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Abstract
G‐quadruplexes have attracted growing interest in recent years due to their occurrence in vivo and their possible biological functions. In addition to being promising targets for drug design, these four‐stranded nucleic acid structures have also been recognized as versatile tools for various technological applications. Whereas a large number of studies have yielded insight into their remarkable structural diversity, our current knowledge on G‐quadruplex stabilities as a function of sequence and environmental factors only gradually emerges with an expanding collection of thermodynamic data. This minireview provides an overview of general rules that may be used to better evaluate quadruplex thermodynamic stabilities but also discusses present challenges in predicting most stable folds for a given sequence and environment.
Abstract
Aims
Treating patients with acute decompensated heart failure (ADHF) presenting with volume overload is a common task. However, optimal guidance of decongesting therapy and treatment targets are not well defined. The inferior vena cava (IVC) diameter and its collapsibility can be used to estimate right atrial pressure, which is a measure of right‐sided haemodynamic congestion. The CAVA‐ADHF‐DZHK10 trial is designed to test the hypothesis that ultrasound assessment of the IVC in addition to clinical assessment improves decongestion as compared with clinical assessment alone.
Methods and results
CAVA‐ADHF‐DZHK10 is a randomized, controlled, patient‐blinded, multicentre, parallel‐group trial randomly assigning 388 patients with ADHF to either decongesting therapy guided by ultrasound assessment of the IVC in addition to clinical assessment or clinical assessment alone. IVC ultrasound will be performed daily between baseline and hospital discharge in all patients. However, ultrasound results will only be reported to treating physicians in the intervention group. Treatment target is relief of congestion‐related signs and symptoms in both groups with the additional goal to reduce the IVC diameter ≤21 mm and increase IVC collapsibility >50% in the intervention group. The primary endpoint is change in N‐terminal pro‐brain natriuretic peptide from baseline to hospital discharge. Secondary endpoints evaluate feasibility, efficacy of decongestion on other scales, and the impact of the intervention on clinical endpoints.
Conclusions
CAVA‐ADHF‐DZHK10 will investigate whether IVC ultrasound supplementing clinical assessment improves decongestion in patients admitted for ADHF.
In den pankreatischen α-Zellen ist Pax6 als Aktivator der Glucagon-Genexpression bekannt, während dessen Einfluss auf die Insulinsynthese kontrovers diskutiert wird. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, wie der Transkriptionsfaktor Pax6 und dessen co-exprimierte Isoform Pax6(5a) in den Insulin-produzierenden β-Zellen agieren, um so auf ihre Funktion in diesen Zellen schließen zu können. Mittels Luciferase-Assays, Northern Blots und Radioimmunoassays wurde gezeigt, dass Pax6 sowohl die Insulinsynthese als und auch die sezernierte Insulinmenge reduzieren kann, wobei die TAAT-Motiv-bindende Homöodomäne als essenziell für diesen Pax6-Effekt identifiziert wurde. Mit Hilfe fluoreszierender Fusionsproteine und der indirekten Immunfluoreszenz konnte beobachtet werden, dass der intrazelluläre Transport von Pax6 Glucose-abhängig erfolgt und zwar gegensätzlich zu dem von PDX-1, einem Aktivator des Insulingens. So befand sich Pax6 bei Glucose-Mangel vor allem im Zellkern, bei hohen Glucose-Konzentrationen hingegen vorwiegend im Cytoplasma. BETA2, das synergistisch mit PDX-1 die Insulin-Genexpression induzieren kann, war Glucose-unabhängig stets im Zellkern lokalisiert. Die physiologische Relevanz der Translokation von Pax6 konnte in vivo durch die immunhistochemische Untersuchung von Pankreasschnitten normo- und hypoglycämischer C57BL/6 Mäuse bestätigt werden. GST-Capture-Assays zeigten die