosphorylierung von nukleosolischen Zielproteinen, welche eine Herzmuskelhypertrophie auslösen. Daher erscheint diese zusätzliche Autophosphorylierung als eine vielversprechende pharmakologische Zielstruktur.
In dieser Arbeit wird ein in-silico Modell der ERK-Kaskade im Kardiomyozyten präsentiert. Das Modell ist ein semi-quantitatives Modell und wurde mit den Programmen SQUAD und CellNetAnalyzer getestet. Verschiedene Phosphorylierungs-Zustände von ERK1/2 als auch verschiedene Stimuli (hypertrophe als auch nicht-hypertrophe) können mit dem Modell reproduziert werden. Mit dem präsentierten in-silico Modell können sowohl zeitliche Abläufe als auch synergistische und antagonistische Effekte vorhergesagt werden. Die simulierten zeitlichen Abläufe wurden durch in-vitro Experimente validiert. SQUAD wurde hauptsächlich für die Modellierung von zeitlichen Abläufen und Schwellenwerte genutzt, wohingegen CellNetAnalyzer vor allen Dingen zur Analyse von Fließgleichgewichten und Rückkopplungs-Mechanismen genutzt wurde.
Darüberhinaus wurden Zielstrukturen von ERK1/2, welche zusätzlich an der Entstehung der Herzhypertrophie mitwirken, identifiziert. Diese umfassen unter anderem Caspase 8, GAB2, Mxi-2, SMAD2, FHL2 und SPIN90.
Gen-Expressions-Datensätze von Kardiomyozyten nach TAC (transverse aortic constriction) wurden analysiert. Diese wurden mit den im Model vorhandenen Strukturen verglichen und signifikant veränderte Expressionslevel wurden identifiziert. Veränderungen der Ultrastruktur des Kardiomyozyten sind das Ergebnis der induzierten Hypertrophie.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-229664
10.25972/OPUS-22966
publish
X 129248
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Alexandra Claßen
deu
swd
Herzhypertrophie
deu
swd
Systembiologie
eng
uncontrolled
ERK-cascade
deu
uncontrolled
ERK-Kaskade
eng
uncontrolled
cardiac hypertrophy
eng
uncontrolled
in-silico model
deu
uncontrolled
In-silico Modell
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/22966/Classen_Alexandra_Dissertation.pdf
17264
2017
eng
12
15
article
1
2018-11-22
--
--
Isolation of petrocidin A, a new cytotoxic cyclic dipeptide from the marine sponge-derived bacterium \(Streptomyces\) sp. SBT348
A new cyclic dipeptide, petrocidin A (\(\textbf{1}\)), along with three known compounds—2,3-dihydroxybenzoic acid (\(\textbf{2}\)), 2,3-dihydroxybenzamide (\(\textbf{3}\)), and maltol (\(\textbf{4}\))—were isolated from the solid culture of \(Streptomyces\) sp. SBT348. The strain \(Streptomyces\) sp. SBT348 had been prioritized in a strain collection of 64 sponge-associated actinomycetes based on its distinct metabolomic profile using liquid chromatography/high-resolution mass spectrometry (LC-HRMS) and nuclear magnetic resonance (NMR). The absolute configuration of all α-amino acids was determined by HPLC analysis after derivatization with Marfey’s reagent and comparison with commercially available reference amino acids. Structure elucidation was pursued in the presented study by mass spectrometry and NMR spectral data. Petrocidin A (\(\textbf{1}\)) and 2,3-dihydroxybenzamide (\(\textbf{3}\)) exhibited significant cytotoxicity towards the human promyelocytic HL-60 and the human colon adenocarcinoma HT-29 cell lines. These results demonstrated the potential of sponge-associated actinomycetes for the discovery of novel and pharmacologically active natural products.
Marine Drugs
10.3390/md15120383
urn:nbn:de:bvb:20-opus-172644
Marine Drugs (2017) 15(12):383. https://doi.org/10.3390/md15120383
311932
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Cheng Cheng
Eman M. Othman
Helga Stopper
RuAngelie Edrada-Ebel
Ute Hentschel
Usama Ramadan Abdelmohsen
eng
uncontrolled
biology
eng
uncontrolled
sponges
eng
uncontrolled
actinomycetes
eng
uncontrolled
streptomyces
eng
uncontrolled
cyclic dipeptide
eng
uncontrolled
cytotoxic
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften
OpenAIRE
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17264/Cheng_marinedrugs-15-00383.pdf
18109
2016
eng
6
article
1
2019-05-24
--
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An essential developmental function for murine phosphoglycolate phosphatase in safeguarding cell proliferation
Mammalian phosphoglycolate phosphatase (PGP) is thought to target phosphoglycolate, a 2-deoxyribose fragment derived from the repair of oxidative DNA lesions. However, the physiological role of this activity and the biological function of the DNA damage product phosphoglycolate is unknown. We now show that knockin replacement of murine Pgp with its phosphatase-inactive Pgp\(^{D34N}\) mutant is embryonically lethal due to intrauterine growth arrest and developmental delay in midgestation. PGP inactivation attenuated triosephosphate isomerase activity, increased triglyceride levels at the expense of the cellular phosphatidylcholine content, and inhibited cell proliferation. These effects were prevented under hypoxic conditions or by blocking phosphoglycolate release from damaged DNA. Thus, PGP is essential to sustain cell proliferation in the presence of oxygen. Collectively, our findings reveal a previously unknown mechanism coupling a DNA damage repair product to the control of intermediary metabolism and cell proliferation.
Scientific Reports
10.1038/srep35160
urn:nbn:de:bvb:20-opus-181094
Scientific Reports 2016, 6:35160. DOI: 10.1038/srep35160
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Gabriela Segerer
Kerstin Hadamek
Matthias Zundler
Agnes Fekete
Annegrit Seifried
Martin J. Mueller
Frank Koentgen
Manfred Gessler
Elisabeth Jeanclos
Antje Gohla
eng
uncontrolled
cell proliferation
eng
uncontrolled
DNA metabolism
eng
uncontrolled
lipidomics
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Rudolf-Virchow-Zentrum
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/18109/Segerer_Scientific_Reports.pdf
17213
2017
eng
1
9
article
1
2018-11-19
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Distinct neurotoxicity profile of listeriolysin O from \(Listeria\) \(monocytogenes\)
Cholesterol-dependent cytolysins (CDCs) are protein toxins that originate from Gram-positive bacteria and contribute substantially to their pathogenicity. CDCs bind membrane cholesterol and build prepores and lytic pores. Some effects of the toxins are observed in non-lytic concentrations. Two pathogens, \(Streptococcus\) \(pneumoniae\) and \(Listeria\) \(monocytogenes\), cause fatal bacterial meningitis, and both produce toxins of the CDC family—pneumolysin and listeriolysin O, respectively. It has been demonstrated that pneumolysin produces dendritic varicosities (dendrite swellings) and dendritic spine collapse in the mouse neocortex, followed by synaptic loss and astrocyte cell shape remodeling without elevated cell death. We utilized primary glial cultures and acute mouse brain slices to examine the neuropathological effects of listeriolysin O and to compare it to pneumolysin with identical hemolytic activity. In cultures, listeriolysin O permeabilized cells slower than pneumolysin did but still initiated non-lytic astrocytic cell shape changes, just as pneumolysin did. In an acute brain slice culture system, listeriolysin O produced dendritic varicosities in an NMDA-dependent manner but failed to cause dendritic spine collapse and cortical astrocyte reorganization. Thus, listeriolysin O demonstrated slower cell permeabilization and milder glial cell remodeling ability than did pneumolysin and lacked dendritic spine collapse capacity but exhibited equivalent dendritic pathology.
Toxins
10.3390/toxins9010034
urn:nbn:de:bvb:20-opus-172130
Toxins (2017) 9(1):34. https://doi.org/10.3390/toxins9010034
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Jana Maurer
Sabrina Hupp
Carolin Bischoff
Christina Foertsch
Timothy J. Mitchell
Trinad Chakraborty
Asparouh I. Iliev
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uncontrolled
medicine
eng
uncontrolled
listeriolysin O
eng
uncontrolled
meningitis
eng
uncontrolled
acute slices
eng
uncontrolled
variocosities
eng
uncontrolled
dendritic spines
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Rudolf-Virchow-Zentrum
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17213/Maurer_toxins-09-00034.pdf
17226
2017
eng
8
article
1
2018-11-20
--
--
Evolutionary action and structural basis of the allosteric switch controlling β\(_2\)AR functional selectivity
Functional selectivity of G-protein-coupled receptors is believed to originate from ligand-specific conformations that activate only subsets of signaling effectors. In this study, to identify molecular motifs playing important roles in transducing ligand binding into distinct signaling responses, we combined in silico evolutionary lineage analysis and structure-guided site-directed mutagenesis with large-scale functional signaling characterization and non-negative matrix factorization clustering of signaling profiles. Clustering based on the signaling profiles of 28 variants of the β\(_2\)-adrenergic receptor reveals three clearly distinct phenotypical clusters, showing selective impairments of either the Gi or βarrestin/endocytosis pathways with no effect on Gs activation. Robustness of the results is confirmed using simulation-based error propagation. The structural changes resulting from functionally biasing mutations centered around the DRY, NPxxY, and PIF motifs, selectively linking these micro-switches to unique signaling profiles. Our data identify different receptor regions that are important for the stabilization of distinct conformations underlying functional selectivity.
Nature Communications
10.1038/s41467-017-02257-x
29255305
urn:nbn:de:bvb:20-opus-172268
Nature Communications (2017) 8:2169. https://doi.org/10.1038/s41467-017-02257-x
true
true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Anne-Marie Schönegge
Jonathan Gallion
Louis-Philippe Picard
Angela D. Wilkins
Christian Le Gouill
Martin Audet
Wayne Stallaert
Martin J. Lohse
Marek Kimmel
Olivier Lichtarge
Michel Bouvier
eng
uncontrolled
toxicology
eng
uncontrolled
functional clustering
eng
uncontrolled
molecular modelling
eng
uncontrolled
protein design
eng
uncontrolled
receptor pharmacology
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17226/Schoenegge_s41467-017-02257-x.pdf
21925
2020
eng
11
9
article
1
--
2020-11-01
--
Mycotoxin Occurrence, Exposure and Health Implications in Infants and Young Children in Sub-Saharan Africa: A Review
Infants and young children (IYC) remain the most vulnerable population group to environmental hazards worldwide, especially in economically developing regions such as sub-Saharan Africa (SSA). As a result, several governmental and non-governmental institutions including health, environmental and food safety networks and researchers have been proactive toward protecting this group. Mycotoxins, toxic secondary fungal metabolites, contribute largely to the health risks of this young population. In SSA, the scenario is worsened by socioeconomic status, poor agricultural and storage practices, and low level of awareness, as well as the non-establishment and lack of enforcement of regulatory limits in the region. Studies have revealed mycotoxin occurrence in breast milk and other weaning foods. Of concern is the early exposure of infants to mycotoxins through transplacental transfer and breast milk as a consequence of maternal exposure, which may result in adverse health effects. The current paper presents an overview of mycotoxin occurrence in foods intended for IYC in SSA. It discusses the imperative evidence of mycotoxin exposure of this population group in SSA, taking into account consumption data and the occurrence of mycotoxins in food, as well as biomonitoring approaches. Additionally, it discusses the health implications associated with IYC exposure to mycotoxins in SSA.
Foods
2304-8158
10.3390/foods9111585
urn:nbn:de:bvb:20-opus-219250
Foods 2020, 9(11), 1585; https://doi.org/10.3390/foods9111585
sword
true
true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Cynthia Adaku Chilaka
Angela Mally
eng
uncontrolled
mycotoxin
eng
uncontrolled
occurrence
eng
uncontrolled
exposure
eng
uncontrolled
child health
eng
uncontrolled
sub-Saharan Africa
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/21925/foods-09-01585-v2.pdf
19095
2016
eng
S44-S56
Supplement
74
article
1
2019-10-30
--
--
Biological relevance of decamethylcyclopentasiloxane (D5) induced rat uterine endometrial adenocarcinoma tumorigenesis: Mode of action and relevance to humans
Decamethylcyclopentasiloxane (D5) is a cyclic siloxane used in the production and formulation of consumer products with potential exposure to manufacturing workers, consumer, and the general public. Following a combined 2-year inhalation chronic bioassay performed in Fischer 344 (F344) rats, an increase in uterine endometrial adenocarcinomas was noted at the highest concentration to which animals were exposed. No other neoplasms were detected. In this study, a dose of 160 ppm produced an incidence of 8% endometrial adenocarcinomas. Based on a number of experimental studies with D5, the current manuscript examines the biological relevance and possible modes of action for the uterine endometrial adenocarcinomas observed in the rat following chronic exposure to D5. Variable rates of spontaneous uterine endometrial adenocarcinomas have been reported for untreated F344 CrIBr rats. As such, we concluded that the slight increase in uterine endometrial adenocarcinomas observed in the D5 chronic bioassay might not be the result of D5 exposure but may be related to variability of the spontaneous tumor incidence in this strain of rat. However, if the uterine endometrial adenocarcinomas are related to D5-exposure, alteration in the estrous cycle in the aging F344 rat is the most likely mode of action. D5 is not genotoxic or estrogenic. The alteration in the estrous cycle is caused by a decrease in progesterone with an increase in the estrogen:progesterone ratio most likely induced by a decrease in prolactin concentration. Available data support that exposure to D5 influences prolactin concentration. Although the effects on prolactin concentrations in a number of experiments were not always consistent, the available data support the conclusion that D5 is acting via a dopamine receptor agonist-like mechanism to alter the pituitary control of the estrous cycle. In further support of this mode of action, studies in F344 aged animals showed that the effects of D5 on estrous cyclicity produced a response consistent with a dopamine-like effect and further suggest that D5 is accelerating the aging of the reproductive endocrine system in the F344 rat utilized in this study. This mode of action for uterine endometrial adenocarcinoma tumorigenesis is not relevant for humans.
Regulatory Toxicology and Pharmacology
10.1016/j.yrtph.2015.06.021
urn:nbn:de:bvb:20-opus-190952
Regulatory Toxicology and Pharmacology (2016) 74:Supplement, Seite S44-S56. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.021
true
true
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
James E. Klaunig
Wolfgang Dekant
Kathy Plotzke
Anthony R. Scialli
eng
uncontrolled
Reproductive toxicity
eng
uncontrolled
Carcinogenicity
eng
uncontrolled
Silicones
eng
uncontrolled
Enzyme induction
eng
uncontrolled
Uterine tumors
eng
uncontrolled
Rat
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/19095/Klaunig_RegulatoryToxicologyandPharmacology_2016.pdf
17184
2017
eng
8
article
1
2018-11-15
--
--
Marine sponge-derived Streptomyces sp SBT343 extract inhibits staphylococcal biofilm formation
Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus are opportunistic pathogens that cause nosocomial and chronic biofilm-associated infections. Indwelling medical devices and contact lenses are ideal ecological niches for formation of staphylococcal biofilms. Bacteria within biofilms are known to display reduced susceptibilities to antimicrobials and are protected from the host immune system. High rates of acquired antibiotic resistances in staphylococci and other biofilm-forming bacteria further hamper treatment options and highlight the need for new anti-biofilm strategies. Here, we aimed to evaluate the potential of marine sponge-derived actinomycetes in inhibiting biofilm formation of several strains of S. epidermidis, S. aureus, and Pseudomonas aeruginosa. Results from in vitro biofilm-formation assays, as well as scanning electron and confocal microscopy, revealed that an organic extract derived from the marine sponge-associated bacterium Streptomyces sp. SBT343 significantly inhibited staphylococcal biofilm formation on polystyrene, glass and contact lens surfaces, without affecting bacterial growth. The extract also displayed similar antagonistic effects towards the biofilm formation of other S. epidermidis and S. aureus strains tested but had no inhibitory effects towards Pseudomonas biofilms. Interestingly the extract, at lower effective concentrations, did not exhibit cytotoxic effects on mouse fibroblast, macrophage and human corneal epithelial cell lines. Chemical analysis by High Resolution Fourier Transform Mass Spectrometry (HRMS) of the Streptomyces sp. SBT343 extract proportion revealed its chemical richness and complexity. Preliminary physico-chemical characterization of the extract highlighted the heat-stable and non-proteinaceous nature of the active component(s). The combined data suggest that the Streptomyces sp. SBT343 extract selectively inhibits staphylococcal biofilm formation without interfering with bacterial cell viability. Due to absence of cell toxicity, the extract might represent a good starting material to develop a future remedy to block staphylococcal biofilm formation on contact lenses and thereby to prevent intractable contact lens-mediated ocular infections.
Frontiers in Microbiology
10.3389/fmicb.2017.00236
28261188
urn:nbn:de:bvb:20-opus-171844
Frontiers in Microbiology (2017) 8:236. doi: 10.3389/fmicb.2017.00236
311932
true
true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Srikkanth Balasubramanian
Eman M. Othman
Daniel Kampik
Helga Stopper
Ute Hentschel
Wilma Ziebuhr
Tobias A. Oelschlaeger
Usama R. Abdelmohsen
eng
uncontrolled
medicine
eng
uncontrolled
marine sponges
eng
uncontrolled
actinomycetes
eng
uncontrolled
Streptomyces
eng
uncontrolled
staphilococci
eng
uncontrolled
biofilms
eng
uncontrolled
contact lens
Medizin und Gesundheit
open_access
Augenklinik und Poliklinik
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Institut für Molekulare Infektionsbiologie
Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften
OpenAIRE
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17184/Balasubramanian_fmicb-08-00236.pdf
19091
2016
eng
S67-S76
Supplement
74
article
1
2019-10-29
--
--
Toxicology of decamethylcyclopentasiloxane (D5)
Decamethylcyclopentasiloxane (D5) is a cyclic siloxane used in the formulation of consumer products as well as an industrial intermediate. A summary of the previous studies on the toxicology of D5 is provided. Toxicokinetic studies with D5 after dermal administration demonstrate a very low uptake of due to rapid evaporation. Following inhalation exposure, exhalation of unchanged D5 and excretion of metabolites with urine are major pathways for clearance in mammals. Due to this rapid clearance by exhalation, the potential for bioaccumulation of D5 is considered unlikely. The available toxicity data on D5 adequately cover the relevant endpoints regarding potential human health hazards. D5 was not DNA reactive or mutagenic in standard in vitro and in vivo test systems. D5 also did not induce developmental and reproductive toxicity in appropriately performed studies. In repeated studies in rats with subacute, subchronic and chronic inhalation exposure, mild effects on the respiratory tract typically seen after inhalation of irritating materials, increases in liver weight (28- and 90-day inhalation studies), and a small increase in the incidence of uterine adenocarcinoma (uterine tumor) in female rats (two-year inhalation chronic bioassay) were observed. The liver effects induced by D5 were consistent with D5 as a weak "phenobarbital-like" inducer of xenobiotic metabolizing enzymes and these effects are considered to be an adaptive response. Mechanistic studies to elucidate the mode-of-action for uterine tumor induction suggest an interaction of D5 with dopamine signal transduction pathways altering the pituitary control of the estrus cycle. The resulting estrogen imbalance may cause the small increase in uterine tumor incidence at the highest D5-exposure concentration over that seen in control rats. A genotoxic mechanism or a direct endocrine activity of D5 is not supported as a mode-of-action to account for the induction of uterine tumors by the available data.
