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Atg8-family proteins - structural features and molecular interactions in autophagy and beyond
(2020)
Autophagy is a common name for a number of catabolic processes, which keep the cellular homeostasis by removing damaged and dysfunctional intracellular components. Impairment or misbalance of autophagy can lead to various diseases, such as neurodegeneration, infection diseases, and cancer. A central axis of autophagy is formed along the interactions of autophagy modifiers (Atg8-family proteins) with a variety of their cellular counter partners. Besides autophagy, Atg8-proteins participate in many other pathways, among which membrane trafficking and neuronal signaling are the most known. Despite the fact that autophagy modifiers are well-studied, as the small globular proteins show similarity to ubiquitin on a structural level, the mechanism of their interactions are still not completely understood. A thorough analysis and classification of all known mechanisms of Atg8-protein interactions could shed light on their functioning and connect the pathways involving Atg8-proteins. In this review, we present our views of the key features of the Atg8-proteins and describe the basic principles of their recognition and binding by interaction partners. We discuss affinity and selectivity of their interactions as well as provide perspectives for discovery of new Atg8-interacting proteins and therapeutic approaches to tackle major human diseases.
We present the results of geochemical analysis of silver coinage issued by Rome and dated between the fourth and second century BCE, which are complemented by data of coinage issued by Carthage, the Brettii, and the Greek colony of Emporion. Each of these minting authorities represents one of the major parties involved in the struggle for hegemony in the fourth to second centuries BCE Western Mediterranean region. This study retraces how the metal supply shifts in response to the transforming power relations and how this change is related to Rome's rise to the virtually uncontested ruler of the region.
Objective: Phenotypic (Sensititre Myco, pDST) and genotypic drug susceptibility testing (GenoType NTM DR, gDST) in M. avium complex (MAC) have become available as standardized assays, but comparable data is needed. This study aimed to investigate the phenotypic and genotypic drug susceptibility patterns in MAC clinical isolates.
Methods: Overall, 98 isolates from 85 patients were included. pDST and gDST were performed on all isolates and results compared regarding specificity and sensitivity using pDST as a reference method. The impact of drug instability on pDST results was studied using a biological assay over 14 days. In addition, the evolution of antimicrobial resistance was investigated in sequential isolates of 13 patients.
Results: Macrolide resistance was rare, 1.2% (95% CI 0.7–7.3) of isolates in the base cohort. No aminoglycoside resistances were found, but 14.1% of the studied isolates (95% CI 7.8–23.8) showed intermediate susceptibility. The GenoType NTM DR identified two out of four macrolide-resistant isolates. Antibiotic stability was demonstrated to be poor in rifampicin, rifabutin, and doxycycylin.
Conclusions: pDST results in NTM for unstable antibiotics must be interpreted with care. A combination of pDST and gDST will be useful for the guidance of antimicrobial therapy in MAC-disease.
Echovirus-30 (E-30) is a non-polio enterovirus responsible for meningitis outbreaks in children worldwide. To gain access to the central nervous system (CNS), E-30 first has to cross the blood-brain barrier (BBB) or the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB). E-30 may use lipid rafts of the host cells to interact with and to invade the BCSFB. To study enteroviral infection of the BCSFB, an established in vitro model based on human immortalized brain choroid plexus papilloma (HIBCPP) cells has been used. Here, we investigated the impact of E-30 infection on the protein content of the lipid rafts at the BCSFB in vitro. Mass spectrometry analysis following E-30 infection versus uninfected conditions revealed differential abundancy in proteins implicated in cellular adhesion, cytoskeleton remodeling, and endocytosis/vesicle budding. Further, we evaluated the blocking of endocytosis via clathrin/dynamin blocking and its consequences for E-30 induced barrier disruption. Interestingly, blocking of endocytosis had no impact on the capacity of E-30 to induce loss of barrier properties in HIBCPP cells. Altogether, these data highlight the impact of E-30 on HIBCPP cells microdomain as an important factor for host cell alteration.
