Institute
Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Dissertation (306)
- Wissenschaftlicher Artikel (278)
- Preprint (38)
- Beitrag zu einer (nichtwissenschaftlichen) Zeitung oder Zeitschrift (25)
- Buch (Monographie) (17)
- Bericht (2)
Sprache
- Englisch (513)
- Deutsch (152)
- Mehrsprachig (1)
Volltext vorhanden
- ja (666)
Gehört zur Bibliographie
- nein (666)
Schlagworte
- RNA (12)
- SARS-CoV-2 (10)
- NMR spectroscopy (9)
- inflammation (9)
- photochemistry (9)
- NMR (8)
- Biochemistry (7)
- Cell biology (7)
- E2 enzyme (6)
- TRACT (6)
Institut
- Biochemie, Chemie und Pharmazie (666)
- Präsidium (42)
- Medizin (35)
- Buchmann Institut für Molekulare Lebenswissenschaften (BMLS) (30)
- Zentrum für Biomolekulare Magnetische Resonanz (BMRZ) (30)
- Biowissenschaften (23)
- MPI für Biophysik (15)
- Physik (12)
- Zentrum für Arzneimittelforschung, Entwicklung und Sicherheit (ZAFES) (5)
- Geowissenschaften / Geographie (4)
Cerumen was found to be a promising alternative specimen for the detection of drugs. In a pilot study, drugs of abuse were identified at a higher detection rate and a longer detection window in cerumen than in urine. In this study, cerumen from subjects was analyzed after they ingested the designer stimulant 4-fluoroamphetamine (4-FA) in a controlled manner. Methods: Twelve subjects ingested placebo and 100 mg of 4-FA. Five of them were also given 150 mg of 4-FA in 150 mL Royal Club bitter lemon drink at least after 7 days. Cerumen was sampled using cotton swabs at baseline, 1 h after the ingestion of the drug and at the end of the study day (12 h). After extraction with ethyl acetate followed by solid-phase extraction, the extracts were analyzed using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC–MS/MS). Results and discussion: In the cerumen of all 12 subjects, 4-FA was detected 12 h after its ingestion; in most subjects, cerumen was detected after 1 h of ingestion, ranging from 0.06 to 13.90 (median 1.52) ng per swab. The detection of 4-FA in cerumen sampled 7 days or more after the first dose suggested a long detection window of cerumen. Conclusions: Cerumen can be successfully used to detect a single drug ingestion even immediately after the ingestion when a sufficient amount of cerumen is used.
Stickstoff (NO), Kohlenmonoxid (CO) und Schwefelwasserstoff (H2S) gehören zur Gruppe der Gasotransmitter. Dabei handelt es sich um kleine gasförmige Signalmoleküle, welche innerhalb des Körpers gebildet werden und dort wichtige physiologische Funktionen bei der Regulation der Apoptose, der Proliferation, der Entzündungsreaktion und der Genexpression übernehmen. Aufgrund ihrer Membranpermeabilität ist die Wirkung der Gasotransmitter nicht an die Interaktion mit spezifischen membranständigen Rezeptoren gebundenen. Je nach Organ, Gewebe und Konzentration können diese Mediatoren unterschiedliche Prozesse beeinflussen und teils sogar gegenteilige Wirkungen hervorrufen.H2S beispielsweise kann im Verlauf der Leukozytenadhäsion im Epithelium anti-inflammatorisch, bei Brandwunden oder rheumatischen Erkrankungen jedoch pro-inflammatorisch wirken. Im Kreislaufsystem hingegen bewirkt H2S durch die Aktivierung von ATP-abhängigen K+-Kanälen und die damit zusammenhängende Vasorelaxion der glatten Muskelzellen einen eindeutig protektiven Effekt.
