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Rhinoliths are mineralised foreign bodies in the nasal cavity that are a chance finding at anterior rhinoscopy. Undiscovered, they grow appreciably in size and can cause a foul-smelling nasal discharge and breathing problems. Giant nasal stones are now a very rare occurrence, since improved diagnostic techniques, such as endoscopic/microscopic rhinoscopy, now make it possible to identify foreign bodies at an early stage of development. We report the case of a 37-year-old patient who, at the age of 5-6 years, introduced a foreign body, probably a stone, into his right nasal cavity. On presentation, he complained of difficulty in breathing through the right nostril that had persisted for the last 10 years. For the past four years a strong fetid smell from the nose had been apparent to those in his vicinity. Under general anaesthesia, the stone was removed in toto from the right nasal cavity. The possible genesis of the rhinolith is discussed, our case compared with those described in the literature, and possible differential diagnoses are considered.
Peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) gained considerable interest as a therapeutic target during chronic inflammatory diseases. Remarkably, the pathogenesis of diseases such as multiple sclerosis or Alzheimer is associated with impaired PPARγ expression. Considering that regulation of PPARγ expression during inflammation is largely unknown, we were interested in elucidating underlying mechanisms. To this end, we initiated an inflammatory response by exposing primary human macrophages to lipopolysaccharide (LPS) and observed a rapid decline of PPARγ1 expression. Because promoter activities were not affected by LPS, we focused on mRNA stability and noticed a decreased mRNA half-life. As RNA stability is often regulated via 3′-untranslated regions (UTRs), we analyzed the impact of the PPARγ-3′-UTR by reporter assays using specific constructs. LPS significantly reduced luciferase activity of the pGL3-PPARγ-3′-UTR, suggesting that PPARγ1 mRNA is destabilized. Deletion or mutation of a potential microRNA-27a/b (miR-27a/b) binding site within the 3′-UTR restored luciferase activity. Moreover, inhibition of miR-27b, which was induced upon LPS exposure, partially reversed PPARγ1 mRNA decay, whereas miR-27b overexpression decreased PPARγ1 mRNA content. In addition, LPS further reduced this decay. The functional relevance of miR-27b-dependent PPARγ1 decrease was proven by inhibition or overexpression of miR-27b, which affected LPS-induced expression of the pro-inflammatory cytokines tumor necrosis factor α (TNFα) and interleukin (IL)-6. We provide evidence that LPS-induced miR-27b contributes to destabilization of PPARγ1 mRNA. Understanding molecular mechanisms decreasing PPARγ might help to better appreciate inflammatory diseases.
The human immunodeficiency virus (HIV) protease inhibitor saquinavir shows anticancer activity. Although its nitric oxide-modified derivative saquinavir-NO (saq-NO) was less toxic to normal cells, it exerted stronger inhibition of B16 melanoma growth in syngeneic C57BL/6 mice than saquinavir did. Saq-NO has been shown to block proliferation, upregulate p53 expression, and promote differentiation of C6 glioma and B16 cells. The anticancer activity of substances is frequently hampered by cancer cell chemoresistance mechanisms. Therefore, we here investigated the roles of p53 and the ATP-binding cassette (ABC) transporters P-glycoprotein (P-gp), multidrug resistance-associated protein 1 (MRP1), and breast cancer resistance protein 1 (BCRP1) in cancer cell sensitivity to saq-NO to get more information about the potential of saq-NO as anticancer drug. Saq-NO exerted anticancer effects in lower concentrations than saquinavir in a panel of human cancer cell lines. Neither p53 mutation or depletion nor expression of P-gp, MRP1, or BCRP1 affected anticancer activity of saq-NO or saquinavir. Moreover, saq-NO sensitized P-gp-, MRP1-, or BCRP1-expressing cancer cells to chemotherapy. Saq-NO induced enhanced sensitization of P-gp- or MRP1-expressing cancer cells to chemotherapy compared with saquinavir, whereas both substances similarly sensitized BCRP1-expressing cells. Washout kinetics and ABC transporter ATPase activities demonstrated that saq-NO is a substrate of P-gp as well as of MRP1. These data support the further investigation of saq-NO as an anticancer drug, especially in multidrug-resistant tumors.
Transcripts of NANOG and OCT4 have been recently identified in human t(4;11) leukemia and in a model system expressing both t(4;11) fusion proteins. Moreover, downstream target genes of NANOG/OCT4/SOX2 were shown to be transcriptionally activated. However, the NANOG1 gene belongs to a gene family, including a gene tandem duplication (named NANOG2 or NANOGP1) and several pseudogenes (NANOGP2-P11). Thus, it was unclear which of the NANOG family members were transcribed in t(4;11) leukemia cells. 5'-RACE experiments revealed novel 5'-exons of NANOG1 and NANOG2, which could give rise to the expression of two different NANOG1 and three different NANOG2 protein variants. Moreover, a novel PCR-based method was established that allows distinguishing between transcripts deriving from NANOG1, NANOG2 and all other NANOG pseudogenes (P2–P11). By applying this method, we were able to demonstrate that human hematopoietic stem cells and different leukemic cells transcribe NANOG2. Furthermore, we functionally tested NANOG1 and NANOG2 protein variants by recombinant expression in 293 cells. These studies revealed that NANOG1 and NANOG2 protein variants are functionally equivalent and activate a regulatory circuit that activates specific stem cell genes. Therefore, we pose the hypothesis that the transcriptional activation of NANOG2 represents a ‘gain-of-stem cell function’ in acute leukemia.