Interspecies hydrogen transfer in anoxic ecosystems is essential for the complete microbial breakdown of organic matter to methane. Acetogenic bacteria are key players in anaerobic food webs and have been considered as prime candidates for hydrogen cycling. We have tested this hypothesis by mutational analysis of the hydrogenase in the model acetogen Acetobacterium woodii. Hydrogenase-deletion mutants no longer grew on H2 + CO2 or organic substrates such as fructose, lactate, or ethanol. Heterotrophic growth could be restored by addition of molecular hydrogen to the culture, indicating that hydrogen is an intermediate in heterotrophic growth. Indeed, hydrogen production from fructose was detected in a stirred-tank reactor. The mutant grew well on organic substrates plus caffeate, an alternative electron acceptor that does not require molecular hydrogen but NADH as reductant. These data are consistent with the notion that molecular hydrogen is produced from organic substrates and then used as reductant for CO2 reduction. Surprisingly, hydrogen cycling in A. woodii is different from the known modes of interspecies or intraspecies hydrogen cycling. Our data are consistent with a novel type of hydrogen cycling that connects an oxidative and reductive metabolic module in one bacterial cell, "intracellular syntrophy."
Background: Capture and storage of the energy carrier hydrogen as well as of the greenhouse gas carbon dioxide are two major problems that mankind faces currently. Chemical catalysts have been developed, but only recently a group of anaerobic bacteria that convert hydrogen and carbon dioxide to acetate, formate, or biofuels such as ethanol has come into focus, the acetogenic bacteria. These biocatalysts produce the liquid organic hydrogen carrier formic acid from H2 + CO2 or even carbon monoxide with highest rates ever reported. The autotrophic, hydrogen-oxidizing, and CO2-reducing acetogens have in common a specialized metabolism to catalyze CO2 reduction, the Wood–Ljungdahl pathway (WLP). The WLP does not yield net ATP, but is hooked up to a membrane-bound respiratory chain that enables ATP synthesis coupled to CO2 fixation. The nature of the respiratory enzyme has been an enigma since the discovery of these bacteria and has been unraveled in this study.
Results: We have produced a His-tagged variant of the ferredoxin:NAD oxidoreductase (Rnf complex) from the model acetogen Acetobacterium woodii, solubilized the enzyme from the cytoplasmic membrane, and purified it by Ni2+–NTA affinity chromatography. The enzyme was incorporated into artificial liposomes and catalyzed Na+ transport coupled to ferredoxin-dependent NAD reduction. Our results using the purified enzyme do not only verify that the Rnf complex from A. woodii is Na+-dependent, they also demonstrate for the first time that this membrane-embedded molecular engine creates a Na+ gradient across the membrane of A. woodii which can be used for ATP synthesis.
Discussion: We present a protocol for homologous production and purification for an Rnf complex. The enzyme catalyzed electron-transfer driven Na+ export and, thus, our studies provided the long-awaited biochemical proof that the Rnf complex is a respiratory enzyme.
Hintergrund. Die Achtung der individuellen Autonomie ist eines von vier medizinethischen Prinzipien, das im Kontext von Medizin und Forschung insbesondere in Bezug auf die informierte Einwilligung einer Person thematisiert wird. Menschen mit Demenz können aufgrund innerer oder äußerer Faktoren in ihrer Einwilligungsfähigkeit beeinträchtigt sein, was zu einer Einschränkung ihres Rechts auf Selbstbestimmung führen kann. Im diesbezüglichen Spannungsfeld zwischen Fürsorge und Autonomie soll Entscheidungsassistenz zur Ermöglichung selbstbestimmter Entscheidungen beitragen.
Zielrichtung der Arbeit. Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Definition, Implementierung und Evaluation von Entscheidungsassistenzmaßnahmen für Menschen mit Demenz, um deren Autonomie in Entscheidungsprozessen zu unterstützen. Drei Teilprojekte umfassen die Ermittlung des internationalen Forschungsstands zu Entscheidungsassistenz bei Demenz, die Definition und Pilotierung von Unterstützungstools in der Praxis und die Analyse des individuellen Erlebens der vereinfachten Aufklärungsgespräche durch Menschen mit Demenz.
