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Vitamin B6 deficiency during pregnancy translates into a severe vitamin B6 deficiency (plasma levels decreased by 97%) in new-born rats. Further, hallmarks are increased (+89%) concentrations of homocysteine, gross changes in gene methylation and expression, and metabolic alterations including lipid metabolism. This study focuses on determining the effects of vitamin B6-deficiency on cardiolipin composition and oxidative phosphorylation in liver. For this purpose, hepatic cardiolipin composition was analyzed by means of LC/MS/MS, and mitochondrial oxygen consumption was determined by using a Clark-type electrode in a rat model of vitamin B6 deficiency. Liver mitochondria from new-born rats with pre-term vitamin B6 deficiency responded with substantial alterations in cardiolipin composition that include the following changes in the amounts of cardiolipin incorporated fatty acids: increase in C16, decrease in C18, decrease in saturated fatty acid, as well as increase in amount of oxidized cardiolipin species. These changes were accompanied by significantly decreased capacity of oxidative phosphorylation. In conclusion, vitamin B6 deficiency in new born rats induces massive alterations of cardiolipin composition and function of liver mitochondria. These findings support the importance of sufficient periconceptional supply of vitamin B6 to prevent vitamin B6 deficiency.
Impact statement
Vitamin B6 (VitB6) is an active co-enzyme for more than 150 enzymes and is required for a great diversity of biosynthesis and metabolic reactions. There is an increased need for VitB6 during pregnancy and sufficient supply of VitB6 is crucial for the prevention of cleft palate and neural tube defects. We show that liver mitochondria from new-born rats with pre-term VitB6 deficiency respond with substantial alterations in cardiolipin (CL) composition and in the amount of oxidized CL species. These changes are associated with a decrease in the efficiency of oxidative phosphorylation. The results of this study support the significance of sufficient supply of VitB6 during pregnancy (and periconceptional) for diminishing the number of early abortions and minimizing malformation. The established link between VitB6 deficiency, CL composition, and mitochondrial respiration/energy production provides mechanistic insight as to how the VitB6 deficiency translates into the known pathophysiological and clinically relevant conditions.
Background: Abdominal obesity is a major driver for adverse medical conditions. While an interaction between adipose tissue and thyroid function is thought to exist, to our knowledge, no study has examined the effect of thyroid-stimulating hormone (TSH) on visceral adipose tissue (VAT) in a population-based context. Objective: We determined an association between serum TSH levels and VAT. Methods: A sample of 1,021 female and 956 male adults aged 20-79 years was drawn from registry offices in the cross-sectional, population-based Study of Health in Pomerania Trend (SHIP Trend) in Northeast Germany from 2008 to 2012. Our main exposure was serum TSH levels. Our main outcome was VAT measured using magnetic resonance imaging. The possibly mediating role of leptin on the TSH-VAT association was also assessed. Results: A total of 1,719 participants (87.9%) had serum TSH levels within the reference range. The mean volume of VAT was 5.33 liters for men and 2.83 liters for women. No association between TSH and VAT (β = 0.06, 95% CI: -0.02, 0.14) was observed, and there were no differences detected between sexes. VAT was strongly associated with leptin with a greater effect in women than in men. Leptin was strongly associated with TSH. Conclusions: No association between TSH and VAT was observed. Other biomarkers such as leptin may play a role in the relationship between thyroid function and metabolic risk.
The Immunomodulator 1-Methyltryptophan Drives Tryptophan Catabolism Toward the Kynurenic Acid Branch
(2020)
Background: Animal model studies revealed that the application of 1-methyltryptophan (1-MT), a tryptophan (TRP) analog, surprisingly increased plasma levels of the TRP metabolite, kynurenic acid (KYNA). Under inflammatory conditions, KYNA has been shown to mediate various immunomodulatory effects. Therefore, the present study aims to confirm and clarify the effects of 1-MT on TRP metabolism in mice as well as in humans.