Regulatory Toxicology and Pharmacology
10.1016/j.yrtph.2015.06.011
urn:nbn:de:bvb:20-opus-190914
Regulatory Toxicology and Pharmacology (2016) 74:Supplement, Seite S67-S76. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2015.06.011
true
true
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Wolfgang Dekant
James E. Klaunig
eng
uncontrolled
Prolactin
eng
uncontrolled
Fischer 344 rats
eng
uncontrolled
MMQ cells
eng
uncontrolled
Reproductive toxicity
eng
uncontrolled
Carcinogenicity
eng
uncontrolled
Silicones
eng
uncontrolled
Enzyme induction
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/19091/Dekant_RegulatoryToxicologyandPharmacology_2016.pdf
17541
2021
eng
doctoralthesis
1
2019-01-28
--
2019-01-18
Novel optical methods to monitor G-protein-coupled receptor activation in microtiter plates
Neue optische Methoden zur Messung der Aktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren in Mikrotiter-Platten
G-protein-coupled receptors (GPCRs) regulate diverse physiological processes in the human body and represent prime targets in modern drug discovery. Engagement of different ligands to these membrane-embedded proteins evokes distinct receptor conformational rearrangements that facilitate subsequent receptor-mediated signalling and, ultimately, enable cellular adaptation to altered environmental conditions. Since the early 2000s, the technology of resonance energy transfer (RET) has been exploited to assess these conformational receptor dynamics in living cells and real time. However, to date, these conformational GPCR studies are restricted to single-cell microscopic setups, slowing down the discovery of novel GPCR-directed therapeutics. In this work, we present the development of a novel generalizable high-throughput compatible assay for the direct measurement of GPCR activation and deactivation. By screening a variety of energy partners for fluorescence (FRET) and bioluminescence resonance energy transfer (BRET), we identified a highly sensitive design for an α2A-adrenergic receptor conformational biosensor. This biosensor reports the receptor’s conformational change upon ligand binding in a 96-well plate reader format with the highest signal amplitude obtained so far. We demonstrate the capacity of this sensor prototype to faithfully quantify efficacy and potency of GPCR ligands in intact cells and real time. Furthermore, we confirm its universal applicability by cloning and validating five further equivalent GPCR biosensors. To prove the suitability of this new GPCR assay for screening purposes, we measured the well-accepted Z-factor as a parameter for the assay quality. All tested biosensors show excellent Z-factors indicating outstanding assay quality. Furthermore, we demonstrate that this assay provides excellent throughput and presents low rates of erroneous hit identification (false positives and false negatives). Following this phase of assay development, we utilized these biosensors to understand the mechanism and consequences of the postulated modulation of parathyroid hormone receptor 1 (PTHR1) through receptor activity-modifying protein 2 (RAMP2). We found that RAMP2 desensitizes PTHR1, but not the β2-adrenergic receptor (β2AR), for agonist-induced structural changes. This generalizable sensor design offers the first possibility to upscale conformational GPCR studies, which represents the most direct and unbiased approach to monitor receptor activation and deactivation. Therefore, this novel technology provides substantial advantages over currently established methods for GPCR ligand screening. We feel confident that this technology will aid the discovery of novel types of GPCR ligands, help to identify the endogenous ligands of so-called orphan GPCRs and deepen our understanding of the physiological regulation of GPCR function.
Die Klasse der G-protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) stellt die größte Familie membranständiger Proteine dar. GPCRs regulieren eine Vielzahl diverser physiologischer Prozesse in eukaryotischen Zellen und kontrollieren so unterschiedliche Zellfunktionen im menschlichen Organismus. Sie stellen die Zelloberflächenrezeptoren für verschiedenartige extrazelluläre Stimuli, wie zum Beispiel Photonen, niedermolekulare chemische Verbindungen, Peptide und Lipide dar. Die Wechselwirkung mit diesen sogenannten Liganden stabilisiert spezifische GPCR-Konformationen. Diese dienen wiederum als Ausgangspunkt für nachgeschaltete intrazelluläre Signalkaskaden, die beispielweise über membranverankerte G-Proteine vermittelt werden können. Während endogene GPCR-Agonisten diese Signalweiterleitung verstärken, können andere Biomoleküle wie Lipide, Ionen oder andersartige Membranproteine die Funktion, und damit die Signalweiterleitung der GPCRs modulieren.
Aufgrund ihrer Einbindung in eine Vielzahl physiologischer und pathophysiologischer Prozesse, wurden GPCRs schon früh als Angriffspunkte („Targets“) zur Behandlung verschiedener Erkrankungen erforscht und genutzt. Heutzutage vermitteln etwa 30% aller zugelassenen Arzneistoffe ihre Wirkung über G-protein-gekoppelte Rezeptoren. Dennoch wird das große Potential dieser Rezeptorfamilie als Targets für medikamentöse Behandlungen noch nicht in vollem Umfang ausgeschöpft. Tatsächlich gibt es für mehr als 200 GPCRs, die nicht der olfaktorischen Wahrnehmung dienen, noch keine Arzneistoffe, da wenig über deren Pharmakologie und physiologische Bedeutung bekannt ist. Zudem wird die Entwicklung neuartiger GPCR-Liganden erheblich durch das eingeschränkte Methodenrepertoire beeinträchtigt. Alle derzeit etablierten Techniken zur Identifizierung neuer GPCR-Liganden erfassen entweder den Ligand-GPCR-Bindungsprozess, der keine Informationen über die tatsächliche Aktivität der Verbindung liefert, oder messen weit-nachgeschaltete Signale, wie Änderungen sogenannter „Second-Messenger“-Konzentrationen (meist cAMP oder Calcium) und Reporter-Gen-Expressionslevel. Aufgrund ihrer Entfernung vom eigentlichen Rezeptor-Aktivierungsprozess haben diese Methoden allerdings bedeutende Nachteile und produzieren so häufig Falsch-Positive und Falsch-Negative Ergebnisse.
Seit den frühen 2000er wurden GPCR-Konformationssensoren auf Basis von Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) zur Messung der Ligand-induzierten Rezeptordynamik genutzt. Jedoch wies keiner der bisher entwickelten FRET- oder BRET- (Biolumineszenz-Resonanz-Energie-Transfer) Sensoren ausreichende Signalstärke auf, um im Hochdurchsatz-Screening (HTS) angewendet werden zu können.
Die vorliegende Studie beschreibt das erste GPCR-Sensordesign, das aufgrund seiner exzellenten Signalstärke im Hochdurchsatz-Verfahren verwendet werden kann. Wir haben 21 unterschiedliche FRET- und BRET-Sensoren des α2A-adrenergen Rezeptors (α2AAR) getestet und dabei die Kombination der kleinen und hellen Luziferase NanoLuciferase (Nluc) mit dem rot-fluoreszierenden HaloTag-Farbstoff 618 als sensitivstes RET-Paar identifiziert. Der α2AARNluc/Halo(618) Biosensor ermöglicht die Messung der Aktivität und Wirkstärke von α2AAR-Liganden im Mikrotiterplattenformat. Um die universelle Anwendbarkeit dieses Sensordesigns zu prüfen, wurden fünf weitere Nluc/Halo(618)-basierende Sensoren für GPCRs unterschiedlicher Unterfamilien entwickelt. Zudem konnten wir zeigen, dass diese GPCRNluc/Halo(618)-Fusionsproteine weiterhin ihre natürlichen Signalkaskaden in Gang setzen können und damit die biologische Funktionalität dieser Rezeptoren erhalten ist. Außerdem belegt die vorlegende Arbeit, dass diese neue Sensor-Generation zur Messung Ligand-vermittelter Rezeptordynamiken im Hochdurchsatz-Format und zur Untersuchung der GPCR-Regulation durch endogene Modulatoren genutzt werden kann.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass wir den ersten HTS-kompatiblen Assay zur Messung der GPCR-Konformationsänderungen entwickelt haben. Diese Biosensoren erlauben die Charakterisierung neuartiger GPCR-Liganden direkt auf der Rezeptorebene und funktionieren damit unabhängig von nachgeschalteter Signalamplifikation oder Überlagerung verschiedener Signalwege, welche die Aussagekraft traditioneller GPCR-Screening-Verfahren häufig beeinträchtigen. Diese Technik kann zur Entdeckung neuartiger GPCR-Arzneistoffe genutzt werden, zu einem besseren Verständnis bisher kaum erforschter Rezeptoren beitragen und der Identifizierung und Charakterisierung potentieller GPCR-Modulatoren dienen.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-175415
10.25972/OPUS-17541
X 129206
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Hannes Schihada
deu
swd
G-Protein gekoppelte Rezeptoren
deu
swd
Hochdurchsatz-Screening
deu
swd
Förster Resonanz Energie Transfer
eng
uncontrolled
High-thropughput screening
eng
uncontrolled
Bioluminescence resonance energy transfer
eng
uncontrolled
G-protein-coupled receptors
eng
uncontrolled
Receptor dynamics
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17541/Schihada_Hannes_GPCR_activation.pdf
19237
2020
eng
doctoralthesis
1
2019-12-02
--
2019-11-27
Study of the activation mechanisms of the CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3)
Untersuchung zum Aktivierungsmechanismus des CXC Chemokin‐Rezeptor 4 (CXCR4) und des atypischen Chemokin‐Rezeptor 3 (ACKR3)
The CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) and the atypical chemokine receptor 3 (ACKR3) are seven transmembrane receptors that are involved in numerous pathologies, including several types of cancers. Both receptors bind the same chemokine, CXCL12, leading to significantly different outcomes. While CXCR4 activation generally leads to canonical GPCR signaling, involving Gi proteins and β‐arrestins, ACKR3, which is predominantly found in intracellular vesicles, has been shown to signal via β‐arrestin‐dependent signaling pathways. Understanding the dynamics and kinetics of their activation in response to their ligands is of importance to understand how signaling proceeds via these two receptors.
In this thesis, different Förster resonance energy transfer (FRET)‐based approaches have been combined to individually investigate the early events of their signaling cascades. In order to investigate receptor activation, intramolecular FRET sensors for CXCR4 and ACKR3 were developed by using the pair of fluorophores cyan fluorescence protein and fluorescence arsenical hairpin binder. The sensors, which exhibited similar functional properties to their wild‐type counterparts, allowed to monitor their ligand-induced conformational changes and represent the first RET‐based receptor sensors in the field of chemokine receptors. Additional FRET‐based settings were also established to investigate the coupling of receptors with G proteins, rearrangements within dimers, as well as G protein activation. On one hand, CXCR4 showed a complex activation mechanism in response to CXCL12 that involved rearrangements in the transmembrane domain of the receptor followed by rearrangements between the receptor and the G protein as well as rearrangements between CXCR4 protomers, suggesting a role of homodimers in the activation course of this receptor. This was followed by a prolonged activation of Gi proteins, but not Gq activation, via the axis CXCL12/CXCR4. In contrast, the structural rearrangements at each step of the signaling cascade in response to macrophage migration inhibitory factor (MIF) were dynamically and kinetically different and no Gi protein activation via this axis was detected. These findings suggest distinct mechanisms of action of CXCL12 and MIF on CXCR4 and provide evidence for a new type of sequential signaling events of a GPCR. Importantly, evidence in this work revealed that CXCR4 exhibits some degree of constitutive activity, a potentially important feature for drug development. On the other hand, by cotransfecting the ACKR3 sensor with K44A dynamin, it was possible to increase its presence in the plasma membrane and measure the ligand‐induced activation of this receptor. Different kinetics of ACKR3 activation were observed in response to CXCL12 and three other agonists by means of using the receptor sensor developed in this thesis, showing that it is a valuable tool to study the activation of this atypical receptor and pharmacologically characterize ligands. No CXCL12‐induced G protein activation via ACKR3 was observed even when the receptor was re-localized to the plasma membrane by means of using the mutant dynamin. Altogether, this thesis work provides the temporal resolution of signaling patterns of two chemokine receptors for the first time as well as valuable tools that can be applied to characterize their activation in response to pharmacologically relevant ligands.
Der CXC Chemokin‐Rezeptor 4 (CXCR4) und der atypische Chemokin‐Rezeptor 3 (ACKR3) sind heptatransmembranäre
Rezeptoren, die in zahlreichen Krankheitsbildern eine Rolle spielen, wie in einigen Krebsarten. Beide Rezeptoren werden zwar von dem gleichen Chemokin CXCL12 aktiviert, allerdings mit unterschiedlichen Signalweiterleitungsmustern. Die Aktivierung von CXCR4 führt zu kanonischer GPCR Signaltransduktion über Gi‐Proteine und β‐Arrestine. Die Signalweiterleitung des Rezeptors ACKR3 hingegen, welcher hauptsächlich in intrazellulären Vesikeln vorliegt, erfolgt über ß‐Arrestinabhängige Signalwege. Es ist von großer Wichtigkeit die Dynamik und Kinetik dieser beiden Rezeptoren hinsichtlich der Aktivierung durch ihre Liganden und der Signalweiterleitung zu verstehen. In dieser Arbeit wurden verschiedene Förster‐Resonanzenergietransfer (FRET) Anwendungen kombiniert, um
die frühen Phasen der Signal‐Kaskade von CXCR4 und ACKR3 zu untersuchen. Zur genaueren Aufklärung der Rezeptoraktivierung wurden intramolekulare FRET‐Sensoren entwickelt, hierzu wurden die Fluorophore Cyan‐fluoreszierendes Protein und engl. fluorescence arsenical hairpin binder verwendet. Die generierten Sensoren zeigten ähnliche funktionelle Eigenschaften wie die
unveränderten Rezeptoren. Liganden‐induzierte Änderungen der Rezeptorkonformation können mittels dieser Sensoren beobachtet werden und stellen die ersten RET‐basierten Sensoren auf dem Forschungsgebiet der Chemokin‐Rezeptoren dar. Weitere FRET‐basierte Methoden wurden zur
Untersuchung von Interaktionen zwischen Rezeptor und G‐Protein, Neuanordnung von Dimeren, sowie der G‐Protein Aktivierung eingesetzt und für beide Chemokin‐Rezeptoren etabliert. CXCR4 zeigte einen komplexen Aktivierungsmechanismus nach Stimulation durch CXCL12, bei welchem zunächst eine Neuordnung der Rezeptor‐Transmembrandomäne gefolgt von Neuordnungen zwischen
Rezeptor und G‐Protein und zuletzt eine Neuordnung zwischen CXCR4 Protomeren erfolgte. Dies
impliziert, dass im Aktivierungsprozess des Rezeptors Homodimere eine Rolle spielen. Zudem wurde
eine verlängerte Gi ‐Protein Aktivierung gegenüber der Gq‐Protein Aktivierung bei CXCL12 stimuliertem CXCR4 beobachtet. Hingegen zeigte eine Stimulierung mit dem Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) bei jedem Schritt der frühen Singal‐Kaskade veränderte Dynamiken und
Kinetiken im Vergleich zu CXCL12. Darüber hinaus konnte keine Gi ‐Protein Aktivierung festgestellt werden. Dieser Befund zeigt individuelle Mechanismen für MIF und CXCL12 am CXCR4‐Rezeptor und liefert Belege für eine neuer Art von sequenziellen Signalweiterleitungen an GPCRs. Eine wichtige Beobachtung dieser Arbeit für eine potentielle Medikamentenentwicklung ist das CXCR4 ligandenunabhängige
Aktivität zeigt. Um die Aktivierung des ACKR3 Sensors messen zu können wurde durch eine Co‐Transfektion mit K44A Dynamin eine höhere Membranständigkeit erreicht. CXCL12 und drei weiteren Agonisten zeigten am hier entwickelten ACKR3‐Sensor unterscheidbare Kinetiken. Mit diesem wertvollen Werkzeug können Liganden an diesem atypischen Rezeptor pharmakologisch charakterisiert werden. Es konnte keine CXCL12‐induzierte G‐Protein Aktivierung gemessen werden, trotz der stärkeren Präsenz an der Plasmamembran mit Hilfe der Dynamin‐Mutante. In Summe liefert
diese Arbeit zum ersten Mal eine zeitliche Auflösung von Signalweiterleitungsmustern von zwei
Chemokin‐Rezeptoren sowie wertvolle Werkzeuge zur Charakterisierung der frühen Phase der Signal‐Kaskade durch andere pharmakologisch relevanten Liganden.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-192371
10.25972/OPUS-19237
X 129037
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Cristina Perpiñá Viciano
deu
swd
G protein-coupled receptors
deu
swd
Chemokine receptors
deu
swd
GPCR signaling
eng
uncontrolled
Förster Resonance Energy Transfer
eng
uncontrolled
FRET sensors
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/19237/Perpina_Viciano_Cristina_Thesis.pdf
21654
2020
deu
doctoralthesis
1
2020-11-14
--
2020-11-05
Rolle der Pyridoxal 5´-Phosphat Phosphatase PDXP im Vitamin B6-Metabolismus muriner Erythrozyten und Hippocampi
Role of the pyridoxal 5´-phosphate phosphatase PDXP in the vitamin B6 metabolism of murine red blood cells and hippocampi
Die Phosphatase PDXP (auch bekannt als Chronophin) gehört zur Familie der HAD Phosphatasen, einer ubiquitär exprimierten Enzymklasse mit wichtigen physiologischen Funktionen. PDXP zeigt Phosphatase-Aktivität gegenüber seinem Substrat Pyridoxal 5´-Phosphat (PLP), der aktivierten Form von Vitamin B6. PDXP-defiziente Mäuse (Knockout-Mäuse) weisen im Vergleich zu Wildtypen verdoppelte PLP-Konzentrationen in Erythrozyten sowie im Gesamthirn auf. Vermutlich kommt PDXP daher eine wichtige Funktion in Erythrozyten und im Hirn zu. Ziel dieser Arbeit war es, erste Einblicke in diese Funktion(en) von PDXP zu erlangen.
Hierzu wurden HPLC-basierte Analysen der erythrozytären PLP-Konzentrationen in Wildtyp- sowie PDXP-defizienten Mäusen durchgeführt. Dabei ließen sich die rund doppelt so hohen erythrozytären PLP-Level in den KO-Mäusen bestätigen. Zudem ist es gelungen, eine Methode zur Messung der endogenen Phosphatase-Aktivität von PDXP in Erythrozytenlysaten zu etablieren. So konnte im Wildtyp anhand der Verringerung der PLP-Konzentrationen pro Zeiteinheit eine erythrozytäre PDXP-Aktivität nachgewiesen werden. Dazu waren die Inkubation mit Pyridoxin, sowie die Anwendung eines Inhibitors der PDXK notwendig. Eine bis dato vermutete Funktion der PDXP, zur Mobilisation von erythrozytärem PLP während Fastenzeiten, konnte ausgeschlossen werden. So zeigte der Vergleich der erythrozytären PLP-Konzentrationen aus gefasteten mit normal gefütterten Tieren in beiden Genotypen exakt dieselbe prozentuale PLP-Verringerung. Während Nahrungszufuhr ließ sich jedoch eine Funktion der Phosphatase PDXP als „Converter“ von Pyridoxin zu Pyridoxal erkennen. Ausgehend von PN konnte im Wildtyp (über die Zwischenprodukte PNP und PLP) eine PDXP-abhängige Dephosphorylierung von PLP zu PL erfolgen. So wies der Wildtyp eine rund vierfach höhere PL-Produktion auf, verglichen mit der PDXP-defizienten Maus. Die Phosphatase PDXP erwies sich als essenziell für die erythrozytäre Konversion von Pyridoxin zu Pyridoxal. Dadurch erreicht der Organismus eine metabolische Flexibilität, die ihn bis zu einem gewissen Grad unabhängig von der Nahrungsauswahl macht. Zudem können Zellen oder Organe, denen durch das Fehlen der PNPO, die Konversion zu PLP nicht möglich ist, mit PL versorgt werden.
Aus der hohen Reaktivität von PLP mit umliegenden Nucleophilen ergibt sich eine gewisse Problematik für die Zelle im Umgang mit freiem PLP. So liegt der Großteil des erythrozytären PLPs gebunden an Proteine (vor allem Hämoglobin) vor. Anhand von Filtern (MWCO, 3000) ließ sich zwischen der hier definiert als „freien“ und der „gebundenen“ Form von PLP differenzieren. So konnten erste Erkenntnisse zur Rolle von PDXP als Determinator freier PLP-Konzentrationen in Erythrozyten und insbesondere im Hippocampus erlangt werden. Im Hippocampus ergaben sich insgesamt deutlich höhere Konzentrationen an freiem PLP als in den Erythrozyten und es bestand zudem ein Unterschied zwischen den Genotypen. So wiesen die KO-Mäuse ~1/3 höhere freie PLP-Konzentrationen im Vergleich zu den Wildtypen auf. Schließlich konnte ein Effekt des Tieralters auf den PLP-Metabolismus festgestellt werden. Sowohl in den Erythrozyten als auch im Hippocampus ergaben sich alterskorrelierte Änderungen ihrer PLP-Konzentrationen. Zudem zeigten Western Blot Analysen altersbedingte Unterschiede ihrer Vitamin B6-Enzymexpressionen. So wiesen ältere Wildtypen im Hippocampus eine fünffach erhöhte PDXP-Expression verglichen mit jüngeren Tieren auf. In den Erythrozytenlysaten hingegen zeigten ältere Tiere beider Genotypen eine rund vierfach geringere PNPO-Expression gegenüber jüngeren Tieren. Die mit dem Alter eintretende physiologische Verringerung der erythrozytären PNPO-Expression würde somit für den Organismus einen Verlust seiner metabolischen Flexibilität bedeuten, die mit der Konversion von PN zu PL einhergeht.
The phosphatase PDXP, also called Chronophin, is a member of the ubiquitously expressed HAD-phosphatases, which have some important physiological functions in the organism. Its substrate pyridoxal 5´-phosphate (PLP) is the active form of vita-min B6, an important cofactor of several reactions. PDXP-deficient mice (KO-mice) have PLP-concentrations in erythrocytes and in the whole brain twice as high as wildtype mice. It is assumed that PDXP therefore has an important function in erythrocytes and in the brain. The aim of the study was to gain initial insights into these functions of PDXP.
