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The technique of site-specific fluorescence labelling with Tetramethylrhodaminemaleimide (TMRM) in combination with two electrode voltage-clamp technique (TEVC), an approach that has been named voltage clamp fluorometry (VCF), has been used in this work to study the Na,K-ATPase. The TMRM dye has the ability to attach covalently to cysteine residues and it responds to changes in the hydrophobicity of its local environment. We exploited this property using a construct of the Na-pump in which the native, extracellularly accessible cysteines were removed and cysteine residues were introduced by site-directed mutagenesis in specific positions of the Na-pump. In this way it was possible to detect site-specific conformational rearrangements of the Na-pump in a time-resolved fashion within a native membrane environment. In particular this technique allows to resolve reactions with low electrogenicity that cannot be satisfactorily analyzed with purely electrophysiological techniques and to identify the conformations of the enzyme under specific ionic composition of the measuring buffers. We used VCF to study the influence that several cations like Na+, K+, NMG+, TEA+ and BTEA+ exert on the distribution of the Na,K-ATPase between several enzymatic intermediates and on some of the reactions related to cation transport. To this end we utilized the mutants N790C in the loop M5-M6 and the mutant E307C, T309C, L311C and E312C in the loop M3-M4. From the correspondence of the fluorescence changes with the activation and inhibition of pumping current, by K+ and ouabain respectively, and from the fact that in Na+/Na+ exchange conditions the voltage distribution of charge movement and fluorescence changes evoked by voltage jumps are in reasonable agreement we conclude that through the fluorescence signals measured from these mutants, we can indeed monitor conformational changes linked to transport activity of the enzyme. For the mutants N790 and L311, it was found that the Na+ dependence of the amplitude and kinetics of the fluorescence signal associated with the E1P-E2P transition is in agreement with the prediction of an access channel model describing the regulation of the access of extracellular Na+ to its binding site. In particular for the mutants E307 and T309 it was found that in Na+/Na+ exchange conditions, the conformational change tracked by the fluorescence was much slower than the charge relaxation at hyperpolarized potentials while the kinetics was very similar at depolarized potentials. This implies that at hyperpolarized potentials the conformational change connected to the E1P-E2P transition does not give a large contribution to the electrogenicity of the process which is also consistent with the access channel model. On the mutant N790C it was found that the external pH does not seem to have any effect on the E1P-E2P equilibrium even if it seems to modulate the fluorescence quantum yield of the dye. Fluorescence quenching experiments with iodide and D2O indicate that at hyperpolarized potentials the local environment of the mutant N790C, experiences a small change in the accessibility to water without major changes in the local electrostatic field ...
Sodium proton antiporters are ubiquitous membrane proteins found in the cytoplasmic and organelle membranes of cells of many different origins, including plants, animals and microorganisms. They are involved in cell energetics, and play primary roles in the homeostasis of intracellular pH, cellular Na+ content and cell volume. Adaptation to high salinity and/or extreme pH in plants and bacteria or in human heart muscles requires the action of such Na+/H+ antiporters. NhaA is the essential Na+/H+ antiporter for pH and Na+ homeostasis (at alkaline pH) in Escherichia coli and many other enterobacteria. NhaA is an electrogenic Na+/H+ antiporter that exchanges 2H+ for 1Na+ (or Li+). NhaA shares with many other prokaryotic and eukaryotic antiporters a very strong dependence on pH. In order to achieve three-dimensional structure of NhaA, the previously described NhaA protein preparation was modified: (i) the wild type bacterial strain (TA16) used for homologous over-expression of NhaA was replaced with a delta nhaA strain (RK20). As a result, the purity and homogeneity of the sample was significantly improved; (ii) the previously two-step purification procedure was shortened to a single step affinity chromatography purification; (iii) a wide-range screening of crystallisation conditions, more than 20,000, was performed; (iv) a Seleno-L-methionine (SeMet) NhaA derivative was produced in order to solve the phases during structure determination. In parallel, attempts of production and crystallisation of co-complexes composed of NhaA and antibody fragments have been made. Four different monoclonal antibodies were available against NhaA. Selected antibody fragments were produced and the stability of the complex analysed. Here, the crystal structure of the pH down-regulated secondary transporter NhaA of Escherichia coli is presented at 3.45 Å resolution. A negatively charged ion funnel opens to the cytoplasm and ends in the middle of the membrane at the putative ion-binding site. There, a unique assembly of two pairs of short helices connected by crossed, extended chains creates a balanced electrostatic environment. A possible mechanism is proposed: the binding of charged substrates causes electric imbalance inducing movements, which allow for a rapid alternating access mechanism. This ion exchange machinery is regulated by a conformational change elicited by a pH signal perceived at the cytoplasmic funnel entry. The structure represents a novel fold that provides two major insights: it reveals the structural basis for the mechanism of Na+/H+ exchange and its unique regulation by pH in NhaA and in many other similar antiporters. Furthermore, it is also important for the understanding of the architecture of membrane proteins in general. However, although many aspects of the ion-translocation mechanism and pH regulation are clarified by the NhaA structure, higher resolution structures with Li+ or Na+ bound are required for understanding the ligand binding and the translocation mechanism at the atomic level. The alkaline pH-induced conformation is essential to further understand the pH-control and proton access to the binding site.
