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Thioredoxin 1 and thioredoxin 2 have opposed regulatory functions on hypoxia-inducible factor-1α
(2007)
Hypoxia inducible factor 1 (HIF-1), a key regulator for adaptation to hypoxia, is composed of HIF-1alpha and HIF-1beta. In this study, we present evidence that overexpression of mitochondria-located thioredoxin 2 (Trx2) attenuated hypoxia-evoked HIF-1alpha accumulation, whereas cytosolic thioredoxin 1 (Trx1) enhanced HIF-1alpha protein amount. Transactivation of HIF-1 is decreased by overexpression of Trx2 but stimulated by Trx1. Inhibition of proteasomal degradation of HIF-1alpha in Trx2-overexpressing cells did not fully restore HIF-1alpha protein levels, while HIF-1alpha accumulation was enhanced in Trx1-overexpressing cells. Reporter assays showed that cap-dependent translation is increased by Trx1 and decreased by Trx2, whereas HIF-1alpha mRNA levels remained unaltered. These data suggest that thioredoxins affect the synthesis of HIF-1alpha. Trx1 facilitated synthesis of HIF-1alpha by activating Akt, p70S6K, and eIF-4E, known to control cap-dependent translation. In contrast, Trx2 attenuated activities of Akt, p70S6K, and eIF-4E and provoked an increase in mitochondrial reactive oxygen species production. MitoQ, a mitochondria specific antioxidant, reversed HIF-1alpha accumulation as well as Akt activation under hypoxia in Trx2 cells, supporting the notion of translation control mechanisms in affecting HIF-1alpha protein accumulation.
Sphingosylphosphorylcholine (SPC) is a bioactive lipid that binds to G protein-coupled-receptors and activates various signaling cascades. Here, we show that in renal mesangial cells, SPC not only activates various protein kinase cascades but also activates Smad proteins, which are classical members of the transforming growth factor-β (TGFβ) signaling pathway. Consequently, SPC is able to mimic TGFβ-mediated cell responses, such as an anti-inflammatory and a profibrotic response. Interleukin-1β-stimulated prostaglandin E2 formation is dose-dependently suppressed by SPC, which is paralleled by reduced secretory phospholipase A2 (sPLA2) protein expression and activity. This effect is due to a reduction of sPLA2 mRNA expression caused by inhibited sPLA2 promoter activity. Furthermore, SPC upregulates the profibrotic connective tissue growth factor (CTGF) protein and mRNA expression. Blocking TGFβ signaling by a TGFβ receptor kinase inhibitor causes an inhibition of SPC-stimulated Smad activation and reverses both the negative effect of SPC on sPLA2 expression and the positive effect on CTGF expression. In summary, our data show that SPC, by mimicking TGFβ, leads to a suppression of proinflammatory mediator production and stimulates a profibrotic cell response that is often the end point of an anti-inflammatory reaction. Thus, targeting SPC receptors may represent a novel therapeutic strategy to cope with inflammatory diseases.
Low concentrations of oxidized low density lipoprotein (OxLDL) are cytoprotective for phagocytes, although the underlying mechanisms remain unclear. We investigated signaling pathways used by OxLDL to attenuate apoptosis in monocytic cells. OxLDL at 25–50 μg/ml inhibited staurosporine-induced apoptosis in THP-1 cells and mouse peritoneal macrophages, and it was cytoprotective in human primary monocytes upon serum withdrawal. Attenuated cell demise was reversed by blocking extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling. Translocation of cytochrome c to the cytosol was attenuated by OxLDL, which again demanded ERK signaling. Analysis of Bcl-2 family proteins revealed phosphorylation of Bad at serine 112 as well as ERK-dependent inhibition of Mcl-1 degradation. Although the formation of reactive oxygen species (ROS) is an established signal generated by OxLDL, ROS scavengers did not interfere with cell protection by OxLDL. Thus, activation of the ERK signaling pathway by OxLDL is important to protect phagocytes from apoptosis.
