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Inhibitors of the mammalian target of rapamycin (mTOR) have improved the treatment of renal cell carcinoma (RCC). However, chronic drug exposure may trigger resistance, limiting the utility of these agents. The metastatic behavior of RCC cells, susceptible (RCC(par)) or resistant (RCC(res)) to the mTOR inhibitor temsirolimus, was investigated. Adhesion to vascular endothelium or immobilized collagen and fibronectin was quantified. Chemotactic motility was evaluated with a modified Boyden chamber assay. Integrin α and β subtype receptors were analyzed by flow cytometry and Western blot analysis. The physiological relevance of the integrins was then determined by blocking studies and small interfering RNA knockdown. Adhesion to endothelial cells and to fibronectin (not to collagen) and chemotaxis were enhanced in RCC(res) compared to RCC(par). RCC(res) detached from fibronectin and motile activity further increased under retreatment with low-dosed temsirolimus. α5 integrin was diminished inside the cell and at the cell surface, whereas the β3 subtype was reduced intracellularly but elevated at the plasma membrane. In RCC(par), blocking α5 surface receptors enhanced RCC-collagen but reduced RCC-fibronectin interaction, whereas the opposite was true for RCC(res). Chemotaxis of RCC(par) but not of RCC(res) was strongly diminished by the α5 antibody. Blocking β3 significantly lowered chemotaxis with stronger effects on RCC(res), compared to RCC(par). Importantly, β3 knockdown reduced chemotaxis of RCC(par) but upregulated the motile behavior of RCC(res). Temsirolimus resistance is characterized by quantitative alterations of integrin α5 and β3 expression, coupled to functional changes of the integrin molecules, and forces a switch from RCC adhesion to RCC migration.
Human serum albumin (HSA) nanoparticles represent a promising tool for targeted drug delivery to tumor cells. The coupling of the antibody trastuzumab to nanoparticles uses the capability of human epidermal growth factor receptor 2 (HER2)-positive cells to incorporate agents linked to HER2. In our present study, we developed targeted nanoparticles loaded with antisense oligonucleotides (ASOs) against polo-like kinase 1 (Plk1). We evaluated the receptor-mediated uptake into HER2-positive and -negative breast cancer and murine cell lines. We performed quantitative real-time PCR and Western blot analyses to monitor the impact on Plk1 expression in HER2-positive breast cancer cells. Antibody-conjugated nanoparticles showed a specific targeting to HER2-overexpressing cells with cellular uptake by receptor-mediated endocytosis and a release into HER2-positive BT-474 cells. We observed a significant reduction of Plk1 mRNA and protein expression and increased activation of Caspase 3/7. Thus, this is the first report about ASO-loaded HSA nanoparticles, where an impact on gene expression could be observed. The data provide the basis for the further development of carrier systems for Plk1-specific ASOs to reduce off-target effects evoked by systemically administered ASOs and to achieve a better penetration into primary and metastatic target cells. Treatment of tumors using trastuzumab-conjugated ASO-loaded HSA nanoparticles could be a promising approach to reach this goal.
In der vorliegenden Arbeit wird die Expression der Nonapetide Oxytocin und Vasopressin im Zentralnervensystem der Ratte, Rattus rattus und des afrikanischen Graumulls, Cryptomys anselli, mit immunhistochemischen Methoden untersucht. Bei Säugetieren allgemein werden Oxytocin (OX) und Vasopressin (VP) in separaten Populationen magnozellulärer Neuronen des Hycleus supraopticus und die weitverstreuten akzessorischen magnozellulären neurosekretorischen Zellen). Über axonalen Transport gelangen die Hormone hauptsächlich in die Neurohypophyse und werden von dort in das Blutgefäßsystem ausgeschüttet. Neben allgemein bekannten peripheren Wirkungen wie beispielsweise der Uteruskontraktion (Oxytocin), der Milchejektion (Oxytocin) und der Homöostase des Wasserhaushalts (Vasopressin) werden den beiden Hormonen auch wichtige zentrale Effekte wie die Beeinflussung von Sozialverhalten, Partnerwahl, Aggression etc. zugeschrieben, wobei sie als hypothalamische Neurotransmitter fungieren.