Methods: Splenocytes from Balb/C or indoleamine 2,3-dioxygenase knockout (IDO1−/−) mice or whole human blood were stimulated with 1-MT for 6, 24, or 36 h. C57BL/6 mice received 1-MT in drinking water for 5 days. Cell-free supernatants and plasma were analyzed for TRP and its metabolites by tandem mass spectrometry (MS/MS).
Results: 1-MT treatment induced an increase in TRP and its metabolite, KYNA in Balb/C, IDO−/− mice, and in human blood. Concurrently, the intermediate metabolite kynurenine (KYN), as well as the KYN/TRP ratio, were reduced after 1-MT treatment. The effects of 1-MT on TRP metabolites were similar after the in vivo application of 1-MT to C57BL/6 mice.
Conclusions: The data indicate that 1-MT induced an increase of KYNA ex vivo and in vivo confirming previously described results. Furthermore, the results of IDO−/− mice indicate that this effect seems not to be mediated by IDO1. Due to the proven immunomodulatory properties of KYNA, a shift toward this branch of the kynurenine pathway (KP) may be one potential mode of action by 1-MT and should be considered for further applications.
In der vorliegenden Forschungsarbeit wurde untersucht, zu welchen Veränderungen es im Proteom der pankreatischen β-Zelle durch Erzeugung von Hyperglykämie und/oder Hyperlipidämie kommt, die z.B. im Rahmen des Metabolischen Syndroms auftreten können.
Für die Experimente wurde die Zelllinie BRIN BD11 verwendet. Eine Behandlung erfolgte vergleichend mit Glucose (25 mM) und/oder Docosahexaensäure (DHA 0,1 mM) für 24 Stunden.
Das Proteom der BRIN-BD11 Zellen wurde mit Hilfe von 2D Differenzial-Fluoreszenz-Gelelektrophorese (DIGE) analysiert und die Proteine unter Verwendung der Massenspektrometrie identifiziert. Es konnten insgesamt 1101 Proteine in 1487 detektierten Spots bestimmt werden. Darunter stellten sich 90 Spots unter den oben genannten Stimulationen als signifikant reguliert dar. Aus diesen wurden 63 regulierte Proteine identifiziert, die sich verschiedenen Bereichen des Stoffwechsels zuordnen lassen, u.a. dem Glucosestoffwechsel, der Atmungskette, katabolen Prozessen oder den Reparatur- und Schutzmechanismen.
Eine Ingenuity Pathway Analyse anhand der regulierten Proteine ergab Zuordnungen zu 3 Netzwerken:
1 Nukleinsäuremetabolismus, Lipidmetabolismus und Biochemie kleiner Moleküle,
2 DNA -Replikation, -Rekombination und -Reparatur, Nukleinsäuremetabolismus und Biochemie kleiner Moleküle,
3 Kohlenhydratmetabolismus, molekularer Transport und Biochemie kleiner Moleküle.
Weiterhin konnte eine funktionelle Einteilung sowie die Verteilung der Proteine nach Zellkompartimenten dargestellt werden.
Eine Verifizierung der Ergebnisse mittels RT-qPCR erfolgte für Cathepsin D, Endoplasmic reticulum lipid raft-associated protein 2, Melanocyte proliferating gene 1, Glutamat-Cystein-Ligase sowie für die Thioredoxin-Reduktase und das Dihydropyrimidinase-related protein 2. Desweiteren wurden Western Blot Analysen zu Thioredoxin-Reduktase und das Dihydropyrimidinase-related protein 2 durchgeführt.
Die Ergebnisse weisen auf eine Regulation im Sinne einer Kompensation der Stressoren hin, die durch gesteigerte Expression/Aktivität antioxidativer Systeme wie Glutathion und Thioredoxin erklärbar wären. Zudem konnte ein Proteommuster der BRIN BD11 Zellen erstellt werden und bildet mit der massenspekrometrischen Identifizierung der Proteine eine Grundlage für weitere Untersuchungen an der Zelllinie.