Clear native electrophoresis and blue native electrophoresis are microscale techniques for the isolation of membrane protein complexes. The Coomassie Blue G-250 dye, used in blue native electrophoresis, interferes with in-gel fluorescence detection and in-gel catalytic activity assays. This problem can be overcome by omitting the dye in clear native electrophoresis. However, clear native electrophoresis suffers from enhanced protein aggregation and broadening of protein bands during electrophoresis and therefore has been used rarely. To preserve the advantages of both electrophoresis techniques we substituted Coomassie dye in the cathode buffer of blue native electrophoresis by non-colored mixtures of anionic and neutral detergents. Like Coomassie dye, these mixed micelles imposed a charge shift on the membrane proteins to enhance their anodic migration and improved membrane protein solubility during electrophoresis. This improved clear native electrophoresis offers a high resolution of membrane protein complexes comparable to that of blue native electrophoresis. We demonstrate the superiority of high resolution clear native electrophoresis for in-gel catalytic activity assays of mitochondrial complexes I–V. We present the first in-gel histochemical staining protocol for respiratory complex III. Moreover we demonstrate the special advantages of high resolution clear native electrophoresis for in-gel detection of fluorescent labeled proteins labeled by reactive fluorescent dyes and tagged by fluorescent proteins. The advantages of high resolution clear native electrophoresis make this technique superior for functional proteomics analyses.
Proton pumping respiratory complex I is a major player in mitochondrial energy conversion. Yet little is known about the molecular mechanism of this large membrane protein complex. Understanding the details of ubiquinone reduction will be prerequisite for elucidating this mechanism. Based on a recently published partial structure of the bacterial enzyme, we scanned the proposed ubiquinone binding cavity of complex I by site-directed mutagenesis in the strictly aerobic yeast Yarrowia lipolytica. The observed changes in catalytic activity and inhibitor sensitivity followed a consistent pattern and allowed us to define three functionally important regions near the ubiquinone-reducing iron-sulfur cluster N2. We identified a likely entry path for the substrate ubiquinone and defined a region involved in inhibitor binding within the cavity. Finally, we were able to highlight a functionally critical structural motif in the active site that consisted of Tyr-144 in the 49-kDa subunit, surrounded by three conserved hydrophobic residues.
Grundlage der hier vorliegenden retrospektiven Studie stellen alle in der Zeit von März bis Oktober 2004 an den Städtischen Kliniken Frankfurt-Höchst zur Geburt aufgenommenen 102 Patientinnen mit der Diagnose Gestationsdiabetes (GDM) und ihrer gleichstarken Kontrollgruppe dar. In beiden Gruppen kamen jeweils 102 Kinder auf die Welt. Die Untersuchung erstreckte sich darauf, innerhalb der beiden Gruppen fetales Outcome, Unterschiede und Risikofaktoren, die für einen GDM prädisponieren, herauszuarbeiten. Keine Auffälligkeiten ergaben sich bei mütterlichem Alter und Herkunft der Patientinnen. Die Gestationsdiabetikerinnen hatten im Mittel ein höheres Körpergewicht sowie einen höheren BMI vor und nach der Schwangerschaft. Die Gewichtszunahme während der Schwangerschaft war dagegen in der Kontrollgruppe mit 20,3 % höher als in der GDM-Gruppe (16,3 %). Hinsichtlich der Fehlgeburtenrate, der Anzahl an vorherigen Geburten, der Schwangerschaftsdauer und der Frühgeburtlichkeit konnten wir keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen feststellen. Bestätigen konnten wir jedoch den Risikofaktor „familiärer Diabetes“. In der GDM-Gruppe gaben 30,6 % der Patientinnen eine positive familiäre Diabetesanamnese an gegenüber 6,9 % in der