Background: A delta and C fibers are the major pain-conducting nerve fibers, activate only partly the same brain areas, and are differently involved in pain syndromes. Whether a stimulus excites predominantly A delta or C fibers is a commonly asked question in basic pain research but a quick test was lacking so far. Methodology/Principal Findings: Of 77 verbal descriptors of pain sensations, "pricking", "dull" and "pressing" distinguished best (95% cases correctly) between A delta fiber mediated (punctate pressure produced by means of von Frey hairs) and C fiber mediated (blunt pressure) pain, applied to healthy volunteers in experiment 1. The sensation was assigned to A delta fibers when "pricking" but neither "dull" nor "pressing" were chosen, and to C fibers when the sum of the selections of "dull" or "pressing" was greater than that of the selection of "pricking". In experiment 2, with an independent cohort, the three-descriptor questionnaire achieved sensitivity and specificity above 0.95 for distinguishing fiber preferential non-mechanical induced pain (laser heat, exciting A delta fibers, and 5-Hz electric stimulation, exciting C fibers). Conclusion: A three-item verbal rating test using the words "pricking", "dull", and "pressing" may provide sufficient information to characterize a pain sensation evoked by a physical stimulus as transmitted via A delta or via C fibers. It meets the criteria of a screening test by being easy to administer, taking little time, being comfortable in handling, and inexpensive while providing high specificity for relevant information.
Leukotrienes constitute a group of bioactive lipids generated by the 5-lipoxygenase (5-LO) pathway. An increasing body of evidence supports an acute role for 5-LO products already during the earliest stages of pancreatic, prostate, and colorectal carcinogenesis. Several pieces of experimental data form the basis for this hypothesis and suggest a correlation between 5-LO expression and tumor cell viability. First, several independent studies documented an overexpression of 5-LO in primary tumor cells as well as in established cancer cell lines. Second, addition of 5-LO products to cultured tumor cells also led to increased cell proliferation and activation of anti-apoptotic signaling pathways. 5-LO antisense technology approaches demonstrated impaired tumor cell growth due to reduction of 5-LO expression. Lastly, pharmacological inhibition of 5-LO potently suppressed tumor cell growth by inducing cell cycle arrest and triggering cell death via the intrinsic apoptotic pathway. However, the documented strong cytotoxic off-target effects of 5-LO inhibitors, in combination with the relatively high concentrations of 5-LO products needed to achieve mitogenic effects in cell culture assays, raise concern over the assignment of the cause, and question the relationship between 5-LO products and tumorigenesis. Keywords: leukotriene, apoptosis, cell proliferation, mitogenic effects, cytotoxicity
Background: Descending inhibitory pain control contributes to the endogenous defense against chronic pain and involves noradrenergic and serotonergic systems. The clinical efficacy of antidepressants suggests that serotonin may be particularly relevant for neuropathic pain conditions. Serotonergic signaling is regulated by synthesis, metabolisms, reuptake and receptors. To address the complexity, we used inbred mouse strains, C57BL/6J, 129 Sv, DBA/2J and Balb/c, which differ in brain serotonin levels. Results: Serotonin analysis after nerve injury revealed inter-strain differences in the adaptation of descending serotonergic fibers. Upregulation of spinal cord and midbrain serotonin was apparent only in 129 Sv mice and was associated with attenuated nerve injury evoked hyperalgesia and allodynia in this strain. The increase of dorsal horn serotonin was blocked by hemisectioning of descending fibers but not by rhizotomy of primary afferents indicating a midbrain source. Para-chlorophenylalanine-mediated serotonin depletion in spinal cord and midbrain intensified pain hypersensitivity in the nerve injury model. In contrast, chronic inflammation of the hindpaw did not evoke equivalent changes in serotonin levels in the spinal cord and midbrain and nociceptive thresholds dropped in a parallel manner in all strains. Conclusion: The results suggest that chronic nerve injury evoked hypernociception may be contributed by genetic differences of descending serotonergic inhibitory control.
Background: R-flurbiprofen, one of the enantiomers of flurbiprofen racemate, is inactive with respect to cyclooxygenase inhibition, but shows analgesic properties without relevant toxicity. Its mode of action is still unclear. Methodology/Principal Findings: We show that R-flurbiprofen reduces glutamate release in the dorsal horn of the spinal cord evoked by sciatic nerve injury and thereby alleviates pain in sciatic nerve injury models of neuropathic pain in rats and mice. This is mediated by restoring the balance of endocannabinoids (eCB), which is disturbed following peripheral nerve injury in the DRGs, spinal cord and forebrain. The imbalance results from transcriptional adaptations of fatty acid amide hydrolase (FAAH) and NAPE-phospholipase D, i.e. the major enzymes involved in anandamide metabolism and synthesis, respectively. R-flurbiprofen inhibits FAAH activity and normalizes NAPE-PLD expression. As a consequence, R-Flurbiprofen improves endogenous cannabinoid mediated effects, indicated by the reduction of glutamate release, increased activity of the anti-inflammatory transcription factor PPAR gamma and attenuation of microglia activation. Antinociceptive effects are lost by combined inhibition of CB1 and CB2 receptors and partially abolished in CB1 receptor deficient mice. R-flurbiprofen does however not cause changes of core body temperature which is a typical indicator of central effects of cannabinoid-1 receptor agonists. Conclusion: Our results suggest that R-flurbiprofen improves the endogenous mechanisms to regain stability after axonal injury and to fend off chronic neuropathic pain by modulating the endocannabinoid system and thus constitutes an attractive, novel therapeutic agent in the treatment of chronic, intractable pain.