Die Behandlung Kriegsgefangener war immer auch konstitutiv für das rituelle Selbstverständnis der Gemeinschaft, für das Ansehen als Krieger und für die Wahrung des kosmologischen Gleichgewichts zwischen antagonierenden Gruppen. Dem lag ein ganzer Komplex von Kategorisierungen und Praktiken zugrunde, der mit Abwandlungen bei den Pflanzervölkern des östlichen Waldlandes verbreitet war und somit auch agrarische Fruchtbarkeits- und Wachstumskonzepte durch das Prinzip des Menschenopfers widerspiegelte. Obwohl beide Geschlechter zur rituellen Tötung bestimmt werden konnten, waren es fast stets die Männer, die sich im Einvernehmen mit der gegnerischen Gemeinschaft den Folterritualen unterzogen, um die Feinde zur Freisetzung ihrer spirituellen Lebenskraft herauszufordern. Wie ein Stich von Le Page du Pratz auf eindringliche Weise wiedergibt, geschah das Zu-Tode-Foltern häufig in Verbindung mit Feuer, indem der Gefangene auf ein Rahmengerüst gespannt und mit brennenden Pfeilen beschossen wurde. Diese symbolträchtige Aufstellung dürfte im Süden häufiger vorgekommen sein als bei den Irokesenvölkern, wo die Feuertötung von der Dorfgemeinschaft eher als eine Hatz auf den Gefangenen veranstaltet wurde. Das Rahmengerüst symbolisiert die vier Kardinalspunkte der Welt, das Feuer die Sonne bzw. die heliomorphe höchste Gottheit, eine Ikonografie, die nicht nur im Tempelfeuer zum Ausdruck kommt, sondern auch in der poske-tau (Busk)-Zeremonie der Creek. Nach Bartrams Beobachtung gehörte zu den Vorbereitungen des ersten der acht Festtage, dass Krieger auf der zuvor gefegten und mit weißem Sand bestreuten Plaza vier Baumstämme kreuzweise übereinander legten, worauf der Feuermacher, ein Mann mit tempelpriesterlichen Funktionen, die Balken anzündete . Die Sonnen-Ikonografie mit ihren im rituellen Kontext aktivierten Querverbindungen zu Krieg, Opfer und Fruchtbarkeit war ebenso Teil des Südlichen Zeremonialkomplexes wie die theokratische Macht und Verehrungswürdigkeit der Fürsten. Diese wiederum, als Götterabkömmlinge und oberste Priester ihres Volkes, kontrollierten ein größtenteils nur ihnen zugängliches Wissen über die stilistischen Symbolismen, ausgedrückt in Figurendarstellungen und Töpferei-Verzierungen . Mit dem Besitz dieser religiösen Kenntnisse manifestierten die Häuptlinge einmal mehr ihre Beziehung zu den himmlischen Mächten und konnten in Rückkopplung ihrer Hegemonialstellung Tribute in Form von Nahrungsmitteln sowie kommunale Arbeitsleistungen einfordern. Ihre Stellung im Mittelpunkt des Kosmos wurde beispielsweise in Gefäßmotiven wie den variationsreichen Kreuz-in-Kreis-Symbolen der Ramey Incised-Töpferei Cahokias wiedergegeben, die das Weltzentrum inmitten der vier Kardinalspunkte darstellen. Auch das in einer Handfläche liegende Auge, ein Symbol der Sonne, gehört in diesen Darstellungskanon, ebenso jenes Motiv, das von älteren Autoren wie Martin, Quimby und Collier oft als „tränendes Auge“ missgedeutet wurde und das in Wirklichkeit das Auge eines Falken oder anderen Greifvogels mit dem typischen dunklen Federstreif am Innenwinkel darstellt. Andere Assoziationen mit der Heil bringenden, Ordnung und Fruchtbarkeit gewährenden Oberwelt waren Schlangen und Regenbogen; ihnen standen als Vertreter der Unterwelt, des Krieges und der Unordnung die Raubtiere, zum Beispiel Katzenartige, und die ulunsu´ti-Schlange gegenüber . Durch die Permutation all dieser Themen und Motive, von den bildlichen Darstellungen über den rituellen Vollzug bis hin zur Lebensweise des Einzelnen unter den Weisungen der Gesellschaft, dementieren die Menschen das Chaos und sorgen dafür, dass die Ordnung der Welt erhalten bleibt...
