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Representing a phylogenetically old and very basic mechanism of inhibitory neurotransmission, glycine receptors have been implicated in the modulation of behavioral components underlying defensive responding toward threat. As one of the first findings being confirmed by genome-wide association studies for the phenotype of panic disorder and agoraphobia, allelic variation in a gene coding for the glycine receptor beta subunit (GLRB) has recently been associated with increased neural fear network activation and enhanced acoustic startle reflexes. On the basis of two independent healthy control samples, we here aimed to further explore the functional significance of the GLRB genotype (rs7688285) by employing an intermediate phenotype approach. We focused on the phenotype of defensive system reactivity across the levels of brain function, structure, and physiology. Converging evidence across both samples was found for increased neurofunctional activation in the (anterior) insular cortex in GLRB risk allele carriers and altered fear conditioning as a function of genotype. The robustness of GLRB effects is demonstrated by consistent findings across different experimental fear conditioning paradigms and recording sites. Altogether, findings provide translational evidence for glycine neurotransmission as a modulator of the brain’s evolutionary old dynamic defensive system and provide further support for a strong, biologically plausible candidate intermediate phenotype of defensive reactivity. As such, glycine-dependent neurotransmission may open up new avenues for mechanistic research on the etiopathogenesis of fear and anxiety disorders.
Während zerebraler Ischämie und Reperfusion (I/R) kommt es zur Bildung von reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), von welchen ausgegangen wird, dass sie zum neuronalen Schaden beitragen. NADPH Oxidasen produzieren ROS. Wir untersuchten daher, ob und in welchem Maße NADPH Oxidasen am Gewebeschaden und insbesondere an der Schädigung der Blut-Hirn-Schranke (BHS) nach experimenteller I/R beteiligt sind. Hierfür induzierten wir an Wildtyp und NADPH Oxidase (gp91phox-/-) Knockout Mäusen in An-und Abwesenheit pharmakologischer Inhibitoren eine transiente zerebrale Ischämie mittels Fadenverschlusses der Arteria cerebri media (MCAO) für 120 Minuten mit anschließender Reperfusion. Das Infarktvolumen nach 24 Stunden war bei den Tieren mit fehlender funktioneller NADPH Oxidase (gp91phox-/-) bzw. (p47phox-/-) deutlich kleiner als in der Gruppe der Wildtyp Mäuse (TTC Färbung). I/R erhöhte bei den Wildtyp Mäusen im Vergleich zur kontralateralen Hemisphäre die BHS Permeabilität für Evans Blue innerhalb der ersten Stunde nach Ischämie signifikant. Apocynin, ein NADPH Oxidase Inhibitor schwächte diesen Effekt dosisabhängig signifikant ab. In der Gruppe der gp91phox Knockout-Tieren war dieser protektive Effekt auf die BHS Permeabilität noch ausgeprägter. In Schweinehirnendothelzellen (PBEC) induzierten wir durch I/R eine Translokation des NADPH Oxidase Aktivators Rac-1 an die Membran.Die deutliche Reduktion des BHS Schadens nach Hemmung von Rac-1 durch Clostridium difficile lethal Toxin B ( TcdB) und Atorvastatin weist darauf hin, dass dies die Folge der Inhibition der NADPH Oxidase Aktivierung war. Die Stimulation von PBEC mit H2O2 steigerte die Permeabilität, was durch die Inhibition der Phosphatidyl-Inositol-3-Kinase oder c-Jun N-terminale Kinase abgeschwächt werden konnte. Die Inhibition der Extracellular-regulated Kinase 1/2 oder p38 mitogen-activated-protein Kinase hatte dagegen keinen Effekt. Jedoch konnte die Inhibition von Rho eine ROS induzierte Steigerung der Permeabilität sowie eine ROS induzierte Polymerisation des Zytoskelett vollkommen unterbinden. Die Ergebnisse dieser Studie belegen, dass die Aktivierung der NADPH Oxidase ein zentraler Bestandteil der Pathophysiologie des ischämischen Infarktes ist und liefern darüber hinaus eine Erklärung für die positiven Effekte der Statintherapie beim Schlaganfall des Menschen. Die direkte Hemmung der NADPH Oxidase stellt ein vielversprechendes Prinzip in der Akuttherapie des ischämischen Infarktes dar.