H2S kann je nach Substrat und Zelltyp durch eines von 3 Enzymen gebildet werden. Die Cystathionin-γ-Lyase (CSE) und die Cystathionin-β-Synthase (CBS) nutzen L-Cystein als Substrat für die Synthese von H2S. Das dritte H2S-bildende Enzym, die 3-Mercaptopyruvate Sulfurtransferase (3-MST) verwendet α-Ketoglutarat als Substrat, welches zuvor von der Cystein-Aminotransferse (CAT) aus L-Cystein synthetisiert wurde. Während die beiden Enzyme CSE und CBS im Zytosol der Zelle zu finden sind, ist die 3-MST hauptsächlich in den Mitochondrien der Zelle zu finden. Im Gegensatz zur CBS, welche eher ein konstitutiv exprimiertes Protein ist, wird die Expression der CSE auf der Transkriptionsebene durch u.a. Entzündungsmediatoren wie TNF-α oder Wachstumsfaktoren wie PDGF-BB induziert.
Ein Ziel der Arbeit war es, die Wirkung von H2S bei der Wundheilung, bei entzündlichen glomerulären Erkrankungen der Niere und beim Schlaganfall zu untersuchen. Für diesephänotypische Analysen stand ein Knockoutmodell für die CSE zur Verfügung.
Zudem wurden in dieser Arbeit Untersuchungen mit einem Knockoutmodell für das zytoskeletäre Protein durchgeführt. Bei Clp36 (PDLIM1) handelt es sich um ein PDLIM-Protein (PDZ and LIM domain protein),welches durch die Gasotransmitter NO und H2S auf transkriptioneller und translationaler Ebene reguliert wird ist und aufgrund seiner Assoziation mit dem Zytoskelett dynamische Vorgänge der Zelle moduliert. Es ist bereits bekannt, dass Clp36 ein negativer Regulator des Glykoprotein VI (GPVI), welches eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von Thrombozyten spielt, ist.
Beide Knockoutmodelle wurden in murinen Mesangiumzellen der Niere und in Krankheitsmodellen der Haut (kutane Wundheilung)und des Gehirns (Schlaganfall mit dem MCAO-Modell) analysiert.
Neben nicht signifikanten Effekten im MCAO-Modell, konnten sowohl Effekte des CSE-, als auch des CLP36-KOs auf die Migration und Proliferation und im Falle der CSE auch auf die Adhäsion der murinen Mesangiumzellen beobachtet werden. Die Depletion von Clp36 führte zu einer Verringerung der Migrations- und einer Erhöhung der Proliferationsrate, wohingegen die Depletion der CSE zu einer Erhöhung der Migrations-, Proliferations- und Adhäsionsrate führte. Die vielversprechendsten Ergebnisse konnten im Tiermodell der kutanen Wundheilung generiert werden. Untersucht wurde die Expression der H2S-produzierenden Enzyme CSE, CBS und 3-MST. Alle drei Enzyme zeigten im Tiermodell keine transkriptionelle Regulation und blieben auch während der akuten Entzündungsphase und der proliferativen Phase der Wundheilung unverändert. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass die Expression der CSE in der späten Phase der Wundheilung signifikant anstieg, wenn die Proliferation innerhalb des Granulationsgewebes und der Neoepidermis geringer wurde. Die Vermutung, dass H2S in dieser Phase eine wichtige Rolle spielt, konnte durch die Analyse der CSE-KO Mäuse bekräftigt werden, da dort der Verlust der CSE offenbar durch die CBS kompensiert wurde.
In immunhistochemischen Untersuchungen konnten insbesondere follikuläre Keratinozyten der Neo-Epidemis als Quelle der CSE-Expression identifiziert werden. Durch in-vitro Studien auf mRNA und Proteinebene in HaCaT Zellen wurde gezeigt, dass H2S die Keratinozyten-Differenzierung beeinflusst. Der langsam freisetzendeH2S-Donor GYY4137 konnte in humanen Keratinozyten zu einer signifikanten Erhöhung der Ca2+- induzierten Expression der frühen Keratinozyten-Differenzierungsmarker Cytokeratin 10 (CK10) und Involucrin (IVN) beitragen.
Im Laufe dieser Arbeit konnte der molekulare Mechanismus hinter diesen Beobachtungen noch nicht geklärt werden.
Durch weitere Versuche meiner Arbeitsgruppe konnte jedoch gezeigt werden, dass die GYY4137-abhängige Induktion der CK10-Expression durch eine verstärkte Bindung der RNA-Polymerase II an den CK10 Promotor zustande kommt.