I-kappaB-Kinase epsilon - ein neues Zielprotein für die Pharmakotherapie bei Schmerz und Entzündung?
(2010)
Der Transkriptionsfaktor NF-kappaB spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation von Immunantworten, Apoptose und Entzündungen sowie bei der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen. Ein pharmakologischer Eingriff in die NF-kappaB-Aktivierungskaskade könnte daher eine Schmerzhemmung bewirken und so Ansätze für die Entwicklung neuer Therapien für pathophysiologische Schmerzen liefern. Die NF-kappaB-Signalübertragungskaskade bietet verschiedene Angriffspunkte für Pharmaka, wobei zurzeit IkappaB Kinasen (IKK) als hoffnungsvolle Zielmoleküle im Fokus der Untersuchungen stehen. Verschiedene IKKs regulieren die Aktivität von NF-kappaB über die Phosphorylierung des inhibitorischen Proteins IkappaB oder über die direkte Phosphorylierung von NF-kappaB. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle der neu entdeckten IKK epsilon bei der Schmerzentstehung und -verarbeitung sowie deren Eignung als neues Zielmolekül für die Schmerztherapie näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass IKK epsilon konstitutiv in Geweben der Maus, welche an der Entstehung und Verarbeitung von Schmerzen beteiligt sind, exprimiert ist. Im Rückenmark konnte die Lokalisation von IKK epsilon in den schmerzrelevanten Laminae I und II des Dorsalhorns nachgewiesen werden und auch in den Hinterwurzelganglien (Dorsal Root Ganglia (DRG’s)) war IKK epsilon in kleinen, nozizeptiven Neuronen exprimiert. Nach peripherer entzündlich-nozizeptiver Stimulation mit Formalin oder Zymosan kam es im Lumbalmark und den DRG’s zu einem signifikanten Anstieg der IKK epsilon-Expression sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene. Diese Beobachtungen machten eine Beteiligung von IKK epsilon an der Prozessierung von Schmerz sehr wahrscheinlich. Um die Rolle von IKK epsilon während der Schmerzentstehung und -verarbeitung besser beurteilen zu können wurde das Verhalten von IKK epsilon defizienten Mäusen in akuten und inflammatorischen Schmerzmodellen charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass der Knockout von IKK epsilon zu einem signifikant verringerten nozizeptiven Verhalten im Formalintest und einer Hemmung der mechanischen Hyperalgesie nach Zymosaninjektion im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen führte. Gleichzeitig konnte kein Unterschied im akut nozizeptiven Verhalten festgestellt werden. Der Knockout von IKK epsilon hatte demnach keine Auswirkung auf den akuten physiologischen Nozizeptorschmerz, zeigte jedoch eine Verbesserung bei pathophysiologischen Schmerzen. Das verringerte nozizeptive Verhalten der IKK epsilon defizienten Mäuse im Formalintest ging mit einer Hemmung der NF-kappaB-Aktivierung im Rückenmark einher. Auch konnte eine verringerte mRNA-Expression der NF-kappaB-abhängigen Gene Cyclooxygenase-2 (COX-2), Matrixmetalloprotease-9 (MMP-9) und induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS), die an der Regulation von Entzündungsschmerzen beteiligt sind, im Rückenmark und den DRG’s nachgewiesen werden. Da IKK epsilon bisher hauptsächlich mit der Aktivierung des TypI Interferon-Signalweges in Zusammenhang gebracht wurde, wurde außerdem geprüft, ob es nach Injektion mit Formalin zu einer Aktivierung des Trankriptionsfaktors Interferon-regulierender Faktor (IRF)-3 in Wildtyp-Mäusen kommt, was nicht beobachtet werden konnte. Der Knockout von IKK epsilon scheint demnach seine antinozizeptive Wirkung direkt über eine fehlende Aktivierung von NF-kappaB zu entfalten, wonach IKK epsilon eine bedeutendere Rolle als bisher angenommen bei der Aktivierung von NF-kappaB spielt. Dies konnte durch in vitro Daten untermauert werden. Der Knockdown von IKK epsilon in Makrophagen-Zellkultur mit spezifischer siRNA verhinderte die Phosphorylierung von NF-kappaBp65 am Serinrest 536 nach Stimulation mit LPS. Anhand der vorliegenden Daten lässt sich also schlussfolgern, dass IKK epsilon an der Schmerzentstehung und verarbeitung bei Entzündungen beteiligt zu sein scheint. Eine Hemmung dieser Kinase könnte demnach ein neues, lohnendes Ziel für die Entwicklung neuer Medikamente für die Schmerztherapie sein.
In the past, the genetically diabetic-obese diabetes/diabetes (db/db) and obese/obese (ob/ob) mouse strains were used to investigate mechanisms of diabetes-impaired wound healing. Here we determined patterns of skin repair in genetically normal C57Bl/6J mice that were fed using a high fat diet (HFD) to induce a diabetes-obesity syndrome. Wound closure was markedly delayed in HFD-fed mice compared to mice which had received a standard chow diet (CD). Impaired wound tissue of HFD mice showed a marked prolongation of wound inflammation. Expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) was delayed and associated with the disturbed formation of wound margin epithelia and an impaired angiogenesis in the reduced granulation tissue. Normal wound contraction was retarded and disordered. Wound disorders in obese C57Bl/6J mice were paralleled by a prominent degradation of the inhibitor of NFκB (IκB-α) in the absence of an Akt activation. By contrast to impaired wound conditions in ob/ob mice, late wounds of HFD mice did not develop a chronic inflammatory state and were epithelialized after 11 days of repair. Thus, only genetically obese and diabetic ob/ob mice finally developed chronic wounds and therefore represent a better suited experimental model to investigate diabetes-induced wound healing disorders.