Interaktion von Pax6 und BETA2. Darüber hinaus demonstrierten CHIP-Assays in vivo eine gegensätzliche Glucose-abhängige Bindung von Pax6 und PDX-1 an der ein TAAT-Motiv enthaltenden A3-Box des Ratten Insulin-II-Promotors und unterstützen damit die Hypothese von Pax6 als Inhibitor der Insulin-Genexpression. Das Serin 122 wurde in Pax6 als wichtige regulatorische Aminosäure nachgewiesen, deren Mutation die Glucose-abhängige Translokation und die Wirkung von Pax6 auf den Ratten Insulin-II-Promotor stark beeinflusste. Wahrscheinlich wird diese Aminosäure anders modifiziert, möglicherweise glycosyliert. Eine Glycosylierung des Pax6-Wildtyps bei Glucose-Entzug wurde mittels Immunpräzipitation von EGFP-Pax6 und anschließender Western Blot-Analyse unter Verwendung eines O-GlcNAc-erkennenden RL2-Antikörpers detektiert. So ist zu vermuten, dass bei Glucose-Mangel die Glycosylierung den Transport in den Kern vermittelt und die für den inhibitorischen Effekt von Pax6 auf die Insulin-Genexpression verantwortliche TAAT-bindende Homöodomäne beeinflusst. Für Pax6 lässt sich schlussfolgern, dass es sich bei geringer Glucose-Konzentration im Kern befindet, um die Aktivierung der Insulin-Genexpression zu verhindern, indem es mit BETA2 interagiert und die PDX-1-Bindungsstelle blockiert. Da Pax6 zusätzlich unter diesen Bedingungen auch die Expression der für die β-Zelle spezifischen Gene aktiviert, um sie auf den zukünftigen Bedarf vorzubereiten, ist dessen essenzielle Rolle für die Aufrechterhaltung der β-Zellfunktion unumstritten. Ganz andere Effekte bewirkt hingegen die in den β-Zellen co-exprimierte Isoform Pax6(5a), die durch alternatives Spleißen des Exons 5a entsteht. Ihre Funktion in diesen Zellen war bisher unbekannt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sie im Gegensatz zu Pax6 nicht an der Insulingen-Regulation beteiligt ist und auch nicht mit BETA2 interagiert. Analog zu Pax6 wurde ein Glucose-abhängiger Transport innerhalb der Zelle beobachtet. In vitro Kinase-Assays identifizierten in Pax6(5a) Threonin 48 als CKII-Phosphorylierungsstelle. Da es sich hierbei um die erste Aminosäure des Exons 5a handelt, welche somit durch das alternative Spleißen in Pax6 nicht existiert, stellt diese Phosphorylierung eine spezifische Regulation dieser Isoform dar. Mittels fluoreszierender Fusionsproteine war zu beobachten, dass die Imitation dieser Phosphorylierung den Transport von Pax6(5a) in das Cytoplasma verhinderte. Das die CKII zahlreiche für Wachstum und Proliferation verantwortliche Faktoren reguliert, lässt auf die Bedeutung der Pax6(5a)-Isoform in pankreatischen β-Zellen als Regulator des Wachstums für den Erhalt der β-Zellmasse schließen.
Das im Rahmen dieser Arbeit etablierte Verfahren zur morphometrischen Bewertung der lokalen Entzündungsreaktion nach Implantation von Biomaterialien stellt eine reproduzierbare, vielfältig anwendbare Methode dar. Das Programm ImageJ ermöglicht ein einfaches, modifiziertes Adaptieren dieses Analyseverfahrens an verschiedene immunhistochemische Untersuchungen. Die Anwendung des etablierten manuellen Zählverfahrens ermöglichte in den nachfolgenden Untersuchungen den Nachweis, dass das Konzept der Beschichtung von Implantatmaterialien mit einer biomimetischen Membran, basierend auf dem Phospholipid POPE, keine negativen Einflüsse auf die akute und chronische Entzündungsreaktion im das Implantat umgebenden Gewebe zeigte. Die Herstellung von biomimetischen Oberflächen als Implantatbeschichtung, die von den Zellen als körpereigen erkannt wird, könnte somit die langfristige Integration des Implantats in den Wirtsorganismus verbessern. Zusammen mit den In-vitro-Ergebnissen [Willumeit et al., 2007], in denen günstige Auswirkungen dieser Beschichtung auf Zell- und Bakterienadhäsion nachgewiesen wurden, zeigen die In-vivo-Befunde der vorliegenden Arbeit das Potential von Phospholipidbeschichtungen zum Erreichen von lang andauernder Integrität und Biofunktionalität metallischer Implantate in der klinischen Anwendung.
Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die rekombinante Expression und Reinigung der extrazellulären Domänen der neuralen Zellerkennungsmoleküle P0 und L1. Die gereinigten Proteine sollten für Strukturanalysen verwendet werden. Da es sich sowohl bei P0 als auch bei L1 um Glykoproteine handelt, wurde die rekombinante Expression in eukaryotischen Systemen durchgeführt. Die extrazelluläre Domäne des Zelladhäsionsmoleküls L1 wurde als Fusionsprotein (L1-TEV-Fc) mit einem durch TEV-Protease spaltbaren Fc-Tag in CHO-Zellen exprimiert, die das L1-TEV-Fc in den Zellkulturüberstand sezernierten. Das L1- TEV-Fc konnte erfolgreich über eine Protein A-Säule aufgereinigt werden. Seine biologische Aktivität wurde in einem Neuritenwachstums-Assay nachgewiesen. Um strukturelle Analysen an der extrazellulären Domäne durchführen zu können, sollte der Fc-Tag mit der TEV-Protease abgespalten werden. Obwohl verschiedene Reaktionsparameter wie Temperatur, Inkubationszeit, Konzentration der TEVProtease und die Konzentration der Detergenzien variiert wurden, war eine Spaltung des L1-TEV-Fc im Rahmen dieser Arbeit nicht möglich. Das Zellerkennungsmolekül P0 ist das häufigste Protein im Myelin des peripheren Nervensystems. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte neben der wildtypischen auch eine mutierte Form der extrazellulären Domäne des P0-Proteins in Pichia pastoris exprimiert werden. Die mutierte Form des P0-Proteins enthielt einen Aminosäureaustausch an Position 106 von Isoleucin zu Leucin (Ile106Leu), welcher beim Menschen zu einer schweren Form der Charcot-Marie-Tooth’schen Krankheit vom Typ 1B führt. Sowohl die wildtypische als auch die Ile106Leu-Form der extrazellulären Domäne des P0-Proteins konnten in Pichia pastoris exprimiert werden, und wurden als Fusionsproteine mit einem Myc- und einem sechsfachen Histidin-Tag in den Überstand sezerniert. Die Aufreinigung erfolgte über Ni-NTA-Agarose-Beads. Durch eine Fermentation im 35 l-Maßstab konnten beide Fusionsproteine für strukturelle Analysen in größerer Menge produziert und aufgereinigt werden. Eine anschließende Analyse mittels Dynamischer Laserlichtstreuung (DLS) zeigte, dass die Voraussetzungen für die Durchführung eines Kristallisationsscreens mit 480 Bedingungen gegeben waren. Durch Deglykosylierung mit N-Glykosidase F und 1D-NMR-Spektroskopie konnte gezeigt werden, dass die extrazelluläre Domäne des wildtypischen P0-Proteins aus Pichia pastoris glykosyliert ist. Eine Hyperglykosylierung konnte ausgeschlossen werden. Neben dem Einfluss der Ile106Leu-Mutation auf die Struktur der extrazellulären Domäne wurde auch ihr Einfluss auf die homophile Interaktion des P0-Proteins untersucht. In einem Aggregations-Assay mit transient transfizierten CHO-Zellen konnte gezeigt werden, dass die Zellen, die das wildtypische P0 voller Länge exprimierten, im Verhältnis zu P0-Ile106Leu-exprimierenden Zellen stärker aggregierten. Die Ile106Leu-Mutation wirkt sich also offenbar negativ auf die homophile Interaktion des P0-Proteins aus.
Das Prostatakarzinom ist bei Männern in Deutschland die häufigste Krebserkrankungen und die dritthäufigste Krebstodesursache. Aufgrund der steigenden Inzidenz mit fortschreitendem Alter und der parallel dazu immer älter werdenden Bevölkerung ist diese Erkrankung von großer sozioökonomischer Bedeutung. Nach einer antiandrogenen Therapie im fortgeschrittenen Tumorstadium kommt es häufig zur erneuten Progression des Tumorwachstums. In diesem kastrationsresistenten Stadium kommt es zur hormonunabhängigen Aktivierung und Aufrechterhaltung von Signalwegen des Androgenrezeptors.
Ein in diesem Zusammenhang postulierter Mechanismus besteht in der direkten Wechselwirkung des Rezeptors mit dem Tumorprotein PC1 (prostate and colon gene-1), welches auch als Tumorprotein D52 bezeichnet. Es liegt in Prostatakarzinomzellen häufig überexprimiert vor und steht daher im Verdacht, maßgeblich zur Progression des Tumorwachstums beizutragen, insbesondere im kastrationsresistenten Stadium.
In der vorliegenden Arbeit sollten mit Hilfe von FRET-basierten Interaktionsstudien mögliche Wechselwirkungen von PC1 mit dem Androgenrezeptor untersucht werden. Da es bereits Hinweise für eine Interaktion von PC1 mit Prdx1 gab, wurde dieses Protein in die Analyse mit einbezogen. Die Untersuchungen wurden an den Prostatakarzinom-
zelllinien LNCaP und PC-3 unter verschiedenen Kulturbedingungen durchgeführt.