Als ein subterranes, eusoziales Säugetier zeigt der Graumull eine ungewöhnliche (eusoziale) Familienstruktur: Die Tiere leben in großen Familien, wobei ein einziges Weibchen mit seinem Partner für die gesamte Nachkommenschaft sorgt. Die Jungtiere verweilen ihr gesamtes Leben bei den Eltern, meist ohne selbst zur Reproduktion zu kommen, und kümmern sich u.a. um ihre jüngeren Geschwister. Verhaltensbiologische Analysen konnten zeigen, daß im Gegensatz zum Nacktmull (Heterocephalus glaber) bei Cryptomys anselli weder Pheromone noch dominant-aggressives Verhalten der „Königin“ zu einer sexuellen Suppression der Nachkommen führen.
Parallel zum Graumull wird die Ratte als ein in der Neurobiologie und Verhaltensphysiologie gut erforschter „Standardorganismus“ immunhistochemisch untersucht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich zuerst mit der Frage, ob und inwieweit bei Ratten und Graumullen die jeweilige soziale Organisation mit dem Muster der Transmitterexpression von Oxytocin und Vasopressin korreliert. Desweiteren ist von besonderem Interesse, ob sich die einzelnen Angehörigen der Graumull-Familien mit ihrem jeweiligen individuellen sozialen Status auch bezüglich der Verteilung und Quantität der beiden Transmitter unterscheiden. Auf dieser Grundlage wurden insgesamt vierzehn Graumulle und vier Ratten auf die Oxytocin- und Vasopressin-Expression im Zentralnervensystem hin untersucht.
Die vorgestellten immunhistochemischen Befunde an der Ratte und am
Graumull entsprechen prinzipiell der in der Literatur beschriebenen Expression von Oxytocin und Vasopressin im Nucleus paraventricularis hypothalami, im Nucleus supraopticus sowie in den weit verbreiteten akzessorischen magnozellulären neurosekretorischen Neuronen im Hypothalamus anderer Säugetiere. Bei Cryptomys ergab weder die qualitative noch die quantitative intraspezifische Analyse der immunreaktiven OX- und VP- Neuronen signifikante Unterschiede zwischen Individuen unterschiedlicher sozialer Stellung. Dagegen weist der Graumull im Vergleich mit der Ratte und anderen daraufhin bearbeiteten Säugern bisher nicht bekannte qualitative Unterschiede im oxytocinergen System auf, wobei unsere Befunde an der Ratte weitgehend mit der vorhandenen Literatur übereinstimmen: Eine magnozelluläre Neuronen-population im Corpus mamillare, welche auch in der Routinefärbung (Kresylechtviolett) erkennbar ist, zeigt bei den Graumullen eine Oxytocin-Expression, nicht aber bei den Ratten. In der Literatur ist für diese Neuronenpopulation bis dato nur die Expression von ABA beschrieben worden, nicht aber ihr oxytocinerger Charakter. Darüber hinaus ist eine bei der Ratte auffällige Gruppe akzessorischer magnozellulärer und oxytocinerger Neuronen, der Nucleus commissuralis anterior der Ratte, beim Graumull weder in der Routinefärbung noch immunhistochemisch nachweisbar. Als ein weiterer Unterschied ist die Expression von Oxytocin in der Area hypothalamica lateralis bei der Ratte sehr viel dichter als beim Graumull, ein Merkmal von potentiell qualitativem Charakter.
Der interspezifische Vergleich (Ratte-Graumull) ergab also eine potentiell neue Population Oxytocin-exprimierender Neuronen für den Graumull, nicht aber für die Ratte. Es wäre denkbar, daß über diese neu entdeckte oxytocinerge, aber nicht vasopressinerge Expression/Population mamillärer Neuronen innerhalb des limbischen Systems Projektionen in den Neokortex das Sozialverhalten der Graumulle beeinflussen können. In der Zukunft gilt es zu prüfen, ob diese Neuronenpopulation mit ihrer Oxytocin-Expression auch in anderen Säugetieren inklusive anderen eusozialen Spezies vorkommt. Das Fehlen des Nucleus commissuralis anterior (CoA) beim Graumull beruht hingegen wahrscheinlich nur auf strukturellen Unterschieden zwischen den Gehirnen von Ratten und Graumullen.
