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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.
Tissue sections, which are widely used in research and diagnostic laboratories and have already been examined by immunohistochemistry (IHC), may subsequently provide a resource for proteomic studies, even though only small amount of protein is available. Therefore, we established a workflow for tandem mass spectrometry-based protein profiling of IHC specimens and characterized defined brain area sections. We investigated the CA1 region of the hippocampus dissected from brain slices of adult C57BL/6J mice. The workflow contains detailed information on sample preparation from brain slices, including removal of antibodies and cover matrices, dissection of region(s) of interest, protein extraction and digestion, mass spectrometry measurement, and data analysis. The Gene Ontology (GO) knowledge base was used for further annotation. Literature searches and Gene Ontology annotation of the detected proteins verify the applicability of this method for global protein profiling using formalin-fixed and embedded material and previously used IHC slides.
Summary Prostate cancer (PCa) is the most common type of cancer found in men from western countries and is the leading cancer death next to lung cancer and colorectal cancer. Proteomic studies on PCa identified a number of differentially expressed proteins and some of them were reported as potential markers, but clinical application of these markers is mostly missing. Most of the expression profiling studies have been carried out on radical prostatectomy specimens, formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissue sections, serum, urine and prostate fluids. To define the protein expression pattern of prostate biopsies, in the present study we investigated biopsy samples from benign prostate hyperplasia (BPH) and PCa patients by two-dimensional gel electrophoresis (BPH n=11 and PCa n=12) and mass spectrometry to identify potential biomarkers which might distinguish the two clinical situations. 2-DE results revealed 88 protein spots expressed differentially among hyperplasia and cancer groups with statistical significance. Interesting spots were analyzed by MALDI-TOF-MS-MS and 79 different proteins identified. The important proteins identified included, Prohibitin and NDRG1 tumor suppressor proteins, HSPs, cytoskeletal proteins, enzymes like DDAH1 and ALDH2. Prohibitin expression was investigated in detail at mRNA level and protein level using immunohistochemistry on prostatectomized specimens. We found that the level of mRNA for prohibitin correlates with the increased amount of protein indicating the involvement of changes at transcriptional level. Furthermore, immunohistochemistry revealed no staining in BPH, moderate staining in prostate intraepithelial neoplasia (PIN) and strong staining in PCa. From the list of differentially proteins compared to PCa, TPD52 is over expressed in prostate cancer and also mRNA estimation by real-time PCR confirmed over expression of TPD52 at transcriptional level in cancer. TPD52 is a protein over expressed in prostate and breast cancer due to gene amplification but its exact physiological function is not investigated in detail. In the present study, we explored the responsiveness of LNCaP cells after dysregulation of TPD52 expression. Transfection of LNCaP cells with specific shRNA giving efficient knockdown of TPD52 resulted in a significant cell death of the carcinoma LNCaP cells. As evidenced by the activation of caspases (caspase-3 and -9) and by the loss of mitochondrial membrane potential, cell death occurs due to apoptosis. The disruption of the mitochondrial membrane potential indicates that TPD52 acts upstream of the mitochondrial apoptotic reaction. To study the effect of TPD52 expression on cell proliferation, LNCaP cells were either transfected with EGFP-TPD52 or a specific shRNA. EGFP-TPD52 overexpressing cells showed an increased proliferation rate whereas TPD52-depleted cells showed a reverse effect. Additionally, we demonstrated that the exogenous expression of TPD52 promotes cell migration via ávâ3 integrin in prostate cancer cells through the activation of protein kinase B (PKB/Akt) pathway. In an attempt to identify new interacting proteins for TPD52, GST pulldown assays provided evidence for the physical interaction between TPD52 and Prx1 in LNCaP cells. Further, immunoprecipitation results confirmed this interaction. Our results demonstrates that protein