Chagas’ disease (CD), caused by the hemoflagellate protozoan, Trypanosoma cruzi, is endemic in most countries of Latin America. Heart failure (HF) is often a late manifestation of chronic CD, and is associated with high morbidity and mortality. Inflammatory processes mediated by cytokines play a key role in the pathogenesis and progression of CD. Keeping in view the inflammatory nature of CD, this study investigated the possible role of 21 different inflammatory cytokines as biomarkers for prediction and prognosis of CD. The plasma concentration of these cytokines was measured in a group of patients with CD (n = 94), and then compared with those measured in patients with dilated cardiomyopathy (DCM) from idiopathic causes (n = 48), and with control subjects (n = 25). Monovariately, plasma levels of cytokines such as stem cell growth factor beta (SCGF beta), hepatocyte growth factor (HGF), monokine induced by interferon gamma (CXCL9), and macrophage inhibitory factor (MIF) were significantly increased in CD patients with advanced HF compared to control group. None of the cytokines could demonstrate any prognostic potency in CD patients, and only MIF and stromal derived factor-1 alpha (CXCL12) showed significance in predicting mortality and necessity for heart transplant in DCM patients. However, multivariate analysis prognosticated a large proportion of CD and DCM patients. In CD patients, HGF and Interleukin-12p40 (IL-12p40) together separated 81.9% of 3-year survivors from the deceased, while in DCM patients, CXCL12, stem cell factor (SCF), and CXCL9 together discriminated 77.1% of survivors from the deceased. The significant increase in plasma concentrations of cytokines such as HGF and CXCL9 in CD patients, and the ability of these cytokines to prognosticate a large proportion of CD and DCM patients multivariately, encourages further studies to clarify the diagnostic and prognostic potential of cytokines in such patients.
Ziel der Arbeit war die Untersuchung der lokalen und systemischen Entzündungsreaktionen nach intramuskulärer Implantation von Niedertemperatur-Plasmapolymer-modifizierten Titanplättchen (Ti) im Tiermodell Ratte. Ausgangspunkt dafür waren vorherige Zellkultur-Untersuchungen zu Ti-Proben mit einer positiv geladenen Schicht aus plasma-polymerisiertem Allylamin (PPAAm) beziehungsweise einer negativ geladenen Schicht aus plasma-polymerisierter Acrylsäure (PPAAc). Diese In-vitro-Studien ergaben für eine Beschichtung mit PPAAm positive Effekte auf das Wachstum von Osteoblasten sowie für eine Beschichtung mit PPAAc auf die osteogene Differenzierung humaner mesenchymaler Stammzellen. Für die darauf aufbauenden in dieser Arbeit durchgeführten In-vivo-Untersuchungen war es zunächst notwendig, eine Methode zur quantitativen histologischen Untersuchung der lokalen Gewebsreaktionen nach Implantation von Ti-Proben zu etablieren. Deren Evaluierung zeigte eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und damit die Eignung des Bildanalyse-Verfahrens für die weiteren Untersuchungen. Anschließend erfolgten unter Anwendung dieser Methode morphometrische immunhistochemische Untersuchungen der lokalen Entzündungsantwort nach intramuskulärer Implantation von PPAAc- und PPAAm-beschichteten Ti-Plättchen. Hierzu wurden in einer ersten Studie für beide Beschichtungen die Gesamt-Monozyten und -Makrophagen sowie die MHC-Klasse-II-positiven antigen-präsentierenden Zellen im Periimplantatgewebe nach 56 Tagen Implantationsdauer im Vergleich zu unbeschichteten Kontrollproben untersucht. Dabei ergab sich für die