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Die Photodynamische Therapie (PDT) wird mittlerweile bei einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt. Ziel dieser Dissertation war die nähere Untersuchung der Kinetik und der Wirkmechanismen der Photosensibilisatoren Methylenblau und disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin. Zuerst klärten wir die Frage der Toxizität des Methylenblaus. Wir ermittelten dabei die für die nachfolgenden Versuche nötigen Dosen und Höchstdosen des Methylenblaus in Bezug auf die humane Keratozyten-Linie HaCat und periphere mononukleäre Zellen. Für disulfoniertes Aluminiumphthalocyanin stützten wir uns auf vorhandene Publikationen. Als Lichtquelle benützten wir die PDT Lampe der Firma Waldmann, die ein homogenes Lichtspektrum von 600 bis 700 nm erzeugt, so dass das Wirkungsmaximum aller gängigen Photosensibilisatoren abgedeckt ist. Ausserdem liefert diese Lampe eine gleichmässige Energiedichte über eine größere Fläche, die die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet.
In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass es für die photodynamische Therapie mit Methylenblau und disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin eine Dosis gibt mit der man sowohl Keratinozyten als auch Leukozyten in ihrer Proliferation hemmen kann, ohne eine zytotoxische Wirkung auszulösen. Für Keratinozyten ergab sich dabei ein Anstieg der Proliferationshemmung bei 5 µM Methylenblau und 2stündiger Inkubationszeit bei 200 J/cm², die Toxizität zeigte sich bei 5µM Methylenblau und 4stündiger Inkubationszeit und bereits bei 100 J/cm² maximal. Demgegenüber ergab sich bei stimulierten Leukozyten bereits bei 1µM Methylenblau und 2 Stunden Inkubationszeit ein starker proliferativer Effekt, bei 5µM Methylenblau und 2 Stunden Inkubationszeit zeigte sich dagegen ein deutliche Toxizität. Hierbei fand sich ab 0,5 J/cm² eine zunehmende Proliferationshemmung und Toxizität. Insgesamt war bei Keratinozyten die Differenz bzgl. antiproliferativer und zytotoxischer Dosis geringer als bei Leukozyten. Letztere zeigten sich dabei auch empfindlicher, besonders wenn man die Leukozyten zuvor stimulierte. Daraus ergibt sich ein Potential für den therapeutischen Einsatz der Photodynamischen Therapie bei entzündlichen Dermatosen.
Als mögliche Wege indirekt toxischer Wirkung wurde in der Folge die Stimulation des nukleären Transkriptionsfaktors NF-ΚB, die Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) und der protektive Effekt von α-Liponsäure untersucht. Dass der nukleäre Transkriptionsfactor NF-ΚB durch Photodynamische Therapie mit Methylenblau aktiviert werden kann, ist bereits gezeigt worden, so dass wir diese Versuche nicht wiederholten. Die Photodynamische Therapie mit dem Photosensibilisator Methylenblau wirkt also sowohl direkt als auch indirekt toxisch. In unseren Versuchen beschränkten wir uns im weiteren auf die Wirkung des Photosensibilisators disulfoniertes Aluminiumphthalocyanin auf den nukleären Transkriptionsfaktor NF-ΚB. Mittels Gelelektrophorese konnten wir keine Aktivierung von NF-ΚB zeigen. Die Photodynamische Therapie mit dem Photosensibilisator disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin wirkt also nur auf direkt toxischem Weg. Bezüglich der Stickstoffmonoxid-Bildung fand sich bei beiden Photosensibilisatoren in den von uns verwendeten Konzentrationen und Inkubabionszeiten kein Nitritnachweis. Auch bei α-Liponsäure ergab sich bei Keratinozyten weder ein pro- noch antiproliferativer Effekt und somt kein Anhalt auf eine indirekte toxische Wirkung.