profiling and mRNA studies can be performed on prostate biopsies. Moreover, our study revealed a significant up-regulation of prohibitin in prostate cancer compared to BPH which may be a potential marker to distinguish PCa and BPH. From the results for functional characterization of TPD52, we conclude that TPD52 plays an important role in various molecular events particularly in morphological diversification and dissemination of PCa. It may be a promising target to investigate further in detail to develop new therapeutic strategies to treat PCa patients. Caspases represent a family of cysteine proteases that are regarded as central executioners of apoptotic cell death. Activation of caspase cascade is an essential prerequisite in the induction of apoptosis in cellular systems. So far, in many tumors caspases were shown to be downregulated while anti-apoptotic Bcl-2 is up-regulated. To get insight in their putative role in PCa progression we determined the expression of caspase-1, uncleaved caspases 3 and 6, cleaved (activated) caspases 3 and 6, caspase-9 and antiapoptotic protein Bcl-2 in benign prostate epithelium (BPE) and prostate carcinoma. In the current study 20 prostates were obtained from patients undergoing radical prostatectomy due to PCa. Paraffin embedded prostate whole mounts were cut at (4 µm) and investigated immunohistochemically using anti-mouse monoclonal antibodies directed against caspases 1 and 9, uncleaved caspases 3 and 6, cleaved caspases 3 and 6, and Bcl-2. In BPE all caspases were localized in the cytoplasm of glandular cells. Comparing BPE to PCa, no differences were found for caspase-1, uncleaved caspases 3 and 6 as well as caspase-9. Immunostaining for cleaved caspases 3 and 6, however, revealed a statistically significant reduction in PCa compared to non-neoplastic tissue. Whereas in BPE Bcl-2 protein was detected in the basal compartment of epithelial gland cells no immunostaining was seen in PCa. As our results show a decreased amount of activated caspases may be due to the alterations of posttranslational cleavage rather than expression of caspases 3 and 6. This suggests that the modification in their activation pathway could play an important role during PCa progression.
Untersuchungen zur Wirkung von miRNAs stehen im Fokus der aktuellen Forschungen, besonders aufgrund ihrer wichtigen regulatorischen Funktion bei der Biosynthese von Proteinen. Durch die Korrelation mit der Karzinomentwicklung und den Tumorstadien rücken miRNAs als prognostische Biomarker in den Vordergrund.
Mit dieser Arbeit wurden der Einfluss der miR-4417 als pro- oder antionkogen wirkende miRNA auf das Prostatakarzinom und dessen Auswirkungen auf die Proteinbiosynthese untersucht. Hierzu wurde die miR-4417 mittels Transfektion in 4 verschiedenen Prostatakarzinom- Zelllinien überexprimiert. Die Quantifizierung erfolgte unter Anwendung der sogenannten stem loop RT-qPCR. Die modulierten Proteommuster der Zelllinien wurden quantitativ und qualitativ verglichen. Dabei fanden gelbasierte und gelfreie Methoden unter Beachtung statistischer Kriterien Verwendung. Bei der Analyse der 2D-Gele wurden ca. 1600 Spots detektiert und quantifiziert. Zellspezifisch ergaben sich zwischen 40 und 60 differentielle Expressionen. Mithilfe der Massenspektrometrie wurden die Peptide nach tryptischem Verdau analysiert und die Proteine identifiziert. Die Verifizierungen von ausgewählten, differenziell exprimierten Proteinen wurden mittels Westernblot durchgeführt.
Die Expression des Androgenrezeptors war unter miR-4417 Einfluss in den beiden kastrationsresistenten Zelllinien gemindert, ebenso wie die Isoform 1 des Tumorproteins D52. Dies lässt eine antionkogene Wirkung der miR-4417 vermuten. Im Gegensatz dazu war die Expression von Peroxiredoxin 3 erhöht. Da dieses Protein zu einer Resistenz von Zellen gegen die H2O2 induzierte Apoptose führt und somit Krebszellen einen Überlebensvorteil verschafft, besteht in diesem Zusammenhang der Verdacht auf einen proonkogenen Effekt der miR-4417. Auch bei weiteren untersuchten Proteinen wie dem Voltage-dependent anion-selective channel protein 1 oder dem Poly(U)-binding-splicing factor PUF60 ergaben sich zum Teil gegensätzliche Expressionen. In weiteren Untersuchungen könnte geklärt werden, ob die pro- oder antionkogenen Eigenschaften dieser miRNA überwiegen oder ob möglicherweise bestimmte Einflussfaktoren bestehen, die dazu führen. Eventuell existieren der miR-4417 vorgeschaltete Regulationsmechanismen, die dessen gewebespezifische Wirkung beeinflussen.