Einleitung
APP und die Alzheimersche Krankheit
Das Alzheimer Amyloid Precursor Protein (APP) ist ein Typ-1 Transmembranprotein mit einem Molekulargewicht von 110-135 kDa [Selkoe et al. 1988, Weidemann et al. 1989]. Es wird in allen bisher untersuchten Geweben exprimiert und weist in mehrzelligen Organismen einen hohen Konservierungsgrad auf [Robakis et al. 1987, Rosen et al. 1989]. APP ist unter anderem Vorläufer des β-A4-Peptides (Aβ), das in extrazellulären Aggregaten (Plaques) im Zentralen Nervensystem von Alzheimer-Patienten akkumuliert [Masters et al. 1985]. Die sogenannte „Amyloid-Hypothese der Alzheimerschen Erkrankung“ besagt, dass das Aβ-Peptid eine pathologische Kaskade initiiert, die zur Bildung von amyloiden Plaques, neuronaler Funktionsstörung und letztendlich Demenz führt [Hardy 1997, Selkoe 1999].
Prozessierung des APP
Der Hauptanteil des zellulären APP wird über den (nicht pathogenen) α-Sekretase-Weg prozessiert, wobei das sekretorische APP (α-sAPP) freigesetzt wird, das beinahe der gesamten N-terminalen Ektodomäne des APP entspricht. Die α-Sekretase spaltet APP innerhalb der Aβ-Domäne und verhindert somit die Bildung des pathogenen Aβ-Peptides. Kandidaten für die Katalyse dieser Spaltung sind Proteasen der ADAM-Familie [Buxbaum et al. 1998, Hooper et al. 1997, Koike et al. 1999, Lammich et al. 1999, Loechel et al. 1998].
Das Aβ-Peptid entsteht bei der sukzessiven proteolytischen Spaltung des APP durch die sogenannten β- und γ-Sekretasen. Bei der β-Sekretase handelt es sich um die Aspartat-Protease BACE (β-site APP cleaving enzyme) [Hussain et al. 1999, Sinha et al. 1999, Vassar et al. 1999, Yan et al. 1999]. Die Identität der γ-Sekretase ist noch nicht endgültig geklärt, jedoch spielen Presenilin-1 und -2 sowie Nicastrin eine Rolle bei der γ-Spaltung des APP [de Strooper et al. 1998, 1999, Struhl et al. 2000, Wolfe et al. 1999].
Unter physiologischen Bedingungen wird ca. 30% des APP durch α-Sekretasen prozessiert, ein viel geringerer Anteil dagegen durch die β-Sekretasen. Mehr als die Hälfte des zellulären APP bleibt ungespalten [Koo 2002].
Biologische Funktionen des APP
Die Funktionen des APP lassen sich unterscheiden nach Funktionen der kurzen zytoplasmatischen Domäne und der ca. 100 kDa großen Ektodomäne (α-sAPP). Die zytoplasmatische Domäne des APP stellt eine Plattform für die Bindung verschiedener Interaktionspartner dar. In Kooperation mit den Bindungspartnern spielt APP eine Rolle in unterschiedlichsten zellulären Prozessen wie vesikulärem Transport, Zellmotilität oder Genaktivierung [Review siehe Annaert und de Strooper 2002]. Die meisten Interaktionspartner der zytoplasmatischen Domäne des APP binden an die YENPTY-Sequenz nahe des C-Terminus des APP, die auch als Signal für die Endozytose des APP dient [Perez et al. 1999].
Die sekretorische Ektodomäne des APP hat eine wachstumsfördernde und neuroprotektive Wirkung. Um diese Wirkung auszuüben, bindet α-sAPP an einen bisher unbekannten Rezeptor, der auf der Zelloberfläche diverser Zelltypen wie Neuronen, Fibroblasten, Thyreozyten und Keratinozyten exprimiert wird [Review siehe Schmitz et al. 2002].
Polarer Transport des APP
In polaren MDCK Zellen wird das APP-Holoprotein fast ausschließlich zur basolateralen Zelloberfläche transportiert [Haass et al. 1994]. Es wurde gezeigt, dass dieser polare Transport des APP durch Tyrosin 653 in der zytoplasmatischen Domäne des APP beeinflusst wird. Mutation dieses Tyrosins zu Alanin führte zu partieller Fehlsortierung von ca. 50% des APP zur apikalen Plasmamembran. Die Sekretion von α-sAPP dagegen fand in MDCK-Zellen unabhängig von Tyrosin 653 basolateral statt [Haass et al. 1995].
