Kliniken und Polikliniken für Innere Medizin
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Molecular Mechanisms of Bortezomib Action: Novel Evidence for the miRNA−mRNA Interaction Involvement
(2020)
Bortezomib is an anti-tumor agent, which inhibits 26S proteasome degrading ubiquitinated
proteins. While apoptotic transcription-associated activation in response to bortezomib has been
suggested, mechanisms related to its influence on post-transcriptional gene silencing mediated
regulation by non-coding RNAs remain not fully elucidated. In the present study, we examined
changes in global gene and miRNA expression and analyzed the identified miRNA–mRNA interactions
after bortezomib exposure in human neuroblastoma cells to define pathways affected by this agent in
this type of cells. Cell viability assays were performed to assess cytotoxicity of bortezomib. Global gene
and miRNA expression profiles of neuroblastoma cells after 24-h incubation with bortezomib were
determined using genome-wide RNA and miRNA microarray technology. Obtained results were
then confirmed by qRT-PCR and Western blot. Further bioinformatical analysis was performed
to identify affected biological processes and pathways. In total, 719 genes and 28 miRNAs were
downregulated, and 319 genes and 61 miRNAs were upregulated in neuroblastoma cells treated with
bortezomib. Possible interactions between dysregulated miRNA/mRNA, which could be linked to
bortezomib-induced neurotoxicity, affect neurogenesis, cellular calcium transport, and neuron death.
Bortezomib might exert toxic effects on neuroblastoma cells and regulate miRNA–mRNA interactions
influencing vital cellular functions. Further studies on the role of specific miRNA–mRNA interactions
are needed to elucidate mechanisms of bortezomib action.
Background
We investigated the association between low cardiorespiratory fitness and liver fat content (LFC) in the general population.
Materials and Methods
We evaluated data from 2151 adults (51.1% women) from two population-based cohorts of the Study of Health in Pomerania (SHIP-2 and SHIP-TREND-0). We analysed the cross-sectional associations of peak oxygen uptake (VO2peak) with LFC, assessed by magnetic resonance imaging proton density fat fraction, as well as serum gamma-glutamyltransferase (GGT) and aminotransferase concentrations by multivariable regression models.
Results
We observed significant inverse associations of VO2peak with LFC and serum GGT, but not with serum aminotransferase levels. Specifically, a 1 L/min lower VO2peak was associated with a 1.09% (95% confidence interval [CI]: 0.45-1.73; P = .002) higher LFC and a 0.18 μkatal/L (95% CI: 0.09-0.26; P < .001) higher GGT levels. The adjusted odds ratio (OR) for the risk of prevalent hepatic steatosis (HS) by a 1 L/min decrease in VO2peak was 1.61 (95% CI: 1.22-2.13; P = .001). Compared to subjects with high VO2peak, obese and overweight individuals with low VO2peak had 1.78% (95% CI: 0.32-3.25; P = .017) and 0.94% (95% CI: 0.15-1.74; P = .021) higher mean LFC, respectively. Compared to those with high VO2peak, low VO2peak was independently associated with a higher risk of prevalent HS in the obese (adjusted-OR 2.29, 95% CI=1.48-3.56; P < .001) and overweight (adjusted OR 1.57, 95% CI=1.16-2.14; P = .04) groups.
Conclusions
Lower VO2peak was significantly associated with greater LFC and higher serum GGT levels in a population-based cohort of adult individuals. Our results suggest that low VO2peak might be a risk factor for HS.