Apoptosis is deregulated in most, if not all, cancers, including hematological malignancies. Smac mimetics that antagonize Inhibitor of Apoptosis (IAP) proteins have so far largely been investigated in acute myeloid leukemia (AML) cell lines; however, little is yet known on the therapeutic potential of Smac mimetics in primary AML samples. In this study, we therefore investigated the antileukemic activity of the Smac mimetic BV6 in diagnostic samples of 67 adult AML patients and correlated the response to clinical, cytogenetic and molecular markers and gene expression profiles. Treatment with cytarabine (ara-C) was used as a standard chemotherapeutic agent. Interestingly, about half (51%) of primary AML samples are sensitive to BV6 and 21% intermediate responsive, while 28% are resistant. Notably, 69% of ara-C-resistant samples show a good to fair response to BV6. Furthermore, combination treatment with ara-C and BV6 exerts additive effects in most samples. Whole-genome gene expression profiling identifies cell death, TNFR1 and NF-κB signaling among the top pathways that are activated by BV6 in BV6-sensitive, but not in BV6-resistant cases. Furthermore, sensitivity of primary AML blasts to BV6 correlates with significantly elevated expression levels of TNF and lower levels of XIAP in diagnostic samples, as well as with NPM1 mutation. In a large set of primary AML samples, these data provide novel insights into factors regulating Smac mimetic response in AML and have important implications for the development of Smac mimetic-based therapies and related diagnostics in AML.
Background Heme oxygenase-1 is an inducible cytoprotective enzyme which handles oxidative stress by generating anti-oxidant bilirubin and vasodilating carbon monoxide. A (GT)n dinucleotide repeat and a -413A>T single nucleotide polymorphism have been reported in the promoter region of HMOX1 to both influence the occurrence of coronary artery disease and myocardial infarction. We sought to validate these observations in persons scheduled for coronary angiography. Methods We included 3219 subjects in the current analysis, 2526 with CAD including a subgroup of CAD and MI (n = 1339) and 693 controls. Coronary status was determined by coronary angiography. Risk factors and biochemical parameters (bilirubin, iron, LDL-C, HDL-C, and triglycerides) were determined by standard procedures. The dinucleotide repeat was analysed by PCR and subsequent sizing by capillary electrophoresis, the -413A>T polymorphism by PCR and RFLP. Results In the LURIC study the allele frequency for the -413A>T polymorphism is A = 0,589 and T = 0,411. The (GT)n repeats spread between 14 and 39 repeats with 22 (19.9%) and 29 (47.1%) as the two most common alleles. We found neither an association of the genotypes or allelic frequencies with any of the biochemical parameters nor with CAD or previous MI. Conclusion Although an association of these polymorphisms with the appearance of CAD and MI have been published before, our results strongly argue against a relevant role of the (GT)n repeat or the -413A>T SNP in the HMOX1 promoter in CAD or MI.
The specific temporal evolution of bacterial and phage population sizes, in particular bacterial depletion and the emergence of a resistant bacterial population, can be seen as a kinetic fingerprint that depends on the manifold interactions of the specific phage–host pair during the course of infection. We have elaborated such a kinetic fingerprint for a human urinary tract Klebsiella pneumoniae isolate and its phage vB_KpnP_Lessing by a modeling approach based on data from in vitro co-culture. We found a faster depletion of the initially sensitive bacterial population than expected from simple mass action kinetics. A possible explanation for the rapid decline of the bacterial population is a synergistic interaction of phages which can be a favorable feature for phage therapies. In addition to this interaction characteristic, analysis of the kinetic fingerprint of this bacteria and phage combination revealed several relevant aspects of their population dynamics: A reduction of the bacterial concentration can be achieved only at high multiplicity of infection whereas bacterial extinction is hardly accomplished. Furthermore the binding affinity of the phage to bacteria is identified as one of the most crucial parameters for the reduction of the bacterial population size. Thus, kinetic fingerprinting can be used to infer phage–host interactions and to explore emergent dynamics which facilitates a rational design of phage therapies.
BIAM switch assay coupled to mass spectrometry identifies novel redox targets of NADPH oxidase 4
(2019)
Aim: NADPH oxidase (Nox) -derived reactive oxygen species have been implicated in redox signaling via cysteine oxidation in target proteins. Although the importance of oxidation of target proteins is well known, the specificity of such events is often debated. Only a limited number of Nox-oxidized proteins have been identified thus far; especially little is known concerning redox-targets of the constitutively active NADPH oxidase Nox4.
In this study, HEK293 cells with tetracycline-inducible Nox4 overexpression (HEK-tet-Nox4), as well as podocytes of WT and Nox4-/- mice, were utilized to identify Nox4-dependent redox-modified proteins.
Results: TGFβ1 induced an elevation in Nox4 expression in podocytes from WT but not Nox4-/- mice. Using BIAM based redox switch assay in combination with mass spectrometry and western blot analysis, 142 proteins were identified as differentially oxidized in podocytes from wild type vs. Nox4-/- mice and 131 proteins were differentially oxidized in HEK-tet-Nox4 cells upon Nox4 overexpression. A predominant overlap was found for peroxiredoxins and thioredoxins, as expected. More interestingly, the GRB2-associated-binding protein 1 (Gab1) was identified as being differentially oxidized in both approaches. Further analysis using mass spectrometry-coupled BIAM switch assay and site directed mutagenesis, revealed Cys374 and Cys405 as the major Nox4 targeted oxidation sites in Gab1.