For this purpose, HPLC-based analyses of the PLP-concentrations in erythrocytes from WT- and KO-mice were carried out. The doubled PLP-levels in the RBCs of KO-mice could be confirmed. In addition, a method for measuring the endogenous phosphatase activity of PDXP in red cell lysates was established. The activity of PDXP could be measured by the reduction of its substrate PLP over time. This required the incubation with pyridoxine and the inhibition of PDXK by ginkgotoxine. An assumed function of PDXP in mobilization of PL(P) from the erythrocytes in fasting conditions could be ruled out. Therefore, a comparison between the PLP-concentrations in RBCs of fasted mice with normal fed ones was done. Surprisingly the fasted KO-mice showed the same percentaged decrease of cellular PLP-level as the fasted WT-mice. During vitamin B6 intake however, a function of PDXP as being a “converter” of pyridoxine to pyridoxal was found. Starting with PN, a PDXP-mediated dephosphorylation from PLP to PL could take place in the wildtype mice (via the intermediate steps PNP and PLP). Consequently, the WT´s production of PL quadrupled compared to the KO´s. PDXP turned out to be essential for the conversion of pyridoxine to pyridoxal in erythrocytes. This conversion confers some metabolic flexibility to the organism and to a certain extent makes it independent of the choice of food. Moreover, cells and organs, that due to the absence of PNPO cannot produce PL(P) themselves, can be provided via erythrocytes.
The high reactivity of PLP with surrounding nucleophiles poses a certain problem for the cell in dealing with free PLP. The majority of the PLP in RBCs is bound to proteins (primarily hemoglobin). It was distinguished between the here termed “free” PLP and the bound PLP by using filter devices with a MWCO at 3 kDa. First insights could be gained about PDXP as a determinant of free PLP-levels in erythrocytes and hippocampus. The amount of free PLP in the hippocampus was significantly higher than in the RBCs. Additionally, the hippocampus showed some differences in the con¬centration of free PLP between WT- and KO-mice. The level of free PLP in PDXP deficient mice was one third higher than in wildtype mice. Finally, some correlation between the age of the mice and their PLP-metabolism was found. The results revealed changes of the PLP-concentrations with age in the RBCs and the hippocampus. Moreover, western blot analyses showed some age-related differences in the expression of vitamin B6 enzymes. In the hippocampus older wildtype mice showed a quintupled expression of PDXP compared to younger ones. However, western blot analyses of red blood cell lysates from older animals revealed a lower expression of PNPO by a factor of four. For the organism this physiological reduction of its PNPO expression with age would mean a loss of metabolic flexibility, that is accompanied by the conversion from PN to PL.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-216546
10.25972/OPUS-21654
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X 129107
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Linda Witzinger
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Vitamin B6
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Vitamin-B6-Stoffwechsel
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Pyridoxalphosphat
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Erythrozyt
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Phosphatasen
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uncontrolled
PDXP
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PLP
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HAD-Phosphatasen
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Vitamin B6 Metabolismus
eng
uncontrolled
pyridoxal phosphate
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uncontrolled
red blood cells
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/21654/witzinger_linda_vitaminB6.pdf
21427
2020
deu
doctoralthesis
1
2020-10-21
--
2020-10-20
Neuronale Genotoxizität von Angiotensin II
Neuronal Genotoxicity of Angiotensin II
In recent decades, the acceptance has steadily increased that oxidative stress plays an important role in the development of chronic diseases, malignant neoplasia and the acceleration of the aging process. As one of the most common chronic diseases, hypertension is often associated with a misregulated renin-angiotensin-aldosterone system that causes chronic oxidative stress. Hypertension is a risk factor for neurological diseases such as vascular dementia (VaD) and many neurological disorders, including VaD, have an ROS-associated or inflammatory component in their etiology.
Our group has already demonstrated AT-II-induced genotoxicity in kidney and myocardial cells and tissues. The aim of this dissertation was to investigate a possible association between AT-II and neurodegeneration that is triggered by neuronal genotoxicity of AT-II.
First, we showed in two neuronal cell lines that AT-II causes dose-dependent genome damage. Subsequent experiments could attribute this toxicity to NOX-produced superoxide generated after AT-II binding to the AT1R. In addition, AT-II-induced depletion of the most important intracellular antioxidant - glutathione - was demonstrated.
In vivo, we were able to show that AT1aR knockout mice after AT-II treatment showed significantly more genome damage in the subfornic organ (SFO) than wild-type mice. The SFO is one of the few structures in the brain with an interrupted blood-brain barrier, which makes it accessible and particularly sensitive to circulating AT-II. In the recent literature, these genome damages were also observed in kidney and heart tissues and prove an additional genotoxicity of AT-II independent of AT1aR and consequently independent of blood pressure.
In summary, this work shows that increased AT-II levels in neuronal cells cause genome damage due to NOX-produced superoxide. It is hoped that these results will one day help to decipher the complete development of VaD.
In den letzten Jahrzehnten ist die Akzeptanz stetig größer geworden, dass oxidativer Stress eine bedeutende Rolle bei der Entstehung von chronischen Erkrankungen, malignen Neoplasien sowie der Beschleunigung des Alterungsprozesses spielt. Als eine der häufigsten chronischen Erkrankungen ist Hypertonie oft mit einem fehlregulierten Renin-Angiotensin-Aldosteron-System assoziiert, welches chronisch oxidativen Stress verursacht. Bluthochdruck ist ein Risikofaktor für neurologische Erkrankungen wie der vaskulären Demenz (VaD) und viele neurologischen Störungen, einschließlich der VaD, haben eine ROS-assoziierte beziehungsweise inflammatorische Komponente in ihrer Entstehung.
Unsere Arbeitsgruppe konnte bereits eine AT-II-induzierte Genotoxizität in Nieren- und Myokardzellen bzw. -Gewebe nachweisen. Ziel dieser Dissertation war es, einen möglichen Zusammenhang zwischen AT-II und Neurodegeneration zu untersuchen, welche durch eine neuronale Genotoxizität von AT-II ausgelöst wird.
Zunächst zeigten wir in zwei neuronalen Zelllinien, dass AT-II eine Dosis-abhängige Genomschädigung verursacht. Nachfolgende Experimente konnten diese Toxizität auf NOX-produziertes Superoxid zurückführen, das nach Bindung von AT-II an den AT1R generiert wird. Zudem konnte ein AT-II-induzierter Verbrauch des wichtigsten intrazellulären Antioxidans – Glutathion - nachgewiesen werden.
In vivo konnten wir zeigen, dass AT1aR-Knockout-Mäuse nach AT-II-Behandlung signifikant mehr Genomschäden im Subfornikalorgan (SFO) aufwiesen als Wildtypmäuse. Das SFO hat als eine der wenigen Strukturen im Gehirn eine unterbrochene Blut-Hirn-Schranke, was es für zirkulierendes AT-II zugänglich und besonders empfindlich macht. Diese Genomschäden wurden in der neueren Literatur auch in Nieren- und Herzgewebe beschrieben und belegen eine zusätzliche, AT1aR- und damit Blutdruck-unabhängige Genotoxizität von AT-II.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass erhöhte AT-II-Konzentrationen in Nervenzellen Genomschäden durch NOX-produziertes Superoxid verursachen. Die Hoffnung ist, dass diese Ergebnisse dabei helfen, eines Tages die vollständige Entstehung der VaD zu entschlüsseln.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-214273
10.25972/OPUS-21427
X 129021
Deutsches Urheberrecht
Malte Tim Kircher
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Angiotensin II
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Toxizität
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Neuronale
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uncontrolled
toxicity
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uncontrolled
angiotensin II
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uncontrolled
neuronal
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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21535
2020
deu
doctoralthesis
1
2020-11-01
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2020-09-16
Mikrokernbildung in Mundschleimhautzellen von Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren während Radio-/Radiochemotherapie
Micronucleus formation kinetics in buccal mucosa cells of head and neck cancer patients undergoing radio-/radiochemotherapy
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Mikrokernbildung in Mundschleimhautzellen von 35 Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren während einer sechswöchigen Radio-/Radiochemotherapie und sechs Wochen danach darzustellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigten, dass Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren im Vergleich zu gesunden Probanden erhöhte Mikrokernraten aufwiesen. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass es zu einer vermehrten Bildung von Mikrokernen während einer sechswöchigen Radio-/Radiochemotherapie kam. Nach Therapiebeendigung sanken die Werte nach drei bis sechs Wochen und lagen unter dem Ausgangswert, in dem Bereich von spontan entstehenden Mikrokernen. In Bezug auf die Tumorgröße konnte nur in der zweiten Woche ein signifikanter Unterschied in der Mikrokernrate zwischen T1- und T4-Stadium beobachtet werden. Es konnte keine Korrelation zwischen einer zusätzlich verabreichten Chemotherapie, Grading des Tumors, Alter sowie Geschlecht der Patienten und einem Anstieg der Mikrokernrate festgestellt werden.
In the present Study, normal tissue buccal mucosa cells from 35 patients with head and neck cancer were analyzed for formation of micronuclei during a 6-week radio-/radiochemotherapy and 6 weeks afterwards. The results showed that patients with head and neck cancer had increased micronucleus rates compared to healthy test persons. It could also be observed that there was an increased formation of micronuclei during a 6-week radio-/radiochemotherapy. After the end of therapy, the values decreased after three to six weeks. The tumor size showed in the second week a significant difference in the micronucleus rate between T1 and T4 stage. Age, gender, and tumor stage did not have an influence on the micronuclei formation kinetics.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-215354
10.25972/OPUS-21535
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X 129026
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Victoria Kristina Schewe
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Kleinkern
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Mundschleimhaut
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Strahlentherapie
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Chemotherapie
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Hals-Nasen-Ohren-Tumor
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uncontrolled
Mikrokern
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uncontrolled
micronucleus
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uncontrolled
Kopf-Hals-Tumor
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uncontrolled
head and neck cancer
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Mundschleimhaut
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uncontrolled
buccal mucosa
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Bestrahlung
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radiation
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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19327
2019
eng
3661
20
24
article
1
--
2019-10-11
--
Design, Synthesis and Evaluation of New Indolylpyrimidylpiperazines for Gastrointestinal Cancer Therapy
Human A3 adenosine receptor hA3AR has been implicated in gastrointestinal cancer, where its cellular expression has been found increased, thus suggesting its potential as a molecular target for novel anticancer compounds. Observation made in our previous work indicated the importance of the carbonyl group of amide in the indolylpyrimidylpiperazine (IPP) for its human A2A adenosine receptor (hA2AAR) subtype binding selectivity over the other AR subtypes. Taking this observation into account, we structurally modified an indolylpyrimidylpiperazine (IPP) scaffold, 1 (a non-selective adenosine receptors’ ligand) into a modified IPP (mIPP) scaffold by switching the position of the carbonyl group, resulting in the formation of both ketone and tertiary amine groups in the new scaffold. Results showed that such modification diminished the A2A activity and instead conferred hA3AR agonistic activity. Among the new mIPP derivatives (3–6), compound 4 showed potential as a hA3AR partial agonist, with an Emax of 30% and EC50 of 2.89 ± 0.55 μM. In the cytotoxicity assays, compound 4 also exhibited higher cytotoxicity against both colorectal and liver cancer cells as compared to normal cells. Overall, this new series of compounds provide a promising starting point for further development of potent and selective hA3AR partial agonists for the treatment of gastrointestinal cancers.
Molecules
1420-3049
10.3390/molecules24203661
urn:nbn:de:bvb:20-opus-193271
Molecules 2019, 24(20), 3661; https://doi.org/10.3390/molecules24203661
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Aaron Tan
Maria V. Babak
Gopalakrishnan Venkatesan
Clarissa Lim
Karl-Norbert Klotz
Deron Raymond Herr
Siew Lee Cheong
Stephanie Federico
Giampiero Spalluto
Wei-Yi Ong
Yu Zong Chen
Jason Siau Ee Loo
Giorgia Pastorin
eng
uncontrolled
gastrointestinal cancer
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uncontrolled
hA<sub>3</sub>AR
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uncontrolled
partial agonists
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uncontrolled
indolylpyrimidylpiperazines
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Import
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21374
2020
deu
doctoralthesis
1
2020-10-13
--
2020-09-08
Kontraktionsverhalten neonataler Rattenkardiomyozyten bei Überexpression phosphorylierungsdefizienter RKIP Mutanten S51/S52
Contractility of neonatal rat cardiomyocytes after overexpression of phosphorylation-deficient RKIP mutants S51 /S52
Durch Phosphorylierung inaktiviert GRK2 kardiale ß-Adrenorezeptoren und vermindert dadurch die Kontraktilität von neonatalen Rattenkardiomyozyten. Als natürlicher Inhibitor der GRK2 beeinflusst RKIP die Signalweiterleitung bei Stimulation von ß-Adrenorezeptoren. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Überexpression von RKIP die Kontraktilität von neonatalen Rattenkardiomyozyten erhöht. Es wurde die Anzahl auftretender Spontankontraktionen vor und nach Stimulation mit Isoproterenol erfasst sowie eine zeitliche Analyse der Calciumfreisetzung und –aufnahme nach elektrischer Stimulation durchgeführt. Im unstimulierten Zustand zeigten neonatale Rattenkardiomyozyten, die Wildtyp-RKIP überexprimierten, verglichen mit der Kontrollgruppe, keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich auftretender Spontankontraktionen. Nach Stimulation mit Isoproterenol zeigten neonatale Rattenkardiomyozyten, in denen Wildtyp-RKIP überexprimiert wurde, eine signifikant höhere Anzahl auftretender Spontankontraktionen. Eine Analyse der Calciumtransienten zeigte bei RKIP-Wildtyp überexprimierenden neonatalen Rattenkardiomyozyten eine erhöhte Calciumfreisetzung während der Systole sowie eine beschleunigte Calciumwiederaufnahme während der Diastole. Zudem wurden die RKIP-Mutanten RKIPS51V und RKIPS52V im Hinblick auf ihre Kontraktilität untersucht. Neonatale Rattenkardiomyozyten welche RKIPS51V und RKIPS52V überexprimierten zeigten weder im Hinblick auf auftretende Spontankontraktionen noch bei der Analyse der Calciumtransienten signifikante Unterschiede zur Kontrollgruppe. Da auch eine Phosphorylierung an Aminosäureposition 51 bzw. Aminosäureposition 52 ohne direkte Auswirkung auf die Kontraktilität möglich ist, wurde in einem in vitro Kinase Assay analysiert, ob neben der bekannten Phosphorylierungsstelle S153 eine weitere Phosphorylierung von RKIP durch PKA oder PKC erfolgt. Bei Einsatz der an Aminosäureposition 153 phosphorylierungsdefizienten RKIP Mutante RKIPS153A konnte keine Phosphorylierung beobachtet werden. In der vorliegenden Arbeit konnte neben einer Phosphorylierung an S153 keine weitere Phosphorylierung von RKIP durch PKC oder PKA beobachtet werden.
By phosphorylation, GRK2 inactivates cardiac ß-adrenoreceptors and thereby reduces the contractility of neonatal rat cardiomyocytes. As a natural inhibitor of GRK2, RKIP influences cell signaling when ß-adrenoreceptors are stimulated. The presented research shows that an overexpression of RKIP increases the contractility of neonatal rat cardiomyocytes. The number of spontaneous contractions occurring before and after stimulation with isoproterenol was recorded and a temporal analysis of calcium release and uptake after electrical stimulation was performed. In the unstimulated state, neonatal rat cardiomyocytes which overexpressed wild-type RKIP showed no significant differences in terms of spontaneous contractions compared with the control group. After stimulation with isoproterenol, neonatal rat cardiomyocytes in which wild-type RKIP was overexpressed showed a significantly higher number of occurring spontaneous contractions.
Neonatal rat cardiomyocytes overexpressing wild-type RKIP showed an increased calcium release during systole and an accelerated calcium reuptake during diastole.
The RKIP mutants RKIPS51V and RKIPS52V were examined regarding their contractility. Neonatal rat cardiomyocytes which overexpressed RKIPS51V and RKIPS52V showed no significant differences compared to the control group in terms of spontaneous contractions or calcium cycling. Since phosphorylation at amino acid position 51 or amino acid position 52 could also be possible without direct effect on contractility, an in vitro kinase assay focusing on PKA and PKC was performed.
In the presented work, apart from phosphorylation at S153, no further phosphorylation of RKIP by PKC or PKA could be observed.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-213747
10.25972/OPUS-21374
X 128925
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Florian Schäfer
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Herzinsuffizienz
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Raf-Kinasen
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Inhibition
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Beta-Rezeptor
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uncontrolled
beta-adrenerge Signalwege
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uncontrolled
phopohrylierungsdefizient
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
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21174
2020
deu
doctoralthesis
1
2020-09-18
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2020-08-17
Reduktion des Genomschadens in peripheren Lymphozyten adipöser Patienten nach bariatrischer Operation
Decreased chromosomal damage in peripheral lymphocytes of obese patients after bariatric surgery
Übergewicht, das als Volkskrankheit ein wachsendes globales Problem darstellt, ist mit mehreren folgenreichen Komorbiditäten behaftet und die Assoziation der Erkrankung mit nachweisbarer Schädigung des Erbguts durch oxidativen Stress ist mittlerweile unangefochten. In der vorliegenden Studie wurden periphere Lymphozyten stark bis morbid adipöser Patienten mit Hilfe des Mikrokern-Assays untersucht und es konnte – begleitend zu der zu erwartenden BMI-Abnahme – eine signifikante Reduktion des Genomschadens durch Magenbypass bzw. Sleeve-Gastrektomie 12 Monate postoperativ detektiert werden. Daneben demonstrierte die Analyse zusätzlich erhobener Patientendaten, die u. a. Nüchternglucose, HbA1c, Blutdruck und Herzfrequenz sowie ein Blutbild der Patienten (inklusive CRP als Entzündungsmarker, Transaminasen, gGT sowie Lipidprofil) umfasste, eine deutliche Besserung vieler Parameter bis auf teilweise wieder physiologische Normwerte. All diese Ergebnisse stützen die These der metabolischen Wirksamkeit sowohl des Roux-en-Y-Magenbypass als auch der Sleeve- Gastrektomie. Ihre Bedeutung liegt nicht zuletzt in der angenommenen Reduktion des Krebserkrankungsrisikos, da jeweils ein Zusammenhang mit der Adipositas an sich, dem Diabetes und durch oxidativen Stress verursachter DNA-Schädigung besteht. Mit Blick auf eine gegenwärtig in der Forschung diskutierte potentielle therapeutische Anwendung von Antioxidantien zur Reduktion von Erbgutschädigungen, die durch oxidativen Stress zustande kommen, wurden die Substanzen Tricetinidin, Curcumin und Resveratrol im Rahmen des Mikrokerntests an HL60- und NRK-Zellen untersucht, in denen mit der Mischung aus Insulin und Angiotensin II eine gentoxische Wirkung erzielt worden war.
Obesity, which constitutes an increasing global health problem, is accompanied by a large number of far-reaching comorbidities and it is nowadays undoubted that this disease is associated with a detectable chromosomal damage caused by oxidative stress. Therefore, the aim of this study was to examine peripheral lymphocytes of obese or morbidly obese patients undergoing bariatric surgery using the cytokinesis-block micronucleus assay. Apart from the predictable BMI reduction we were able to show a significant reduction of genomic damage 12 months after either Roux-en-Y gastric bypass or sleeve gastrectomy. Furthermore, the analysis of additionally collected patient data comprising fasting glucose, HbA1c, blood pressure, heart rate and blood count (including CRP as an inflammatory parameter, transaminases, γ- GT and lipid profile) indicated an improvement with regard to a lot of parameters, partly reaching a physiological level. All these results support the hypothesis that Roux-en-Y gastric bypass as well as sleeve gastrectomy are metabolically effective methods. Last but not least they are of importance concerning a presumed attenuation of cancer risk because of a link between obesity, diabetes and oxidative stress-associated chromosomal damage. The potential therapeutic use of antioxidants to reduce genomic damage resulting from oxidative stress is a topic of interest in current research. We therefore examined the substances tricetinidin, curcumin and resveratrol using the micronucleus frequency test, HL60 and NRK cells that had been treated with a mixture of insulin and angiotensin II to achieve a genotoxic effect.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-211748
10.25972/OPUS-21174
X 128869
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Charlotte Antonia Arnold
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Fettsucht
deu
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Magenchirurgie
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Lymphozyt
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uncontrolled
Adipositaschirurgie
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uncontrolled
Genomschaden
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uncontrolled
bariatric surgery
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peripheral lymphocytes
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uncontrolled
obesity
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uncontrolled
genomic damage
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uncontrolled
chromosomal damage
Chirurgie und verwandte medizinische Fachrichtungen
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
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21239
2020
eng
5958–5964
15
59
article
1
2020-09-30
--
--
Selective and Wash‐Resistant Fluorescent Dihydrocodeinone Derivatives Allow Single‐Molecule Imaging of μ‐Opioid Receptor Dimerization
μ‐Opioid receptors (μ‐ORs) play a critical role in the modulation of pain and mediate the effects of the most powerful analgesic drugs. Despite extensive efforts, it remains insufficiently understood how μ‐ORs produce specific effects in living cells. We developed new fluorescent ligands based on the μ‐OR antagonist E‐p‐nitrocinnamoylamino‐dihydrocodeinone (CACO), that display high affinity, long residence time and pronounced selectivity. Using these ligands, we achieved single‐molecule imaging of μ‐ORs on the surface of living cells at physiological expression levels. Our results reveal a high heterogeneity in the diffusion of μ‐ORs, with a relevant immobile fraction. Using a pair of fluorescent ligands of different color, we provide evidence that μ‐ORs interact with each other to form short‐lived homodimers on the plasma membrane. This approach provides a new strategy to investigate μ‐OR pharmacology at single‐molecule level.