Der Herzinfarkt stellt weiterhin in den Industrienationen eine der häufigsten Todesursachen dar. In der Akutsituation wird schnellst möglich versucht entweder mechanisch oder medikamentös eine Wiederherstellung des Koronarflusses im betroffenen Ischämiegebiet zu erreichen. Dennoch gibt es verschiedene Ansatzpunkte und Mechanismen, die zum Myokardschutz nach einer Ischämie/Reperfusion führen können. In der hier vorliegenden Arbeit wurden zwei unterschiedliche Wege des Myokardschutzes am ex vivo perfundierten Rattenherz im Ischämie/Reperfusionsmodell untersucht. Die notwendige Reperfusion nach einer Ischämie führt meist zu einer zusätzlichen Schädigung des Myokardgewebes. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass kurze Intervalle von Ischämie und Reperfusion nach Wiedereröffnung eines Koronargefäßes die Infarktgröße drastisch senken. Dieses als IPost bezeichnete Verfahren zeigt ein hohes Potenzial zur Reduktion der Myokardschädigung nach einer Ischämie und es konnte demonstriert werden, dass es sich sowohl mechanisch als auch durch exogen zugeführte pharmakologische Substanzen auslösen lässt. Daher wurde im ersten Teil dieser Arbeit im Rahmen der IPost das kardioprotektive Potenzial des A2bAR Agonisten Bay 60-6583 und deren Signalwege untersucht. Im Ischämie/Reperfusionsmodell des ex vivo perfundierten Rattenherzens konnte eine deutliche Reduktion der Infarktgröße in der Bay 60-6583-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe dargestellt werden. Des Weiteren konnte eine Beteiligung der PKG und der eNOS am schützenden Signalweg demonstriert werden, denn sowohl bei Inhibition von PKG als auch von eNOS, wurde der Bay 60-6583 vermittelte Myokardschutz aufgehoben. Bei Inhibition der PKC konnte gezeigt werden, dass der Bay 60-6583 vermittelte Myokardschutz weiterhin existiert. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit transgenen Ratten, die Exon(2-9)Renin überexprimieren. Eine Ischämie am Herzen führt zum Zelluntergang der als Nekrose bezeichnet wird. Mögliche Folgen sind Fibrose, Remodelling und Herzinsuffizienz. Das RAS induziert sowohl Hypertrophie als auch Fibrose am Herzen. Renin ist das Schlüsselenzym des RAS, welches ein sekretorisches Glykoprotein darstellt und von der Niere hergestellt, gespeichert und sezerniert wird. Es konnte vor kurzem ein alternatives Renintranskript vom selben Reningen identifiziert werden, das Exon(2-9)Renin. Dieses Transkript kodiert für ein intrazelluläres, zytosolisches Renin, welches ausschließlich im Rattenherz exprimiert wird und zur Steigerung der Expression nach einen Myokardinfarkt führt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass es in H9c2 Kardiomyozyten vor Nekrose schützt und Apoptose fördert. Daher wurde im zweiten Teil dieser Arbeit das kardioprotektive Potenzial von transgenen Ratten die Exon(2-9)Renin überexprimieren und mögliche Signalwege der zellschützenden Kinasen, die der IPost identisch sind, geprüft. Im Ischämie/Reperfusionsmodell des ex vivo perfundierten Rattenherzens konnte gezeigt werden, dass kürzlich neu entdecktes zytosolisches Renin in den beiden verwendeten Exon(2-9)Renin überexprimierten Linien zu einer deutlichen Reduktion in der Infarktgröße im Vergleich zu beiden Kontrollgruppen geführt hat. Dies zeigt einen deutlichen Unterschied zum sekretorischen Renin, welches über eine Angiotensin II Synthese zu Entzündungen und Fibrose am Herzen führt [108, 109]. Des Weiteren konnte über Western Blot Analysen eine Beteiligung, der bei der IPost mitwirkenden zellschützenden Kinasen Akt und Erk 1/2, ausgeschlossen werden. Es muss daher eine andere schützende Signalkaskade aktiviert werden. In dieser Arbeit konnte im Ischämie/Reperfusionsmodell des ex vivo perfundierten Rattenherzens der Myokardschutz sowohl medikamentös unter Verwendung des A2bAR Agonisten Bay 60-6583 als auch in transgenen Ratten, die Exon(2-9)Renin überexprimieren gezeigt werden.