Die verwendeten Methoden umfassten die Klonierung von Expressionsvektoren, Transfektion von Plasmid-DNA in Säugerzellen, indirekte Immunfluoreszenz, Westernblot-Analysen, Durchflusszytometrie sowie konfokale Mikroskopie.
In dieser Arbeit konnte eine Kolokalisation zwischen PC1 und dem Androgenrezeptor sowie zwischen PC1 und Prdx1 im Zytoplasma von androgenabhängig wachsenden LNCaP-Zellen gezeigt werden. Auch in PC-3-Zellen, welche ähnlich wie kastrationsresistente Zellen androgenunabhängig wachsen, gelang es, eine Kolokalisation zwischen PC1 und dem Androgenrezeptor im Zytoplasma nachzuweisen. Bei Kultivierung dieser Zellen in hormonfreiem Medium waren PC1 und der Androgenrezeptor sogar im Zellkern von PC-3-Zellen kolokalisiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf die besondere und zentrale Funktion des PC1 bei der Aufrechterhaltung des Tumorwachstums hin. Somit wäre das prostataspezifisch vorkommende PC1 eine durchaus interessante Zielstruktur für die Entwicklung neuer Therapiestrategien beim fortgeschrittenen Prostatakarzinom.
Aufgrund der immensen ökonomischen Verluste im Zusammenhang mit Ausbrüchen der Klassischen Schweinepest (KSP) werden Notfall-Immunisierungspläne für die Europäische Union diskutiert. Tiere, welche mit dem konventionellen C-Stamm Lebendimpfstoff immunisiert wurden, unterliegen Handelsrestriktionen. Um diese Restriktionen zu lockern bzw. aufzuheben sind wirksame Markerimpfstoffe notwendig. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Prüfung der Markerimpfstoff-Kandidaten CP7_E2alf und CP7_E1E2alf_TLA in Tierversuchen. Weiterhin wurden neue diagnostische Methoden wie real-time RT-PCR Systeme zur Unterscheidung von Impfviren und Feldvirusstämmen entwickelt. Die Volllängen-Sequenzierung von Genomen ist eine hilfreiche Methode im Rahmen epidemiologischer Untersuchungen. Fünf aktuelle deutsche KSP Isolate wurden sequenziert und die Ergebnisse für die Nachverfolgung der Virusverbreitung und für phylogenetische Analysen des Virus in den Wildschweinepopulationen von Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz herangezogen.
Der akute Myokardinfarkt auf Grundlage einer koronaren Herzerkrankung ist eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Besonders ältere Patienten leiden oft an mehreren kardiovaskulären Grunderkrankungen - so sind Vorhofflimmern und KHK häufige Komorbiditäten. Die pharmakologische Therapie von Vorhofflimmern bei bestehender KHK ist ein therapeutisches Problem. Dronedaron hat sich in zahlreichen klinischen Studien als wirksames Antiarrythmikum herausgestellt und zeigte zudem positive Effekte auf die Inzidenz und Sterblichkeit von akuten Myokardinfarkten (ATHENA-Studie). In verschiedenen Forschungsarbeiten konnte nachgewiesen werden, dass Dronedaron in der Frühphase nach einem akuten Myokardinfarkt eine Reduktion der Infarktgröße bewirken kann. Im Gegensatz dazu scheinen Patienten mit schwerer struktureller Herzerkrankung bezüglich ischämischer Ereignisse nicht von einer Dronedarontherapie zu profitieren (PALLAS-Studie).
In dieser Arbeit sollte unter Nutzung des Schweins als Modellorganismus geklärt werden, ob im Langzeitverlauf vier Wochen nach einem akuten Myokardinfarkt protektive Effekte Dronedarons auf die Infarktgröße und die kardiale Funktion nachgewiesen werden können. Desweiteren wurden mithilfe ventrikulärer Gen- und Proteinexpressionsanalysen Dronedaroneffekte in gesundem Myokard, Infarktgrenze und Infarktnarbe auf molekularbiologischem Level untersucht.