Die Wirkungen von Acrylamid beschäftigen seit Jahrzehnten Mediziner, Toxikologen, Biologen und Analytiker. Zwar konnte eine kanzerogene Wirkung beim Tier eindeutig nachgewiesen werden, der Nachweis dieser Wirkung beim Menschen ist aber bis heute nicht erbracht. Bis 2000 wurde angenommen, dass Acrylamid ausschließlich technisch erzeugt vorkommt und der Mensch Acrylamid nur aus dieser Quelle aufnimmt. Hierauf beruhen Grenz- und Richtwerte auf nationaler und internationaler Ebene, sowohl am Arbeitsplatz als auch für Trinkwasser und Verpackungsmaterialien. Neben dem Acrylamidgehalt in technischen Produkten, Wasser und Luft gelang der Nachweis der aufgenommenen Acrylamidmenge über Acrylamid-Hämoglobin-Addukte im Blut erst 1995, nachdem der Acrylamid-Metabolismus aufgeklärt worden war und die analytischen Methoden verfeinert waren. Die Annahme, dass Acrylamid ausschließlich in technischen Prozessen gebildet wird, war jedoch nicht vereinbar mit Erkenntnissen, dass auch Probanden einen erhöhten Acrylamidspiegel im Blut aufzeigten, die nicht mit Acrylamid am Arbeitsplatz in Kontakt gekommen waren. Im Jahr 2002 gelang es eindeutig nachzuweisen, dass Acrylamid in vielen, meist alltäglich verzehrten Lebensmitteln abhängig von der Zubereitungsart zu finden ist. Mit Hilfe einer verbesserten Analytik konnten schließlich hohe Acrylamidmengen in zahlreichen, vor allem frittierten Lebensmitteln, belegt werden, die die Belastung aus technischen Quellen oft weit überschritten. Die Tatsache, dass die Nahrung der allgemeinen Bevölkerung deutlich Acrylamid-belastet ist, hat die Bewertung der Acrylamid-Toxizität und die Maßnahmen zum Gesundheitsschutz nachhaltig verändert. Durch den späten Nachweis der Acrylamid-Aufnahme mit Lebensmitteln sind viele frühere Annahmen für die Gesundheitsbewertung irrig, die hieraus gezogenen Schlußfolgerungen nicht haltbar. Seit 2002 ist die Reduktion der Lebensmittelbelastung in den Mittelpunkt gerückt, die Arbeitsplatzbelastung hat - mit Ausnahme der Schleimhautreizung - keine weitere Berücksichtigung erhalten. Die hohe Belastung von Lebensmitteln stellt bisherige Richtlinien und Expositionsauflagen in Frage, der fehlende bisherige epidemiologische Nachweis, der aus Tierversuchen eindeutig nachweisbaren Karzinogenität stellt für Acrylamid auch die bisherigen Modell-Annahmen der Krebsentstehung durch Umweltschadstoffe in der „one hit-Hypothese“ in Frage.
Die Genexpression in prokaryotischen Organismen unterliegt einer Vielzahl von Regulationsmechanismen, deren Aufgabe darin besteht, die Zelle an sich ändernde Umweltbedingungen anzupassen, um so das Überleben des prokaryotischen Organismus zu gewährleisten. Eine Reihe von Hitzeschock- und Virulenzgenen unterliegen temperaturabhängiger Regulation, mit dem Ziel, die Zelle an die sich ändernde Umgebung anzupassen. Die Messung der Temperatur erfolgt dabei über temperatursensitive RNA-Elemente, sogenannte RNA-Thermometer, die sich üblicherweise in der 5’-untranslatierten Region der Gene befinden, die sie regulieren. Sie unterdrücken die Translationsinitiation, indem sie die Shine-Dalgarno (SD)-Sequenz bei niedrigen Temperaturen über Basenpaarung blockieren und dadurch die Bindung des Ribosoms verhindern. In Kapitel 2 der vorliegenden Arbeit wurde die thermodynamische Stabilität der temperatursensitiven Haarnadelschleife 2 des Salmonella FourU RNA-Thermometers über einen breiten Temperaturbereich analysiert. Freie Enthalpie-, Enthalpie- und Entropie-Werte für die Basenpaaröffnung der einzelnen Nukleobasen innerhalb der RNA wurden über die temperaturabhängige Messung von Iminoprotonen-Austauschraten mittels NMR-Spektroskopie bestimmt. Die Austauschraten wurden für die Wildtyp-RNA und die A8C-Mutante bestimmt und miteinander verglichen. Es zeigte sich, dass die Wildtyp-RNA durch das außergewöhnlich stabile Basenpaar G14-C25 stabilisiert wird. Dies konnte durch die Untersuchung der Entfaltung der destabilisierenden G14A-C25U-Doppelmutante verifiziert werden. Über CD-spektroskopsiche Untersuchungen konnte der globale Entfaltungsübergang der jeweiligen RNA analysiert werden. Das Mismatch-Basenpaar innerhalb des Wildtyp-RNA-Thermometers (A8-G31) erwies sich als Ursache für die geringere Kooperativität des Entfaltungsübergangs der Wildtyp-RNA im Vergleich zur A8C-Mutante. Enthalpie- und Entropie-Werte für die Basenpaaröffnung einzelner Nukleotide sind für beide RNAs linear korreliert. Die Steigungen dieser Korrelationen stimmen mit den Schmelzpunkten der RNAs überein, die über CD-Spektroskopie bestimmt wurden. Entfaltung der RNA tritt also genau dann auf, wenn alle Nukleotide gleiche thermodynamische Stabilitäten besitzen. Die Resultate sind mit einem Reißverschluss-Mechanismus für die RNA-Helix Entfaltung konsistent und erklärbar, in dem die Stapelinteraktionen der benachbarten Nukleobasen innerhalb der RNA-Helix verantwortlich für die beobachtete Kooperativität sind. Die Ergebnisse weisen auch auf die Wichtigkeit der RNA-Lösungsmittel-Interaktion für die Stabilität der RNA-Struktur hin. So