Angewandte Chemie International Edition
10.1002/anie.201912683
urn:nbn:de:bvb:20-opus-212398
Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59(15), 5958–5964. DOI: 10.1002/anie.201912683
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Gentzsch Christian
Kerstin Seier
Antonios Drakopoulos
Marie-Lise Jobin
Yann Lanoiselée
Zsombor Koszegi
Damien Maurel
Rémy Sounier
Harald Hübner
Peter Gmeiner
Sébastien Granier
Davide Calebiro
Michael Decker
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single-molecule microscopy
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fluorescent probes
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G-protein coupled receptor
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homodimerization
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opioid ligands
Chemie und zugeordnete Wissenschaften
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie
Universität Würzburg
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20965
2020
eng
doctoralthesis
1
2020-08-04
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2019-07-25
A\(_{2B}\) adenosine receptor signaling in MDA-MB-231 breast cancer cells: Mechanism of A\(_{2B}\)-mediated reduction of ERK1/2 phosphorylation
Signalwege des A\(_{2B}\) Adenosinrezeptors in MDA-MB-231 Brustkrebszellen: Mechanismus der A\(_{2B}\)-vermittelten Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung
Recently, it was shown that MDA-MB-231 breast cancer cells express very high levels of the A2BAR as the sole adenosine receptor subtype, and stimulation of the A2BAR in MDA-MB-231 cells triggers an unusual inhibitory signal on ERK1/2 phosphorylation. The ERK1/2 pathway is reported to be associated with the control of growth, proliferation and differentiation of cells and as such might serve as a promising target for tumor treatment. The present study investigated signaling mechanisms involved in linking A2BAR to ERK1/2 phosphorylation in MDA-MB-231 cells. The A2BAR mediated reduction of ERK1/2 phosphorylation and of proliferation of MDA-MB-231 cell is in good agreement with previous results from (Dubey et al., 2005). These observations provide support to the hypothesis that activation of A2BAR could attenuate the growth of some types of cancer cell and argue against a stimulation of proliferation resulting from the activation of A2BAR as discussed by (Fernandez-Gallardo et al., 2016). AC activation by forskolin has recently been shown to enhance the activity of the chemotherapeutic agent doxorubicin in TNBC cells via a mechanism dependent on the PKA-mediated inhibition of ERK1/2 phosphorylation. Furthermore, forskolin also increased the sensitivity of MDA-MB-231 and MDA-MB-468 triple negative breast cancer cells to 5-fluorouracil and taxol (Illiano et al., 2018), and sustains the evidence of anticancer activity mediated by cAMP/PKA-mediated ERK1/2 inhibition. Similar to these studies, a reduced amount of pERK1/2 was also observed after stimulation of AC with FSK, application of cAMP-AM or inhibition of PDE-4. The inhibition of ERK1/2 phosphorylation was mimicked by UTP and abolished with the PLC inhibitor U73122 or by chelating intracellular Ca2+ with BAPTA-AM. These results point to an important role for both cAMP and Ca2+ signaling in the pathway leading to a decrease in ERK1/2 phosphorylation. This study encourages the idea that A2BAR could be used as target in cancer therapy. But A2BAR did not only stimulate signaling cascades associated with cell survival and proliferation reduction, but also key phases relevant in angiogenesis like Ca2+ mobilization (Kohn et al., 1995). Whereas the potency toward AC and Ca2+ are similar for the diverse agonists, the potency to promote ERK1/2 reduction is much higher. Interestingly, the proliferation of MDA-MB-231 cells is inhibited by low nanomolar agonist concentration which is inactive in Ca2+ mobilization. This means that it is certainly possible to reduce the proliferation without promoting angiogenesis. LUF6210 is particularly interesting when considering that it preferentially stimulates a reduction in ERK1/2 phosphorylation over Ca2+ and therefore may not promote angiogenesis. LUF6210 is therapeutically appealing as adjuvant in treatment of cancer. Given that stimulation of AC can activate a reduction of ERK1/2 phosphorylation and proliferation in cancer cells, agonist bias toward Gs-AC-PKA-mediated ERK1/2 inhibition represent a potential therapy of various malignancies. The fact that the reduction of ERK1/2 phosphorylation followed by reduced proliferation observed in MDA-MB-231 cells were mediated by the activation of the A2BAR illustrates the importance of this receptor subtype in cancer. A2BARs must be considered as a key factor in cancer treatment and deserve attention for the development of new therapeutic strategies.
Adenosin reguliert eine Reihe physiologischer Funktionen über die vier ARs, die zur Familie der GPCR gehören. Adenosin beeinflusst das Zellwachstum sowohl positiv als auch negativ. Dabei spielen die MAPK eine wichtige Rolle. Diverse Studien haben gezeigt, dass die Aktivierung alle ARs Subtypen zur Phosphorylierung der MAPK ERK1/2 führt. Es gibt immer mehr Hinweise auf die Beteiligung des A2BAR am Wachstum und der Progression von Tumoren. Die MDA-MB-231 Brustkrebszellen weisen eine hohe Expressionsrate des A2BAR als einzige ARs Subtypen auf. Zusätzlich zu AC-Aktivierung und intrazellulärer Ca2+-Freisetzung führt die Stimulation des A2BAR der MDA-MB-231-Brustkrebszellen zur Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung. NECA, der unselektive AR-Agonist, führt zu einer zeit- und konzentrationsabhängigen Inhibition der ERK1/2 Phosphorylierung. Auch eine signifikante Reduktion der Proliferation der MDA-MB-231 Brustkrebszellen wurde beobachtet. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass A2BARs das Wachstum von MDA-MB-231 Zellen hemmen, indem sie die Aktivierung des ERK1/2 reduzieren, was in gutem Einklang mit den Ergebnissen von (Dubey et al., 2005) steht. Diese Ergebnisse unterstützen die Ansicht, dass die Aktivierung von A2BAR das Wachstum von bestimmten Arten von Krebszellen hemmt, und wiederspricht dem fördernden Effekt des Wachstums von A2BAR beschrieben in (Fernandez-Gallardo et al., 2016). Die AC-Aktivierung durch Forskolin erhöht den Effekt des Chemotherapeutikums Doxorubicin in TNBC Zellen. Darüber hinaus erhöhte Forskolin auch die Empfindlichkeit von MDA-MB-231 und MDA-MB-468 TNBC auf 5-Fluorouracil und Taxol (Illiano et al., 2018) und bestätigt die anti-Krebs-Aktivität von reduzierter ERK1/2 Phosphorylierung, die von cAMP/PKA abhängig ist. Ähnlich zu diesen Studien reduziert sowohl eine Behandlung der MDA-MB-231 Zellen mit Forskolin oder mit cAMP-AM, als auch Hemmung der PDE-4 die ERK1/2 Phosphorylierung. Die durch A2BAR-vermittelte Reduktion der pERK1/2 ist in Anwesenheit des PKA Inhibitors H89 gehemmt. Die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung wurde durch den PLC-Inhibitor U73122 und den Ca2+ Chelator BAPTA-AM gehemmt. Außerdem induziert die Ca2+ Freisetzung bei UTP die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung. Diese Ergebnisse weisen auf eine wichtige Rolle von cAMP und Ca2+ in der A2BAR-vermittelten Hemmung der ERK1/2 Phosphorylierung hin. Eine solche Abnahme kann als Folge der Hemmung einer Kinase oder Stimulation einer Phosphatase auftreten. Wir untersuchten die MKPs, ein negativer Regulator der MAPK-Aktivität. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Stimulation des A2BAR in MDA-MB-231 Zellen zu erhöhter MKP-1 und MKP-2 Expression führt. Dieser Effekt bietet einen neuartigen Mechanismus für die A2BAR-vermittelte Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung. Der A2BAR und die induzierten Phosphatasen MKP-1 und MKP-2 könnten daher interessant für die Hemmung der Proliferation schnell wachsender Krebszellen sein. Auch wenn die Hemmung von Phosphatasen Aktivitäten die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung rückgängig macht, deuten unsere Ergebnisse auf eine Beteilung der c-Raf-1 in der Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung hin. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung der -AR Rezeptoren ähnliche Signale wie A2BAR in MDA-MB-231 Zellen regulieren. Daher kann die Reduktion der ERK1/2 Phosphorylierung in MDA-MB-231 Zellen den Gs-gekoppelten Rezeptoren zugeordnet werden. A2BAR stimuliert auch eine Ca2+-Antwort, die mit der Angiogenese in Verbindung gebracht wird (Kohn et al., 1995). Interessanterweise ist das Wachstum von MDA-MB-231 Zellen mit nanomolare NECA Konzentration gehemmt, wobei diese in der Ca2+-Mobilisierung inaktiv ist, so dass das Wachstum gehemmt werden kann, ohne dabei die Angiogenese zu fördern. LUF6210 ruft kein Ca2+ Signal hervor und ist daher von Bedeutung, wenn man bedenkt, dass es die ERK1/2 Phosphorylierung redurziert aber die Angiogenese nicht beeinflusst. LUF6210 ist deshalb therapeutisch ansprechend in der Behandlung von Krebs. Angesichts der Tatsache, dass die Stimulation der AC die Reduktion der ERK1/2-Phosphorylierung und der Proliferation in Krebszellen aktiviert, sind selective Gs-AC-PKA Agonisten erforderlich in der Therapie verschiedener maligner Erkrankungen.
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10.25972/OPUS-20965
X 128921
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Yéwa Bony Marthe Koussémou
deu
swd
Adenosinrezeptor
eng
uncontrolled
A2B adenosine receptor
deu
swd
Brustkrebs
eng
uncontrolled
CAMP production
eng
uncontrolled
intracellular calcium release
eng
uncontrolled
reduction of ERK1/2 phosphorylation
eng
uncontrolled
reduction of cells proliferation
deu
uncontrolled
A2BAR
deu
uncontrolled
induzierte Phosphatasen MKP-1 und MKP-2
deu
uncontrolled
Hemmung der Proliferation schnell wachsender Krebszellen
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/20965/Koussemou-Marthe_Thesis.pdf
18675
2016
eng
397-406
81
article
1
2019-09-03
--
--
Assessment of reproductive and developmental effects of DINP, DnHP and DCHP using quantitative weight of evidence
Quantitative weight of evidence (QWoE) methodology utilizes detailed scoring sheets to assess the quality/reliability of each publication on toxicity of a chemical and gives numerical scores for quality and observed toxicity. This QWoE-methodology was applied to the reproductive toxicity data on diisononylphthalate (DINP), di-n-hexylphthalate (DnHP), and dicyclohexylphthalate (DCHP) to determine if the scientific evidence for adverse effects meets the requirements for classification as reproductive toxicants. The scores for DINP were compared to those when applying the methodology DCHP and DnHP that have harmonized classifications. Based on the quality/reliability scores, application of the QWoE shows that the three databases are of similar quality; but effect scores differ widely. Application of QWoE to DINP studies resulted in an overall score well below the benchmark required to trigger classification. For DCHP, the QWoE also results in low scores. The high scores from the application of the QWoE methodology to the toxicological data for DnHP represent clear evidence for adverse effects and justify a classification of DnHP as category 1B for both development and fertility. The conclusions on classification based on the QWoE are well supported using a narrative assessment of consistency and biological plausibility.
Regulatory Toxicology and Pharmacology
10.1016/j.yrtph.2016.09.032
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Regulatory Toxicology and Pharmacology (2016) 81, 397-406. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2016.09.032
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CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Wolfgang Dekant
James Bridges
eng
uncontrolled
n-hexyl phthalate
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male rats
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uncontrolled
dicyclohexyl phthalate
eng
uncontrolled
Diisononyl phthalate
eng
uncontrolled
in-vivo
eng
uncontrolled
2-Generation reproduction
eng
uncontrolled
testosterone production
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uncontrolled
sexual development
eng
uncontrolled
risk-assesment
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uncontrolled
fetal testis
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uncontrolled
weight of evidence
eng
uncontrolled
classification and labeling
eng
uncontrolled
reproductive and developmental toxicity
eng
uncontrolled
quantitative assessments
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/18675/Dekant_RegulatoryToxicologyAndPharmacology2016.pdf
16524
2016
eng
118
7
article
1
2018-07-20
--
--
beta-Adrenoceptor-mediated Relaxation of Urinary Bladder Muscle in beta 2-Adrenoceptor Knockout Mice
Background and Objective:
In order to characterize the β-adrenoceptor (AR) subtypes involved in agonist-stimulated relaxation of murine urinary bladder we studied the effects of (-)-isoprenaline and CL 316,243 on tonic contraction and spontaneous contractions in detrusor strips of wild-type (WT) and β2-AR knockout (β2-AR KO) mice.
Materials and Methods:
Urinary bladders were isolated from male WT and β2-AR KO mice. β-AR subtype expression was determined with quantitative real-time PCR. Intact muscle strips pre-contracted with KCl (40 mM) were exposed to cumulatively increasing concentrations of (-)-isoprenaline or β3-AR agonist CL 316,243 in the presence and absence of the subtype-selective β-AR blockers CGP 20712A (β1-ARs), ICI 118,551 (β2-ARs), and L748,337 (β3-ARs).
Results:
Quantitative real-time PCR confirmed lack of β2-AR expression in bladder tissue from β2-AR KO mice. In isolated detrusor strips, pre-contraction with KCl increased basal tone and enhanced spontaneous activity significantly more in β2-AR KO than in WT. (-)-Isoprenaline relaxed tonic tension and attenuated spontaneous activity with similar potency, but the concentrations required were two orders of magnitude higher in β2-AR KO than WT. The concentration-response curves (CRCs) for relaxation were not affected by CGP 20712A (300 nM), but were shifted to the right by ICI 118,551 (50 nM) and L748,337 (10 μM). The -logEC50 values for (-)-isoprenaline in WT and β2-AR KO tissue were 7.98 and 6.00, respectively, suggesting a large receptor reserve of β2-AR. (-)-CL 316,243 relaxed detrusor and attenuated spontaneous contractions from WT and β2-AR KO mice with a potency corresponding to the drug’s affinity for β3-AR. L743,337 shifted the CRCs to the right.
Conclusion:
Our findings in β2-AR KO mice suggest that there is a large receptor reserve for β2-AR in WT mice so that this β-AR subtype will mediate relaxation of tone and attenuation of spontaneous activity under physiological conditions. Nevertheless, upon removal of this reserve, β3-AR can also mediate murine detrusor relaxation.
Frontiers in Pharmacology
10.3389/fphar.2016.00118
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Front. Pharmacol. 7:118.
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Stefan Propping
Kristina Lorenz
Martin C. Michel
Manfred P. Wirth
Ursula Ravens
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uncontrolled
detrusor muscle
eng
uncontrolled
relaxation
eng
uncontrolled
mucosa
eng
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beta2-adrenoceptor knockout
eng
uncontrolled
beta3 CL 316,243
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/16524/060_Propping_FRONTIERS IN PHARMACOLOGY.pdf
16523
2016
eng
175
7
article
1
2018-07-20
--
--
Role of Human Organic Cation Transporter 1 (hOCT1) Polymorphisms in Lamivudine (3TC) Uptake and Drug-Drug Interactions
Lamivudine (3TC), a drug used in the treatment of HIV infection, needs to cross the plasma membrane to exert its therapeutic action. Human Organic cation transporter 1 (hOCT1), encoded by the SLC22A1 gene, is the transporter responsible for its uptake into target cells. As SLC22A1 is a highly polymorphic gene, the aim of this study was to determine how SNPs in the OCT1-encoding gene affected 3TC internalization and its interaction with other co-administered drugs. HEK293 cells stably transfected with either the wild type form or the polymorphic variants of hOCT1 were used to perform kinetic and drug-drug interaction studies. Protein co-immunoprecipitation was used to assess the impact of selected polymorphic cysteines on the oligomerization of the transporter. Results showed that 3TC transport efficiency was reduced in all polymorphic variants tested (R61C, C88R, S189L, M420del, and G465R). This was not caused by lack of oligomerization in case of variants located at the transporter extracellular loop (R61C and C88R). Drug-drug interaction measurements showed that co-administered drugs [abacavir (ABC), zidovudine (AZT), emtricitabine (FTC), tenofovir diproxil fumarate (TDF), efavirenz (EFV) and raltegravir (RAL)], differently inhibited 3TC uptake depending upon the polymorphic variant analyzed. These data highlight the need for accurate analysis of drug transporter polymorphic variants of clinical relevance, because polymorphisms can impact on substrate (3TC) translocation but even more importantly they can differentially affect drug-drug interactions at the transporter level.
Frontiers in Pharmacology
10.3389/fphar.2016.00175
urn:nbn:de:bvb:20-opus-165236
Front. Pharmacol. 7:175. DOI:10.3389/fphar.2016.00175
Cristina Arimany-Nardi
Gerard Minuesa
Marçal Pastor-Anglada
Thorsten Keller
Itziar Erkizia
Hermann Koepsell
Javier Martinez-Picado
eng
uncontrolled
hOCT1
eng
uncontrolled
pharmacogenetics
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uncontrolled
lamivudine
eng
uncontrolled
HIV infection
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uncontrolled
therapy
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/16523/059_Arimany-Nardi_FRONTIERS IN PHARMACOLOGY.pdf
15984
2020
deu
doctoralthesis
1
2018-03-28
--
2018-01-31
Untersuchung der Rolle der ERK-Dimerisierung bei der ERK1/2- vermittelten Proliferation von Tumorzellen
Investigation of the role of ERK dimerization in the ERK1/2-mediated proliferation of tumor cells
Bei vielen Erkrankungen wie z.B. Herzhypertrophie, Diabetes und Entzündungen spielt die Raf-MEK-ERK-Signalkaskade eine wichtige Rolle. ERK1/2 ist in vielen zellulären Prozessen, u.a. Proliferation, Differenzierung, Wachstum, Hypertrophie und Apoptose involviert. Auch in der Tumorentstehung besitzt dieser MAPK-Signalweg eine signifikante Funktion, da er bei ca. 50% aller Krebsarten deutlich aktiviert ist. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle einer neu entdeckten Phosphorylierungsstelle an Threonin188 an ERK2 bei der Entstehung und der möglichen Therapie von Tumoren zu erarbeiten. Dafür wurde ein Myc-ERK2309-357-Peptid verwendet, das 2013 in der Arbeitsgruppe Lorenz entwickelt wurde. Myc-ERK2309-357 zeigte in bisher unveröffentlichten Versuchen, dass es direkt an ERK2 bindet, eine Dimerisierung von ERK1/2 hemmen und eine vermehrte Lokalisation von ERK2 im Zellkern verhindern kann. Im Rahmen dieses Projekts konnten wir belegen, dass mit Hilfe des Myc-ERK2309-357-Peptids die Tumorzellproliferation von verschiedenen Krebszelllinien (Caco-2, SCC68, PC/1-1 und PC/13-1) um 60-80% vermindert werden konnte. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass Myc-ERK2309-357 keinen Einfluss auf die Phosphorylierung von ERK1/2 am TEY-Motiv besitzt. Die Aktivierung von ERK1/2 durch die Kinasen MEK1/2 wird somit nicht beeinflusst und die zytosolischen ERK-Funktionen, wie z.B. der anti-apoptotische Effekt, würden somit bestehen bleiben. Außerdem fanden wir heraus, dass Myc-ERK2309-357 im Vergleich zu den MEK-Inhibitoren U0126 und PD98059 und verglichen mit dem EGF-Rezeptor-Antikörper Cetuximab die Proliferation signifikant besser hemmt.