Der klinische Einsatz der Photodynamischen Therapie erscheint vor dem Hintergrund der erarbeiteten Daten bei entzündlichen Dermatosen möglich, weil infiltrierende aktivierte Leukozyten sensibler gegenüber PDT sind als das umliegende Gewebe, wie hier beispielhaft für Keratinozyten gezeigt wurde.
Um die Rolle von potentiell schmerzauslösenden Substanzen bei der Entstehung von menschlichem Muskelschmerz und von muskulärer Hyperalgesie zu beurteilen, wurde bei dieser Arbeit das DOMS Muskelschmerzmodell und das hypertone NaCl Muskelschmerzmodell in Kombination mit der Mikrodialysetechnik verwendet. Dabei wurden bei 10 gesunden, untrainierten Probanden metabolische Änderungen im Glucosestoffwechsel (Glucose, Laktat) und Fettstoffwechsel (Glycerol), Änderung der Glutamat Freisetzung und Änderungen von inflammatorischen Mediatoren (PGE2, NO, Substanz P) in den schmerzhaften und in den Kontrollmuskeln untersucht. Studienbegleitend erfolgte zur Beurteilung der Effektivität der Übungen und des dabei entstandenen Muskelschadens die Bestimmung von Serum CK, Serum Laktat, des Muskelumfangs und der Muskeldruckschmerzschwelle (PPT). Die Probanden gaben regelmäßig die Schmerzintensität auf einer visuellen Analogskala (VAS) an. Die DOMS Muskelschmerzen wurden 24 Stunden vor dem Beginn der Mikrodialyse durch konzentrisch/ exzentrische Kontraktionen der Wadenmuskulatur im Verum Bein ausgelöst. Während der Mikrodialyse erfolgte die Schmerzstimulation der Wadenmuskulatur durch Plantar- und Dorsalflexion des Fußes. Die Schmerzauslösung beim hypertonen NaCl Modell geschah während der Mikrodialyse durch sequentielle Injektionen von hypertoner NaCl Lösung ( 5 ∗ 200 µl 5.8% NaCl Lösung in 2 Minuten Intervallen) in den Bizepsmuskel am Oberarm. Die Zuordnung der Behandlung (Verum vs. Kontrollmuskel) erfolgte jeweils nach dem Zufallsprinzip.
Direkt nach den DOMS Übungen kam es zu einem signifikanten Anstieg von Laktat im Serum, nach 24 Stunden zu einem signifikanten Ansteigen der CK Aktivität und einer Zunahme des Muskelumfangs. Mit beiden Modellen konnte zuverlässig ein Muskelschmerz erzeugt werden, wobei die Schmerzintensität bei wiederholter Stimulierung abnahm und dies im DOMS Modell stärker ausgeprägt war. Eine mechanische Hyperalgesie konnte nur an den Waden beobachtet werden, die dort aber beidseitig auftrat und damit eine Art „zentraler Übererregbarkeit“ vermuten lässt. Die Dialysatkonzentrationen von Glutamat, PGE2 und Substanz P zeigten aufgrund der Schmerzstimulation im DOMS Bein einen lokalen Anstieg (Glutamat 125 ± 20 µM [p=0.005], PGE2 239 ± 45 pg/ml, Substanz P 64 ± 11 pg/ml). Dabei traten im Kontrollbein keine signifikanten Änderungen auf. Während der Mikrodialyseperiode war die NO Konzentration im DOMS Bein signifikant geringer als im Kontrollbein (p = 0.02), zeigte dabei aber keine Beeinflussung durch die Schmerzstimulation. Gleichzeitig war dabei die Laktatkonzentration im DOMS Bein im Vergleich zum Kontrollbein erhöht. Die Glucose- und Glycerolkonzentrationen wiesen durch die Schmerzauslösung keine bedeutenden Veränderungen auf.