Die chromosomale Translokation t(4;11) ist mit einer aggressiven pro-B ALL im Kleinkindesalter assoziiert und stellt eine der häufigsten genetischen Veränderungen des MLL Gens dar. Bei bis zu 40 % der untersuchten Translokationen des MLL Gens wurde das AF4 Gen als Translokationspartner identifiziert. Durch Arbeiten in unserer Arbeitsgruppe konnte in Focus Formation Experimenten das wachstumstrans-formierende Potenzial sowohl des Wildtyp AF4 Proteins, als auch des bei der Translokation entstehenden AF4•MLL Fusionsproteins, nachgewiesen werden. Es kann somit als gesichert angesehen werden, daß es sich bei dem Wildtyp-AF4 Protein um ein Proto-Onkoprotein und bei dem AF4•MLL Fusionsprotein um ein Onkoprotein handelt. Der für beide Proteine identische Bereich beschränkt sich auf die ersten 360 Aminosäuren des AF4 Proteins, was der Hypothese führte, daß der N-Terminale Bereich des AF4 Proteins (AF4•N) für das beobachtete onkogene Potential in murinen embryonalen Fibroblasten verantwortlich ist. Ein mit dem AF4•N Protein durchgeführter Hefe-2-Hybrid Screen identifizierte die beiden E3-Ligasen SIAH1 und SIAH2 als Bindungspartner. Hierbei handelt es sich um Tumorsupressor- Proteine, die durch Ubiquitinylierung von Zielproteinen diese dem proteasomalen Abbau zuführen. Unter normalen physiologischen Bedingungen unterliegt das AF4 Protein einem raschen Abbau am Proteasom. Dies ist für das AF4•MLL Fusionsprotein nur noch eingeschränkt möglich, da es wie für das Wildtyp-MLL beobachetet proteolytisch gespalten wird, mit sich selbst dimerisiert und dann nicht mehr über das Proteasom abgebaut werden kann. Eine Bindung der beiden E3-Ligasen SIAH1 und SIAH2 konnte jedoch noch beobachtet werden, deshalb sollte die AF4 und SIAH Protein-Protein-Interaktion genauer untersucht werden. Hierzu wurden Hefe-2-Hybrid Experimente mit Deletionsmutanten durchgeführt, um die minimalen Kontakt-domänen zu identifiziert. Die Stärke der Interaktionen wurde durch ß-Galaktosidasetests ermittelt. Die identifizierte minimale AF4 Proteindomäne enthält das für die Erkennung durch die E3-Ligasen notwendige PxAxVxP Motiv und hat eine Länge von 25 Aminosäuren. Für die E3-Ligasen SIAH1 und SIAH2 konnte der für die Interaktion notwendige Kontaktbereich innerhalb der sogenannten Substrat-Bindungs-Domäne (SBD) lokalisiert werden. Interessanterweise ist nicht die große Furche des Dimerisierungsinterfaces der beiden SIAH Monomere der Kontaktbereich, sondern der proximale Zink-Finger Bereich. Die experimentell ermittelten Proteindomänen wurden in geeignete bakterielle Expressionssysteme kloniert und ihre in vitro Interaktion durch Pulldown-Experimente bestätigt. Die strukturelle Aufklärung der Kontaktdomäne erfolgte dann mit Hilfe der NMR-Fast-Mapping Methode. Mit dieser kombinatorischen Methode wurden die an der AF4 Bindung beteiligten Aminosäuren des SIAH Proteins durch Änderung ihrer chemischen Verschiebung im [15N,1H] HSQC-Spektrum nach Titration mit steigenden AF4 Konzentrationen identifiziert. Aus den erhaltenen Daten und anhand der bekannten SIAH Röntgenstruktur konnte ein Modell für die Bindung des AF4 Proteins an die E3-Ligase SIAH1 erstellt werden. Über die Funktion des Proto-Onkoproteins AF4 ist bis dato wenig bekannt. Es gibt Hinweise, daß alle Vertreter der ALF Proteinfamilie über transkriptionsaktivierende Eigenschaften verfügen. Da posttranslationale Modifikationen von Proteinen, wie z.B. Sumoylierung, häufig zur Regulation von Transkriptionsfaktoren beobachtet werden, wurden Untersuchungen auf posttranslationale Modifikationen des AF4 Proteins durchgeführt. Hierzu wurde durch Mutation der E3-Ligase Erkennungssequenz PxAxVxP eine stabilisierte AF4 Mutante hergestellt. Durch Immunopräzipitations Experimente nach Transfektion in 293T Zellen konnte sowohl die Sumoylierung, als auch Tyrosin Phosphorylierungen des AF4 Proteins nachgewiesen werden.