The Raf-MEK-ERK signaling cascade plays an important role in many diseases, such as cardiac hypertrophy, diabetes and inflammation. ERK1/2 is involved in many cellular processes, i.a. proliferation, differentiation, growth, hypertrophy and apoptosis. This MAPK signaling pathway also has a significant function in tumorigenesis because it is clearly activated in about 50% of all cancers. The aim of this work was to investigate the role of a newly discovered phosphorylation site on threonine188 in ERK2 in the genesis and possible therapy of tumors. For this, a Myc- ERK2309-357 peptide was used, which was developed in the research group Lorenz in 2013. It has previously been shown that Myc-ERK2309-357 binds directly to ERK2, inhibits ERK1/2 dimerization, and prevents increased localization of ERK2 in the nucleus. In this project we demonstrated that the Myc-ERK2309-357 peptide reduces the tumor cell proliferation of various cancer cell lines (Caco-2, SCC68, PC / 1-1 and PC / 13-1) by 60-80%. Furthermore, we could show that Myc-ERK2309-357 has no influence on the phosphorylation of ERK1/2 on the TEY motif. The activation of ERK1/2 by the kinases MEK1/2 is thus unaffected and the cytosolic ERK functions, e.g. the anti-apoptotic effect, would thus persist. In addition, we discovered that Myc-ERK2309-357 inhibits proliferation of the tumor cells significantly better compared to the MEK inhibitors U0126 and PD98059 and compared to the EGFR antibody Cetuximab.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-159847
10.25972/OPUS-15984
X 128752
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Tamara Gruse
deu
swd
Dimerisierung
deu
swd
MAP-Kinase
deu
swd
Carcinogenese
deu
uncontrolled
ERK1/2 Dimerisierung
deu
uncontrolled
Tumorzellproliferation
deu
uncontrolled
Krebs
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/15984/Gruse_Tamara_ERK-Dimerisierung.pdf
19322
2019
eng
3979
21
24
article
1
--
2019-11-03
--
Eugenol exerts apoptotic effect and modulates the sensitivity of HeLa cells to cisplatin and radiation
Eugenol is a phytochemical present in different plant products, e.g., clove oil. Traditionally, it is used against a number of different disorders and it was suggested to have anticancer activity. In this study, the activity of eugenol was evaluated in a human cervical cancer (HeLa) cell line and cell proliferation was examined after treatment with various concentrations of eugenol and different treatment durations. Cytotoxicity was tested using lactate dehydrogenase (LDH) enzyme leakage. In order to assess eugenol’s potential to act synergistically with chemotherapy and radiotherapy, cell survival was calculated after eugenol treatment in combination with cisplatin and X-rays. To elucidate its mechanism of action, caspase-3 activity was analyzed and the expression of various genes and proteins was checked by RT-PCR and western blot analyses. Eugenol clearly decreased the proliferation rate and increased LDH release in a concentration- and time-dependent manner. It showed synergistic effects with cisplatin and X-rays. Eugenol increased caspase-3 activity and the expression of Bax, cytochrome c (Cyt-c), caspase-3, and caspase-9 and decreased the expression of B-cell lymphoma (Bcl)-2, cyclooxygenase-2 (Cox-2), and interleukin-1 beta (IL-1β) indicating that eugenol mainly induced cell death by apoptosis. In conclusion, eugenol showed antiproliferative and cytotoxic effects via apoptosis and also synergism with cisplatin and ionizing radiation in the human cervical cancer cell line.
Molecules
1420-3049
10.3390/molecules24213979
urn:nbn:de:bvb:20-opus-193227
Molecules 2019, 24(21), 3979; https://doi.org/10.3390/molecules24213979
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Moustafa Fathy
Michael Atef Fawzy
Henning Hintzsche
Toshio Nikaido
Thomas Dandekar
Eman M. Othman
eng
uncontrolled
eugenol
eng
uncontrolled
HeLa cells
eng
uncontrolled
cisplatin
eng
uncontrolled
radiation
eng
uncontrolled
apoptosis
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Import
Förderzeitraum 2019
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/19322/molecules-24-03979.pdf
19973
2020
eng
doctoralthesis
1
2020-02-11
--
2020-01-30
Investigation of dynamic processes of prototypical class A GPCRs by single-molecule microscopy
Untersuchung von dynamischen Prozessen von prototypischen Klasse A GPCR's durch Einzelmolekülmikroskopie
In this work, two projects were pursued.
In the first project, I investigated two different subtypes of opioid receptors, which play a key role as target for analgesia. A set of subtype specific fluorescent ligands for μ opioid receptor (MOR) and δ opioid receptor (DOR) was characterised and used to gain insights into the diffusion behaviour of those receptors. It was shown that the novel ligands hold photophysical and pharmacological properties making them suitable for single-molecule microscopy. Applying them to wild-type receptors expressed in living cells revealed that both sub-types possess a heterogeneous diffusion behaviour. Further- more, the fluorescent ligands for the MOR were used to investigate homodomerisation, a highly debated topic. The results reveal that only ≈ 5 % of the receptors are present as homodimers, and thus the majority is monomeric. G-protein coupled receptors (GPCRs) play a major role as drug targets. Accordingly, understanding the activation process is very important. For a long time GPCRs have been believed to be either active or inactive. In recent years several studies have shown, that the reality is more complex, involving more substates. [1, 2, 3, 4] In this work the α 2A AR was chosen to investigate the activation process on a single-molecule level, thus being able to distinguish also rare or short-lived events that are hidden in ensemble mea- surements. With this aim, the receptor was labelled intracellular with two fluorophores using supported membranes. Thus it was possible to acquire movies showing qualita- tively smFRET events. Unfortunately, the functionality of the used construct could not be demonstrated. To recover the functionality the CLIP-tag in the third intracellular loop was replaced successfully with an amber codon. This stop codon was used to insert an unnatural amino acid. Five different mutants were created and tested and the most promising candidate could be identified. First ensemble FRET measurements indicated that the functionality might be recovered but further improvements would be needed. Overall, I could show that single-molecule microscopy is a versatile tool to investigate the behaviour of typical class A GPCRs. I was able to show that MOR are mostly monomeric under physiological expression levels. Furthermore, I could establish intra- cellular labelling with supported membranes and acquire qualitative smFRET events.
In dieser Arbeit wurden zwei Projekte verfolgt.
Im ersten Projekt wurden zwei Subtypen der Opioidrezeptoren untersucht, die eine wichtige Rolle für die Wirksamkeit von Analgetika spielen. Ein Set von subtypspezifischen fluoreszierenden Liganden für den MOR und den DOR wurde charakterisiert und eingesetzt, um Einblicke in das Diffuionsverhalten der Rezeptoren zu gewinnen. Es konnte gezeigt werden, dass die neuartigen Liganden sowohl photophysikalische als auch pharmakologische Eigenschaften besitzen, die sie für die Einzelmolekülmikroskopie interessant machen. Versuche mit Opioidrezeptoren, die in lebenden Zellen exprimiert werden, zeigten, dass beide Subtypen heterogenes Diffuionsverhalten aufweisen. Des Weiteren wurden die fluoreszierenden Liganden für den MOR genutzt um Homodimerisierung zu untersuchen, da dies ein kontrovers diskutiertes Thema ist. Die Ergebnisse zeigen, dass lediglich ≈ 5% der Rezeptoren als Homodimere vorliegen und der Großteil monomerisch ist.
GPCRs sind besonderem Interesse, weil sie Angriffspunkt vieler Medikamente sind. Deshalb ist es wichtig ihren Aktivierungsmechanismus besser zu verstehen. Lange Zeit wurde angenommen, dass GPCRs entweder aktiv oder inaktiv sind. Neuere Studien zeigten jedoch, dass die Realität komplexer ist und der Prozess Zwischenschritte involviert. [1, 2, 3, 4] In dieser Arbeit wurde der α 2A Adrenorezeptor als prototypischer Klasse A GPCR gewählt, um den Aktivierungsprozess auf Einzelmoleküllevel zu untersuchen. Durch die Betrachtung einzelner Rezeptoren ist es möglich auch seltene oder sehr kurzlebige Ereignisse zu unterscheiden, die in Kollektivmessungen untergehen. Um dies zu erreichen wurde der Rezeptor erfolgreich intrazellulär mit zwei Fluorophoren markiert. Dies gelang durch die Herstellung von „supported membranes", also Zellmembranen die auf einem Objektträger fixiert wurden. Dadurch war es möglich Videos aufzunehmen, die Einzelmolekül-FRET-Ereignisse zeigen. Jedoch gelang es nicht zu zeigen, dass der Rezeptor als Ganzes noch funktional war. Um einen funktionalen Rezeptor zu erhalten, wurde das CLIP-Tag in der dritten intrazellulären Schleife erfolgreich durch ein Stopcodon ersetzt, welches für eine nicht kanonische Aminosäure kodierte. Fünf verschiedene Mutanten wurden kloniert und getestet, wobei der vielversprechendste Mutant identifiziert werden konnte. Erste FRET-Kollektivmessungen deuten darauf hin, dass dieser Mutant funktional sein könnte. Jedoch sind weitere Verbesserungen nötig.
Insgesamt konnte ich zeigen, dass Einzelmolekülmikroskopie vielseitige Möglichkeiten bietet um das Verhalten von GPCRs zu untersuchen. Ich konnte nachweisen, dass MOR unter physiologischen Bedingungen hauptsächlich als Monomere vorliegen. Des Weiteren konnte ich Dank supported membranes die Markierung durch Farbstoffe im Intrazellularbereich etablieren und qualitative smFRET Ereignisse aufnehmen.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-199739
10.25972/OPUS-19973
X 128635
CC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International
Kerstin Seier
deu
swd
PhD thesis pharmacology
deu
swd
GPCR dimerisation
eng
uncontrolled
single-molecule imaging
eng
uncontrolled
opioid receptor
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/19973/Seier_Kerstin_PhD_Thesis.pdf
19932
2020
eng
doctoralthesis
1
2020-01-30
--
2020-01-30
The influence of N-terminal peptides of G-protein coupled receptor kinase (GRK) 2, 3 and 5 on β-adrenergic signaling
Der Einfluss von N-terminalen Peptiden der G-Protein gekoppelten Rezeptorkinasen (GRK) 2, 3 und 5 in der β-adrenergen Signaltransduktion
G protein coupled receptor kinases (GRK) phosphorylate and thereby desensitize G protein coupled receptors (GPCR) including β-adrenergic receptors (βAR), which are critical regulators of cardiac function. We identified the Raf kinase inhibitor protein (RKIP) as an endogenous inhibitor of GRK2 that leads to increased cardiac contractility via βAR activation. RKIP binds to the N-terminus (aa1-185) of GRK2, which is important for the GRK2/receptor interaction. Thereby it interferes with the GRK2/receptor interaction without interference with cytosolic GRK2 target activation. In this project, the RKIP/GRK interface was investigated to develop strategies that simulate the effects of RKIP on βAR.
RKIP binding to different isoforms of GRK expressed in the heart was analyzed by protein interaction assays using full-length and N-termini of GRK2, GRK3 and GRK5: 1-53, 54-185 and 1-185. Co-immunoprecipitation (Co-IPs) and pull-down assays revealed that RKIP binds to the peptides of GRK2 and GRK3 but not to the ones of GRK5, which suggests the existence of several binding sites of RKIP within the N-termini of GRK2 and GRK3. To analyze whether the peptides of GRK2 and GRK3 are able to simulate the RKIP mediated interference of the GRK2/receptor interaction, we analyzed the β2-AR phosphorylation in the absence and presence of the peptides. Interestingly, N-termini (aa1-185) of GRK2 and GRK3 reduced β2AR phosphorylation to a comparable extent as RKIP. In line with reduced receptor phosphorylation, the peptides also reduced isoproterenol-stimulated receptor internalization as shown by [3H] CGP-12177 radioligand binding assay and fluorescence microscopy compared to control cells. Subsequently, these peptides increased downstream signaling of β2AR, i.e. the phosphorylation of the PKA substrate phosducin. In an attempt to elucidate the mechanism behind the observed effects, Co-IPs were performed in order to investigate whether the peptides bind directly to the β2-AR and block its phosphorylation by GRK2. Indeed, GRK2 1-185 and GRK3 1-185 could bind the receptor, suggesting that this way GRK2 is prevented from inhibiting the receptor. To investigate the physiological effect of GRK2 1-185, GRK3 1-185 and GRK5 1-185, their effect on neonatal mouse cardiomyocyte contractility and hypertrophy was analyzed. After long-term isoproterenol stimulation, in the presence of GRK2 1 185 and GRK3 1-185 the cross-sectional area of the cardiomyocytes showed no significant increase in comparison to the unstimulated control cells. In addition, upon isoproterenol stimulation, GRK2 1-185 and GRK3 1-185 increased the beat rate in cardiomyocytes, mimicking RKIP while the base impedance, an indicator of viability, remained stable.
The N-termini (1-185) of GRK2 and GRK3 simulated RKIP’s function and had a significant influence on β2AR phosphorylation, on its downstream signaling and internalization, could bind β2-AR, increased beat rate and did not significantly induce hypertrophy, suggesting that they may serve as a model for the generation of new and more specific targeting strategies for GRK mediated receptor regulation.
G-Protein gekoppelte Rezeptorkinasen (GRK) phosphorylieren und desensitisieren G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR), einschließlich β-adrenerge Rezeptoren (βAR), welche wichtige Regulatoren der Herzfunktion sind. Raf Kinase Inhibitor Protein (RKIP) ist ein endogener Inhibitor von GRK2, der zur Aktivierung von βAR führt und dadurch zur Steigerung der Herzkontraktilität. RKIP bindet N-terminal (1-185) an GRK2; der GRK2 N-Terminus ist wichtig für die GRK2/Rezeptor Interaktion. Durch diese Bindung wird GRK2 inhibiert und derer Interaktion mit den Rezeptor gestört, allerdings bleiben die zytosolische GRK2 Substrate unbeeinflusst. In diesem Projekt wurde die Interaktion zwischen RKIP und GRK untersucht, um neue Targeting Strategien zu entwickeln, die die positiven Effekte von RKIP auf βAR Signalwege simulieren.
Die Bindung von RKIP an verschiedene, im Herzen lokalisierte GRK-Isoformen wurde über protein interaction assays untersucht: mit GRK2, GRK3 und GRK5 und mit deren N-terminalen Peptiden 1-53, 54-185, 1-185. Die Co-Immunopräzipitationen (Co-IPs) und die pull-down Versuche haben gezeigt, dass RKIP sowohl GRK2 und GRK3 als auch deren N-Termini bindet, GRK5 und dessen N-termini hingegen nicht. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass sich mehrere RKIP Bindungsstellen an dem GRK2 N-Terminus befinden. Um zu analysieren, ob die GRK2- und GRK3-Peptide eine ähnliche Wirkung wie RKIP auf die Interaktion von GRK2 und Rezeptor aufweisen, wurde die Rezeptorphosphorylierung ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass GRK2 1-185 und GRK3 1-185 die Phosphorylierung des βAR reduzieren können. Radioligandbindungsassays mit [3H] CGP-12177 und Fluoreszenzmikroskopie zeigten zudem, dass GRK2 1-185 und GRK3 1-185 auch die Internalisierungsrate des βAR senken können. Anschließend hatten GRK2 1-185 und GRK3 1-185 einen positiven Effekt auf einem βAR downstream Signalmolekül. Hierbei handelte es sich um die Phosphorylierung von Phosducin, was ein PKA-Substrat ist. Um die Wirkungsweise der N-termini zu erläutern, wurde untersucht, ob diese direkt den β2AR binden und somit die GRK2 vermittelte Phosphorylierung hindern. Interessanterweise konnte gezeigt werden, dass GRK2 1-185 und GRK3 1- 185 den β2AR binden und dementsprechend einen Einfluss auf die Phosphorylierung haben. Des Weiteren, wurden die Effekte der Peptide auf Kontraktilität und Hypertrophie in neonatalen Mauskardiomyozyten analysiert. In Anwesenheit von GRK2 1-185 und GRK3 1-185 war die Querschnittsfläche der Mauskardiomyozyten nicht signifikant größer im Vergleich zu den unstimulierten Kontrollzellen. Außerdem wurde eine signifikante Erhöhung der Kontraktilität in den Mauskardiomyozyten mit GRK2 1-185 und GRK3 1-185 beobachtet.
Insgesamt, konnten GRK2 1-185 und GRK3 1-185 RKIPs Funktion simulieren: sie hatten einen signifikanten Effekt auf β2AR-Phosphorylierung, Internalisierung und downstream Signaling. Zudem konnten sie die Kontraktilität erhöhen und hatten keinen Einfluss auf Hypertrophie. Somit könnten sie als Prototyp für die Entwicklung neuer Targeting Strategien für die GRK-vermittelte Rezeptor Regulation, genutzt werden.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-199322
10.25972/OPUS-19932
Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften - ISAS - e.V.
X 128557
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Theopisti Maimari
eng
uncontrolled
G protein-coupled receptor kinase
eng
uncontrolled
Raf kinase inhibitor protein
eng
uncontrolled
Inhibition
eng
uncontrolled
Heart failure
eng
uncontrolled
Peptides
Biowissenschaften; Biologie
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Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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15564
2020
deu
doctoralthesis
1
2017-12-07
--
2017-10-30
Untersuchung einer monomeren Mutante der extrazellulär regulierten Kinase 2 (ERK2) bei kardialer Hypertrophie
Analysis of a monomeric mutant of extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2) on cardiac hypertrophy
Die Raf-MEK-ERK1/2-Kaskade spielt eine wichtige Rolle in der Vermittlung von kardialer Hypertrophie und Zellüberleben. Durch unsere Arbeitsgruppe konnte im Vorfeld gezeigt werden, dass die Dimerisierung von ERK2 eine Voraussetzung für dessen Autophosphorylierung an Thr188 darstellt, welche wiederum für die Übermittlung der hypertrophen Effekten von ERK1/2 erforderlich ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daraus abgeleitet die Fragestellung untersucht, ob mit Verhinderung der ERK2-Dimerisierung eine nützliche Strategie zur Inhibition von Hypertrophie vorliegt und welchen Einfluss diese auf das Zellüberleben hat.
Die Auswirkungen der Dimerisierungsdefizienz von ERK2 wurden in neonatalen Kardiomyozyten der Ratte und in transgenen Mäusen mithilfe einer ERK2-Mutante untersucht, der einige Aminosäuren in der ERK-ERK-Interaktionsfläche fehlen und daher keine Dimere bilden kann (ERK2Δ174-177). Eine Überexpression von ERK2Δ174-177 in neonatalen Kardiomyozyten verringerte signifikant die Antwort auf hypertrophe Stimuli (Phenylephrin, Endothelin 1). Im Anschluss daran wurden die Effekte der Dimerisierungsdefizienz von ERK2 in vivo an transgenen Mäusen mit kardialer Überexpression von ERK2Δ174-177 erforscht. Diese Mäuse zeigten unter basalen Bedingungen keine Unterschiede gegenüber Wildtyp-Mäusen hinsichtlich Kardiomyozytengröße, Ventrikelwanddicke und kardialer Funktion. Unter chronischer Druckbelastung mittels TAC ließ sich hingegen ein signifikant vermindertes Ausmaß an Hypertrophie im Vergleich zu Wildtyp quantifizieren. Da der ERK1/2-Signalweg auch am Überleben von Kardiomyozyten beteiligt ist, wurde die Apoptose an histologischen Schnitten von Mausherzen analysiert. Interessanterweise fand sich bei Herzen, die das dimerisierungsdefiziente ERK2-Protein überexprimierten, eine mit Wildtyp vergleichbare Anzahl TUNEL-positiver Zellen. Ein ähnliches Ergebnis konnte bei der Messung des Fibrosegrades an Sirius-Rot gefärbten histologischen Schnitten beobachtet werden. Zuletzt wurden die Folgen der ERK2-Dimerisierungsdefizienz auf physiologische Hypertrophie mit einem Laufrad-Versuchsaufbau evaluiert. Transgene ERK2Δ174-177- und Wildtyp-Mäuse zeigten unter diesem physiologischen Stimulus keine Unterschiede im Hinblick auf die Zunahme an kardialer Hypertrophie.
Da die Dimerisierungsdefizienz von ERK2 zu einer reduzierten pathologischen Hypertrophie, ohne negative Auswirkungen auf ERK1/2-vermittelte anti-apoptotische Effekte noch auf kardiale Funktion oder physiologische Hypertrophieprozesse führt, stellt die Hemmung der ERK-Dimerisierung ein attraktives Ziel zur Therapie pathologischer Hypertrophie sowie potentiell auch anderer auf den ERK1/2-Signalweg basierenden Krankheiten dar.
The Raf-MEK-ERK1/2 pathway plays a crucial role in signal transmission of cardiac hypertrophy and cell survival. In advance, we showed that dimerization of ERK2 is a prerequisite for autophosphorylation on Thr188, promoting cardial hypertrophic effects. In this study we therefore investigated the role of ERK2-dimerization in cardiac hypertrophy and cell survival.