Intrazellulärer Proteintransport durch Adaptor-Protein-Komplexe
Am intrazellulären Proteintransport sind Adaptor-Protein-Komplexe (APs) beteiligt, die bestimmte Sortierungssignale in der zytoplasmatischen Domäne von Frachtproteinen erkennen. Bis heute sind vier dieser tetrameren AP-Komplexe (AP-1 bis AP-4) bekannt, die zum Teil verschiedene Isoformen einzelner Untereinheiten aufweisen, z.B. AP-1A und AP-1B [Review: Boehm und Bonifacino 2001]. Jeder AP-Komplex spielt eine Rolle in einem bestimmten Schritt des intrazellulären Proteintransportes. Für AP-1A wird eine Funktion im anterograden und retrograden Transport zwischen Endosomen und TGN beschrieben [Review: Hinners und Tooze 2003]. AP-2 vermittelt Endozytose verschiedener Transmembranproteine von der Plasmamembran [Review: Kirchhausen 2002]. AP-3 spielt eine Rolle im Proteintransport zu Lysosomen und Lysosom-ähnlichen Organellen wie Melanosomen [Robinson und Bonifacino 2001]. AP-4 sowie AP1-B sortieren Proteine zur basolateralen Plasmamembran polarer Epithelzellen [Fölsch et al. 1999, Simmen etal. 2002].
Die Sortierungsmotive, die von Adaptor-Komplexen in der zytoplasmatischen Domäne der Fracht-Proteine gebunden werden, enthalten in den meisten Fällen entweder ein Tyrosin oder zwei Leucine. Das gesamte Motiv besteht aus jeweils vier bis zehn Aminosäuren [Review siehe Bonifacino und Traub 2003].
Ziele der Arbeit
In der vorliegenden Arbeit wurde der polare Transport des APP in Epithelzellen untersucht. Ein Ziel war es, Faktoren zu finden, die den basolateralen Transport des APP in Abhängigkeit von Tyrosin 653 vermitteln. Des weiteren sollte der Transport von APP und sAPP in verschiedenen Epithelzelllinien analysiert werden. Um ein gutes Werkzeug zur Detektion von APP zu haben, wurden GFP-APP-Fusionsproteine hergestellt und charakterisiert.
Ergebnisse und Diskussion
GFP-APP-Fusionsproteine wurden hergestellt und in MDCK-, FRT- und LLC-PK1-Zellen stabil exprimiert. Die Charakterisierung der GFP-APP-Fusionsproteine durch Immunfluoreszenzanalysen zeigte, dass die chimeren Proteine im TGN sowie in peripheren Vesikeln lokalisiert sind und mit endogenem APP stark kolokalisieren. GFPAPP war somit gut geeignet, um den intrazellulären Transport des APP zu untersuchen.
Eine Analyse der zytoplasmatischen Domäne des APP im Bereich des Tyrosin 653 zeigte, dass dieses Tyrosin und die drei folgenden Aminosäuren (YTSI) ein Konsensus-Motiv für die Bindung von tetrameren Adaptor-Protein-Komplexen darstellen.
Zu Beginn dieser Arbeit waren AP-1 bis AP-3 bereits gut charakterisiert, wohingegen für AP-4 keine Funktion bekannt war. In Kollaboration mit Simmen et al. konnte gezeigt werden, dass AP-4 den basolateralen Transport einiger Proteine vermittelt [Simmen et al. 2002]. Immunfluoreszenzanalysen lokalisierten AP-4 im TGN und peripheren Vesikeln, die unterschiedlich von AP-1A/B markierten Strukturen waren. Da kaum Kolokalisation von AP-4 und AP-1A/B zu beobachten war, ist die Lokalisation von AP-4 und AP-1B, das auch eine Rolle im basolateralen Proteintransport spielt, in unterschiedlichen Subdomänen des TGN und unterschiedlichen vesikulären Strukturen anzunehmen.