Im Bizepsmuskel kam es infolge der hypertonen NaCl Injektionen zu einem signifikanten Anstieg der Glutamat Konzentration im Dialysat (50 ± 3 µM, p = 0.003), wobei diese im Kontrollmuskel konstant blieb. Die Injektionen hatten aber keinen Einfluss auf die Werte von Glucose, Laktat, Glycerol, NO, PGE2, des Muskelumfangs und der PPT.
Möglicherweise ist ein inflammatorischer Prozess an den peripheren Mechanismen der Muskelschmerzentstehung beim DOMS Modell beteiligt. Die Injektion von hypertoner NaCl Lösung löst den Muskelschmerz vermutlich direkt durch die hohe extrazelluläre Natrium Konzentration aus, wobei es zu einer Depolarisation der Nozizeptormembran mit einer nachfolgenden Glutamat Freisetzung aus den aktivierten Nozizeptoren kommt. Die Vorteile dieses Modells sind die Wiederholbarkeit und die kurze Dauer des Muskelschmerzes. Die dem ausgelösten Schmerz zugrundeliegenden Mechanismen ähneln jedoch nicht den Mechanismen die dem klinischen Muskelschmerz zugrunde liegen. Deshalb könnte es sein, dass die Bedeutungen der Ergebnisse aus diesem Modell relativ beschränkt sind und die Nützlichkeit insbesondere für pharmakologische Studien damit auch eingeschränkt ist.
Der Neurotransmitter Glutamat ist an den peripheren Mechanismen der Muskelschmerzentstehung beteiligt, da die Glutamat Freisetzung direkt mit dem Muskelschmerz beim DOMS Modell und beim Hypertonen NaCl Modell assoziiert war. Die beim DOMS Modell erhöhten Konzentrationen von Laktat, PGE2, sowie die Änderungen von Substanz P und die erniedrigten NO Konzentrationen könnten auch zu der Entstehung von Muskelschmerz beitragen.
Der beobachtete Rückgang der Schmerzintensität bei wiederholter Stimulierung lässt auf eine Art „Gewöhnung“ schließen, die bei Anwendung des DOMS Modells für pharmakologische Untersuchungen einen Nachteil darstellen könnte.
Ziel: Anliegen des Kooperationsprojektes der Klinik für Nephrologie und der Klinik für Psychosomatische Medizin und Psychotherapie ist die internistische und eine umfassende psychologische Untersuchung von152 Lebendnierenspendern, die ihre Niere zwischen 1973 und 2001 in der Universitätsklinik Frankfurt am Main spendeten. Im Rahmen dieser Studie werden aus der oben genannten Arbeitsgruppe heraus, mehrere Arbeiten und Publikationen entstehen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der 152 Frankfurter Lebendnierenspender in Bezug auf psychosomatische und psychosoziale Aspekte des Erlebens und der Verarbeitung der Lebendnierentransplantation und ihrer Folgen. In der bisherigen empirischen Forschung zu psychischen und psychosomatischen Folgen einer Lebendnierentransplantation wurden beim Spender eher wenige und wenn, dann im Ausmaß begrenzte psychische Komplikationen berichtet. In der Regel sind die psychische Verarbeitung sowie die psycho-sozialen Auswirkungen einer Lebendnierentransplantation insgesamt positiv zu bewerten.
Methode: N= 152 Lebendnierenspender werden internistisch und psychologisch untersucht. Die psychologische Untersuchung verwendet ein breites Spektrum von Erhebungsmethoden. Neben vier standardisierten testpsychologischen Fragebögen wird ein semistrukturiertes ca. einstündiges Interview mit den Spendern geführt. Die vorliegende Arbeit befasst sich gesondert mit dem halbstrukturierten Interview. Die Erlebnisberichte der Spender werden mittels eines eigens erstellten Kategoriensystems ausgewertet.