konnten langreichweitige Wechselwirkungen der A8C-Mutation auf die Stabilität der G14-Nukleobase identifiziert werden, die möglicherweise über die Hydrathülle der RNA vermittelt werden. Schließlich konnte für das FourU-Motiv eine Mg2+-Bindestelle identifiziert werden, die die temperaturabhängige Stabilität des RNA-Thermometers beeinflusst. Es besteht also die Möglichkeit, dass Änderungen der intrazellulären Mg2+-Konzentration die Expression des agsA-Gens in vivo modulierend beeinflussen. In Kapitel 3 dieser Arbeit wurden die dynamischen Eigenschaften des Phosphodiesterrückgrats einer perdeuterierten cUUCGg-Tetraloop-14mer-RNA untersucht. Dazu wurden die Relaxationseigenschaften aller 31P-Kerne dieser RNA bei magnetischen Feldstärken von 300, 600 und 900 MHz untersucht. Dipolare Relaxationsbeiträge konnten unterdrückt werden, indem eine perdeuterierte RNA-Probe in einem D2O-Puffer verwendet wurde. Um die 31P-Relaxationsdaten (R1, R2) interpretieren zu können, wurde zusätzlich mittels Festkörper-NMR die Chemische Verschiebungsanisotropie (CSA) der 31P-Kerne des Phosphodiesterrückgrats bestimmt. Die Messungen wurden bei verschiedenen Salzkonzentrationen und unter unterschiedlichen Hydratationsbedingungen durchgeführt. Aus den Daten konnte ein 31P-CSA-Wert von 178.5 ppm im statischen Zustand (S2 = 1) bestimmt werden. Auf der Grundlage der durchgeführten R1- und R2-Messungen wurde eine Modelfree-Analyse durchgeführt, um Informationen über die schnellen Dynamiken des Phosphodiesterrückgrats zu erhalten. Die Resultate zeigen, dass die Dynamiken des Phosphodiesterrückgrats auf der Subnanosekundenzeitskala stärker ausgeprägt sind als die Dynamiken der Ribofuranosylreste und der Nukleobasen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Dynamik einer individuellen Phosphatgruppe zu der jeweiligen 5’-benachbarten Nukleobase korreliert ist. In Kapitel 4 dieser Arbeit wird die Entwicklung neuer Methoden beschrieben, mit denen Torsionswinkelinformation aus der Analyse kreuzkorrelierter Relaxationsraten gewonnen werden können. Im ersten Teil des Kapitels wird die Entwicklung einer neuen NMR-Pulssequenz beschrieben, über die der glykosidische Torsionswinkel Chi in 13C,15N-markierten Oligonukleotiden bestimmt werden kann. Mit dem neuen quantitativen Gamma-HCNCH-Experiment ist es möglich, die dipolaren kreuzkorrelierten Relaxationsraten Gamma-C6H6-C1´H1´ (Pyrimidine) und Gamma-C6H6-C1´H1´ (Purine) zu messen. Die kreuzkorrelierten Relaxationsraten wurden an einer 13C,15N-markierten cUUCGg-Tetraloop-14mer-RNA bestimmt. Die aus den Raten extrahierten Chi-Winkel wurden mit bereits vorhandener Strukturinformation verglichen. Sie stimmen bemerkenswert gut mit den Winkeln der Kristallstruktur des Tetraloops überein. Zusätzlich wurde die neue Methode an einer größeren 30mer-RNA, dem „Stemloop D“ (SLD) aus dem Coxsackievirus-B3-Kleeblatt, getestet. Für die SLD-RNA wurde der Effekt von anisotroper Rotationsdiffusion auf die Relaxationsraten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Chi-Winkelbestimmung besonders für Nukleotide in der anti-Konformation sehr genau ist und die Methode eine eindeutige Unterscheidung von syn- und anti-Konformation zulässt. Im zweiten Teil von Kapitel 4 wird die Entwicklung des Gamma-HCCCH-Experiments beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine neue NMR-Pulssequenz zur Messung der Gamma-C1´H1´-C3´H3´-Rate in 13C-markierten RNAs. Die Funktionsfähigkeit der neuen Methode wurde an einer cUUCGg-Tetraloop-14mer-RNA demonstriert. Zusätzlich dazu wurden die analytischen Gamma-C1´H1´-C3´H3´(P,nü_max)-, Gamma-C1´H1´-C4´H4´(P,nü_max)- und Gamma-C2´H2´-C4´H4´(P,nü_max)-Abhängigkeiten mathematisch hergeleitet. Die an der 14mer-RNA gemessenen Gamma-C1´H1´-C3´H3´-Raten wurden mit Hilfe der Gamma-C1´H1´-C3´H3´(P,nü_max)-Beziehung analysiert. Die Ergebnisse für die Pseudorotationsphase P sind konsistent mit Referenzwinkeln aus der 14mer-NMR-Struktur und den bereits bekannten (Gamma-C1´H1´-C2´H2´)/(Gamma-C3´H3´-C4´H4´)-Ratenverhältnissen. Die neue Methode liefert zusätzliche Informationen, um Konformation (P, nü_max) und Dynamik S2(C1´H1´-C3´H3´) der Ribosereste in RNA-Molekülen genauer beschreiben zu können. In Kapitel 5 dieser Arbeit wird die Entwicklung des 3D-HNHC-Experiments, einer neuen NMR-Pulssequenz, beschrieben. Dieses Experiment ermöglicht es, die H2-, C2- und N1-Resonanzen in Adenin-Nukleobasen 13C, 15N-markierter RNA-Oligonukleotide miteinander zu korrelieren. Die Funktionsfähigkeit der neuen Methode wurde an einer mittelgroßen, entsprechend markierten 36mer-RNA demonstriert. Die neue Methode vereinfacht die Zuordnung der Kerne der Adenin-Nukleobasen, da Zuordnungsmehrdeutigkeiten aufgrund überlappender Resonanzen in der 1H-Dimension aufgelöst werden können. In Kombination mit dem TROSY-relayed-HCCH-COSY-Experiment liefert das neue 3D-HNHC-Experiment das fehlende Glied für die Zuordnung der Imino-H3-Resonanzen der Uracil-Nukleobasen über das AU-Basenpaar hinweg zu den H8-Resonanzen der Adenin-Nukleobasen.