Endothelial dysfunction (ED) comes with age, even without overt vessel damage such as that which occurs in atherosclerosis and diabetic vasculopathy. We hypothesized that aging would affect the downstream signalling of the endothelial nitric oxide (NO) system in the vascular smooth muscle (VSM). With this in mind, resistance mesenteric arteries were isolated from 13-week (juvenile) and 40-week-old (aged) mice and tested under isometric conditions using wire myography. Acetylcholine (ACh)-induced relaxation was reduced in aged as compared to juvenile vessels. Pretreatment with L-NAME, which inhibits nitrix oxide synthases (NOS), decreased ACh-mediated vasorelaxation, whereby differences in vasorelaxation between groups disappeared. Endothelium-independent vasorelaxation by the NO donor sodium nitroprusside (SNP) was similar in both groups; however, SNP bolus application (10−6 mol L−1) as well as soluble guanylyl cyclase (sGC) activation by runcaciguat (10−6 mol L−1) caused faster responses in juvenile vessels. This was accompanied by higher cGMP concentrations and a stronger response to the PDE5 inhibitor sildenafil in juvenile vessels. Mesenteric arteries and aortas did not reveal apparent histological differences between groups (van Gieson staining). The mRNA expression of the α1 and α2 subunits of sGC was lower in aged animals, as was PDE5 mRNA expression. In conclusion, vasorelaxation is compromised at an early age in mice even in the absence of histopathological alterations. Vascular smooth muscle sGC is a key element in aged vessel dysfunction.
Metabolic syndrome is a significant worldwide public health challenge and is inextricably linked to adverse renal and cardiovascular outcomes. The inhibition of the transient receptor potential cation channel subfamily C member 6 (TRPC6) has been found to ameliorate renal outcomes in the unilateral ureteral obstruction (UUO) of accelerated renal fibrosis. Therefore, the pharmacological inhibition of TPRC6 could be a promising therapeutic intervention in the progressive tubulo-interstitial fibrosis in hypertension and metabolic syndrome. In the present study, we hypothesized that the novel selective TRPC6 inhibitor SH045 (larixyl N-methylcarbamate) ameliorates UUO-accelerated renal fibrosis in a New Zealand obese (NZO) mouse model, which is a polygenic model of metabolic syndrome. The in vivo inhibition of TRPC6 by SH045 markedly decreased the mRNA expression of pro-fibrotic markers (Col1α1, Col3α1, Col4α1, Acta2, Ccn2, Fn1) and chemokines (Cxcl1, Ccl5, Ccr2) in UUO kidneys of NZO mice compared to kidneys of vehicle-treated animals. Renal expressions of intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) and α-smooth muscle actin (α-SMA) were diminished in SH045- versus vehicle-treated UUO mice. Furthermore, renal inflammatory cell infiltration (F4/80+ and CD4+) and tubulointerstitial fibrosis (Sirius red and fibronectin staining) were ameliorated in SH045-treated NZO mice. We conclude that the pharmacological inhibition of TRPC6 might be a promising antifibrotic therapeutic method to treat progressive tubulo-interstitial fibrosis in hypertension and metabolic syndrome.
Die linksventrikuläre Herzhypertrophie ist ein zentraler Vorhersageparameter für das Auftreten kardiovaskulärer Ereignisse. Durch eine permanent gesteigerte Belastung des Herzens kommt es dabei auf zellulärer Ebene zu Umbauprozessen, die mit einer Hypertrophie der einzelnen Kardiomyozyten einhergehen. An der prohypertrophen Signaltransduktion sind zahlreiche Signalwege beteiligt, deren jeweilige Bedeutung und Interaktion untereinander noch nicht ausreichend untersucht ist. Seit einiger Zeit ist bekannt, dass auch das Wnt-Signalling im adulten Herzen bei Schädigung reaktiviert werden kann. Auch wenn die Beteiligung vieler Mediatoren des Wnt-Signallings für die Hypertrophieentstehung bereits gezeigt werden konnte, ist es aufgrund der Interaktionen der verschiedenen Signalwege notwendig, den Effekt der Wnt-Proteine auf die Kardiomyozyten direkt nachzuweisen. Da sowohl eigene Voruntersuchungen als auch viele In-vivo-Studien an Mäusen des Stammes C57/BL6 durchgeführt wurden, sollten in dieser Arbeit die Wirkungen verschiedener Wnt-Proteine hinsichtlich Hypertrophie und Zellsignalling auf isolierte murine neonatale Kardiomyozyten untersucht werden. Dazu wurden zunächst der Isolationsprozess dieser Primärzellen etabliert und optimale Kultur- und Stimulationsprotokolle bestimmt. Anschließend wurde das Ausmaß der zellulären Hypertrophie immunfluoreszenzmikroskopisch mittels myozytenspezifischer Anfärbung von α-Actinin untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Isolation und Kultivierung der neonatalen Kardiomyozyten im Gewebeverband über eine längere Versuchsdauer von bis zu sieben Tagen möglich ist. Die Zellen waren reproduzierbar vital und wiesen stabil kontraktile Eigenschaften auf. Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass diese Zellen bei Stimulation mit dem Wnt-Protein Wnt3A im Mangelmedium Panserin mit einer konzentrationsabhängigen Hypertrophie antworten, die dem bekannten prohypertrophen Stimulus Endothelin-1 sogar überlegen ist.