Innovation & conclusion: BIAM switch assay coupled to mass spectrometry is a powerful and versatile tool to identify differentially oxidized proteins in a global untargeted way. Nox4, as a source of hydrogen peroxide, changes the redox-state of numerous proteins. Of those, we identified Gab1 as a novel redox target of Nox4.
Einleitung: Seit der Entschlüsselung des menschlichen Genoms ist die Bedeutung genetischer Forschung im Bereich der Prävention und Therapie chronischer Erkrankungen, zum Beispiel des Typ-1-Diabetes, stark gestiegen. Großangelegte multizentrische Forschungsarbeiten wie die Projekte des International Type 1 Diabetes Genetics Consortium (T1DGC) arbeiten an der Aufdeckung noch unbekannter genetischer Prädispositionen zur Entwicklung eines Typ-1-Diabetes und benötigen dafür die Hilfe von Multiplex-Familien. Die Rekrutierung dieser Familien ist schwierig, da in nur 15% der Familien mit Typ-1-Diabetes mehrere Familienangehörige betroffen sind. Um die Motivation zur Studienteilnahme eines solch kleinen Kollektivs besser zu verstehen, wurde die Einstellung zu genetischer Forschung aus Teilnehmersicht untersucht. Hintergrund sind hier die bei vielen Forschern vorhandenen ethischen Bedenken hinsichtlich der psychischen Belastung bei genetischen Untersuchungen für die Teilnehmer. So besteht ein – bisher kaum untersuchter - allgemeiner Konsens, dass die Konsequenzen von Genanalysen für die Betroffenen nicht einzuschätzen sind. Somit stehen die Forscher vor dem Dilemma, welches in der Notwendigkeit, Genanalysen durchzuführen, und in der Furcht vor einer zu hohen psychischen Belastung der teilnehmenden Personen besteht. Dies hat derzeit zur Folge, dass den Teilnehmern die Ergebnismitteilung in der Regel verwehrt wird. Ergebnisse: Von 180 angeschriebenen füllten 140 Teilnehmer des T1DGC-Projektes einen Fragebogen hinsichtlich ihrer Meinung zu genetischer Forschung und ethischen Fragestellungen anonym aus: 88,6% der Teilnehmer äußerten, dass sie generell genetische Forschung als sehr wichtig ansehen. Es gaben 60% der Befragten an, dass sie nicht genügend Informationen über das Projekt erhalten hatten. 95% der Teilnehmer wünschten ein vollständiges Verständnis der wichtigsten Studiendetails. Als bevorzugte Informationswege gaben die Teilnehmer schriftliche Informationen per Post oder durch eine Internet-Website an. 83,2% der Befragten möchten über das Vorliegen einer erblichen Hochrisiko-Konstellation für das Auftreten von Komplikationen informiert werden. Im Falle des Nachweises eines Hochrisikogens für Typ-1-Diabetes möchten 87,6% darüber aufgeklärt werden. 96,4% der Teilnehmer sind generell an einer Ergebnismitteilung interessiert. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Antwortverhalten in Abhängigkeit von Betroffenenstatus, Alter, Geschlecht, Staatsangehörigkeit, Familienstand sowie Schul- bzw. Berufsabschluss. Schlussfolgerung: Für die Teilnehmer genetischer Studien zum Thema Typ-1-Diabetes ist der Wunsch nach ausführlicher, individuell angepasster Information grundlegend. Es muss festgestellt werden, dass die Teilnehmer am International Type 1 Diabetes Genetics Consortium (T1DGC) sich gut betreut, doch letztlich nicht ausreichend informiert gefühlt haben. Daraus lässt sich ableiten, dass neben dem individuellen Beratungsgespräch auch schriftliche Informationen mit klar konzipierter Wissensaufbereitung in Form von Websites, Broschüren und Rundbriefen (in elektronischer und/oder gedruckter Form) empfehlenswert sind. Ein wichtiges Ergebnis ist ferner, dass die Befragten die Sorge vieler Wissenschaftler und Ärzte nicht teilen, die Mitteilung eines erhöhten Erkrankungs- bzw. Komplikationsrisikos für einen Typ-1-Diabetes würde als zusätzliche Belastung empfunden werden. Im speziellen Fall der Multiplexfamilien bestanden allerdings bereits Erfahrungen mit der untersuchten Erkrankung des Typ-1-Diabetes. Eine Mitteilung, ob nun negativ oder positiv, wird im Vergleich zum Wissen um das Risiko keineswegs als psychische Bürde, sondern vielmehr als Chance zur Einflussnahme wahrgenommen. Es muss allerdings festgehalten werden, dass die Ergebnisse dieser Untersuchung sich mit dem Typ-1-Diabetes auf eine chronische, jedoch gut therapierbare und nicht generell lebenszeitverkürzende Erkrankung beziehen. Für die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere genetisch-bedingte Erkrankungen ist weitere Forschung notwendig. Der bisher bestehende Konsens, im Rahmen genetischer Studien keine Ergebnismitteilung bezüglich chronischer, unheilbarer Krankheiten durchzuführen, muss überdacht werden. Den Studienteilnehmern ist das Recht auf Selbstbestimmung ein grundlegender Wert. Diese Selbstbestimmung beinhaltet, dass das Pro und Contra einer Ergebnismitteilung selbst eingeschätzt werden kann. Möchte ein Studienteilnehmer das Ergebnis der Auswertung seiner biologischen Proben erhalten, sollte ihm dies nicht verwehrt werden.