Die Arbeit untersucht die Herstellung und ökonomische Umsetzung von "ethnischem Anderssein" in sog. Kultur-Kochkursen in Frankfurt am Main. In den beforschten Kultur-Kochkursen vermitteln ethnisch markierte KochkursleiterInnen "ihre Küche und Kultur" einem (multikulturalistisch) interessiertem Publikum. Die Arbeit fokussiert auf die performative Herstellung, Umsetzung und Repräsentation von (vermarktbarem) ethnischen Andersseins durch die KochkursleiterInnen in der Kochkurssituation und überprüft die Annahme, dass Ethnizität primär durch (Selbst-)Othering – die Betonung von unüberbrückbarer, essentieller kultureller Differenz – vermarktet wird. Die Befunde, welche auf Internetrecherchen, teilnehmenden Beobachtungen und narrativen Interviews basieren, zeigen, dass die organisierenden Institutionen die Kulturkochkurse zwar mit dem Verweis auf Authentizität, Tradition und Andersartigkeit bewerben, die Kultur-KochkursleiterInnen selbst in der Kochkurssituation allerdings kein kulturalistisches, exotisierendes und Differenz betonendes Ethnizitätskonzept perfomieren, sondern vielmehr Dynamik, Vielfalt und Vermischungen artikulieren, praktizieren und stark positiv konnotieren.
LmrA is a member of the ATP Binding Cassette (ABC) transporter family of membrane proteins and a structural and functional homologue of P-glycoprotein1, 2. ABC-transporters share a common architecture of two transmembrane domains and two nucleotide binding domains. The NBDs are highly conserved in this transporter family whereas the TMDs are highly diverse3. The TMDs recognize the substrate and the NBDs bind and hydrolyze ATP and thus contribute the energy for substrate translocation. ABC transporters as a protein family transport a high number of substrates including peptides, nutrients, ions, bile acids, lipids and other lipophilic compounds. LmrA is a multidrug transporter that recognizes a number of hydrophobic substrates including fluorescent dyes and antibiotics1, 4-6. LmrA is a native protein of the gram-positive bacterium Lactococcus lactis. In this thesis, L. lactis was used as a homologous expression host for the preparation of LmrA for a variety of experiments. Wildtype LmrA as well as a number of cysteine mutants were successfully expressed in L. lactis, purified and subsequently characterized by a variety of biochemical assays (Chapter 4). LmrA can be expressed to very high amounts in L. lactis. The purification and reconstitution were optimized for the requirements of solid-state NMR experiments in this thesis. For the first time, an ABC transporter has been reconstituted in synthetic lipids to a ratio of up to 1:150 (mol/mol). LmrA was shown to be active under magic angle spinning conditions with these reconstitution ratios. By taking advantage of the slower ATP hydrolysis by LmrA ΔK388 (lysine deletion in the Walker A motif), a real-time 31P solid-state NMR ATPase assay was established (Chapter 5). This assay allowed, for the first time, the investigation of all phosphor nuclei during the ATP hydrolysis cycle of a membrane protein simultaneously and in real time7. This assay has been successfully adapted to investigate both ATP hydrolysis and substrate phosphorylation of diacylglycerol kinase (together with S. Wollschlag) and ATP hydrolysis at high temperatures of the thermophilic ABC transporter ABC1 from Thermos thermophilus (together with A. Zutz). In the course of this thesis, the gene for LmrA has been cloned into expression vectors suitable for Escherichia coli and the heterologous expression of LmrA was established (Chapter 4). The functionality of the heterologously expressed protein has been investigated and compared to L. lactis LmrA. In these experiments, LmrA was shown to yield a distinct multidrug resistance phenotype in its E. coli host and to show secondary active multidrug transport in the absence of ATP and presence of a proton gradient [Hellmich et al, in prep] (Chapter 4). Previously, it had been shown that LmrA acts as a seconadary active transporter when the NBDs are truncated8. The overexpression in minimal and defined medium and the purification of LmrA from E. coli have been optimized. Isotope labeling for ssNMR has been established and the first multinuclear ssNMR experiments have been carried out on a functional ABC transporter (Chapter 8). ABC transporters couple two cycles: upon ATP binding, the NBDs dimerize, hydrolyze the ATP, subsequently release Pi and ADP and finally dissociate. During this cycle, conformational changes are relayed to the TMDs which utilize the energy from ATP binding and/or hydrolysis to translocate the respective substrate. The prehydrolysis state can be trapped by beryllium fluoride, whereas the post-hydrolysis state of this cycle can be trapped by vanadate9-12. Trapping protocols for these reagents were successfully established for LmrA in this thesis (Chapter 4). This allowed for the investigation of different catalytic states by both ssNMR and EPR. A general 19F labeling protocol for membrane proteins has been established in the course of this thesis and successfully applied to proteorhodopsin (together with N. Pfleger)13 and LmrA (chapter 6). Single cysteine mutants of LmrA that line out the dimer interface have been labeled with a fluorine label for ssNMR. In the apo state, the 19F labeling indicates highly flexible transmembrane domains, a finding that is supported by 13C ssNMR and EPR measurements. The addition of drugs