Ziel des Seminars war es, für die "Volkskrankheit Rückenschmerz" vom sportorthopädisch-traumatologisch-sportmedizinischen, vom internistischen, vom schmerztherapeutisch-neurochirurgischen und vom physiotherapeutischen Standpunkt aus neue, auf physiologisch-pathophysiologischen Kenntnissen basierende Sichtweisen mit Relevanz für Prävention und Therapie des verbreiteten Problems Rückenschmerz zu präsentieren.
Der Rückenschmerz als Folge der biomechanischen Besonderheit des "Zweibeiners" im Zeitalter der Hypomobilisation und Hyperalimentation - Lendenwirbelsäulen- und Halswirbelsäulen-Beschwerden (Dr. med. Udo Schreiber, Frankfurt am Main): Der Rückenschmerz - besonders der tiefe Rückenschmerz - des Menschen ist wahrscheinlich meist durch eine Fehlstatik verursacht. In Deutschland beträgt die Inzidenz von Rückenschmerzen während des Lebens fast 80%. Dr. Schreiber legte dar, dass die anatomische Längendifferenz der Beine zu verschiedenen Pathologien im Halte- und Bewegungsapparat führt. Die pathologischen Veränderungen - z.B. transversaler Schub auf das Ileosakralgelenk - treten meistens auf der längeren Beinseite mit einer Skoliose der Wirbelsäule mit erhöhten Druckbelastungen auf der Konkavseite der Skoliose in den Bandscheiben und mit typischen Blockaden in den verschiedenen Wirbelsäulensegmenten auf. Sinnvolle Diagnostik beinhaltet Anamnese und umfangreiche klinische Untersuchung zum Erkennen von Funktionsdefiziten anstelle von nur bildgebender Diagnostik. Sinnvolle Therapien sind - neben analgetischen Therapien, wie manueller Therapie, Matrix-Rhythmus-Therapie, wassergefiltertem Infrarot A (wIRA), Ohrakupunktur, Magnetfeldresonanztherapie, Mikrostromtherapie, Injektionstherapie - vor allem die therapeutisch-präventiven Maßnahmen Dehnen verkürzter Muskulatur und partieller Ausgleich von Beinlängendifferenzen. Wirtschaftlich gesehen verursacht die Fehlstatik immense indirekte und direkte Krankheitskosten, wobei die aufgezeigten sinnvollen Therapien zielführend und zugleich kostengünstig sind.
Ein ganzheitliches Therapiekonzept mit Matrix-Rhythmus-Therapie, Hyperthermie, Sauerstoff und Entsäuerung - Therapie von muskulo-skelettalen Beschwerden (Dr. med. Bernhard Dickreiter, Nordrach): Die Kosten zur Behandlung von Rückenschmerzen belasten in den vergangenen Jahren zunehmend die Krankenkassen durch Diagnose- und Therapiekosten sowie die Betriebe durch Ausfallzeiten. Rückenschulkonzepte der vergangenen Jahre zeigen aus Sicht von Dr. Dickreiter nicht den gewünschten Effekt. Vielversprechende neue Sichtweisen für den Umgang mit diesem Krankheitsbild ergeben sich aus den aktuellen Ergebnissen der zellbiologischen Grundlagenforschungen und dem daraus resultierenden neuen "Matrix-Therapie-Konzept": Die Ursache der muskulo-skelettalen Beschwerden im Sinne eines myofaszialen, myo-ischämisch-azidotischen und myotendinitischen Schmerzsyndroms wird in der Verspannung der Muskulatur mit einer Energiekrise auf zellulärer Ebene gesehen. Beim neuen Therapiekonzept steht nicht eine Therapiefülle wie bisher im Vordergrund, sondern ein auf Effektivität ausgerichtetes modulares Konzept, welches die zellbiologischen Prozesse auf extrazellulärer Matrixebene gezielt beeinflusst. Wesentliche Bestandteile des Konzepts sind die Matrix-Rhythmus-Therapie als tiefenwirksame Mikroextensionstechnik, die lokale Wärme mit wassergefiltertem Infrarot A (wIRA) bzw. die Infrarot-Ganzkörperhyperthermie, die körperliche Bewegung zur lokalen Verbesserung der Sauerstoffversorgung, die Sauerstofftherapie einschließlich Hyperbarer Oxygenation (HBO) und die orthomolekulare Substitution und "gesunde" Ernährung.