Atelopus is a species-rich group of Neotropical bufonids. Present knowledge on bioacoustics in this genus is relatively poor, as vocalisations have been described in only about one fifth of the ca. 100 species known. All studied members of the genus produce vocalisations although, with a few exceptions, most species lack a middle ear. Nonetheless, hearing has been demonstrated even in earless Atelopus making bioacoustics in these toads an inspiring research field. So far, three structural call types have been identified in the genus. As sympatry is uncommon in Atelopus, calls of the same type often vary little between species. Based on recordings from the 1980s, we describe vocalisations of three Venezuelan species (A. carbonerensis, A. mucubajiensis, A. tamaense) from the Cordillera de Mérida, commonly known as the Andes of Venezuela and the Tamá Massif, a Venezuelan spur of the Colombian Cordillera Oriental. Vocalisations correspond, in part, to the previously identified call types in Atelopus. Evaluation of the vocalisations of the three species presented in this study leads us to recognise a fourth structural call type for the genus. With this new addition, the Atelopus acoustic repertoire now includes (1) pulsed calls, (2) pure tone calls, (3) pulsed short calls and (4) pure tone short calls. The call descriptions provided here are valuable contributions to the bioacoustics of these Venezuelan Atelopus species, since all of them have experienced dramatic population declines that limit possibilities of further studies.
Increasing evidence about the central nervous representation of pain in the brain suggests that the operculo-insular cortex is a crucial part of the pain matrix. The pain-specificity of a brain region may be tested by administering nociceptive stimuli while controlling for unspecific activations by administering non-nociceptive stimuli. We applied this paradigm to nasal chemosensation, delivering trigeminal or olfactory stimuli, to verify the pain-specificity of the operculo-insular cortex. In detail, brain activations due to intranasal stimulation induced by non-nociceptive olfactory stimuli of hydrogen sulfide (5 ppm) or vanillin (0.8 ppm) were used to mask brain activations due to somatosensory, clearly nociceptive trigeminal stimulations with gaseous carbon dioxide (75% v/v). Functional magnetic resonance (fMRI) images were recorded from 12 healthy volunteers in a 3T head scanner during stimulus administration using an event-related design. We found that significantly more activations following nociceptive than non-nociceptive stimuli were localized bilaterally in two restricted clusters in the brain containing the primary and secondary somatosensory areas and the insular cortices consistent with the operculo-insular cortex. However, these activations completely disappeared when eliminating activations associated with the administration of olfactory stimuli, which were small but measurable. While the present experiments verify that the operculo-insular cortex plays a role in the processing of nociceptive input, they also show that it is not a pain-exclusive brain region and allow, in the experimental context, for the interpretation that the operculo-insular cortex splay a major role in the detection of and responding to salient events, whether or not these events are nociceptive or painful.
Background: To prevent persistent post-surgery pain, early identification of patients at high risk is a clinical need. Supervised machine-learning techniques were used to test how accurately the patients’ performance in a preoperatively performed tonic cold pain test could predict persistent post-surgery pain.
Methods: We analysed 763 patients from a cohort of 900 women who were treated for breast cancer, of whom 61 patients had developed signs of persistent pain during three yr of follow-up. Preoperatively, all patients underwent a cold pain test (immersion of the hand into a water bath at 2–4 °C). The patients rated the pain intensity using a numerical ratings scale (NRS) from 0 to 10. Supervised machine-learning techniques were used to construct a classifier that could predict patients at risk of persistent pain.
Results: Whether or not a patient rated the pain intensity at NRS=10 within less than 45 s during the cold water immersion test provided a negative predictive value of 94.4% to assign a patient to the "persistent pain" group. If NRS=10 was never reached during the cold test, the predictive value for not developing persistent pain was almost 97%. However, a low negative predictive value of 10% implied a high false positive rate.
Conclusions: Results provide a robust exclusion of persistent pain in women with an accuracy of 94.4%. Moreover, results provide further support for the hypothesis that the endogenous pain inhibitory system may play an important role in the process of pain becoming persistent.