has a different effect on different positions within the LmrA dimer, therefore indicating that different drugs are recognized at a different position within the protein. For P-glycoprotein and LmrA it has been previously shown by biochemical methods that different drug binding sites co-exist. For a 19F label attached at position 314 (LmrA E314C), the spectra showed two distinct peaks with similar populations. This could hint towards a structural asymmetry within the LmrA dimer that might also be reflected in the alternating ATP hydrolysis at the NBDs. E314 has been specifically implicated with drug transport. Thus, structural asymmetry at this position might be functionally relevant for guiding a substrate through the transporter. Structural asymmetry within a homodimeric ABC transporter has also been shown for BtuCD, the E. coli vitamin B12 importer14. In addition, the conserved glutamates in EmrE, a small multidrug resistance protein, were shown to be asymmetric in the drug bound state15. Both, uniformly 13C/15N labeled as well as selectively amino acid type labeled LmrA has been investigated in different conformational states. Interestingly, significant dynamic changes in the b-sheet regions of LmrA (confined to the NBDs) were observed in the pre-hydrolysis (beryllium fluoride) and transition state (vanadate trapped) state. These were interpreted as the transition from a domain in fast conformational exchange in the apo state to one of intermediate exchange in the nucleotide bound state. A significant change in NBD mobility upon nucleotide binding was previously also shown with 2H ssNMR on LmrA16. By EPR it was shown that LmrA in both the vanadate and BeFx trapped states displays a significantly higher rigidity and therefore defined distances, whereas the apo state resembled a “floppy” protein with no preferred distance distribution. This concurs with data obtained from 19F ssNMR with fluorine labeled single-cysteine mutants. Here, in agreement with the EPR data, a higher label (and possibly) protein mobility was observed in the apo state displaying rather broad line widths. Upon trapping with vanadate, the line widths of the majority of fluorine-labeled mutants decreased due to an enhanced protein rigidity and a more homogenous environment of the fluorine labels. A similar observation was made when increasing the temperature that can be explained due to higher protein flexibility at increased temperatures. Solution NMR was employed to investigate the isolated soluble NBD of LmrA (Chapter 9). First 2D and 3D spectra were successfully obtained and could be utilized for a preliminary assignment of a significant fraction of residues. Additionally, binding of ATP and ADP in absence and presence of magnesium was investigated. Finally, the effects of peptides emulating the coupling helices of the full-length transporter on the soluble NBD were investigated. Strikingly, binding of one of these peptides only occurred in the presence of nucleotides (whereas the other showed no binding at all) hinting towards a tightly coupled regulation of the NBD and TMD during the substrate translocation/ATP hydrolysis cycle based on nucleotide binding.
"Protein Associated with Myc" (PAM) hat aufgrund seiner enormen Größe von 510 kD und der Vielzahl an Proteinbindungsstellen das Potential viele regulatorische und physiologische Prozesse zu regulieren. Mit der Funktion als E3-Ubiquitinligase und davon unabhängigen Proteininteraktionen reguliert es beispielsweise Prozesse der Synaptogenese und der spinalen Schmerzverarbeitung, wie auch die Regulation des Pteridin Stoffwechsels und des cAMP-Signalweges. Im Gegensatz zur spinalen Schmerzverarbeitung war eine Beteiligung von PAM an der peripheren Nozizeption bisher unbekannt und sollte im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Dazu wurden konditionale PAM-Knockout Mäuse generiert und charakterisiert. Zum einen wurde PAM in Vorläuferzellen von Neuronen und Gliazellen und zum anderen in allen nozizeptiven und thermorezeptiven Neuronen der Dorsalganglia und der Ganglia trigeminale deletiert. Der Knockout in Neuronen und Gliazellen führte zu einer pränatalen Letalität und unterstreicht so die Bedeutung von PAM während der Neuronenentwicklung. Mit Hilfe des spezifischen Knockouts in nozizeptiven Neuronen konnte eine Rolle von PAM bei der Regulation der thermischen Hyperalgesie gezeigt werden. Keinen Einfluss hatte die Deletion von PAM auf basale thermische und mechanische Schmerzschwellen, sowie auf Formalin-induzierte akute Schmerzen. Als potentieller Mechanismus wurde der mTOR- und der p38 MAPK-Signalweg untersucht. Dabei konnte eine Vermittlung der S1P-induzierten mTOR-Aktivierung durch PAM nachgewiesen werden und Rheb als eine Komponente dieser Aktivierung ermittelt werden. Der p38 MAPK Signalweg war in Abwesenheit von PAM konstitutiv aktiviert und einige Proteine des Rezeptortraffickings waren verstärkt exprimiert. Als ursächlich für die beobachtete verlängerte Hyperalgesie in PAM-defizienten Mäusen konnte die Unterbindung der Internalisierung des TRPV1-Rezeptors nachgewiesen werden. Dieser Effekt ist spezifisch für TRPV1, da der verwandte Ionenkanal TRPA1 durch die PAM-Deletion nicht beeinträchtigt wurde. In der vorliegenden Arbeit konnte so zum ersten Mal gezeigt werden, dass PAM in peripheren nozizeptiven Neuronen über die p38 MAPK-vermittelte Internalisierung von TRPV1 die Dauer der thermischen Hyperalgesie reguliert.