PPAAc-beschichteten Ti-Plättchen im Vergleich zu PPAAm-beschichteten Implantaten und Kontrollen eine verstärkte chronische Entzündungsreaktion. Aufgrund dieser Ergebnisse wurden in einer anschließenden zweiten Studie für drei verschiedene PPAAm-Beschichtungen, die sich hinsichtlich der Plasmaprozessparameter im Duty cycle unterschieden, die Gewebsreaktionen im Kurz- und Langzeitverlauf analysiert. Dafür erfolgte eine Untersuchung der Gesamt-Monozyten und -Makrophagen, der gewebsständigen Makrophagen, der T Lymphozyten und der MHC-Klasse-II-positiven antigen-präsentierenden Zellen 7, 14 und 56 Tage nach Implantation für diese drei PPAAm-Varianten im Vergleich zu Kontrollen. Im Ergebnis waren die lokalen Gewebsreaktionen für die zwei PPAAm-Varianten mit dem höheren Duty cycle im Langzeitverlauf schwächer ausgeprägt als für die PPAAm-Schicht mit dem geringen Duty cycle und die Kontrollen. Dieses Ergebnis stand im Einklang mit entsprechenden Unterschieden in den physikochemischen Schichteigenschaften wie zum Beispiel der Schichtdicke, der Aminogruppendichte und der Proteinadsorption. Darüber hinaus wurden das Serumprofil und die Korrelationen der pro-inflammatorischen Zytokine IL-2 und IFNγ sowie der anti-inflammatorischen Zytokine IL-4 und IL-10 vor sowie wöchentlich für 56 Tage nach Implantation von PPAAc-und PPAAm-beschichteten Implantaten sowie Kontrollen analysiert. Diese Untersuchungen ergaben für die PPAAc-Gruppe in der Spätphase einen gegensätzlichen Verlauf von IL-4 und IL-10 sowie abweichende Korrelationen des IL-10 mit den anderen untersuchten Zytokinen, während in der PPAAm-Gruppe die systemischen Reaktionen und die Korrelationen zwischen den untersuchten Zytokinen mit den Befunden in der Kontrollgruppe vergleichbar waren. Die Gesamtbetrachtung der in dieser Arbeit erhobenen In-vivo-Ergebnisse mit den vorherigen In-Vitro-Befunden zeigt, dass eine positiv geladene PPAAm-Beschichtung einen vielversprechenden Ansatz zur Erzeugung von zelladhäsiven Implantatoberflächen mit dem Ziel einer Verbesserung des Einwachsens von Ti-Implantaten darstellt. Darüber hinaus konnte für die PPAAm-Beschichtung gezeigt werden, dass Variationen in den Plasmaprozessparametern zu Unterschieden in den physikochemischen Eigenschaften und den daraus resultierenden In-vivo-Gewebsreaktionen führen. Die Ergebnisse der Arbeit wurden in vier wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht (Walschus et al. 2011 J Microsc 242:94–99; Schröder et al. 2010 J Adh Sci Technol 24:1191–1205; Hoene et al. 2010 Acta Biomater 6:676–683; Walschus et al. 2012 J Mater Sci Mater Med 23:1299–1307).
Das Prostatakarzinom ist einer der häufigsten malignen Tumoren des Mannes, für dessen Behandlung verschiedene Therapieoptionen zu Verfügung stehen. Aufgrund steigender Inzidenzzahlen und Sterbefälle ist das Verständnis der Pathophysiologie und biochemischer Zusammenhänge dieser Erkrankung für die Entwicklung neuer Ansätze in Therapie und Prävention von entscheidender Bedeutung.
Der Einfluss von PC-1 (Isoform 1 des Tumorproteins D52) auf die Proliferation, Tumorprogression und Entwicklung eines kastrationsresistenten Karzinoms unter Androgen-ablativer Therapie ist bekannt, genauere Mechanismen sind jedoch bis heute nicht vollständig geklärt. Durch Pulldown-Experimente aus Vorarbeiten wurde die Arginase-1 als möglicher Interaktionspartner von PC-1 identifiziert. Dieses Enzym fördert durch Bildung von Polyaminvorläufern und immunsupprimierende Eigenschaften die Proliferation in verschiedenen Tumorgeweben und ist wie PC-1 auch im Prostatakarzinom überexprimiert.