Methode. Im ersten Teilprojekt wurde eine am PRISMA-Standard orientierte systematische Literaturrecherche in Medline und PsycINFO durchgeführt. Die extrahierten relevanten Informationen wurden inhaltlich systematisiert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden im zweiten Teilprojekt konkrete Unterstützungstools definiert und in reale Aufklärungsgespräche (Lumbalpunktion) implementiert. Die Tools wurden in der Pilotierung in der Praxis sowie in einem iterativen Diskussionsprozess mit Experten weiterentwickelt. Im dritten Teilprojekt wurde das individuelle Erleben der Teilnehmer der vereinfachten Aufklärungsgespräche mittels problemzentrierter Interviews untersucht und die Daten einer qualitativen Inhaltsanalyse unterzogen.
Ergebnisse. Die Datenbankrecherche ergab initial 2348 Treffer. Nach Screenings der Titel, Abstracts und Volltexte konnten 11 Artikel eingeschlossen werden. Vier der eingeschlossenen Studien sind Interventionsstudien, die übrigen sieben qualitative Interviewstudien. Die identifizierten Unterstützungsmaßnahmen wurden zunächst den beiden Kategorien Interventionen und Strategien und anschließend unter Zuhilfenahme des Konzepts des Contextual Consents fünf komplexitätssteigernden Dimensionen einer Entscheidungssituation zugeordnet (individuelle, soziale, medizinische, informationelle und Folgendimension). Darauf aufbauend wurden im zweiten Teilprojekt acht Entscheidungsassistenzmaßnahmen abgeleitet: (1) Gesprächsstruktur, (2) Elaborierte klare Sprache, (3) Ambiente / Raumgestaltung, (4) Stichwortlisten, (5) Prioritätenkarten, (6) Visualisierung, (7) Vereinfachte schriftliche Einverständniserklärung sowie (8) Personenzentrierte Haltung des Entscheidungsassistenten (1-7: Tools, 8: Grundeinstellung). Die Tools zielen überwiegend auf eine Komplexitätsreduktion in der informationellen Dimension unter Berücksichtigung der fähigkeitsbezogenen und der bedürfnisbezogenen individuellen Dimension ab. Durch Anpassungen der Informationsdarbietung oder der kommunikativen Interaktion im Gespräch dienen sie mehrheitlich der Förderung des (Informations-) Verständnisses. Die Analyse der qualitativen Daten im dritten Teilprojekt zeigt, dass die Erfahrung der vereinfachten Aufklärungsgespräche durch drei übergreifende Themen gekennzeichnet ist. Die Kategorie Formalität versus Informationsgewinn illustriert die individuelle Bedeutung des Aufklärungsgesprächs für die Teilnehmer und deren Bewertung des Prozesses der informierten Einwilligung. Die Kategorie Wahrnehmung der Unterstützung skizziert die Bewertungen der angewandten Unterstützungstools durch die Teilnehmer. Die Kategorie Der Wahrheit ins Auge sehen müssen stellt dar, dass die erlebte Situation des vereinfachten Aufklärungsgesprächs wesentlich durch die Verdachtsdiagnose Demenz bestimmt ist, die im Rahmen aller Aufklärungsgespräche besprochen wurde.