Insgesamt ist mithilfe dieser Arbeit deutlich geworden, dass die miR-4417 eine bedeutende regulatorische Rolle in Bezug auf die Progression des Prostatakarzinoms einnimmt und somit einen wichtigen Ansatzpunkt für die weitere Krebsforschung darstellten könnte. Eine miRNA getriggerte Krebstherapie könnte auf Basis umfangreicher Forschungsdaten als alternative Methode Anwendung finden.
The human pathogen Clostridioides difficile has evolved into the leading cause of nosocomial diarrhea. The bacterium is capable of spore formation, which even allows survival of antibiotic treatment. Although C. difficile features an anaerobic lifestyle, we determined a remarkably high oxygen tolerance of the laboratory reference strain 630Δerm. A mutation of a single nucleotide (single nucleotide polymorphism [SNP]) in the DNA sequence (A to G) of the gene encoding the regulatory protein PerR results in an amino acid substitution (Thr to Ala) in one of the helices of the helix-turn-helix DNA binding domain of this transcriptional repressor in C. difficile 630Δerm. PerR is a sensor protein for hydrogen peroxide and controls the expression of genes involved in the oxidative stress response. We show that PerR of C. difficile 630Δerm has lost its ability to bind the promoter region of PerR-controlled genes. This results in a constitutive derepression of genes encoding oxidative stress proteins such as a rubrerythrin (rbr1) whose mRNA abundance under anaerobic conditions was increased by a factor of about 7 compared to its parental strain C. difficile 630. Rubrerythrin repression in strain 630Δerm could be restored by the introduction of PerR from strain 630. The permanent oxidative stress response of C. difficile 630Δerm observed here should be considered in physiological and pathophysiological investigations based on this widely used model strain.
IMPORTANCE The intestinal pathogen Clostridioides difficile is one of the major challenges in medical facilities nowadays. In order to better combat the bacterium, detailed knowledge of its physiology is mandatory. C. difficile strain 630Δerm was generated in a laboratory from the patient-isolated strain C. difficile 630 and represents a reference strain for many researchers in the field, serving as the basis for the construction of insertional gene knockout mutants. In our work, we demonstrate that this strain is characterized by an uncontrolled oxidative stress response as a result of a single-base-pair substitution in the sequence of a transcriptional regulator. C. difficile researchers working with model strain 630Δerm should be aware of this permanent stress response.
Class I and class II glutaredoxins (Grxs) are glutathione (GSH)-dependent proteins, that function as oxidoreductases (class I) or mediate cellular iron trafficking (class II). Some members of class I Grxs like human Grx2 are able to complex a [2Fe-2S] cluster and form a dimeric holo complex, which renders them catalytically inactive and is the basis for their function as redox sensors. Class II Grxs like human Grx5 also complex [2Fe-2S] clusters, however these proteins transfer the clusters to other proteins. Both functionally distinct classes share a similar thioredoxin fold and conserved interaction sites for the non-covalently binding of GSH, which is required to complex the [2Fe-2S] cluster. Furthermore, the proteins from both classes contain a highly nucleophilic active site cysteine that would allow both classes to catalyze GSH-dependent oxidoreduction reactions. Despite of these similar features, only class I Grxs are able to form a mixed disulfide with GSH and to reversibly transfer it to protein thiols (de-/glutathionylation). Interestingly, neither class I Grxs nor class II Grxs can effectively compensate the loss of an essential member of the other class. Even though some structural differences were described earlier, the basis for their different functions remained unknown. In particular, the lack of catalytic activity of class II Grxs as oxidoreductases could not be explained. Here, we demonstrate that the different conformations of a conserved lysyl side chain are the molecular determinant of the oxidoreductase or Fe-S transfer activity of class I and II Grxs, respectively. A specific loop structure that is conserved in all class II Grxs determines one lysyl conformation that prevents the formation of a mixed disulfide of the active site cysteinyl thiol with GSH. Using engineered mutants of hGrx2 and hGrx5, we demonstrated that the exchange of the distinct loop between the classes results in a loss of oxidoreductase function of class I hGrx2 and the gain of oxidoreductase activity of class II hGrx5. The altered GSH binding mode also profoundly changes the [2Fe-2S] cluster binding of the engineered mutants and thereby also influences stability of the holo complexes, a pre-determinant for [Fe-S] cluster transfer activity. With the minor shift of 2 Å in a conserved lysyl side chain orientation we were not only able to modify the catalytic activity of two small human mitochondrial proteins, but on a much larger scale also provided evidence for the previously unknown structural basis that determines the function of all class I and class II Grxs.