Zur Charakterisierung des Enzyms Arginase-1 und dessen Rolle im Argininmetabolismus des Prostatakarzinoms wurden Expressionsprofile beider Arginase-Isoformen sowie weiterer Enzyme des Argininstoffwechsels (ASSY, OTC, OAT) in LNCaP-Zellen unter verschiedenen Kultivierungsbedingungen nach 3, 7 und 11 Tagen bestimmt. Die Quantifizierung von mRNA und Proteinen zeigte verringerte Expressionen von Arginase-1, Arginase-2 und PC-1 unter Androgenablation sowie erhöhte Expressionen unter Einfluss des synthetischen Steroid-hormons R1881. Die Werte der Enzymaktivitätsbestimmung der Arginase bestätigten diese Ergebnisse. In stabil transfizierten LNCaP-PC-1-Zellen wurde gezeigt, dass allein die Überexpression von PC-1 zu leicht erhöhten Expressionen beider Arginase-Isoformen führt.
Mit Hilfe von Zellfraktionierung und Immunfluoreszenzfärbungen konnten die intrazellulären Lokalisationen der untersuchten Proteine bestimmt werden. Die Arginase-1 wurde sowohl im Zytoplasma als auch im Kern detektiert, während PC-1 und andere Enzyme des Arginin-stoffwechsels vorwiegend im Zellplasma nachgewiesen werden konnten. Eine Kolokalisation zwischen Arginase-1 und PC-1 würde dementsprechend nur im Zytoplasma der Zellen erwartet werden. Mit Hilfe von Kolokalisationsanalysen anhand von Immunfluoreszenz-aufnahmen und der Co-Immunpräzipitation konnte eine Interaktion zwischen PC-1 und Arginase-1 verifiziert werden.
Diese Erkenntnisse zur Arginase-1 sowie weitere, notwendige Untersuchungen einer potenziellen, möglicherweise synergistischen Interaktion mit PC-1 im Zusammenhang mit Proliferation und Tumorprogression des Prostatakarzinoms könnten neue Therapieansätze ermöglichen.
Introduction
Proteasome inhibition is first line therapy in multiple myeloma (MM). The immunological potential of cell death triggered by defects of the ubiquitin-proteasome system (UPS) and subsequent perturbations of protein homeostasis is, however, less well defined.
Methods
In this paper, we applied the protein homeostasis disruptors bortezomib (BTZ), ONX0914, RA190 and PR619 to various MM cell lines and primary patient samples to investigate their ability to induce immunogenic cell death (ICD).
Results
Our data show that while BTZ treatment triggers sterile type I interferon (IFN) responses, exposure of the cells to ONX0914 or RA190 was mostly immunologically silent. Interestingly, inhibition of protein de-ubiquitination by PR619 was associated with the acquisition of a strong type I IFN gene signature which relied on key components of the unfolded protein and integrated stress responses including inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), protein kinase R (PKR) and general control nonderepressible 2 (GCN2). The immunological relevance of blocking de-ubiquitination in MM was further reflected by the ability of PR619-induced apoptotic cells to facilitate dendritic cell (DC) maturation via type I IFN-dependent mechanisms.
Conclusion
Altogether, our findings identify de-ubiquitination inhibition as a promising strategy for inducing ICD of MM to expand current available treatments.