Fazit. Bislang gibt es wenig empirische Forschung zu Entscheidungsassistenz für Menschen mit Demenz und Unterstützungsmaßnahmen werden überwiegend unsystematisch entwickelt und angewendet. Die Wirksamkeit einzelner Unterstützungsmaßnahmen kann aufgrund fehlender Interventionsstudien selten beurteilt werden. Unterstützungsmaßnahmen zielen überwiegend auf eine Komplexitätsreduktion in der Informationsdarbietung und im kommunikativen Interaktionsprozess ab, wobei sie kognitive Beeinträchtigungen und Interaktions-/ Entscheidungsbedürfnisse von Menschen mit Demenz berücksichtigen. Die definierten Tools können als erste konkret handhabbare Werkzeuge verstanden werden, die das strukturierte Leisten von Entscheidungsassistenz für Menschen mit Demenz erleichtern sollen. Sie sind übertragbar auf verschiedene Entscheidungssituationen. Eine Bewertung der Wirksamkeit der definierten Tools sollte in weiteren Entscheidungssituationen und mit größeren Stichproben weiteruntersucht werden. Die Ergebnisse der Evaluation liefern jedoch erste Hinweise darauf, dass einige Teilnehmer sich von einzelnen Tools unterstützt gefühlt haben und die anvisierte Komplexitätsreduktion in der informationellen Dimension in einigen Fällen erfolgreich war. Eine wesentliche Komplexitätssteigerung in der untersuchten Entscheidungssituation entstand durch die negative Emotionen auslösende Vermittlung einer potentiellen Demenzdiagnose (Folgendimension). Dieses Ergebnis impliziert, dass die definierte „verständnisfördernde Toolbox“ um Unterstützungsmaßnahmen zur emotionalen Entlastung von Menschen mit Demenz erweitert werden muss, da davon ausgegangen werden kann, dass vielfältige Entscheidungssituationen für Menschen mit Demenz emotional hoch belastend sind.
Background: Balloon pulmonary angioplasty is an evolving, interventional treatment option for inoperable patients with chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH). Pulmonary hypertension at rest as well as exercise capacity is considered to be relevant outcome parameters. The aim of the present study was to determine whether measurement of pulmonary hemodynamics during exercise before and six months after balloon pulmonary angioplasty have an added value.
Methods: From March 2014 to July 2018, 172 consecutive patients underwent balloon pulmonary angioplasty. Of these, 64 consecutive patients with inoperable CTEPH underwent a comprehensive diagnostic workup that included right heart catheterization at rest and during exercise before balloon pulmonary angioplasty treatments and six months after the last intervention.
Results: Improvements in pulmonary hemodynamics at rest and during exercise, in quality of life, and in exercise capacity were observed six months after balloon pulmonary angioplasty: WHO functional class improved in 78% of patients. The mean pulmonary arterial pressure (mPAP) at rest was reduced from 41 ± 9 to 31 ± 9 mmHg (p < 0.0001). The mPAP/cardiac output slope decreased after balloon pulmonary angioplasty (11.2 ± 25.6 WU to 7.7 ± 4.1 WU; p < 0.0001), and correlated with N-terminal fragment of pro-brain natriuretic peptide (p = 0.035) and 6-minute walking distance (p = 0.01).
Conclusions: Exercise right heart catheterization provides valuable information on the changes of pulmonary hemodynamics after balloon pulmonary angioplasty in inoperable CTEPH patients that are not obtainable by measuring resting hemodynamics.
Das Geschichtswerk des Florus findet in der modernen althistorischen Forschung nur wenig Anerkennung. Dies geschieht nicht ohne Grund, entspringen doch manche Berichte allzu deutlich der Phantasie des Historiographen und basieren auf einer auf Effekte abzielenden Darstellungskunst. Ein Beispiel hierfür liefert seine Schilderung des Ablaufs der clades Variana, die – beim Wort genommen – kein Vertrauen verdient und daher zumeist in der aktuellen Diskussion über die Vorgänge in Germanien übergangen wird. Dagegen ist Florus anerkanntermaßen ein wichtiger Repräsentant für die Geschichtsschreibung des 2. und 3. Jahrhunderts n. Chr. Der Beitrag zielt nicht darauf ab, das viel diskutierte Problem der ‚Varusschlacht‘ und ihre Lokalisierung erneut zu traktieren, vielmehr sollen neben dem Geschichtsbild des Autors und seiner Auffassung über die den geschichtlichen Prozess beeinflussenden Kräfte die Zeitbezüge verdeutlicht werden, die hinter dem Berichteten als solchem erkennbar sind. Damit gewährt das Werk interessante Einblicke in Erwartungen, Vorstellungen und Mentalitäten der Zeitgenossen des Autors, was jenseits positivistischer Vermittlung von Fakten auch für den Historiker von Bedeutung ist.