Ergebnisse: Abschluss der Datenerhebung der vorliegenden Arbeit ist der 15. Februar 2002. Sieben Spender verstarben vor Beginn der Studie, jedoch nicht an den Folgen der Einnierigkeit.Drei Spender waren nicht auffindbar. 19 Spender wurden wegen Wohnsitz im Ausland und/oder Mangel an deutschen Sprachkenntnissen vom psychologischen Interview ausgeschlossen. Von den 123 in Frage kommenden Untersuchungsteilnehmern haben wir mit 100 Spendern Interviews führen können, was einer vergleichsweise hohen Rücklaufquote von 81,3% entspricht. Die meisten Spender trafen ihre Entscheidung sofort (84%) und bereuten ihre Spende im Nachhinein nicht.
Nahezu alle Spender (97%) würden die Entscheidung ihre Niere spenden zu wollen heute wieder treffen. Die meisten Spender bewerten die Spende als ein positives Ereignis vergleichbar mit einer Lebensrettung oder einer Geburt. Einige Spender berichten durch die Spende eine Steigerung ihres Selbstwertgefühls und Selbstbewusstseins erfahren zu haben. 75% der Spender schildern durch die Spende keine Veränderung in der Beziehung zu dem Empfänger erlebt zu haben, bei 23% habe sich die Beziehung verbessert. 3% geben an, die Beziehung zu bestimmten Familienmitgliedern sei nach der Spende schlechter geworden. 3% der Spender bereuen gespendet zu haben. 8% empfanden Druck im Entscheidungsprozess. 5% hatten starke Angst vor der Operation oder dem Leben mit einer Niere. Insgesamt 6% der Spender berichten über langfristige psychische Komplikationen (Verdacht auf: 2% Anpassungsstörung, 2% Angststörung, 1% Depression, 1% Burnout). 11% wünschen sich eine professionelle psychologische Vor- und/oder Nachbetreuung.
Diskussion: Die Ergebnisse der Untersuchung weisen insgesamt auf eine langfristig positive psychische Verarbeitung, sowie auf positive psychosoziale Auswirkungen einer Lebendnierentransplantation hin. Es gibt eine inhomogene Subgruppe mit kleiner Personenanzahl, die negative Erfahrungen mit der Lebendnierenspende machte. Dieser wird gesondert Beachtung geschenkt und die Bereitstellung von adäquaten Beratungs- und Hilfsangeboten diskutiert.
The majority of bacterial membrane-bound NiFe-hydrogenases and formate dehydrogenases have homologous membrane-integral cytochrome b subunits. The prototypic NiFe-hydrogenase of Wolinella succinogenes (HydABC complex) catalyzes H2 oxidation by menaquinone during anaerobic respiration and contains a membrane-integral cytochrome b subunit (HydC) that carries the menaquinone reduction site. Using the crystal structure of the homologous FdnI subunit of Escherichia coli formate dehydrogenase-N as a model, the HydC protein was modified to examine residues thought to be involved in menaquinone binding. Variant HydABC complexes were produced in W. succinogenes, and several conserved HydC residues were identified that are essential for growth with H2 as electron donor and for quinone reduction by H2. Modification of HydC with a C-terminal Strep-tag II enabled one-step purification of the HydABC complex by Strep-Tactin affinity chromatography. The tagged HydC, separated from HydAB by isoelectric focusing, was shown to contain 1.9 mol of heme b/mol of HydC demonstrating that HydC ligates both heme b groups. The four histidine residues predicted as axial heme b ligands were individually replaced by alanine in Strep-tagged HydC. Replacement of either histidine ligand of the heme b group proximal to HydAB led to HydABC preparations that contained only one heme b group. This remaining heme b could be completely reduced by quinone supporting the view that the menaquinone reduction site is located near the distal heme b group. The results indicate that both heme b groups are involved in electron transport and that the architecture of the menaquinone reduction site near the cytoplasmic side of the membrane is similar to that proposed for E. coli FdnI.