Im Rahmen dieser Arbeit sollte der tonische BZR-Signalweg im Burkitt Lymphom näher untersucht werden. Ziel war die Identifizierung von Zielstrukturen, die für die Zellen essentiell für die Aufrechterhaltung des tonischen Signalwegs sind und gleichzeitig die Viabilität der Zellen fördern. Durch die Identifizierung noch unbekannter Zielstrukturen wäre man in der Lage, neue Behandlungsstrategien zu entwickeln oder bereits bestehende zu optimieren. Des Weiteren sollte die Signaltransduktion in der B-ALL, die über einen Vorläufer des BZRs, dem prä-BZR vermittelt wird, hinsichtlich eines tonischen Überlebenssignals untersucht werden.
Durch massenspektrometrische Analysen der tonischen BZR-Signaltransduktion im Burkitt Lymphom, die für die Viabilität der Zellen essentiell ist und die Ergebnisse eines Inhibitorscreens konnte HSP90 als potenzielle neue Zielstruktur im Burkitt Lymphom identifiziert werden.
So konnte gezeigt werden, dass Burkitt-Lymphom-Zellen nach Inhibition der Chaperonfunktion von HSP90 durch zwei auf dem Markt bereits verfügbare Inhibitoren einen Zellzyklusarrest erfahren, der letztlich zur Apoptose der Zellen führt. Dieser Effekt wurde auf einen Verlust des (tonischen) BZR-Signals zurückgeführt, der überwiegend durch den aktiven lysosomalen Abbau von SYK nach HSP90-Inhibition zustande kommt. Demnach führte die Überexpression einer HSP90-resistenten Variante von SYK (TEL-SYK) zu einer Aufhebung der apoptotischen Effekte nach HSP90-Inhibition. Zudem wurde SYK als Interaktionspartner von HSP90 (HSP90-Klientprotein) im Burkitt Lymphom und die für die Interaktion essentielle Phosphorylierungsstelle (pY197 in HSP90α bzw. pY192 in HSP90β) identifiziert bzw. validiert.
Das therapeutische Potenzial der HSP90-Inhibitoren im Burkitt Lymphom offenbarte sich ferner durch den Vergleich der Wirkungseffektivität in gesunden B-Zellen mit der in Tumorzellen. So zeigten HSP90-Inhibitoren eine erhöhte Affinität zu Tumorzellen. Bei verwendeten Konzentrationen der Inhibitoren, die bereits eine apoptotische Wirkung in Tumorzellen hervorriefen, waren gesunde B-Zellen resistent.
In der B-ALL konnte durch den Knockdown von CD79a und der Inhibition von SYK eine tonische Antigenrezeptor-Signalleitung identifiziert werden, die wie im Burkitt Lymphom über den PI3K/AKT-Signalweg vermittelt wird. Durch die Kombination der im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse und weiterführende Analysen (wie zum Beispiel durch Inhibitor- oder CRISPR/Cas-Screens) kann so eine Identifizierung von potenziellen Zielstrukturen mit therapeutischem Nutzen in der B-ALL erfolgen.
Currently, a wide variety of complex non-oral dosage forms are entering the global healthcare market. Although many assays have been described in recent research, harmonized procedures and standards for testing their in vitro performance remain widely unexplored. Among others, dialysis-based techniques such as the Pharma Test Dispersion Releaser are developed for testing the release of drugs from nanoparticles, liposomes, or extracellular vesicle preparations. Here, we provide advanced strategies and practical advice for the development and validation of dialysis-based techniques, including documentation, analysis, and interpretation of the raw data. For this purpose, key parameters of the release assay, including the hydrodynamics in the device at different stirring rates, the selectivity for particles and molecules, as well as the effect of excipients on drug permeation were investigated. At the highest stirring rate, a more than twofold increase in the membrane permeation rate (from 0.99 × 10−3 to 2.17 × 10−3 cm2/h) was observed. Additionally, we designed a novel computer model to identify important quality parameters of the dialysis experiment and to calculate error-corrected release profiles. Two hydrophilic creams of diclofenac, Voltaren® Emulgel, and Olfen® gel, were tested and provide first-hand evidence of the robustness of the assay in the presence of semisolid dosage forms.
Catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT) is an inherited disturbance of the heart rhythm (arrhythmia) that is induced by stress or that occurs during exercise. Most mutations that have been linked to CPVT are found in two genes, i.e., ryanodine receptor 2 (RyR2) and calsequestrin 2 (CASQ2), two proteins fundamentally involved in the regulation of intracellular Ca2+ in cardiac myocytes. We inserted six CPVT-causing mutations via clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)-Cas9 into unc-68 and csq-1, the Caenorhabditis elegans homologs of RyR and CASQ, respectively. We characterized those mutations via video-microscopy, electrophysiology, and calcium imaging in our previously established optogenetic arrhythmia model. In this study, we additionally enabled high(er) throughput recordings of intact animals by combining optogenetic stimulation with a microfluidic chip system. Whereas only minor/no pump deficiency of the pharynx was observed at baseline, three mutations of UNC-68 (S2378L, P2460S, Q4623R; RyR2-S2246L, -P2328S, -Q4201R) reduced the ability of the organ to follow 4 Hz optogenetic stimulation. One mutation (Q4623R) was accompanied by a strong reduction of maximal pump rate. In addition, S2378L and Q4623R evoked an altered calcium handling during optogenetic stimulation. The 1,4-benzothiazepine S107, which is suggested to stabilize RyR2 channels by enhancing the binding of calstabin2, reversed the reduction of pumping ability in a mutation-specific fashion. However, this depends on the presence of FKB-2, a C. elegans calstabin2 homolog, indicating the involvement of calstabin2 in the disease-causing mechanisms of the respective mutations. In conclusion, we showed for three CPVT-like mutations in C. elegans RyR a reduced pumping ability upon light stimulation, i.e., an arrhythmia-like phenotype, that can be reversed in two cases by the benzothiazepine S107 and that depends on stabilization via FKB-2. The genetically amenable nematode in combination with optogenetics and high(er) throughput recordings is a promising straightforward system for the investigation of RyR mutations and the selection of mutation-specific drugs.
ABC transporters fulfill diverse physiological functions in different cellularlocalizations ranging from the plasma membrane to intracellular membranouscompartments. Several ABC transporters have been spotted in the endolyso-somal system, which consists of endosomes, autophagosomes, lysosomes, andlysosome-related organelles. In this review, we present an overview of lysoso-mal ABC transporters including ABCA2, ABCA3, ABCA5, ABCB6,ABCB9, and ABCD4, discussing their trafficking routes, putative substrates,potential physiological functions, and associated diseases. In addition, weoffer a critical evaluation of the literature linking ABC transporters to lyso-somal drug sequestration, examining pitfalls associated with in vitro modelsof drug resistance.
Additive manufacturing or 3D printing as an umbrella term for various materials processing methods has distinct advantages over many other processing methods, including the ability to generate highly complex shapes and designs. However, the performance of any produced part not only depends on the material used and its shape, but is also critically dependent on its surface properties. Important features, such as wetting or fouling, critically depend mainly on the immediate surface energy. To gain control over the surface chemistry post-processing modifications are generally necessary, since it′s not a feature of additive manufacturing. Here, we report on the use of initiator and catalyst-free photografting and photopolymerization for the hydrophilic modification of microfiber scaffolds obtained from hydrophobic medical-grade poly(ε-caprolactone) via melt-electrowriting. Contact angle measurements and Raman spectroscopy confirms the formation of a more hydrophilic coating of poly(2-hydroxyethyl methacrylate). Apart from surface modification, we also observe bulk polymerization, which is expected for this method, and currently limits the controllability of this procedure.
NMR structure calculation using NOE-derived distance restraints requires a considerable number of assignments of both backbone and sidechains resonances, often difficult or impossible to get for large or complex proteins. Pseudocontact shifts (PCSs) also play a well-established role in NMR protein structure calculation, usually to augment existing structural, mostly NOE-derived, information. Existing refinement protocols using PCSs usually either require a sizeable number of sidechain assignments or are complemented by other experimental restraints. Here, we present an automated iterative procedure to perform backbone protein structure refinements requiring only a limited amount of backbone amide PCSs. Already known structural features from a starting homology model, in this case modules of repeat proteins, are framed into a scaffold that is subsequently refined by experimental PCSs. The method produces reliable indicators that can be monitored to judge about the performance. We applied it to a system in which sidechain assignments are hardly possible, designed Armadillo repeat proteins (dArmRPs), and we calculated the solution NMR structure of YM4A, a dArmRP containing four sequence-identical internal modules, obtaining high convergence to a single structure. We suggest that this approach is particularly useful when approximate folds are known from other techniques, such as X-ray crystallography, while avoiding inherent artefacts due to, for instance, crystal packing.