Overexpression of the dimerization deficient mutant ERK2Δ174-177 in neonatal rat cardiomyocytes significantly attenuated the hypertrophic response on hypertrophic stimuli (phenylephrine, ET-1). Moreover mice with cardiac overexpression of ERK2Δ174-177 who underwent chronic pressure overload by transverse aortic constriction demonstrated significant lower cardiac hypertrophy compared to wild type mice in histological examination and echocardiography. No difference was found in the rate of apoptotic cells measured in histological sections by TUNEL assay. Interestingly, ERKΔ174-177-mice who underwent running-wheel experiments showed no difference in physiological hypertrophy compared to wild type mice.
In conclusion, the dimerization deficiency of ERK2 lead to reduced pathological cardiac hypertrophy without negative impact neither on ERK1/2-mediated anti-apoptotic effects nor on physiological hypertrophic processes. Hence, inhibition of ERK-dimerization might be an attractive target to reduce pathological hypertrophy and potentially interferes with other diseases mediated by the ERK1/2 pathway.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-155644
10.25972/OPUS-15564
veröffentlicht am 01.07.2020
X 128809
Deutsches Urheberrecht
Martin W. Hümmert
deu
swd
ERK2d4
deu
uncontrolled
ERK1/2
deu
uncontrolled
ERK-Monomer
deu
uncontrolled
ERK Dimerisierungsdefizienz
deu
uncontrolled
kardiale Hypertrophie
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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17097
2017
eng
e0174856
4
12
article
1
2018-11-02
--
--
Experimental and mathematical analysis of cAMP nanodomains
In their role as second messengers, cyclic nucleotides such as cAMP have a variety of intracellular effects. These complex tasks demand a highly organized orchestration of spatially and temporally confined cAMP action which should be best achieved by compartmentalization of the latter. A great body of evidence suggests that cAMP compartments may be established and maintained by cAMP degrading enzymes, e.g. phosphodiesterases (PDEs). However, the molecular and biophysical details of how PDEs can orchestrate cAMP gradients are entirely unclear. In this paper, using fusion proteins of cAMP FRET-sensors and PDEs in living cells, we provide direct experimental evidence that the cAMP concentration in the vicinity of an individual PDE molecule is below the detection limit of our FRET sensors (<100nM). This cAMP gradient persists in crude cytosol preparations. We developed mathematical models based on diffusion-reaction equations which describe the creation of nanocompartments around a single PDE molecule and more complex spatial PDE arrangements. The analytically solvable equations derived here explicitly determine how the capability of a single PDE, or PDE complexes, to create a nanocompartment depend on the cAMP degradation rate, the diffusive mobility of cAMP, and geometrical and topological parameters. We apply these generic models to our experimental data and determine the diffusive mobility and degradation rate of cAMP. The results obtained for these parameters differ by far from data in literature for free soluble cAMP interacting with PDE. Hence, restricted cAMP diffusion in the vincinity of PDE is necessary to create cAMP nanocompartments in cells.
PLoS ONE
10.1371/journal.pone.0174856
28406920
urn:nbn:de:bvb:20-opus-170972
PLoS ONE 12(4):e0174856 (2017). DOI: 10.1371/journal.pone.0174856
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true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Christian Lohse
Andreas Bock
Isabella Maiellaro
Annette Hannawacker
Lothar R. Schad
Martin J. Lohse
Wolfgang R. Bauer
eng
uncontrolled
fluorescence resonance energy transfer
eng
uncontrolled
yellow fluorescent protein
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uncontrolled
radii
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uncontrolled
adenylyl cyclase signaling cascade
eng
uncontrolled
cell fusion
eng
uncontrolled
cytosol
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uncontrolled
isoproterenol
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uncontrolled
absorption
eng
uncontrolled
cyclic nucleotides such as cyclic adenosine monophosphate
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Medizinische Klinik und Poliklinik I
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17052
2017
eng
e28360
6
article
1
2018-10-29
--
--
Mechano-dependent signaling by Latrophilin/CIRL quenches cAMP in proprioceptive neurons
Adhesion-type G protein-coupled receptors (aGPCRs), a large molecule family with over 30 members in humans, operate in organ development, brain function and govern immunological responses. Correspondingly, this receptor family is linked to a multitude of diverse human diseases. aGPCRs have been suggested to possess mechanosensory properties, though their mechanism of action is fully unknown. Here we show that the Drosophila aGPCR Latrophilin/dCIRL acts in mechanosensory neurons by modulating ionotropic receptor currents, the initiating step of cellular mechanosensation. This process depends on the length of the extended ectodomain and the tethered agonist of the receptor, but not on its autoproteolysis, a characteristic biochemical feature of the aGPCR family. Intracellularly, dCIRL quenches cAMP levels upon mechanical activation thereby specifically increasing the mechanosensitivity of neurons. These results provide direct evidence that the aGPCR dCIRL acts as a molecular sensor and signal transducer that detects and converts mechanical stimuli into a metabotropic response.
eLife
10.7554/eLife.28360
urn:nbn:de:bvb:20-opus-170520
eLife 2017, 6:e28360. DOI: 10.7554/eLife.28360
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Nicole Scholz
Chonglin Guan
Matthias Nieberler
Alexander Grotmeyer
Isabella Maiellaro
Shiqiang Gao
Sebastian Beck
Matthias Pawlak
Markus Sauer
Esther Asan
Sven Rothemund
Jana Winkler
Simone Prömel
Georg Nagel
Tobias Langenhan
Robert J Kittel
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uncontrolled
Latrophilin
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uncontrolled
adhesion GPCR
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uncontrolled
dCIRL
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uncontrolled
sensory physiology
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uncontrolled
metabotropic signalling
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uncontrolled
mechanotransduction
Medizin und Gesundheit
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Institut für Pharmakologie und Toxikologie
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Physiologisches Institut
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Rudolf-Virchow-Zentrum
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17037
2017
eng
443
8
article
1
2018-10-29
--
--
Internalized TSH receptors en route to the TGN induce local G\(_{S}\)-protein signaling and gene transcription
A new paradigm of G-protein-coupled receptor (GPCR) signaling at intracellular sites has recently emerged, but the underlying mechanisms and functional consequences are insufficiently understood. Here, we show that upon internalization in thyroid cells, endogenous TSH receptors traffic retrogradely to the trans-Golgi network (TGN) and activate endogenous Gs-proteins in the retromer-coated compartment that brings them to the TGN. Receptor internalization is associated with a late cAMP/protein kinase A (PKA) response at the Golgi/TGN. Blocking receptor internalization, inhibiting PKA II/interfering with its Golgi/TGN localization, silencing retromer or disrupting Golgi/TGN organization all impair efficient TSH-dependent cAMP response element binding protein (CREB) phosphorylation. These results suggest that retrograde trafficking to the TGN induces local G\(_{S}\)-protein activation and cAMP/PKA signaling at a critical position near the nucleus, which appears required for efficient CREB phosphorylation and gene transcription. This provides a new mechanism to explain the functional consequences of GPCR signaling at intracellular sites and reveals a critical role for the TGN in GPCR signaling.
Nature Communications
10.1038/s41467-017-00357-2
28874659
urn:nbn:de:bvb:20-opus-170375
Nature Communications 2017, 8:443. DOI: 10.1038/s41467-017-00357-2
false
true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Amod Godbole
Sandra Lyga
Martin J. Lohse
Davide Calebiro
eng
uncontrolled
G protein-coupled receptors
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uncontrolled
fluorescence imaging
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uncontrolled
hormone receptors
eng
uncontrolled
trans-Golgi network
Medizin und Gesundheit
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16844
2019
deu
doctoralthesis
1
2018-09-20
--
2018-09-11
Einfluss der Phosphoglykolat-Phosphatase auf den Metabolismus von Signal-, Membran- und Speicherlipiden in murinen Embryonen und Lymphozyten
Role of phosphoglycolate phosphatase in the metabolism of signaling, membrane and storage lipids in murine embryos and lymphocytes
Die Phosphoglykolat-Phosphatase PGP (früher auch als AUM bezeichnet) wurde in unserem Labor als Mitglied der HAD-Typ-Phosphatasen identifiziert. Die genetische Inaktivierung des Enzyms im gesamten Mausorganismus führt ab E8.5 zu einer Wachstumsverzögerung muriner Embryonen und bis E12.5 schließlich zu deren Tod. Im Gegensatz dazu sind Mäuse mit einer PGP-Inaktivierung in hämatopoetischen Zellen und im Endothel lebensfähig und phänotypisch unauffällig. Neue Erkenntnisse schreiben dem Enzym neben einer Aktivität gegenüber Phosphoglykolat auch Aktivitäten gegenüber Glycerin-3-phosphat (G3P), P-Erythronat und P-Lactat zu. Da diese Phosphatase-Aktivitäten Auswirkungen auf den Lipidstoffwechsel nahelegen, wurde in der vorliegenden Arbeit mittels massenspektrometrischer Methoden der Einfluss der Phosphoglykolat-Phosphatase auf den Metabolismus von Signal-, Membran- und Speicherlipiden in murinen Embryonen und Lymphozyten untersucht.
Nach Inaktivierung der PGP im gesamten Organismus wurden in E8.5-Embryonen erhöhte Diacylglycerin (DG)-, Triacylglycerin (TG)- und Sphingomyelin (SM)-Spiegel gemessen, während niedrigere Phosphatidylcholin (PC)-Level vorlagen.
In PGP-inaktivierten Lymphozyten waren G3P-, DG-, TG-, PC- und SM-Level nicht verändert. Dafür kam es zu signifikanten Erhöhungen der Phosphatidylglycerol (PG*)- und Cardiolipin (CL)-Spiegel.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die PGP in unterschiedlichen Geweben differenzielle Effekte auf die Spiegel verschiedener Lipide hat. Dies deckt neue Funktionen der PGP für die Regulation des Lipidmetabolismus auf. Die vorliegende Arbeit stellt somit die Grundlage für weitere Untersuchungen über die genauen Ursachen und Folgen dieser Regulation dar und lässt auf eine wichtige Rolle der PGP als metabolische Phosphatase im Organismus schließen.
Our laboratory has previously identified the mammalian phosphoglycolate phosphatase PGP (also referred to as AUM) as a member of the HAD-type superfamily of hydrolases. Whole-body PGP inactivation led to an intrauterine growth defect with developmental delay after E8.5, resulting in a gradual deterioration and death of PgpD34N/D34N embryos until E12.5.
In contrast, mice with a deficiency of PGP activity in endothelial and hematopoietic cells were viable and phenotypically normal.
Recent findings demonstrate catalytic activities of the PGP towards phosphoglycolate, glycerol-3-phosphate (G3P), P-erythronate and P-lactate. Since these catalytic activities suggest implications for the lipid metabolism, this thesis examined the PGP-dependent formation of signal-, membrane- and storage lipids in E8.5 embryos and adult lymphocytes of mice by means of mass spectrometry.
Following whole-body inactivation of PGP increased diacylglycerol (DG)-, triacylglycerol (TG)- and sphingomyeline (SM)-levels were detected in E8.5 embryos, whereas lower phosphatidylcholine (PC)-levels were present.
In PGP-deficient lymphocytes G3P-, DG-, TG-, PC- and SM-level were unaltered. However, levels of phosphatidylglycerol (PG*) and cardiolipine (CL) were significantly increased.
Taken together this thesis reveals new and tissue-dependent functions of PGP in the regulation of the lipid metabolism and indicates an important role of PGP as a metabolic phosphatase. It constitutes the basis for further studies on the exact roots and the physiological effects of the metabolic regulation by PGP.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-168442
10.25972/OPUS-16844
X 128369
Deutsches Urheberrecht
Matthias Zundler
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swd
Phosphoglykolatphosphatase
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Glycerinphosphate
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swd
Lipidomics
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swd
Flugzeitmassenspektrometrie
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uncontrolled
Phosphoglykolat
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uncontrolled
Phosphatase
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uncontrolled
Glycerin-3-phosphat
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uncontrolled
Lipidom
eng
uncontrolled
Time-of-flight
Pharmakologie, Therapeutik
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Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/16844/Zundler_Matthias_Doktorarbeit.pdf
18603
2019
deu
doctoralthesis
1
2019-08-11
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2019-07-25
Aldosteron-vermittelte oxidative Nierenschädigung – Einfluss der antioxidativen Abwehr
Aldosterone-dependent oxidative kidney damage – influence of the antioxidative defense
Patienten mit erhöhten Aldosteronspiegeln zeigen eine gesteigerte Inzidenz für Malignome, insbesondere von Nierenzellkarzinomen. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Aldosteron-vermittelte oxidative Nierenschädigung näher zu analysieren sowie die auf Zellebene gezeigte Beeinflussung der antioxidativen Schutzmechanismen im lebenden Organismus nachzuweisen und mögliche therapeutische Ansatzpunkte zu identifizieren. Dazu wurde ein Interventions-versuch über 28 Tage durchgeführt. Neben einer Aldosterongabe wurden folgende Interventionen verwendet: Spironolacton zur Blockade des Mineralkortikoid-Rezeptors (MR), Apocynin als Hemmstoff der NADPH-Oxidasen (Nox), L-NAME zur Blockade der NO-Synthasen (NOS), PDTC, einen Hemmstoff des Transkriptionsfaktors NF-kB sowie Sulforaphan, ein natürlicher Nrf2-Induktor. Eine weitere Gruppe erhielt Sulforaphan ohne additive Aldosterongabe. Die Nierenschäden wurden mittels histopathologischer Schädigungsscores und der Anzahl an DNA-Doppelstrangbrüche analysiert. Die Beeinflussung der antioxidativen Abwehr wurde durch die Aktivierung des Transkriptionsfaktors Nrf2 und durch die Quantifizierung antioxidativer Enzyme bestimmt.
Im Nierengewebe führte Aldosteron zu einer Zunahme von oxidativem Stress. Histologisch zeigte sich ein Anstieg von glomerulären Schäden. Auch kam es zu einer deutlichen Zunahme von Doppelstrangbrüchen der DNA. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass Aldosteron auch in vivo zu einer Zunahme der Nrf2-Aktivität führte, wobei sich dies auf Proteinebene nicht in einer (dauerhaften) Synthesesteigerung von antioxidativen Enzymen wiederspiegelte und keinen ausreichenden Schutz des Nierengewebes bot. Für die Interventionsgruppen konnte keine signifikante Auswirkung auf das Vorliegen von oxidativem Stress gezeigt werden. Dies könnte an der Versuchsdauer bzw. an der gewählten Nachweismethode gelegen haben. Nichtsdestotrotz zeigte die Blockade der Nox durch Apocynin bzw. der NOS durch L-NAME eine effektive Reduktion der histologischen und genomischen Schäden. Die L-NAME-Gruppe wies dabei die höchsten Blutdruckwerte auf, diese waren auch zur Aldosterongruppe signifikant gesteigert. Die beobachteten Effekte waren folglich nicht durch den in der Aldosterongruppe erfolgten Blutdruckanstieg, sondern vielmehr durch den Anstieg von oxidativem Stress zu erklären. Ebenfalls blieb die Nrf2-Aktivität bei der Gabe von Apocynin und L-NAME weitgehend auf Kontrollniveau, was dafürspricht, dass der in der Aldosterongruppe messbare Nrf2-Anstieg am ehesten als Reaktion auf chronisch erhöhten oxidativen Stress erfolgte, welcher durch die Interventionen ausblieb. Die Blockade von NF-κB mittels PDTC führte zu vergleichbaren Effekten wie Apocynin und L-NAME. Das deutet darauf hin, dass Aldosteron über die Aktivierung von NF-κB die vermehrte Synthese von pro-oxidativen Enzymen wie Nox und NOS anregt. Die Gabe von Spironolacton hatte den stärksten protektiven Effekt, sowohl auf histologische Veränderungen als auch auf das Entstehen von DNA-Doppelstrangbrüchen, wobei die Nrf2-Aktivität in dieser Gruppe ebenfalls auf Kontrollniveau blieb. Die Aldosteroneffekte wurden folglich über den MR vermittelt. Eine additive Nrf2-Induktion mittels Sulforaphan konnte auch keinen (dauerhaften) Effekt auf die Synthese antioxidativer Enzyme zeigen. Dennoch zeigte diese Gruppe einen ähnlich effektiven Schutz vor den oxidativen Nierenschäden wie die Gabe von Spironolacton. Vieles spricht dafür, dass die Wirkung von Sulforaphan dabei über seine Wirkung als direktes Antioxidans bzw. Radikalfänger und nicht über den Nrf2-Weg zu erklären ist.
Aldosteron führt in der Niere über oxidativen Stress zu glomerulärer Fibrose und DNA-Schäden. Das könnte eine Erklärung für die gesteigerte Inzidenz von Nierenzellkarzinomen in Patienten mit erhöhten Aldosteronspiegeln darstellen. Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass Aldosteron über eine Signalkaskade über den MR zu einer Aktivierung von Nox und NOS führt. Der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB scheint dabei durch die Synthese pro-oxidativer Enzyme eine Art Verstärker-Effekt zuzukommen. Als Reaktion auf den durch Aldosteron gesteigerten oxidativen Stress kommt es zu einer Aktivierung des antioxidativen Transkriptionsfaktors Nrf2, jedoch ohne dass dies zu einem ausreichenden Schutz des Nierengewebes führt. Mögliche therapeutische Ansatzpunkte für einen Schutz vor den durch Aldosteron vermittelten oxidativen Nierenschäden scheinen eher innerhalb der Aldosteronsignalkaskade, insbesondere in der Blockade des MR, als in der antioxidativen Abwehr zu liegen.
Patients with hyperaldosteronism show an increased risk for kidney cancer. It is known that aldosterone leads to oxidative stress and DNA damage through NADPH-Oxidase (Nox) and NO-Synthase (NOS) which could be a possible starting point for mutagenesis. We investigated aldosterone-dependent oxidative damage in rat kidney and the influence of the anti-oxidative pathway regulated by nuclear factor-erythroid-2-related factor 2 (Nrf2). In rats with hyperaldosteronism the following interventions were used: Inhibition of the mineralocorticoid receptor (MR) with spironolactone, blockade of Nox with apocynin, inhibition of NOS by L-NAME, blocking of the proinflammatory transcription factor NF-κB with PTDC and activating of the Nrf2 pathway with sulphoraphane. Mediated by the MR aldosterone led to glomerulosclerosis and vascular remodeling in the kidney. The changes in the glomeruli seemed only partially induced by oxidative stress and were prevented by sulforaphane. Spironolacton, apocynin, L-NAME and PTDC were able to prevent aldosterone-induced vascular remodeling, suggesting that oxidative stress mediated by the MR and influenced by NF-κB seems to play a major role in vascular remodeling. In kidney tissue aldosterone led to an increase in oxidative stress and a clear rise of Nrf2 activation. Protein levels of GCLC, TRX, HO-1 and SOD showed no persistent effects to the changes in Nrf2 activation. Despite the activation of Nrf2 aldosterone led to a clear rise of DNA double-strand breaks in cortex and medulla. The different interventions were all able to reduce the aldosterone-induced DNA damage significantly, with the spironolactone group showing the lowest counts of DNA double-strand breaks. Even though the L-NAME-group showed the highest blood pressure levels it also had reduced DNA damage, proving that the observed effects were independent of increased blood pressure. Sulforaphane led to the strongest Nrf2-activation but was not able to enhance the Nrf2 levels significantly higher than aldosterone. Nonetheless sulforaphane clearly prevented aldosterone-induced DNA-damage, suggesting that sulforaphane acted at least partially as a direct radical scavenger.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-186037
10.25972/OPUS-18603
X 128353
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Samuel Link
deu
swd
Aldosteron
deu
swd
Oxidativer Stress
deu
swd
Antioxidans
deu
swd
Spironolacton
deu
swd
Hypernephrom
eng
uncontrolled
Sulforaphane
deu
uncontrolled
Sulforaphan
Pharmakologie, Therapeutik
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Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/18603/Link_Samuel_Aldosteron_antioxidative_Abwehr.pdf
16656
2016
eng
3592042
2016
article
1
2018-08-06
--
--
DNA Damage in Chronic Kidney Disease: Evaluation of Clinical Biomarkers
Patients with chronic kidney disease (CKD) exhibit an increased cancer risk compared to a healthy control population. To be able to estimate the cancer risk of the patients and to assess the impact of interventional therapies thereon, it is of particular interest to measure the patients’ burden of genomic damage. Chromosomal abnormalities, reduced DNA repair, and DNA lesions were found indeed in cells of patients with CKD. Biomarkers for DNA damage measurable in easily accessible cells like peripheral blood lymphocytes are chromosomal aberrations, structural DNA lesions, and oxidatively modified DNA bases. In this review the most common methods quantifying the three parameters mentioned above, the cytokinesis-block micronucleus assay, the comet assay, and the quantification of 8-oxo-7,8-dihydro-2′-deoxyguanosine, are evaluated concerning the feasibility of the analysis and regarding the marker’s potential to predict clinical outcomes.