The oxidoreductase activity of hGrx2 was also analyzed in vivo in a model of doxorubicin cell toxicity. Applying a mass spectrometrical approach, we identified various mitochondrial proteins as targets for redox regulation. Furthermore, our results gave reason to reconsider some common assumptions regarding doxorubicin-induced apoptosis and the protective function of mitochondrial Grx2.
I have investigated the role played by reactive oxygen species (ROS) generated by the phagocyte NADPH oxidase system in the innate immune response. I first looked at effector functions by asking whether ROS released from phagocytes might be effective in the killing of extracellular bacteria. Since bacteria can be killed in many other ways – for example by proteases or by cationic peptides – I made use of the recently demonstrated capacity of ROS to remove discontinuities from the surface of gold as the basis of an in vivo assay for extracellular ROS. Unlike bacterial killing, this readout system is not affected by enzymes, cationic peptides or other biological anti-bacterial agents. By this means I was able to use wild type mice and a congenic strain which lacks the gene coding for the gp91 subunit of the phagocyte NADPH oxidase to demonstrate that ROS generated by the NADPH oxidase system are indeed found outside the cells during an inflammation in vivo and that their principle source is neutrophil granulocytes rather than tissue macrophages. Since ROS released by these cells will be non-specific in its action it is to be expected that the releasing cell will itself suffer considerable damage. This fits well to the known short life of activated neutrophils and may explain the established fact that their death is dependent on the NADPH oxidase system. The long lived macrophages, in contrast, restrict their production of extracellular ROS. ROS are increasingly being found to be involved in both intra and intercellular signalling processes I looked for an involvement of NADPH oxidase derived ROS in the recruitment of neutrophils to sites of inflammation in vivo. Since the gene coding for the gp91 subunit of the NADPH oxidase is on the X chromosome I made use of a mosaic expression strategy based on X chromosomal inactivation. The results show that indeed ROS serves as a component of the neutrophil recruitment process in the critical early stages of an infection. Possible mechanisms are explored.