Alzheimer’s Disease (AD) is a progressive and irreversible neurodegenerative disorder, characterized by the accumulation of abeta-amyloid aggregates, which triggers tau hyperphosphorylation and neuronal loss. While the precise mechanisms underlying neurodegeneration in AD are not entirely understood, it is known that loss of proteostasis is implicated in this process. Maintaining neuronal proteostasis requires proper transfer RNA (tRNA) modifications, which are crucial for optimal translation. However, research into tRNA epitranscriptome in AD is limited, and it is not yet clear how alterations in tRNA modifying enzymes and tRNA modifications might contribute to disease progression. Here, we report that expression of the tRNA modifying enzyme ELP3 is reduced in the brain of AD patients and amyloid AD mouse models, suggesting ELP3 is implicated in proteostasis dysregulation observed in AD. To investigate the role of ELP3 specifically in neuronal proteostasis impairments in the context of amyloid pathology, we analyzed SH-SY5Y neuronal cells carrying the amyloidogenic Swedish familial AD mutation in the APP gene (SH-SWE) or the wild-type gene (SH-WT). Similarly to the amyloid mouse models, SH-SWE exhibited reduced levels of ELP3 which was associated with tRNA hypomodifications and reduced abundance, as well as proteostasis impairments. Furthermore, the knock-down of ELP3 in SH-WT recapitulated the proteostasis impairments observed in SH-SWE cells. Importantly, the correction of tRNA deficits due to ELP3 reduction rescued and reverted proteostasis impairments of SH-SWE and SH-WT knock-down for ELP3, respectively. Additionally, SH-WT exposed to the secretome of SH-SWE or synthetic amyloid aggregates recapitulate the SH-SWE phenotype, characterized by reduced ELP3 expression, tRNA hypomodification and increased protein aggregation. Taken together, our data suggest that amyloid pathology dysregulates neuronal proteostasis through the reduction of ELP3 and tRNA modifications. This study highlights the modulation of tRNA modifications as a potential therapeutic avenue to restore neuronal proteostasis in AD and preserve neuronal function.
Macrophages respond to the Th2 cytokine IL-4 with elevated expression of arachidonate 15-lipoxygenase (ALOX15). Although IL-4 signaling elicits anti-inflammatory responses, 15-lipoxygenase may either support or inhibit inflammatory processes in a context-dependent manner. AMP-activated protein kinase (AMPK) is a metabolic sensor/regulator that supports an anti-inflammatory macrophage phenotype. How AMPK activation is linked to IL-4-elicited gene signatures remains unexplored. Using primary human macrophages stimulated with IL-4, we observed elevated ALOX15 mRNA and protein expression, which was attenuated by AMPK activation. AMPK activators, e.g. phenformin and aminoimidazole-4-carboxamide 1-β-d-ribofuranoside inhibited IL-4-evoked activation of STAT3 while leaving activation of STAT6 and induction of typical IL-4-responsive genes intact. In addition, phenformin prevented IL-4-induced association of STAT6 and Lys-9 acetylation of histone H3 at the ALOX15 promoter. Activating AMPK abolished cellular production of 15-lipoxygenase arachidonic acid metabolites in IL-4-stimulated macrophages, which was mimicked by ALOX15 knockdown. Finally, pretreatment of macrophages with IL-4 for 48 h increased the mRNA expression of the proinflammatory cytokines IL-6, IL-12, CXCL9, and CXCL10 induced by subsequent stimulation with lipopolysaccharide. This response was attenuated by inhibition of ALOX15 or activation of AMPK during incubation with IL-4. In conclusion, limiting ALOX15 expression by AMPK may promote an anti-inflammatory phenotype of IL-4-stimulated human macrophages.