In Archaea, bacteria, and eukarya, ATP provides metabolic energy for energy-dependent processes. It is synthesized by enzymes known as A-type or F-type ATP synthase, which are the smallest rotatory engines in nature (Yoshida, M., Muneyuki, E., and Hisabori, T. (2001) Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2, 669-677; Imamura, H., Nakano, M., Noji, H., Muneyuki, E., Ohkuma, S., Yoshida, M., and Yokoyama, K. (2003) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 100, 2312-2315). Here, we report the first projected structure of an intact A(1)A(0) ATP synthase from Methanococcus jannaschii as determined by electron microscopy and single particle analysis at a resolution of 1.8 nm. The enzyme with an overall length of 25.9 nm is organized in an A(1) headpiece (9.4 x 11.5 nm) and a membrane domain, A(0) (6.4 x 10.6 nm), which are linked by a central stalk with a length of approximately 8 nm. A part of the central stalk is surrounded by a horizontal-situated rodlike structure ("collar"), which interacts with a peripheral stalk extending from the A(0) domain up to the top of the A(1) portion, and a second structure connecting the collar structure with A(1). Superposition of the three-dimensional reconstruction and the solution structure of the A(1) complex from Methanosarcina mazei Gö1 have allowed the projections to be interpreted as the A(1) headpiece, a central and the peripheral stalk, and the integral A(0) domain. Finally, the structural organization of the A(1)A(0) complex is discussed in terms of the structural relationship to the related motors, F(1)F(0) ATP synthase and V(1)V(0) ATPases.
The signal transducer and activator of transcription (Stat) gene family comprises seven members with similarities in their domain structure and a common mode of activation. Members of this gene family mediate interferon induction of gene transcription and the response to a large number of growth factors and hormones. Extracellular ligand binding to transmembrane receptors causes the intracellular activation of associated tyrosine kinases, phosphorylation of Stat molecules, dimerization, and translocation to the nucleus. Prolactin-induced phosphorylation of Stat5 is a key event in the development and differentiation of mammary epithelial cells. In addition to the crucial phosphorylation at tyrosine 694, we have identified an O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) as another secondary modification essential for the transcriptional induction by Stat5. This modification was only found on nuclear Stat5 after cytokine activation. Similar observations were made with Stat1, Stat3, and Stat6. Glycosylation of Stat5, however, does not seem to be a prerequisite for nuclear translocation. Mass spectrometric analysis revealed a glycosylated peptide in the N-terminal region of Stat5. Replacement of threonine 92 by an alanine residue (Stat5a-T92A) strongly reduced the prolactin induction of Stat5a glycosylation and abolished transactivation of a target gene promoter. Only the glycosylated form of Stat5 was able to bind the coactivator of transcription CBP, an essential interaction for Stat5-mediated gene transcription.
Respiratory chain complex I contains 8-9 iron-sulfur clusters. In several cases, the assignment of these clusters to subunits and binding motifs is still ambiguous. To test the proposed ligation of the tetranuclear iron-sulfur cluster N5 of respiratory chain complex I, we replaced the conserved histidine 129 in the 75-kDa subunit from Yarrowia lipolytica with alanine. In the mutant strain, reduced amounts of fully assembled but destabilized complex I could be detected. Deamino-NADH: ubiquinone oxidoreductase activity was abolished completely by the mutation. However, EPR spectroscopic analysis of mutant complex I exhibited an unchanged cluster N5 signal, excluding histidine 129 as a cluster N5 ligand.