Für den experimentellen Myokardinfarkt wurde mithilfe eines Ballonkatheters der rechte Ramus interventricularis anterior distal des ersten Septalastes für 90 Minuten verschlossen. Nach 4-wöchiger Infarktheilung wurden die Herzen explantiert und Gewebsproben für die Expressionsanalysen entnommen. Die Größe der Infarktnarbe wurde an den formalinfixierten Herzen mithilfe der MRT-Bildgebung bestimmt. Genexpressionsprofile wurden mittels RNA-Microarray und anschließender Validierung mittels RT-qPCR, Proteinexpressionsprofile mittels 2D-DIGE-Analyse und anschließender massenspektrometrischer Proteinidentifizierung erstellt.
Die Infarktgröße wurde durch die Dronedarontherapie nicht signifikant beeinflusst (Kontrolle vs. Dronedaron: 10,1 % vs. 9,2 %, n.s.). Das Schlagvolumen der dronedaronbehandelten Tiere zeigte im Gegensatz zu den Kontrolltieren vier Wochen nach Infarzierung keine signifikante Reduktion. Enddiastolisches Volumen, Ejektionsfraktion sowie Serummarker zeigten keine Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen.
In den Expressionsanalysen konnten insbesondere in der Infarktgrenze Effekte der Dronedarontherapie beobachtet werden. Es kam zu einer Expressionssteigerung von TGFβ3, der TGFβ-Rezeptoren 1 und 2 sowie der TGFβ-bindenden Proteine LTBP1 und 2. Die vermehrte Aktivierung des TGFβ-Signalings zeigte sich auch in einer Expressionssteigerung matrizellulärer Proteine, darunter Thrombospondin 1 und 2, Periostin und Fibronektin, sowie diverser extrazellulärer Matrixproteine, v.a. Kollagen-Subtypen.
Die Aktivierung des TGFβ-Signalings sowie die Expressionssteigerung TGFβ-induzierter matrizellulärer Proteine in der Infarktgrenze begünstigen durch antiinflammatorische Effekte und Stimulation der Kollagensynthese die Infarktheilung sowie die Stabilisierung des Narbengewebes. Die Proteine Thrombospondin 1 und 2 verhindern zudem eine Expansion des Infarktes in gesunde Myokardareale. Desweiteren kann insbesondere Periostin die Kardiomyozytenproliferation im infarzierten Myokard stimulieren. So können das TGFβ-Signaling sowie matrizelluläre Proteine zu einer Verbesserung der kardialen Funktionalität nach akutem Myokardinfarkt beitragen. Es ist vorstellbar, dass Calcium-abhängige Mechanismen in Kardiomyofibroblasten die dronedaronabhängige gesteigerte Aktivierung des TGFβ-Signalings und als Folge der matrizellulären Proteine vermitteln.
Die Aufrechterhaltung des Schlagvolumens des linken Ventrikels durch die Dronedarontherapie vier Wochen nach einem Myokardinfarkt spricht für einen Erhalt der systolischen Kontraktionskraft des Herzens. Auch wenn keine signifikante Reduktion der Infarktgröße festgestellt werden konnte, deuten die gefundenen Ergebnisse auf eine protektive Wirkung von Dronedaron auf kardiale Funktionalität und die Infarktheilung bei ansonsten gesunden Patienten hin. Bei Patienten mit bereits strukturell vorgeschädigtem Herzen beispielsweise im Sinne einer schweren Herzinsuffizienz könnte die gefundene vermehrte Aktivierung des TGFβ-Signalings zu einer Verschlechterung der Prognose führen, was die Ergebnisse der PALLAS-Studie erklären könnte.
Macrophages are cells of the innate immune system and represent an important component of the first-line defense against pathogens and tumor cells. Here, their diverse functions in inflammation and tumor defense are described, and the mechanisms, tools, and activation pathways and states applied are presented. The main focus is on the role and origin of reactive oxygen species (ROS), the important signal pathways TLR/NF-κB, and the M1/M2 polarization of macrophages.
Cancer stem cells (CSCs) represent a small subset of slowly dividing cells with tumor-initiating ability. They can self-renew and differentiate into all the distinct cell populations within a tumor. CSCs are naturally resistant to chemotherapy or radiotherapy. CSCs, thus, can repopulate a tumor after therapy and are responsible for recurrence of disease. Stemness manifests itself through, among other things, the expression of stem cell markers, the ability to induce sphere formation and tumor growth in vivo, and resistance to chemotherapeutics and irradiation. Stemness is maintained by keeping levels of reactive oxygen species (ROS) low, which is achieved by enhanced activity of antioxidant pathways. Here, cellular sources of ROS, antioxidant pathways employed by CSCs, and underlying mechanisms to overcome resistance are discussed.