Kontrolle. Beim Entbindungsmodus fiel in der GDM-Gruppe eine erhöhte Anzahl an sekundären Sectiones mit 20,6 % gegenüber 6,9 % in der Kontrollgruppe auf. Betrachtet man die Gruppe der adipösen Gestationsdiabetikerinnen separat, so fiel ebenfalls eine erhöhte Anzahl an Schnittentbindungen auf. Den in der Literatur beschriebenen Trend zur Schnittentbindung bei GDM bzw. Adipositas können wir somit in unserer Studie bestätigen. Die primäre Sectiorate bei makrosomen Kindern der GDM-Gruppe war mit 52,9 % ebenfalls erhöht. Geburtstraumata wie Schulterdystokien und Plexusschäden fielen bei keinem der untersuchten Kinder auf. Erhöhte Verlegungsraten in die Kinderklinik und somit ein schlechteres fetales Outcome ergaben sich bei Gestationsdiabetikerinnen mit erhöhtem Alter (> 34 Jahren), osteuropäischer und asiatischer Herkunft, erhöhtem BMI (> 30 kg/m²) vor und nach Schwangerschaft sowie starker Gewichtszunahme (> 30 %) während der Schwangerschaft. Tendenziell erhöhte Verlegungsraten in der GDM-Gruppe fanden sich bei Mehrgravida und bei Frauen mit mehr als einer Fehlgeburt in der geburtshilflichen Anamnese. Die Neugeborenen der beiden Gruppen unterschieden sich nicht hinsichtlich Geschlecht, Körperlänge, Körpergewicht, Kopfumfang, pH-Wert, Base Excess und Fehlbildungsrate. Auffälligkeiten ergaben sich dagegen bei der Makrosomierate. 16,7 % der GDM-Kinder lagen über der 90. Perzentile, gegenüber 5,9 % der Kinder der Kontrollgruppe. Das Outcome unmittelbar nach Geburt war bei Neugeborenen gestationsdiabetischer Mütter öfter schlechter als bei Neugeborenen der Kontrolle. Dies wurde beim APGAR-Score deutlich. In den ersten 5 Minuten hatten 8 GDMKinder jeweils einen APGAR-Wert < 7 gegenüber nur einem Kind aus der Kontrolle. Bei 35,3 % der Neugeborenen diabetischer Mütter wurde eine Hypoglykämie ≤ 45 mg/dl innerhalb der ersten 3 Stunden nach Geburt gemessen. Hiervon stammen 41,7 % der Kinder von insulinär eingestellten Frauen. Als mütterliche Risikofaktoren, die eine Verlegung des Neugeborenen in die Kinderklinik wahrscheinlich machen, sind eine kurze Schwangerschaftsdauer, Adipositas und eine Insulintherapie bei Gestationsdiabetes aufzuführen. Insgesamt ist festzustellen, dass es Unterschiede zwischen gestationsdiabetischen und normoglykämischen Schwangeren gibt. Bestimmte Risikofaktoren stellen weiterhin eine Gefahr für das Neugeborene dar. Es gilt diese Unterschiede und Prädiktoren rechtzeitig zu erkennen und zu therapieren. Nur durch Aufklärung der Bevölkerung über den Gestationsdiabetes und Verschärfung der metabolischen Kontrolle in der Schwangerschaft, sowie frühzeitiges Erkennen prädisponierender Risikofaktoren für einen Gestationsdiabetes lässt sich für die Zukunft eine Angleichung der kindlichen Morbidität bei GDM an das Schwangerschaftsprodukt normoglykämisch Schwangerer erreichen.
Consequences of altered eicosanoid patterns for nociceptive processing in mPGES-1-deficient mice
(2007)
Cyclooxygenase-2 (COX-2)-dependent prostaglandin (PG) E2 synthesis in the spinal cord plays a major role in the development of inflammatory hyperalgesia and allodynia. Microsomal PGE2 synthase-1 (mPGES-1) isomerizes COX-2-derived PGH2 to PGE2. Here, we evaluated the effect of mPGES-1-deficiency on the noci-ceptive behavior in various models of nociception that depend on PGE2 synthesis. Surprisingly, in the COX-2-dependent zymosan-evoked hyperalgesia model, the nociceptive behavior was not reduced in mPGES-1-deficient mice despite a marked decrease of the spinal PGE2 synthesis. Similarly, the nociceptive behavior was unaltered in mPGES-1-deficient mice in the formalin test. Importantly, spinal cords and primary spinal cord cells derived from mPGES-1-deficient mice showed a redirection of the PGE2 synthesis to PGD2, PGF2α and 6-keto-PGF1α (stable metabolite of PGI2). Since the latter prostaglandins serve also as mediators of noci-ception they may compensate the loss of PGE2 synthesis in mPGES-1-deficient mice.