Stable supercomplexes of bacterial respiratory chain complexes III (ubiquinol:cytochrome c oxidoreductase) and IV (cytochrome c oxidase) have been isolated as early as 1985 (Berry, E. A., and Trumpower, B. L. (1985) J. Biol. Chem. 260, 2458-2467). However, these assemblies did not comprise complex I (NADH:ubiquinone oxidoreductase). Using the mild detergent digitonin for solubilization of Paracoccus denitrificans membranes we could isolate NADH oxidase, assembled from complexes I, III, and IV in a 1:4:4 stoichiometry. This is the first chromatographic isolation of a complete “respirasome.” Inactivation of the gene for tightly bound cytochrome c552 did not prevent formation of this supercomplex, indicating that this electron carrier protein is not essential for structurally linking complexes III and IV. Complex I activity was also found in the membranes of mutant strains lacking complexes III or IV. However, no assembled complex I but only dissociated subunits were observed following the same protocols used for electrophoretic separation or chromatographic isolation of the supercomplex from the wild-type strain. This indicates that the P. denitrificans complex I is stabilized by assembly into the NADH oxidase supercomplex. In addition to substrate channeling, structural stabilization of a membrane protein complex thus appears as one of the major functions of respiratory chain supercomplexes.
Arsenic trioxide is a toxic metalloid and carcinogen that is also used as an anticancer drug, and for this reason it is important to identify the routes of arsenite uptake by cells. In this study the ability of hexose transporters to facilitate arsenic trioxide uptake in Saccharomyces cerevisiae was examined. In the absence of glucose, strains with disruption of the arsenite efflux gene ACR3 accumulated high levels of (73)As(OH)(3). The addition of glucose inhibited uptake by approximately 80%. Disruption of FPS1, the aquaglyceroporin gene, reduced glucose-independent uptake by only about 25%, and the residual uptake was nearly completely inhibited by hexoses, including glucose, galactose, mannose, and fructose but not pentoses or disaccharides. A strain lacking FPS1, ACR3, and all genes for hexose permeases except for HXT3, HXT6, HXT7, and GAL2 exhibited hexose-inhibitable (73)As(OH)(3) uptake, whereas a strain lacking all 18 hexose transport-related genes (HXT1 to HXT17 and GAL2), FPS1 and ACR3, exhibited <10% of wild type (73)As(OH)(3) transport. When HXT1, HXT3, HXT4, HXT5, HXT7, or HXT9 was individually expressed in that strain, hexose-inhibitable (73)As(OH)(3) uptake was restored. In addition, the transport of [(14)C]glucose was inhibited by As(OH)(3). These results clearly demonstrate that hexose permeases catalyze the majority of the transport of the trivalent metalloid arsenic trioxide.
Structural and functional characterization of the dimerization region of soluble guanylyl cyclase
(2004)
Soluble guanylyl cyclase (sGC) is a ubiquitous enzyme that functions as a receptor for nitric oxide. Despite the obligate heterodimeric nature of sGC, the sequence segments mediating subunit association have remained elusive. Our initial screening for relevant interaction site(s) in the most common sGC isoenzyme, α1 β1, identified two regions in each subunit, i.e. the regulatory domains and the central regions, contributing to heterodimer formation. To map the relevant segments in the β1 subunit precisely, we constructed multiple N- and C-terminal deletion variants and cotransfected them with full-length α1 in COS cells. Immunoprecipitation revealed that a sequence segment spanning positions 204–408 mediates binding of β1 to α1 The same region of β1[204–408] was found to promote β /β1 homodimerization. Fusion of [204 β1–408] to enhanced green fluorescent protein conferred binding activity to the recipient protein. Coexpression of β1[204–408] with α1 or β1 targeted the sGC subunits for proteasomal degradation, suggesting that β1[204–408] forms structurally deficient complexes with α1 and β1. Analysis of deletion constructs lacking portions of the β1 dimerization region identified two distinct segments contributing to α1 binding, i.e. an N-terminal site covering positions 204–244 and a C-terminal site at 379–408. Both sites are crucial for sGC function because deletion of either site rendered sGC dimerization-deficient and thus functionally inactive. We conclude that the dimerization region of β1 extends over 205 residues of its regulatory and central domains and that two discontinuous sites of 41 and 30 residues, respectively, facilitate binding of β1 to the α1 subunit of sGC.