Oxidative Medicine and Cellular Longevity
10.1155/2016/3592042
urn:nbn:de:bvb:20-opus-166569
Oxidative Medicine and Cellular Longevity, Volume 2016, Article ID 3592042. DOI: 10.1155/2016/3592042
false
true
CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Nicole Schupp
Helga Stopper
August Heidland
eng
uncontrolled
chronic kidney disease
eng
uncontrolled
cancer risk
eng
uncontrolled
DNA damage
eng
uncontrolled
biomarkers
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Medizinische Klinik und Poliklinik I
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/16656/Schupp_Oxidative_Medicine_and_Cellular_Longevity.pdf
18278
2019
deu
doctoralthesis
1
2019-06-24
--
2019-06-26
Einsatz von mechanistischen Biomarkern zur Charakterisierung und Bewertung von \(in\) \(vitro\) Genotoxinen
Use of mechanistic biomarkers for the characterization and evaluation of \(in\) \(vitro\) genotoxins
Die verfügbaren in vitro Genotoxizitätstests weisen hinsichtlich ihrer Spezifität und ihres Informationsgehalts zum vorliegenden Wirkmechanismus (Mode of Action, MoA) Einschränkungen auf. Um diese Mängel zu überwinden, wurden in dieser Arbeit zwei Ziele verfolgt, die zu der Entwicklung und Etablierung neuer in vitro Methoden zur Prüfung auf Genotoxizität in der Arzneimittelentwicklung beitragen.
1. Etablierung und Bewertung einer neuen in vitro Genotoxizitätsmethode (MultiFlow Methode)
Die MultiFlow Methode basiert auf DNA-schadensassoziierten Proteinantworten von γH2AX (DNA-Doppelstrangbrüche), phosphorylierten H3 (S10) (mitotische Zellen), nukleären Protein p53 (Genotoxizität) und cleaved PARP1 (Apoptose) in TK6-Zellen. Insgesamt wurden 31 Modellsubstanzen mit dem MultiFlow Assay und ergänzend mit dem etablierten Mikrokerntest (MicroFlow MNT), auf ihre Fähigkeit verschiedene MoA-Gruppen (Aneugene/Klastogene/Nicht-Genotoxine) zu differenzieren, untersucht. Die Performance der „neuen“ gegenüber der „alten“ Methode führte zu einer verbesserten Sensitivität von 95% gegenüber 90%, Spezifität von 90% gegenüber 72% und einer MoA-Klassifizierungsrate von 85% gegenüber 45% (Aneugen vs. Klastogen).
2. Identifizierung mechanistischer Biomarker zur Klassifizierung genotoxischer Substanzen
Die Analyse 67 ausgewählter DNA-schadensassoziierter Gene in der QuantiGene Plex Methode zeigte, dass mehrere Gene gleichzeitig zur MoA-Klassifizierung beitragen können. Die Kombination der höchstrangierten Marker BIK, KIF20A, TP53I3, DDB2 und OGG1 ermöglichte die beste Identifizierungsrate der Modellsubstanzen. Das synergetische Modell kategorisierte 16 von 16 Substanzen korrekt in Aneugene, Klastogene und Nicht-Genotoxine. Unter Verwendung der Leave-One-Out-Kreuzvalidierung wurde das Modell evaluiert und erreichte eine Sensitivität, Spezifität und Prädiktivität von 86%, 83% und 85%. Ergebnisse der traditionellen qPCR Methode zeigten, dass Genotoxizität mit TP53I3, Klastogenität mit ATR und RAD17 und oxidativer Stress mit NFE2L2 detektiert werden kann.
Durch die Untersuchungen von posttranslationalen Modifikationen unter Verwendung der High-Content-Imaging-Technologie wurden mechanistische Assoziationen für BubR1 (S670) und pH3 (S28) mit Aneugenität, 53BP1 (S1778) und FANCD2 (S1404) mit Klastogenität, p53 (K373) mit Genotoxizität und Nrf2 (S40) mit oxidativem Stress identifiziert.
Diese Arbeit zeigt, dass (Geno)toxine unterschiedliche Gen- und Proteinveränderungen in TK6-Zellen induzieren, die zur Erfassung mechanistischer Aktivitäten und Einteilung (geno)toxischer MoA-Gruppen (Aneugen/Klastogen/ Reaktive Sauerstoffspezies) eingesetzt werden können und daher eine bessere Risikobewertung von Wirkstoffkandidaten ermöglichen.
Available in vitro genotoxicity tests have limitations regarding their specificity and mode of action (MoA) information. To overcome these shortages, two objectives were pursued in this work to develop and establish new in vitro tools for genotoxicity testing.
1. Establishment and evaluation of a novel in vitro genotoxicity method (MultiFlow method)
The MultiFlow method is based on DNA damage-related protein responses of γH2AX (DNA double-strand breaks), phosphorylated H3 (S10) (mitotic cells), nuclear protein p53 (genotoxicity) and cleaved PARP1 (apoptosis) in TK6 cells. In total, 31 model substances were studied flow cytometrically in the MultiFlow assay - and also with the well-established micronucleus test (MicroFlow MNT) - for their ability to classify across MoA groups: aneugens, clastogens and non-genotoxicants. The performance of the new method resulted in an improved sensitivity of 95% to 90%, specificity of 90% to 72% and a MoA classification rate of 85% to 45% (aneugen vs. clastogen).
2. Identification of mechanistic biomarkers for the characterization of genotoxicants
The analysis of 67 selected DNA-damage associated genes using the QuantiGene Plex method showed that a combinaten of genes can contribute to MoA classification. The combination of the highest-ranked markers (BIK, KIF20A, TP53I3, DDB2 and OGG1) highlighted the best identification rate of model substances. The synergistic statistic tool correctly categorized 16 of 16 substances into aneugens, clastogens and non-genotoxicants. By using leave-one out cross validation, the model was evaluated and achieved a sensitivity, specificity and predictivity of 86%, 83%, 85% respectively.
Follow-up with qPCR was conducted and revealed associations with TP53I3 for genotoxicity, ATR and RAD17 for clastogenicity and NFE2L2 for oxidative stress.
By investigating posttranslational modifications using high-content imaging, associations for BubR1 (S670) and pH3 (S28) with aneugenicity, 53BP1 (S1778) and FANCD2 (S1404) with clastogenicity, p53 (K373) with genotoxicity and Nrf2 (S40) with oxidative stress were found to be further useful for MoA identification.
This work demonstrates that genotoxicants and non-genotoxicants induce different gene- and protein expression changes in the TK6 cells that can be used to classify the MoA groups (aneugen/clastogen/non-genotoxicant/reactive oxygen species), thus enabling better risk assessment of potential drug candidates.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-182782
10.25972/OPUS-18278
X 128226
CC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International
Sabrina Wilde
deu
swd
Genotoxizität
eng
uncontrolled
Genotoxicitiy
deu
uncontrolled
Klastogene
deu
uncontrolled
Aneugene
deu
uncontrolled
Biomarker
deu
uncontrolled
Klassifizierung
eng
uncontrolled
clastogens
eng
uncontrolled
aneugens
eng
uncontrolled
biomarker
eng
uncontrolled
classification
Biowissenschaften; Biologie
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Theodor-Boveri-Institut für Biowissenschaften
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/18278/Wilde_Sabrina_Dissertation.pdf
17709
2018
eng
11195
8
article
1
2019-02-21
--
--
Decreased chromosomal damage in lymphocytes of obese patients after bariatric surgery
The number of bariatric surgeries being performed worldwide has markedly risen. While the improvement in obesity-associated comorbidities after bariatric surgery is well-established, very little is known about its impact on cancer risk. The peripheral lymphocyte micronucleus test is a widely used method for the monitoring of chromosomal damage levels in vivo, and micronucleus frequency positively correlates with cancer risk. Therefore, the aim of this study was to compare the micronucleus frequency before and after bariatric surgery in obese subjects. Peripheral blood mononuclear cells were collected from 45 obese subjects before and at two time-points after bariatric surgery (6 and 12 months) to assess spontaneous micronucleus frequency. Consistent with the increased cancer risk previously shown, bariatric surgery-induced weight loss led to a significant reduction in lymphocyte micronucleus frequency after 12 months. Interestingly, comorbidities such as type 2 diabetes mellitus and metabolic syndrome further seemed to have an impact on the lymphocyte micronucleus frequency. Our findings may indicate a successful reduction of cancer risk in patients following weight loss caused by bariatric surgery.
Scientific Reports
10.1038/s41598-018-29581-6
urn:nbn:de:bvb:20-opus-177090
Scientific Reports (2018) 8:11195. DOI: 10.1038/s41598-018-29581-6
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Ezgi Eyluel Bankoglu
Charlotte Arnold
Ilona Hering
Mohammed Hankir
Florian Seyfried
Helga Stopper
eng
uncontrolled
obesity
eng
uncontrolled
bariatric surgery
eng
uncontrolled
cancer risk
Medizin und Gesundheit
open_access
Klinik und Poliklinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Kinderchirurgie (Chirurgische Klinik I)
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum 2018
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17709/Bankoglu_Scientific_Reports.pdf
17621
2018
eng
3371
8
article
1
2019-02-08
--
--
Induction of micronuclei by four cytostatic compounds in human hematopoietic stem cells and human lymphoblastoid TK6 cells
For mutagenicity testing, primary lymphocytes or mammalian cell lines are employed. However, the true target for carcinogenic action of mutagenic chemicals may be stem cells. Since hematopoietic cancers induced by chemical agents originate at the hematopoietic stem cell (HSC) stage and since one of the side effects of chemotherapeutic cancer treatment is the induction of secondary tumors, often leukemias, HSC may be a suitable cell system. We compared the sensitivity of HSC with the genotoxicity testing cell line TK6 for chromosomal mutations. HSC were less sensitive than TK6 cells for the genotoxic effects of the model genotoxins and chemotherapeutic agents doxorubicin, vinblastine, methyl methanesulfonate (MMS) and equally sensitive for mitomycin C (MMC). However, loss of viability after mitomycin C treatment was higher in HSC than in TK6 cells. Among the factors that may influence sensitivity for genomic damage, the generation or response to reactive oxygen species (ROS) and the effectiveness of DNA damage response can be discussed. Here we show that HSC can be used in a standard micronucleus test protocol for chromosomal mutations and that their sensitivity was not higher than that of a classical testing cell line.
Scientific Reports
10.1038/s41598-018-21680-8
urn:nbn:de:bvb:20-opus-176210
Scientific Reports (2018) 8:3371. DOI: 10.1038/s41598-018-21680-8
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CC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung 4.0 International
Henning Hintzsche
Gracia Montag
Helga Stopper
eng
uncontrolled
apoptosis
eng
uncontrolled
haematopoietic stem cells
eng
uncontrolled
TK6 cells
eng
uncontrolled
micronuclei
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Förderzeitraum 2018
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17621/Hintzsche_Scientific_Reports.pdf
17653
2019
deu
doctoralthesis
1
2019-02-12
--
2019-01-18
Molekulare Wirkmechanismen von Sulfonylharnstoffen: Direkte Epac-Aktivierung oder Hemmung der Phosphodiesterasen
Mechanism of action of sulfonylurea: direct epac activation or PDE inhibition
Diabetes mellitus ist die häufigste Stoffwechselerkrankung in Deutschland. Sulfonylharnstoffe (SH) stellen die älteste und eine sehr prominente Gruppe in der oralen Therapie des Diabetes mellitus Typ II dar, die eine verstärkte Insulinfreisetzung vorrangig durch die Hemmung eines ATP-sensitiven Kaliumkanals (K+ATPKanal) erreichen. Daneben konnten weitere Proteine identifiziert werden, die mit SH interagieren und zu deren Effekten beitragen. Während bereits in frühen Arbeiten gezeigt werden konnte, dass SH Vertreter der Phosphodiesterasen (PDE)Familie in ihrer Funktion behindern können, wurde kürzlich Epac2 (exchange protein directly activated by cAMP 2) als weiteres Zielprotein für SH angeführt. Insbesondere die Fähigkeit von SH, direkt an Epac2 zu binden, wird in der Literatur kontrovers diskutiert und eine indirekte Aktivierung durch eine PDE-Hemmung und einen erhöhten cAMP-Spiegel als Mechanismus vermutet. Zur weiteren Untersuchung wurden in dieser Arbeit FRET-basierte Biosensoren verwendet, um die Wirkung von SH auf Epac und PDEs näher zu untersuchen.
Dabei konnte sowohl in einem photometrischen Ansatz als auch in lebenden Zellen, die einen Epac2-basierten Sensor enthalten, gezeigt werden, dass eine Aktivierung durch SH stattfindet. Da sowohl Epac2-camps, der von allen hier verwendeten Sensoren mit der höchsten Sensitivität für cAMP, als auch CFP-Epac1δDEPYFP nicht auf SH reagieren, ist diese Aktivierung selektiv für die Isoform Epac2 und wird vorrangig nicht durch eine PDE-Hemmung verursacht. Die Verwendung weiterer Sensoren mit verschiedenen Varianten von Epac2 (verlängerte Version von Epac2-camps) zeigen mit zunehmender Länge über die cAMP-Bindedomäne hinaus eine beginnende Reaktion im Sinne einer instabilen FRET-Kurve (Epac2camps long) bzw. eine deutliche Aktivierung durch den SH (Epac2-camps superlong), wodurch eine direkte Aktivierung bestätigt wird, und suggerieren eine Bindestelle für SH, die sich von denen von cAMP unterschiedet und weiter eingeengt werden konnte (im näheren Bereich von Q454 bzw. E460).
Obwohl hierdurch eine direkte Aktivierung gezeigt werden konnte, ist die grundsätzliche Fähigkeit der SH, PDE zu beeinflussen, keineswegs geklärt. Daher wurden weitere Sensoren konstruiert bzw. verwendet, die basierend auf Epac1-camps und Epac2-camps verschiedene PDEs enthalten. Dabei konnte durch die Zugabe von SH eine deutliche Aktivierung des jeweiligen Sensors und somit eine PDEHemmung nachgewiesen werden. Dies konnte sowohl für PDE4A als auch für die in Inselzellen überwiegend vorkommende PDE3B gezeigt werden.
Dadurch ergeben sich einige (klinisch relevante) Implikationen. Zum einen stellt neben der direkten Epac-Aktivierung auch die direkte Hemmung der PDE einen wichtigen Mechanismus für die Sekretion von Insulin dar. Außerdem sind bei PDEHemmung und direkter Epac-Aktivierung außerhalb der Inselzellen auch Nebenwirkungen in anderen Organen zu erwarten wie z.B. die Entstehung lebensgefährlicher Rhythmusstörungen in Herzmuskelzellen.
Diabetes is the most common metabolic disease in the developed world. Sulfonylurea (SU) are one of the oldest and prominent group of oral antidiabetic drugs that act by inhibiting an ATP-sensitive potassium channel and increasing insulin release. Furthermore, additional targets have been identified that interact with SU. Whereas early works could show that SU can inhibit the function of different phosphodiesterases (PDEs), Epac2 (exchange protein directly activated by cyclic AMP) has been identified as yet another target protein for CU. Especially the ability to activate Epac2 by direct binding has been subject of controversial debate. In this study we used FRET-based biosensor to investigate the effects of SU on Epac and different PDEs.
We could show that SU can activate Epac by direct binding that is selective top the isoform Epac2. The use of different sensors that contain different parts of Epac2 even revealed the approximate location of the binding site that is different to that of cAMP. Moreover, the use of other biosensor containing isoforms of PDE showed the ability of SU to strongly inhibit PDE3 and PDE4.
This leads to several (clinically relevant) implications. Firstly, the direct activation of Epac2 present an important mechanism of insulin release. On the other hand, the activation of Epac2 and inhibition of different PDEs in all cells and tissues might lead to numerous side effects in other organs, e.g. the formation of life threatening cardiac arrythmias.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-176535
10.25972/OPUS-17653
Deutsches Urheberrecht
Filip Berisha
deu
swd
Sulfonylharnstoffe
deu
uncontrolled
FRET
deu
uncontrolled
Epac
deu
uncontrolled
Phosphodiesterasen
deu
uncontrolled
PDE-Hemmung
eng
uncontrolled
sulfonylurea
eng
uncontrolled
biosensor
eng
uncontrolled
cAMP
eng
uncontrolled
CFP
eng
uncontrolled
YFP
Pharmakologie, Therapeutik
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17653/Berisha_Filip_Dissertation.pdf
12384
2019
eng
doctoralthesis
1
2015-12-23
--
2015-12-22
Characterization of cell biological and physiological functions of the phosphoglycolate phosphatase AUM
Charakterisierung zellbiologischer und physiologischer Funktionen der Phosphoglykolat-Phosphatase AUM
Mammalian haloacid dehalogenase (HAD)-type phosphatases are a large and ubiquitous family of at least 40 human members. Many of them have important physiological functions, such as the regulation of intermediary metabolism and the modulation of enzyme activities, yet they are also linked to diseases such as cardiovascular or metabolic disorders and cancer.
Still, most of the mammalian HAD phosphatases remain functionally uncharacterized.
This thesis reveals novel cell biological and physiological functions of the phosphoglycolate phosphatase PGP, also referred to as AUM. To this end, PGP was functionally characterized by performing analyses using purified recombinant proteins to investigate potential protein substrates of PGP, cell biological studies using the spermatogonial cell line GC1, primary mouse lung endothelial cells and lymphocytes, and a range of biochemical techniques to characterize Pgp-deficient mouse embryos.
To characterize the cell biological functions of PGP, its role downstream of RTK- and integrin signaling in the regulation of cell migration was investigated. It was shown that PGP inactivation elevates integrin- and RTK-induced circular dorsal ruffle (CDR) formation, cell spreading and cell migration. Furthermore, PGP was identified as a negative regulator of directed lymphocyte migration upon integrin- and GPCR activation.
The underlying mechanisms were analyzed further. It was demonstrated that PGP regulates CDR formation and cell migration in a PLC- and PKC-dependent manner, and that Src family kinase activities are required for the observed cellular effects. Upon integrin- and RTK activation, phosphorylation levels of tyrosine residues 1068 and 1173 of the EGF receptor were elevated and PLCγ1 was hyper-activated in PGP-deficient cells. Additionally, PGP-inactivated lymphocytes displayed elevated PKC activity, and PKC-mediated cytoskeletal remodeling was accelerated upon loss of PGP activity. Untargeted lipidomic analyses revealed that the membrane lipid phosphatidylserine (PS) was highly upregulated in PGP-depleted cells.
These data are consistent with the hypothesis that the accumulation of PS in the plasma membrane leads to a pre-assembly of signaling molecules such as PLCγ1 or PKCs that couple the activation of integrins, EGF receptors and GPCRs to accelerated cytoskeletal remodeling.
Thus, this thesis shows that PGP can affect cell spreading and cell migration by acting as a PG-directed phosphatase.
To understand the physiological functions of PGP, conditionally PGP-inactivated mice were analyzed. Whole-body PGP inactivation led to an intrauterine growth defect with developmental delay after E8.5, resulting in a gradual deterioration and death of PgpDN/DN embryos between E9.5 and E11.5. However, embryonic lethality upon whole-body PGP inactivation was not caused by a primary defect of the (cardio-) vascular system. Rather, PGP inactivated embryos died during the intrauterine transition from hypoxic to normoxic conditions.
Therefore, the potential impact of oxygen on PGP-dependent cell proliferation was investigated. Analyses of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) generated from E8.5 embryos and GC1 cells cultured under normoxic and hypoxic conditions revealed that normoxia (~20% O2) causes a proliferation defect in PGP-inactivated cells, which can be rescued under
hypoxic (~1% O2) conditions. Mechanistically, it was found that the activity of triosephosphate isomerase (TPI), an enzyme previously described to be inhibited by phosphoglycolate (PG) in vitro, was attenuated in PGP-inactivated cells and embryos. TPI constitutes a critical branch point between carbohydrate- and lipid metabolism because it catalyzes the isomerization of the glycolytic intermediates dihydroxyacetone phosphate (DHAP, a precursor of the glycerol backbone required for triglyceride biosynthesis) and glyceraldehyde 3’-phosphate (GADP).