Glutaredoxine (Grxs) gehören zur Enzymgruppe der Oxidoreduktasen und sind Teil der Thioredoxin-Familie. Grxs katalysieren die reversible (De-)Glutathionylierung von Proteinen und die Reduktion von Protein-Disulfiden. Diese Aktivitäten sind entscheidend für diverse redoxvermittelte Signaltransduktionsprozesse in den verschiedenen Kompartimenten der Zelle. Zudem werden sie im Zusammenhang mit der neuronalen Entwicklung, neurodegenerativen Erkrankungen und der Krebsentstehung und -progression gesehen. Säugetiergenome kodieren vier Grxs (Grx1, Grx2, Grx3 und Grx5) mit zytosolischer, nukleärer oder mitochondrieller Lokalisation. Von humanem Grx2 wurden bisher drei Isoformen charakterisiert. Das mitochondrielle Grx2a wird ubiquitär exprimiert, während die nukleären und zytosolischen Isoformen Grx2b und Grx2c ein Vorkommen in Testes und Krebszellen aufweisen. Grx2c ist an der Aussprossung von Axonen beteiligt und daher entscheidend für die Hirnentwicklung. Die Überexpression von Grx2c in HeLa-Zellen führt zu einem elongierten Phänotyp mit filopodienartigen Ausläufern, der in vorangegangenen Studien gut beschrieben wurde. Als potentielles Ziel der Grx2c-Wirkung wurde das Collapsin response mediator protein 2 (CRMP2) identifiziert. In der Tat konnte ein Thiol-Disulfid-Schalter in CRMP2 ermittelt werden. Grx2c wurde als spezifische Reduktase identifiziert, während MICALs (molecule(s) interacting with CasL) als potentielle Oxidasen dieses Schalters vermutet werden. Basierend auf diesen vorangegangenen Ergebnissen erarbeiteten wir die Hypothese, dass der Thiol-Disulfid-Schalter in CRMP2 die Interaktion des Proteins mit Regulatoren der Aktinpolymerisation und -verzweigung (das heißt Sra1/Cyfip1 und wave regulatory complex) kontrolliert und dadurch die Dynamik des Zytoskeletts beeinflusst. Hauptsächliches Ziel der Arbeit war die Überprüfung dieser Hypothese. Besonders die Protein-Protein-Interaktionen und deren Abhängigkeit vom CRMP2-Redoxstatus sollten untersucht werden. Unter Verwendung von HeLa-Zellen und Grx2c-exprimierenden HeLa-Zellen (HeLa-Grx2c-Zellen) konnte mittels Immunopräzipitation und unter Verwendung quervernetzender Substanzen keine direkte Interaktion zwischen Sra1/Cyfip1 und CRMP2 festgestellt werden. Es zeigte sich jedoch eine Co-Immunopräzipitation von Sra1/Cyfip1 und MICAL2, was für eine direkte Interaktion der beiden Proteine spricht. Des Weiteren fanden sich bei Betrachtung von Bandenmustern nach in vivo Quervernetzung Anhaltspunkte für eine indirekte Interaktion von CRMP2 und MICAL2. Die Auswertung von Western Blots ergab teils deutliche kompensatorische Änderungen im Expressionsmuster der untersuchten Proteine bei Überexpression von Grx2c in HeLa-Zellen. So kam es zur Erhöhung der Sra1- und Beta-Aktin-Menge, während sich die MICAL2-Menge in der Zelle verringerte. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse wurde ein neues Modell erstellt, welches auf einer indirekten Interaktion von CRMP2, MICAL2 und Sra1/Cyfip1 via Plexin A (Teil des Semaphorin3A-Rezeptors) beruht. In diesem Modell wirken MICAL2 über Oxidation und Grx2c über Reduktion von CRMP2, was zu konformationellen Änderungen des CRMP2s führt. Die oxidierte, geschlossene Konformation inhibiert Sra1 über Bindung an MICAL2, während die reduzierte, offenere Konformation zu einer Freigabe und Aktivierung von Sra1 führt und letztendlich in der Aktinpolymerisation und -verzweigung mündet. Dieser Mechanismus hat eine entscheidende Bedeutung in der Pathogenese verschiedenster Krebserkrankungen und neurodegenerativer Erkrankungen. Die weitere Beleuchtung der Rolle des Redoxschalters in CRMP2 und die genaue Kenntnis dessen Involvierung in spezifische Signalwege wie der Sema3A-Signalkaskade, basierend auf dem neu erstellten Modell, könnten zukünftig bei der Verwirklichung gezielter pharmakologischer Therapien gegen Krebserkrankungen und neurodegenerative Erkrankungen eingesetzt werden.