The continuous progress in the structural and functional characterization of aquaporins increasingly attracts attention to study their roles in certain mammalian diseases. Although several structures of aquaporins have already been solved by crystallization, the challenge of producing sufficient amounts of functional proteins still remains. CF (cell free) expression has emerged in recent times as a promising alternative option in order to synthesize large quantities of membrane proteins, and the focus of this report was to evaluate the potential of this technique for the production of eukaryotic aquaporins. We have selected the mouse aquaporin 4 as a representative of mammalian aquaporins. The protein was synthesized in an E. coli extract based cell-free system with two different expression modes, and the efficiencies of two modes were compared. In both, the P-CF (cell-free membrane protein expression as precipitate) mode generating initial aquaporin precipitates as well as in the D-CF (cell-free membrane protein expression in presence of detergent) mode, generating directly detergent solubilized samples, we were able to obtain mg amounts of protein per ml of cell-free reaction. Purified aquaporin samples solubilized in different detergents were reconstituted into liposomes, and analyzed for the water channel activity. The calculated Pf value of proteoliposome samples isolated from the D-CF mode was 133 µm/s at 10°C, which was 5 times higher as that of the control. A reversible inhibitory effect of mercury chloride was observed, which is consistent with previous observations of in vitro reconstituted aquaporin 4. In this study, a fast and convenient protocol was established for functional expression of aquaporins, which could serve as basis for further applications such as water filtration.
Proteins of the Omp85 family are conserved in all kingdoms of life. They mediate protein transport across or protein insertion into membranes and reside in the outer membranes of Gram-negative bacteria, mitochondria, and chloroplasts. Omp85 proteins contain a C-terminal transmembrane β-barrel and a soluble N terminus with a varying number of polypeptide-transport-associated or POTRA domains. Here we investigate Omp85 from the cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120. The crystallographic three-dimensional structure of the N-terminal region shows three POTRA domains, here named P1 to P3 from the N terminus. Molecular dynamics simulations revealed a hinge between P1 and P2 but in contrast show that P2 and P3 are fixed in orientation. The P2-P3 arrangement is identical as seen for the POTRA domains from proteobacterial FhaC, suggesting this orientation is a conserved feature. Furthermore, we define interfaces for protein-protein interaction in P1 and P2. P3 possesses an extended loop unique to cyanobacteria and plantae, which influences pore properties as shown by deletion. It now becomes clear how variations in structure of individual POTRA domains, as well as the different number of POTRA domains with both rigid and flexible connections make the N termini of Omp85 proteins versatile adaptors for a plentitude of functions.
Auf dem NATO-Gipfel in Lissabon wurde soeben eine neue Sicherheitsstrategie beschlossen. Die Allianz werde nun „more effective, more engaged, and more efficient“ [Quelle http://www.nato.int/cps/en/natolive/news_68216.htm], so NATO-Generalsekretär Anders Fogh Rasmussen. Ohne die Folgen dieser neuen Strategie bereits jetzt evaluieren zu können, so kann man doch festhalten, dass mit dieser Strategie tatsächlich ein sich seit geraumer Zeit abzeichnender Paradigmenwechsel seinen vorläufigen Höhepunkt gefunden hat: Die NATO 3.0 als Risikomanager...
Wer in den letzten Monaten die Zeitungen aufschlug, kam um Hiobsbotschaften über den Zustand des Euros und Europas nicht herum. Von Hilferufen diverser peripherer Mitgliedsstaaten war allerorten die Rede, gar vom Auseinanderbrechen der Gemeinschaftswährung. Die Regierungsspitzen, den Marktmechanismen scheinbar hilflos ausgeliefert, beraten sich auf Krisengipfeln, beginnend mit dem ersten Sondergipfel zur Eurokrise am 11. Februar. Rettungsschirme überall, die dann zu klein sind für die Menge an Mitgliedsstaaten, die man spekulativ noch darunter verorten könnte. Hermann von Rompuy sieht die EU gar in einem Überlebenskampf ...
Man befindet sich im Krieg: Mit der zunehmenden Vernetzung der Weltent stehen neue Sicherheitsherausforderungen. Angriffe im Internet sind keine Seltenheit mehr und die Frage, wie man damit umgeht steht überall auf der Tagesordnung. Die NATO führte mit der „Cyber Coalition 2010 Exercise“ erstmals ein Cyberwar-Manöver durch und die USA aktivierten 2010 eine reine Cyberwar-Einheit [Quelle]. Sowohl auf staatlicher als auch zwischenstaatlicher Ebene haben sich die Räder in Bewegung gesetzt um den neuen Bedrohungen zu begegnen....