Konservative, interventionelle und operative Verfahren aus der Sicht des Schmerztherapeuten und Neurochirurgen: Stellenwert im Hinblick auf ein integriertes Behandlungskonzept (Dr. med. Volker Ritzel, Offenbach am Main): Mit einem interdisziplinären Therapiekonzept (Hausarzt; Orthopädie, Neurochirurgie, Schmerztherapie, Krankengymnastik/Physiotherapie, Psychotherapie) multimodal mit Nutzung konservativer, interventioneller und operativer Verfahren können heute Rückenschmerzen erfolgreich behandelt werden. Dabei ist besonders auf eine rechtzeitige suffiziente Therapie Wert zu legen (u.a. protektive, antizipierende Analgesie), um die Ausbildung eines Schmerzgedächtnisses mit Chronifizierung und Verselbstständigung des Schmerzes zu vermeiden. Zu den konservativen Therapiemöglichkeiten gehören neben einer medikamentösen Schmerztherapie nach dem WHO-Stufenschema die Transkutane elektrische Nervenstimulation (TENS), Physiotherapie, Psychotherapie, übende Verfahren (Progressive Muskelentspannung nach Jakobsen, Autogenes Training, Göttinger Rücken-Aktiv-Programm GRAP), Ergotherapie, Akupunktur und Balneotherapie. Weitere schmerztherapeutisch-neurochirurgische Verfahren sind die therapeutische Lokalanästhesie, CT-gesteuerte Verfahren, die perkutane Laser-Diskus-Dekompression, denervierende Verfahren, die endoskopische Sequestrektomie, die Vertebroplastie, offen-operative Verfahren, die mikrochirurgische Dekompression sowie Implantatverfahren wie die minimal-invasive zervikale und lumbale Spondylodese. Ambulante/Praxisklinische Operationen können heute in einer neurochirurgischen Praxisklinik im Rahmen des modernen Konzepts der Integrationsversorgung erfolgen.
Rückenschule zur primären, sekundären und tertiären Prävention - Lebensstiländerung, Krankengymnastik/Physiotherapie - im Zeitalter integrierter ambulanter Versorgung (Monika Kremer, Frankfurt am Main): Moderne Therapiestrategien bevorzugen - soweit möglich - ein konservatives gegenüber einem operativen Vorgehen, ein aktives gegenüber einem passiven, ein multimodales gegenüber einem monotherapeutischen Vorgehen. Bewegungs- und trainingstherapeutische Maßnahmen (z.B. Erweiterte Ambulante Physiotherapie EAP als Komplextherapie mit den Bestandteilen Krankengymnastik/Physiotherapie, Physikalische Therapie und Medizinische Trainingstherapie MTT) sind wichtige Bestandteile moderner Rückenkonzepte. Die Arbeitsplatzsituation wird besonders berücksichtigt mit zunehmender Integration von Ergonomie-Trainingsprogrammen. Der Begriff "Präventive Rückenschule" umfasst die Vermittlung und Anwendung wirkungsvoller Alltagsstrategien zur Vermeidung hoher Rückenbelastungen, um der Entwicklung funktioneller und degenerativer Krankheiten vornehmlich im Bereich der Wirbelsäule einschließlich muskulärer Dysbalancen vorzubeugen. Hierzu gehört ein rückengerechtes Alltagsverhalten (z.B. richtiges körpernahes Heben und Tragen). Besonders effektiv sind aktive Trainingsformen zum Muskelaufbau und zur Verbesserung der Ausdauer in Kombination mit verhaltensorientierten Trainingsprogrammen mit dem Ziel der Steigerung von Wohlbefinden und Lebensqualität. Erläutert werden das Konzept des Forschungs- und Präventionszentrums Köln (FPZ), das Kieser-Training, das Baunataler Rücken-Konzept (BRK) und das tergumed®-Rückenkonzept. Häufig können Rückenschmerzen durch rückengerechte Verhaltensweisen sowie präventives und rehabilitatives Rückentraining vermieden werden oder es kann nach ihrem Auftreten rehabilitativ wieder ein schmerzfreier stabiler Gesundheitszustand erreicht werden.