Polarer Transport des APP durch Adaptor-Protein-Komplexe
Die mögliche Funktion von AP-1 und AP-4 im Transport von APP wurde zunächst mit Hilfe von in vitro-Bindungsstudien untersucht. Dazu wurde die zytoplasmatische Domäne des APP als GST-Fusionsprotein kloniert und exprimiert. Die Frachtproteinbindenden Untereinheiten von AP-1 und AP-4 wurden unter Verwendung von radioaktiv markiertem Methionin durch in vitro-Transkription und -Translation hergestellt. In Bindungsstudien interagierten AP-1A und AP-1B mit der zytoplasmatischen Domäne des APP, nicht aber AP-4. Diese Ergebnisse deuten an, dass AP-1A und AP-1B eine Rolle im intrazellulären Transport von APP spielen könnten. AP-4 dagegen scheint nicht an diesem Prozess beteiligt zu sein.
Durch Mutation des Tyrosin 653 in APP zu Alanin (Y653A) wurde die Interaktion zwischen AP-1B und APP stark verringert, was darauf hindeutet, dass dieses Tyrosin einen Teil des Bindungsmotivs für AP-1B darstellt. Übereinstimmend damit entspricht die genaue Aminosäureabfolge des Y653TSI-Motivs den Sotierungsmotiv-Präferenzen von AP-1B [Ohno et al. 1999]. Die Interaktion von AP-1A dagegen war mit WildtypAPP und der Tyrosin-Mutante vergleichbar und scheint somit auf einem anderen Interaktions-Motiv zu basieren. AP-1A und AP-1B erkennen somit unterschiedliche Sortierungsmotive in der zytoplasmatischen Domäne des APP und kooperieren möglicherweise im intrazellulären Transport des APP. Diese Ergebnisse sind der erste Bericht über eine Interaktion von Adaptor-Protein-Komplexen mit der zytoplasmatischen Domäne des APP.
Die Rolle von AP-1B im basolateralen Transport von APP wurde genauer untersucht mit Hilfe der LLC-PK1 Zelllinie, die kein AP-1B exprimiert [Ohno et al. 1999]. In LLCPK1-Zellen werden verschiedene Proteine unpolar zur apikalen und basolateralen Membran verteilt, die in MDCK-Zellen durch Interaktion mit AP-1B basolateral transportiert werden [Fölsch et al. 1999, Sugimoto et al. 2002]. Um den Transport von APP in polaren LLC-PK1-Zellen zu untersuchen, wurde Plasmamembran-ständiges GFP-APP durch zwei unabhängige Methoden nachgewiesen: die apikale oder basolaterale Oberfläche der Zellen wurde selektiv entweder biotinyliert oder mit GFPAntikörpern markiert. Beide Methoden zeigten, dass GFP-APP in LLC-PK1-Zellen sowohl an der apikalen als auch an der basolateralen Zelloberfläche lokalisiert ist. Somit wird auch APP in diesen Zellen im Vergleich zu MDCK-Zellen anders sortiert. Dieses Ergebnis festigt die Hypothese einer Funktion von AP-1B im Transport von APP, die aufgrund der Daten der in vitro-Bindungsstudien aufgestellt wurde.
Polare Sekretion des sAPP ist unabhängig vom Transport des Holoproteins
Neben dem Transport des APP-Holoproteins war auch die polare Sekretion des sAPP Thema dieser Arbeit. Es war gezeigt worden, dass basolaterale Sekretion des sAPP in MDCK-Zellen unabhängig vom Transport des APP-Holoproteins ist [Haass et al. 1995]. Dieses Ergebnis konnte in der vorliegenden Arbeit bestätigt und auf andere Zelllinien erweitert werden. Um die korrekte Sekretion von GFP-sAPP nachzuweisen, wurde die GFP-sAPP-Sekretion zunächst in polaren MDCK-Zellen untersucht, die stabil GFP-APP exprimierten. Da GFP am N-Terminus des APP angefügt ist, trägt auch das sezernierte APP die GFP-Markierung. GFP-sAPP konnte mittels Immunpräzipitation mit GFP-spezifischen Antikörpern lediglich im basolateralen Medium nachgewiesen werden. Somit sezernieren MDCK-Zellen GFP-sAPP in gleicher Polarität wie von Haass et al. für endogenes sAPP gezeigt wurde [Haass et al. 1995].