Im Rahmen der Karlsburger Typ-1-Diabetes-Risikostudie wurden 11.986 Schulkinder in einem kombinierten Screening auf die diabetes-assoziierten Autoantikörper (AAk) GADA, IAA und IA-2A mittels Radioliganden-Bindungsassays untersucht, AAk-positive Probanden HLA-DQB1 genotypisiert und hinsichtlich der Entwicklung eines Typ-1-Diabetes mellitus (T1DM) über fast 20 Jahre beobachtet. Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass ein Screening auf diese biochemisch definierten AAk das T1DM-Risiko in der Allgemeinbevölkerung ebenso gut differenzieren kann, wie dies bereits in anderen Studien bei Probanden mit einer genetischen Prädisposition beschrieben wurde. Die starke positive Assoziation der AAk mit immungenetischen diabetes-assoziierten Risikomarkern (HLA-DQB1*0302 und/oder *02) konnte in der vorliegenden Studie auch für die Allgemeinbevölkerung bestätigt werden. Positivität für multiple diabetes-assoziierte AAk hatte das größte kumulative T1DM-Risiko und ist vergleichbar mit Ergebnissen von Studien bei erstgradigen Verwandten. Die Ergebnisse konnten außerdem zeigen, dass Studien, welche Probanden aufgrund genetischer Vorselektion rekrutierten, eine substantielle Anzahl der im Rahmen der Karlsburger Typ-1-Diabetes-Risikostudie manifestierten Kinder übersehen hätten. Diabetes-assoziierte HLA-DQB1-Allele hatten zwar eine hohe Sensitivität, aber nur eine geringe Spezifität zur Identifizierung von späteren Diabetikern in dieser Kohorte. Das AAk-Screening mit Nachweis von multipler AAk-Positivität war somit mit hoher Sensitivität und Spezifität zur Identifizierung von Diabetikern der Analyse der HLA-DQB1-Risikoallele bei AAk-positiven Probanden überlegen. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass ein kombiniertes Populationsscreening auf die diabetes-assoziierten Autoantikörper geeignet ist, um Probanden aus der Allgemeinbevölkerung mit höchstem T1DM-Risiko für Präventionsprogramme zu identifizieren. Dies könnte, sobald sichere und effektive Strategien zur Prävention des T1DM zur Verfügung stehen, zum Beispiel im Rahmen der gesetzlichen Vorsorgeuntersuchungen im Kleinkindalter flächendeckend realisiert werden.
Vorhofflimmern ist die häufigste Herzrhythmusstörung des Menschen. Die Generierung neuen Wissens über Prozesse der Zellregulation und Zellkommunikation kann unser Verständnis über zugrundeliegende Pathomechanismen dieser Erkrankung erweitern und bei der Entwicklung neuer Therapiestrategien helfen. Diese Phosphoproteom-Analyse beschreibt Veränderungen des Phosphorylierungsstatus von Proteinen in HL-1 Kardiomyozyten in Abhängigkeit verschiedener Rapid Atrial Pacing (RAP) Stimulationsprotokolle. Um den Einfluss von Regenerationsphasen, wie es sie z. B. auch beim paroxysmalen Vorhofflimmern gibt, auf den Phosphorylierungsstatus von Proteinen zu untersuchen, wurden die Zellen nicht nur kontinuierlich, sondern auch in Intervallen RAP-stimuliert. Insgesamt konnten in dieser Arbeit 9626 Phosphorylierungen in 3463 Proteinen identifiziert werden, von denen 295 Phosphorylierungen in 261 Proteinen signifikant verändert waren. Stark veränderte Phosphorylierungen konnten z. B. in den Proteinen DOCK7 und MARK2 für kontinuierlich stimulierte HL-1 Zellen und OBSCN und JPH2 für Intervall-stimulierte HL-1 Zellen gefunden werden. Neben spezifisch regulierten Proteinphosphorylierungen konnten auch solche beschrieben werden, deren Regulation für kontinuierliches bzw. Intervall-RAP identisch waren (Overlap). Vertreter dieser Gruppe waren z. B. Phosphorylierungen der Proteine KCNH2 und ABLIM3. Eine Vielzahl beobachteter Unterschiede bezüglich der Richtung und Stärke der Regulation von Proteinphosphorylierungen zwischen kontinuierlich und Intervall- stimulierten HL-1 Zellen ist dabei ein deutliches Indiz für einen bestehenden Einfluss der Regenerationsphasen auf die Modulation zellulärer Signalwege. Bei der Zuordnung veränderter Protein-Phosphorylierungen zu definierten Signalwegen zeigte sich das Netrin-Signaling als signifikantes Beispiel für Signalwege, die sowohl bei kontinuierlich als auch bei Intervall-stimulierten HL-1 Zellen einer Modulation unterliegen. Veränderungen in der Regulation der Proteinphosphorylierung bzw. der Proteinexpression konnten dabei vor allem in einem bestimmten Teil des Signalweges identifiziert werden, an dem die Proteine Netrin, DCC-Rezeptor, NCK, RAC und ABLIM beteiligt sind.