Attenuation of TPI activity, likely explains the observed elevation of glycerol 3-phosphate levels and the increased TG biosynthesis (lipogenesis). Analyses of ATP levels and oxygen consumption rates (OCR) showed that mitochondrial respiration rates and ATP production were elevated in PGP-deficient cells in a lipolysis-dependent manner. However under hypoxic conditions (which corrected the impaired proliferation of PGP-inactivated cells), OCR and ATP production was indistinguishable between PGP-deficient and PGP-proficient cells. We therefore propose that the inhibition of TPI activity by PG accumulation due to loss of PGP activity shifts cellular bioenergetics from a pro-proliferative, glycolytic metabolism to a lipogenetic/lipolytic metabolism.
Taken together, PGP acts as a metabolic phosphatase involved in the regulation of cell migration, cell proliferation and cellular bioenergetics. This thesis constitutes the basis for further studies of the interfaces between these processes, and also suggests functions of PGP for glucose and lipid metabolism in the adult organism.
Haloazid Dehalogenase (HAD)-Typ Phosphatasen in Säugetieren gehören zu einer großen ubiquitären Proteinfamilie, zu der auch mindestens 40 Phosphatasen, die im menschlichen Organismus vertreten sind, zählen. Eine Vielzahl dieser Phosphatasen hat wichtige physiologische Funktionen beispielsweise als regulatorische Enzyme im Metabolismus.
Gleichzeitig werden sie in Verbindung mit Erkrankungen des kardiovaskulären Systems, Stoffwechselstörungen und Krebs gebracht. Dennoch sind die Funktionen vieler Mitglieder dieser Phosphatasen Familie bis heute weitestgehend unbekannt.
In der vorliegenden Arbeit wurden die zellbiologischen und physiologischen Funktionen der Phosphoglykolat-Phosphatase PGP, auch AUM genannt, charakterisiert. Zu diesem Zweck wurde mit gereinigtem Enzym nach potenziellen Protein-Substraten von PGP gesucht.
Weiterhin wurden zellbiologische Studien mit der spermatogonialen GC1 Zelllinie sowie mit primären Endothelzellen und Lymphozyten durchgeführt. Mit biochemischen Methoden wurden zudem PGP-defiziente Mausembryonen charakterisiert.
Es wurde zunächst die Rolle von PGP für RTK- und integrin- induzierte Zellmigration untersucht. Dabei zeigte sich, dass PGP Inaktivierung die Zelladhäsion und Zellmigration steigerte. Gleichzeitig wurde eine vermehrte Bildung von RTK- und integrinvermittelten ringförmigen Plasmamembranausstülpungen, sogenannten Circular Dorsal Ruffles (CDR) auf der dorsalen Zelloberfläche beobachtet. PGP wurde zudem als negativer Regulator integrinund GPCR-induzierter gerichteter Lymphozytenmigration identifiziert. Der zugrundeliegende molekulare Mechanismus wurde näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass PGP die Bildung von CDRs und die gerichtetete Zellmigration in Abhängigkeit der Phospholipase C- (PLC-), Proteinkinase C- (PKC-) sowie Src Kinase-Aktivität steuert. Nach Integrin- und RTKAktivierung waren die Tyrosinreste 1068 und 1173 des EGF-Rezeptors in PGP-depletierten Zellen vermehrt phosphoryliert und PLCγ1 in diesen Zellen hyperaktiviert. Interessanterweise wurde zudem eine beschleunigte PKC-vermittelte Reorganisation des Zytoskeletts beobachtet. In stimulierten Lymphozyten führte PGP-Inaktivierung zu einer erhöhten PKCAktivität.
Durch massenspektrometrische Analysen konnten erhöhte Spiegel des Membranlipids Phosphatidylserin (PS) in PGP-defizienten Zellen nachgewiesen werden.
Diese Ergebnisse sind konsistent mit der Hypothese, dass die Anreicherung von PS in der Plasmamembran PGP-defizienter Zellen zu einer Vor-Rekrutierung von Signalproteinen führt, die die Aktivierung von Integrinen, EGF-Rezeptoren und GPCRs mit einer beschleunigten Zytoskelett-Reorganisation verbindet. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass PGP durch die Dephosphorylierung von Phosphoglykolat die Zelladhäsion und Zellmigration reguliert.
Um die physiologischen Funktionen von PGP zu verstehen, wurden konditional PGPinaktivierte Mäuse untersucht. Die Inaktivierung von PGP im gesamten Organismus führte zu einem Wachstumsdefekt ab Tag E8.5 und dem Tod der Embryonen im Uterus zwischen Tag E9.5 und E11.5. Die beobachtete embryonale Letalität war nicht durch einen Defekt des (kardio-)vaskulären Systems zu erklären.
PGP-inaktivierte Embryonen starben zu einem Zeitpunkt, an dem der intrauterine Übergang von einem hypoxischen zu einem normoxischen Millieu stattfindet. Der Einfluss von Sauerstoff wurde deshalb weiter untersucht. Zellwachstumsanalysen unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen mit GC1 Zellen und embryonalen Maus-Fibroblasten, die aus E8.5 Embryonen gewonnen wurden zeigten, dass normoxische Bedingungen (~20% O2) einen Wachstumsdefekt PGP-inaktivierter Zellen verursacht, wohingegen dies unter hypoxischen Bedingungen (~1% O2) nicht der Fall war. Mechanistisch konnte gezeigt werden, dass die Aktivität der Triosephosphatisomerase (TPI), ein durch PG in vitro gehemmtes Enzym, in PGP inaktivierten Zellen und Embryonen vermindert war. TPI stellt einen entscheidenden Verzweigungspunkt des Glukose- und Lipidstoffwechsels dar. TPI katalysiert die Isomerisierung der aus der Glykolyse stammenden Intermediate Dihydroxyacetonphosphat (DHAP, eine Vorstufe des für die Triglycerid-Biosynthese benötigten Glycerol-Grundgerüsts) und Glyceraldehyd-3’-phosphat (GADP). Eine Verringerung der TPI-Aktivität in PGPinaktivierten Zellen resultierte in erhöhten Glycerol-3-phosphat Spiegeln und einer gesteigerten Triglycerid-Biosynthese. Die Analyse des zellulären ATP Gehalts und des Sauerstoffverbrauchs bei der mitochondrialen Atmung zeigte, dass sowohl die ATP Produktion als auch die mitochondriale Atmung in Abhängikeit der Lipolyse in PGP-defizienten Zellen erhöht waren. Unter hypoxischen Bedingungen, die zu einer Normalisierung der Zellproliferation führten, wiesen PGP-profiziente und -defiziente Zellen keinen Unterschied bezüglich ATP Produktion und mitochondrialer Atmung auf.
Wir vermuten deswegen, dass die Inhibierung der TPI-Aktivität durch PG-Anreicherung aufgrund ausbleibender Hydrolyse durch PGP zu einer Verschiebung des zellulären Energiehaushaltes von Seiten eines pro-proliferativ glykolytischen auf die Seite eines lipogenetisch/lipolytischen Metabolismus führt.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass PGP als eine metabolische Phosphatase Zellmigration, Zellproliferation wie auch den zellulären Energiehaushalt reguliert. Die vorliegende Arbeit stellt somit die Grundlage für weitere Untersuchungen an der Schnittschnelle dieser zellulären Prozesse dar und lässt auf eine wichtige Rolle von PGP im Glukose- und Lipidstoffwechsel im adulten Organismus schließen.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-123847
X 127960
Deutsches Urheberrecht
Gabriela Segerer
deu
swd
Phosphoglykolatphosphatase
deu
uncontrolled
Phosphoglykolat-Phosphatase
deu
swd
Maus
deu
swd
Cytologie
deu
swd
Physiologie
deu
uncontrolled
Phosphatasen
Biowissenschaften; Biologie
Medizin und Gesundheit
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/12384/Segerer_Gabriela_Dissertation.pdf
17454
2019
deu
doctoralthesis
1
2018-12-25
--
2018-11-05
\(In\) \(vitro\) Analysen der Wechselwirkung erhöhter Temperatur mit Zytostatika am Beispiel von Cisplatin
\(In\) \(vitro\) analysis of the interaction of hyperthermia with cytostatica in case of cisplatin
Neben der Chemotherapie ist heutzutage auch die Hyperthermie-Behandlung eine wichtige Säule der antitumorösen Therapie. Während der sogenannten HIPEC Therapie (Hypertherme intraperitoneale Chemoperfusion) werden die beiden Arten der Therapieformen kombiniert und in der klinischen Praxis erfolgreich angewendet. Genauere Kenntnisse über die zu Grunde liegenden toxikologischen in-vitro Mechanismen könnten zu neuen Möglichkeiten in der klinischen Anwendung führen. In unserer Arbeit untersuchten wir verschiedenen Tumorzelllinien (HT29,CaCo-2,HCT116,HaCaT) in Kombination mit Cisplatin und Hyperthermie mit verschiedenen Methoden, wie zum Beispiel Mikrokerntest, Comet-Assay, Durchflusszytometrie, Vitalitätstest und mikroskopischen Analysen. Unsere Ergebnisse führten uns zu der Hypothese, dass Hyperthermie alleine zu einer sogenannte mitotic catastrophe führt und zum Absterben der Tumorzellen. Im Gegensatz dazu zeigten Tumorzellen, welche mit Cisplatin alleine oder auch in Kombination mit Hyperthermie nicht in die Mitose eintreten und daher nicht durch Apoptose in den Zelltod gehen.
Nowadays the use of chemotherapy, but also hyperthermia are main columns of the anti- cancer treatment. In the so-called HIPEC therapy (hypertherme intraperitoneale chemoperfusion) these both kinds of treatments are combined and successfully applieded with clinical relevance. More detailed knowledge about the underlying in-vitro toxicological mechanism may lead to new opportunities in the clinical practice. In our work we examined different cancer cells (HT29, CaCo2,HCT116,HaCaT) in the combination of with cisplatin and hyperthermia by using different methods e.g. micronucleus test, comet-assay, flow cytometry, vitality test and microscopical analysis. Our aquired results lead to the postulation that hyperthermia alone induces a so- called mitotic catastrophe provoking the death of tumor cells. However tumor cells treated with cisplatin with or without combination with hyperthermia do not enter into mitosis and therefore cannot undergo apoptosis through a mitotic catastrophe.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-174543
X 127992
Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand
Carolin Julia Curtaz
deu
swd
Hyperthermie
deu
uncontrolled
cisplatin
eng
uncontrolled
HIPEC therapy
eng
uncontrolled
mitotic catastrophe
eng
uncontrolled
comet assay
eng
uncontrolled
micronucleus test
Medizin und Gesundheit
open_access
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17454/Curtaz_Carolin_Doktorarbeit.pdf
17372
2018
eng
doctoralthesis
1
2018-12-05
--
2018-11-23
Investigating the Molecular Mechanism of Receptor Activation at Muscarinic Receptors by Means of Pathway-Specific Dualsteric Ligands and Partial Agonists
Molekulare Grundlagen der Rezeptoraktivierung von muskarinergen Acetylcholin Rezeptoren durch dualstere Liganden und Partialagonisten
G protein-coupled receptors (GPCRs) form the biggest receptor family that is encoded in the human genome and represent the most druggable target structure for modern therapeutics respectively future drug development. Belonging to aminergic class A GPCRs muscarinic Acetylcholine receptors (mAChRs) are already now of clinical relevance and are also seen as promising future drug targets for treating neurodegenerative diseases like Alzheimer or Parkinson. The mAChR family consist of five subtypes showing high sequence identity for the endogenous ligand binding region and thus it is challenging until now to selectively activate a single receptor subtype. A well accepted method to study ligand binding, dynamic receptor activation and downstream signaling is the fluorescence resonance energy transfer (FRET) application. Here, there relative distance between two fluorophores in close proximity (<10 nm) can be monitored in a dynamic manner. The perquisite for that is the spectral overlap of the emission spectrum of the first fluorophore with the excitation spectrum of the second fluorophore. By inserting two fluorophores into the molecular receptor structure receptor FRET sensors can serve as a powerful tool to study dynamic receptor pharmacology.
Dualsteric Ligands consist of two different pharmacophoric entities and are regarded as a promising ligand design for future drug development. The orthosteric part interacts with high affinity with the endogenous ligand binding region whereas the allosteric part binds to a different receptor region mostly located in the extracellular vestibule. Both moieties are covalently linked. Dualsteric ligands exhibit a dynamic ligand binding. The dualsteric binding position is characterized by a simultaneous binding of the orthosteric and allosteric moiety to the receptor and thus by receptor activation. In the purely allosteric binding position no receptor activation can be monitored.
In the present work the first receptor FRET sensor for the muscarinic subtype 1 (M1) was generated and characterized. The M1-I3N-CFP sensor showed an unaltered physiological behavior as well as ligand and concentration dependent responses. The sensor was used to characterize different sets of dualsteric ligands concerning their pharmacological properties like receptor activation. It was shown that the hybrids consisting of the synthetic full agonist iperoxo and the positive allosteric modulator of BQCA type is very promising. Furthermore, it was shown for orthosteric as well as dualsteric ligands that the degree of receptor activation is highly dependent on the length of and the chemical properties of the linker moiety. For dualsteric ligands a bell-shaped activation characteristic was reported for the first time, suggesting that there is an optimal linker length for dualsteric ligands. The gained knowledge about hybrid design was then used to generate and characterize the first photo-switchable dualsteric ligand. The resulting hybrids were characterized with the M1-I3N-CFP sensor and were described as photo-inactivatable and dimmable. In addition to the ligand characterization the ligand application methodology was further developed and improved. Thus, a fragment-based screening approach for dualsteric ligands was reported in this study for the first time. With this approach it is possible to investigate dualsteric ligands in greater detail by applying either single ligand fragments alone or in a mixture of building blocks. These studies revealed the insights that the effect of dualsteric ligands on a GPCR can be rebuild by applying the single building blocks simultaneously. The fragment-based screening provides high potential for the molecular understanding of dualsteric ligands and for future screening approaches. Next, a further development of the standard procedure for measuring FRET by sensitized emission was performed. Under normal conditions single cell FRET is measured on glass coverslips. After coating the coverslips surface with a 20 nm thick gold layer an increased FRET efficiency up to 60 % could be reported. This finding was validated in different approaches und in different configurations. This FRET enhancement by plasmonic surfaces was until yet unreported in the literature for physiological systems and make FRET for future projects even more powerful.
G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) bilden die größte Proteinfamilie, die im humanen Genom verschlüsselt ist. Sie sind nicht nur die Zielstruktur für eine Vielzahl von derzeit gebräuchlichen Medikamenten, sondern gehören auch zu den vielversprechendsten Therapieansätzen für die moderne Medikamentenentwicklung. Muskarinerge Acetylcholin Rezeptoren (mAChRs) gehören zu den aminergen Klasse A GPCRs und sind bereits heute von klinischer Relevanz. Die muskarinerge Rezeptorfamilie wird von fünf Subtypen gebildet, die sich besonders durch eine hohe Sequenzidentität in der endogenen Ligandenbindestelle (orthostere Bindestelle) auszeichnen. Aus diesem Grund ist es mit den herkömmlich verwendeten Medikamenten nicht möglich, einen ganz bestimmten Subtyp zu therapieren, ohne auch andere Subtypen zu beeinflussen und so unerwünschte Nebenwirkungen zu erhalten. Eine Möglichkeit Ligandenbindung, dynamische Rezeptoraktivierung oder Signalweiterleitung von GPCRs nach pharmakologischen Gesichtspunkten zu charakterisieren, stellt der Floreszenz Resonanz Energietransfer (FRET) dar. Mit Hilfe dieser Methode kann über kleine Entfernungen (<10 nm) die relative Orientierung von zwei Fluorophoren mit überlappenden Spektralbereichen mit hoher zeitlicher Auflösung verfolgt werden. Integriert man das Fluorophorpaar mit Hilfe gentechnischer Methoden in die Molekülstruktur des Rezeptors, kann man dessen Konformationsänderung bzw. Aktivierung infolge einer Ligandenbindung aufzeichnen.
Dualstere Liganden sind eine Substanzklasse von hohem zukünftigen klinischen Potential und zeichnen sich durch die Verknüpfung mehrerer pharmakologisch aktiver Untereinheiten aus. Der orthostere Molekülteil interagiert mit der endogenen Ligandenbindestelle und der allostere Molekülteil interagiert mit einem zweiten Rezeptorabschnitt, der häufig in den extrazellulären Schlaufen des Rezeptors zu finden ist. Diese allosteren Bindestellen zeichnet sich durch eine vergleichsweise geringe Sequenzidentität aus, weswegen allostere Modulatoren auch selektiv an Subtypen binden können. Aufgrund des Aufbaus können dualstere Liganden auf vielfältige Weise mit dem Rezeptor interagieren und dieser Bindemechanismus wurde als dynamische Ligandenbindung beschrieben. Zum einen können beide Molekülteile gleichzeitig mit dem Rezeptor interagieren und ihn aktivieren (dualsterer Bindemodus) und zum anderen findet man einen rein allosteren Bindemodus, der den Rezeptor nicht aktiviert. Der orthostere Molekülteil ist vor allem für die Rezeptoraktivierung zuständig, die sich durch eine hohe Affinität auszeichnet und der allostere Molekülteil kann selektive Rezeptorinteraktionen vermitteln. Da dualstere Moleküle immer Eigenschaften beider Untereinheiten besitzen, werden dualstere Liganden als sehr vielversprechend erachtet, zukünftig subtypselektive Medikamente darzustellen.
In dieser Arbeit wurde der erste Rezeptor FRET Sensor für den muskarinergen Subtyp 1 (M1) beschrieben und es konnte gezeigt werden, dass sich dieser Rezeptorsensor in seiner physiologischen Funktion nicht von dem wild Typ unterscheidet. Des Weiteren können mit Hilfe dieses Sensors liganden- und konzentrationsabhängige Rezeptorantworten aufgezeichnet werden. Der M1-I3N-CFP wurde dazu genutzt verschiedene Reihen dualsterer Liganden zu charakterisieren und auf ihre aktivierenden Eigenschaften bezüglich des M1 zu testen. Es wurde gezeigt, dass die Kombination aus dem synthetischen und hochpotenten Agonisten Iperoxo als Orthoster und dem in der Literatur als M1 selektiven positiven allosteren Modulator beschriebenen BQCA als Alloster sehr vielversprechend ist. Es konnte gezeigt werden, dass die rezeptoraktivierenden Eigenschaften sowohl von orthosteren wie auch von dualsteren Liganden stark von der Linkerlänge abhängig sind. Für dualstere Liganden konnte so ein glockenförmiger Zusammenhang zwischen Linkerlänge und Rezeptoraktivierung herausgearbeitet werden. Des Weiteren wurde gezeigt, dass bestimmte Hybride, die den M1 aktivieren, an anderen Subtypen keine Effekte hervorrufen und somit als subtypselektiv beschrieben werden können. Im Anschluss wurde mit Hilfe des gewonnenen Wissens über Iperoxo/BQCA Hybride, das Moleküldesign der dualsteren Liganden weiterentwickelt. So wurden in dieser Arbeit die ersten photo-schaltbaren bzw. photo-dimmbaren dualsteren Liganden beschrieben und charakterisiert. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit die herkömmliche Charakterisierung von dualsteren Liganden weiterentwickelt. Es konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass es möglich ist, die Aktivierung eines Rezeptors durch einen dualsteren Liganden nachzustellen, indem die einzelnen Fragmente des ursprünglichen Liganden gleichzeitig appliziert werden. Diese auf Fragmenten basierende Charakterisierung ist die erste Anwendung dieser Art und birgt großes Potential für die zukünftige Suche nach neuen Wirkstoffen. Neben der Untersuchung von pharmakologischen Schwerpunkten wurde auch die Weiterentwicklung der Rezeptor FRET Methodik beschrieben. Die herkömmliche Anwendung der Rezeptor FRET Sensoren geschieht auf Objektträgern aus Quarzglas. In dieser Arbeit wurde diese Anwendung dahingehend weiterentwickelt, dass die Objektträger mit einer 20 nm dicken Goldschicht beschichtet wurden, um den Einfluss von Plasmonoberflächen auf physiologisch relevante FRET Messungen zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe der Goldbeschichtung und in Abhängigkeit des Versuchsaufbaus die Energietransfereffizienz um bis zu 60 % gesteigert werden konnte. Diese Entdeckung zeigt Potential zukünftig die FRET-Reichweite zu erhöhen und so bisher nicht charakterisierbare Sachverhalte aufklären zu können.
urn:nbn:de:bvb:20-opus-173729
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Michael Kauk
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G-Protein gekoppelte Rezeptoren
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Muscarinrezeptor
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Dualsteric Ligands
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Partial Agonists
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uncontrolled
Dualstere Liganden
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uncontrolled
Partialagonismus
Biochemie
open_access
Graduate School of Life Sciences
Institut für Pharmakologie und Toxikologie
Universität Würzburg
Universität Würzburg
https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/17372/Kauk_Michael_Investigating_the_Molecular_Mechanism_of_Receptor_Activation.pdf