Experimente in GFP-APP exprimierenden LLC-PK1- und FRT-Zellen zeigten, dass auch hier die polare Sekretion des GFP-sAPP und der Transport des APPHoloproteins zwei unabhängige Prozesse sind. Polare LLC-PK1-Zellen transportierten GFP-APP zur apikalen und basolateralen Plasmamembran (siehe oben). GFP-sAPP-Sekretion aus polaren LLC-PK1-Zellen dagegen fand ausschließlich basolateral statt. In FRT-Zellen wurde GFP-sAPP im Gegensatz zu MDCK- und LLCPK1-Zellen apikal sezerniert. Kolokalisation des GFP-APP mit Transferrin-Rezeptor in FRT-Zellen deutete dagegen an, dass das Holoprotein wie in MDCK-Zellen basolateral transportiert wird. Dies ist auch zu erwarten, da FRT-Zellen AP-1B exprimieren und es auch in dieser Zelllinie basolateralen Transport vermittelt [A. Gonzalez, persönlich, ASCB 2003]. Nach diesen Ergebnissen zu urteilen, finden auch in FRT und LLC-PK1-Zellen APP-Transport und sAPP-Sekretion unabhängig voneinander statt.
Basolaterale sAPP-Sekretion ist unabhängig von der Ektodomäne
In MDCK-Zellen wurde zusätzlich die Sekretion eines GFP-APP untersucht, in dem der Großteil der Ektodomäne deletiert und durch GFP ersetzt wurde, die SekretaseSchnittstellen jedoch noch vorhanden waren. Durch Immunfluoreszenzanalyse wurde zunächst nachgewiesen, dass die subzelluläre Lokalisation dieser Deletionsmutante der des endogenen APP entspricht. Die Sekretion dieses stark verkürzten sAPP erfolgte wie die des Wildtyps basolateral. Dieses Ergebnis deutet an, dass die Determinante für die basolaterale Sekretion des sAPP nicht innerhalb der Ektodomäne liegt, wie in einigen älteren Publikationen angenommen wird [Haass et al. 1995, de Strooper et al. 1995]. Neuere Ergebnisse dagegen führen die polare Sekretion des sAPP auf die basolaterale Lokalisation der α-Sekretase zurück [Capell et al. 2002], was die basolaterale Sekretion der Deletionsmutante erklären könnte.
sAPP-Bindung an polaren Zellen
Durch Interaktion mit einem bisher unbekannten Rezeptorprotein erfüllt sAPP für verschiedene Zelltypen die Funktion eines Wachstumsfaktors [Saitoh et al., 1989, Pietrzik et al., 1998, Hoffmann et al., 2000]. Da viele Wachstumsfaktor-Rezeptoren selektiv entweder an der apikalen oder basolateralen Plasmamembran von Epithelzellen lokalisiert sind, wurden Bindungsstudien mit rekombinant exprimiertem sAPP (sAPPrec) an polaren FRT und MDCK-Zellen durchgeführt. Analyse der Bindung mit einem sAPPrec-spezifischen Antikörper zeigte, dass sAPP ausschließlich an der apikalen Plasmamembran beider Zelllinien bindet. Da die Sekretion des sAPP in FRT-Zellen ebenso apikal erfolgt, ist in dieser Zelllinie eine autokrine Regulation durch sAPP vorstellbar, was auch durch vorherige Ergebnisse angedeutet wurde [Pietrzik et al. 1998]. Für MDCK-Zellen, die sAPP basolateral sezernieren und apikal binden, muss ein anderer Regulationsmechanismus vorliegen. Es könnte sich um parakrine Regulation handeln, was jedoch noch bestätigt werden muss.
Fazit: In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal gezeigt, dass tetramere Adaptor-ProteinKomplexe eine Rolle im intrazellulären Transport von APP spielen. In diesem Zusammenhang wurde die Funktion des AP-4-Komplexes in einer Kollaboration analysiert. Es wurde gezeigt, dass AP-1A und AP-1B eine Rolle im Transport von APP spielen. Eine Funktion von AP-4 im Transport von APP ist nach den vorliegenden Ergebnissen unwahrscheinlich. Untersuchungen zur APP-Sortierung in verschiedenen Epithelzelllinien zeigten, dass die Hypothese der Unabhängigkeit von APP-Transport und sAPP-Sekretion als genereller Mechanismus angesehen werden kann. Durch Analyse der sAPP-Bindung an polaren FRT- und MDCK-Zellen wurde erstmals die polare Lokalisation des putativen sAPP-Rezeptors untersucht, was einen ersten Einblick in den Mechanismus der sAPP-vermittelten Regulation in polaren Zellen ermöglichte.