Ein zweiter Teil der Arbeit beschäftigte sich mit spezifischen Signalwegen, die von verschiedenen Wnt-Proteinen angesprochen werden können. Dabei wurden sowohl Veränderungen von Kinaseaktivitäten wie der AKT und der GSK-3β als auch Proteinakkumulationen wie die von β-Catenin untersucht. Auch Kerntranslokationen der Transkriptionsfaktoren β-Catenin und NFAT c1 – c4 wurden überprüft. Leider konnten an den neonatalen Mauskardiomyozyten keine Wnt-induzierten Veränderungen von Enzymaktivitäten bzw. veränderte Lokalisierungen einzelner Transkriptionsfaktoren nachgewiesen werden. Einzig ein detektierbarer Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentrationen, der aber gegenüber unstimulierten Zellen keine Signifikanz erreichte, könnte auf eine mögliche Beteiligung des Wnt/Ca2+-Weges hindeuten.
The transcription factor EB (TFEB) promotes protein degradation by the autophagy and lysosomal pathway (ALP) and overexpression of TFEB was suggested for the treatment of ALP-related diseases that often affect the heart. However, TFEB-mediated ALP induction may perturb cardiac stress response. We used adeno-associated viral vectors type 9 (AAV9) to overexpress TFEB (AAV9-Tfeb) or Luciferase-control (AAV9-Luc) in cardiomyocytes of 12-week-old male mice. Mice were subjected to transverse aortic constriction (TAC, 27G; AAV9-Luc: n = 9; AAV9-Tfeb: n = 14) or sham (AAV9-Luc: n = 9; AAV9-Tfeb: n = 9) surgery for 28 days. Heart morphology, echocardiography, gene expression, and protein levels were monitored. AAV9-Tfeb had no effect on cardiac structure and function in sham animals. TAC resulted in compensated left ventricular hypertrophy in AAV9-Luc mice. AAV9-Tfeb TAC mice showed a reduced LV ejection fraction and increased left ventricular diameters. Morphological, histological, and real-time PCR analyses showed increased heart weights, exaggerated fibrosis, and higher expression of stress markers and remodeling genes in AAV9-Tfeb TAC compared to AAV9-Luc TAC. RNA-sequencing, real-time PCR and Western Blot revealed a stronger ALP activation in the hearts of AAV9-Tfeb TAC mice. Cardiomyocyte-specific TFEB-overexpression promoted ALP gene expression during TAC, which was associated with heart failure. Treatment of ALP-related diseases by overexpression of TFEB warrants careful consideration.
Die Immunadsorption stellt eine zusätzliche Therapieform zur Stabilisierung und Verbesserung der Herzfunktion bei einem Teil der Patienten mit Dilatativer Kardiomyopathie dar. Die Untersuchungen der Mechanismen für die möglichen Veränderungen der Hämodynamik unter der Immunadsorption in Bezug auf die dabei eliminierten Antikörper ist Thema dieser Arbeit, die sich dabei eines in vitro-Screenings der Antikörper bediente, das teilweise der Immunadsorption nachempfunden wurde.Von 29 Patienten mit DCM wurde vor der Immunadsorption Plasma gewonnen, um damit eine in-vitro-Adsorption, die der Immunadsorption gleichkommt, durchzuführen. Die dabei gewonnen in vitro-Eluate (IgG-Konzentration: 300 mg/l) wurden mittels Fluoreszenzmikroskop auf die Beeinflussung der intrazellulären Kalziumkonzentration und der Kontraktilität untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die in-vitro-Eluate von 19 Patienten dieser Studie (kardiodepressive Gruppe) den Kalziumtransienten und die Kontraktilität von isolierten, feldstimulierten Rattenkardiomyozyten reduzierten, während der andere Teil der DCM-Patienten-in-vitro-Eluate (10) keine oder kaum Effekte aufwiesen(nicht-depressive Gruppe). Daraufhin wurde bei allen Patienten eine Immunadsorptionstherapie durchgeführt mit dem Ergebnis, dass die im Fluoreszenzmikroskop beobachteten Effekte der Antikörper in enger Beziehung zu den hämodynamischen Veränderungen bei der Immunadsorption standen, d. h. die Patienten, die durch die Beeinträchtigung der isolierten Rattenkardiomyozyten durch ihre in-vitro-Eluate zur kardiodepressiven Gruppe geordnet wurden, profitierten vom Entzug dieser durch die Immunadsorption, während die Patienten der nicht depressiven Gruppe kaum Verbesserung in der Hämodynamik erfuhren. So kann vermutet werden, dass die kardiodepressiven Antikörper an der Funktionseinschränkung des Herzmuskels bei einem Teil der Patienten mit DCM beteiligt sind, während sie bei anderen Patienten mit DCM nicht auf diese Weise wirken bzw. ihre Elimination keine Vorteile bringt. Daraufhin folgende Untersuchungen, die die Funktionswege dieser Autoantikörper an den Myozyten weiter definieren bzw. eingrenzen sollten z.B. über den muscarinergen Rezeptor, über das ADP/ATP-Translokatorprotein oder die SR-Ca2+-ATPase konnten keine eindeutige Zuordnung erbringen, deshalb sind weitere Untersuchungen erforderlich, die die Funktionsweise bzw. die Rezeptorstrukturen der Antikörper klären, die zu der Beeinträchtigung der Funktion der Kardiomyozyten führen.
Abstract
Background
Early mobilization improves physical independency of critically ill patients at hospital discharge in a general intensive care unit (ICU)‐cohort. We aimed to investigate clinical and molecular benefits or detriments of early mobilization and muscle activating measures in a high‐risk ICU‐acquired weakness cohort.
Methods
Fifty patients with a SOFA score ≥9 within 72 h after ICU admission were randomized to muscle activating measures such as neuromuscular electrical stimulation or whole‐body vibration in addition to early protocol‐based physiotherapy (intervention) or early protocol‐based physiotherapy alone (control). Muscle strength and function were assessed by Medical Research Council (MRC) score, handgrip strength and Functional Independence Measure at first awakening, ICU discharge, and 12 month follow‐up. Patients underwent open surgical muscle biopsy on day 15. We investigated the impact of muscle activating measures in addition to early protocol‐based physiotherapy on muscle strength and function as well as on muscle wasting, morphology, and homeostasis in patients with sepsis and ICU‐acquired weakness. We compared the data with patients treated with common physiotherapeutic practice (CPP) earlier.
Results
ICU‐acquired weakness occurs within the entire cohort, and muscle activating measures did not improve muscle strength or function at first awakening (MRC median [IQR]: CPP 3.3 [3.0–4.3]; control 3.0 [2.7–3.4]; intervention 3.0 [2.1–3.8]; P > 0.05 for all), ICU discharge (MRC median [IQR]: CPP 3.8 [3.4–4.4]; control 3.9 [3.3–4.0]; intervention 3.6 [2.8–4.0]; P > 0.05 for all), and 12 month follow‐up (MRC median [IQR]: control 5.0 [4.3–5.0]; intervention 4.8 [4.3–5.0]; P = 0.342 for all). No signs of necrosis or inflammatory infiltration were present in the histological analysis. Myocyte cross‐sectional area in the intervention group was significantly larger in comparison with the control group (type I +10%; type IIa +13%; type IIb +3%; P < 0.001 for all) and CPP (type I +36%; type IIa +49%; type IIb +65%; P < 0.001 for all). This increase was accompanied by an up‐regulated gene expression for myosin heavy chains (fold change median [IQR]: MYH1 2.3 [1.1–2.7]; MYH2 0.7 [0.2–1.8]; MYH4 5.1 [2.2–15.3]) and an unaffected gene expression for TRIM63, TRIM62, and FBXO32.
Conclusions
In our patients with sepsis syndrome at high risk for ICU‐acquired weakness muscle activating measures in addition to early protocol‐based physiotherapy did not improve muscle strength or function at first awakening, ICU discharge, or 12 month follow‐up. Yet it prevented muscle atrophy.