Localized prostate cancer exhibits multiple genomic alterations and heterogeneity at the proteomic level. Single-cell technologies capture important cell-to-cell variability responsible for heterogeneity in biomarker expression that may be overlooked when molecular alterations are based on bulk tissue samples. This study aims to identify prognostic biomarkers and describe the heterogeneity of prostate cancer and the associated microenvironment by simultaneously quantifying 36 proteins using single-cell mass cytometry analysis of over 1.6 million cells from 58 men with localized prostate cancer. We perform this task, using a high-dimensional clustering pipeline named Franken to describe subpopulations of immune, stromal, and prostate cells, including changes occurring in tumor tissues and high-grade disease that provide insights into the coordinated progression of prostate cancer. Our results further indicate that men with localized disease already harbor rare subpopulations that typically occur in castration-resistant and metastatic disease.
Objective: To develop a reliable and valid scoring tool, the Pediatric Bowel Management Scoring Tool (PBMST), to better guide management of constipation in pediatric patients.
Study design: The project comprised 2 stages, development of the questionnaire and construction of the bowel management score. Two questionnaires were created, one for children aged 8-18 years to self-report and one parent proxy-report for children aged 4-8 years. Questions regarding physical symptoms (n = 6), emotional aspects (n = 2), social activities/school (n = 1), and treatment (n = 1) were included. Patients (or parents of patients) with symptoms of constipation completed the questionnaire. The reproducibility of each question was computed using the Cohen weighted kappa coefficient (κ). A bowel management score was developed using logistic regression analysis, assessing the associations between the questions and impact on self-reported quality of life (QoL). Questions with adequate reproducibility and significantly associated with QoL were incorporated into the score.
Results: The questionnaire was completed by 385 patients. Six questions met the inclusion criteria and were incorporated into the score: stool shape (range, 0-3 points), anorectal pain (0-4 points), abdominal pain (0-3 points), frequency of fecal incontinence (0-3 points), assistance of caregivers (0-3 points), and interference with social activities (0-6 points). Differences in bowel management scores among patients reporting no, little, some, or major impact on QoL were statistically significant (P < .001).
Conclusions: The newly developed and validated PBMST is a reliable tool for evaluating bowel management strategies in children with constipation.
Highlights
• Cryo-EM structure of a yeast F1Fo-ATP synthase dimer
• Inhibitor-free X-ray structure of the F1 head and rotor complex
• Mechanism of ATP generation by rotary catalysis
• Structural basis of cristae formation in the inner mitochondrial membrane
Summary
We determined the structure of a complete, dimeric F1Fo-ATP synthase from yeast Yarrowia lipolytica mitochondria by a combination of cryo-EM and X-ray crystallography. The final structure resolves 58 of the 60 dimer subunits. Horizontal helices of subunit a in Fo wrap around the c-ring rotor, and a total of six vertical helices assigned to subunits a, b, f, i, and 8 span the membrane. Subunit 8 (A6L in human) is an evolutionary derivative of the bacterial b subunit. On the lumenal membrane surface, subunit f establishes direct contact between the two monomers. Comparison with a cryo-EM map of the F1Fo monomer identifies subunits e and g at the lateral dimer interface. They do not form dimer contacts but enable dimer formation by inducing.
Understanding the complexity of transcriptional regulation is a major goal of computational biology. Because experimental linkage of regulatory sites to genes is challenging, computational methods considering epigenomics data have been proposed to create tissue-specific regulatory maps. However, we showed that these approaches are not well suited to account for the variations of the regulatory landscape between cell-types. To overcome these drawbacks, we developed a new method called STITCHIT, that identifies and links putative regulatory sites to genes. Within STITCHIT, we consider the chromatin accessibility signal of all samples jointly to identify regions exhibiting a signal variation related to the expression of a distinct gene. STITCHIT outperforms previous approaches in various validation experiments and was used with a genome-wide CRISPR-Cas9 screen to prioritize novel doxorubicin-resistance genes and their associated non-coding regulatory regions. We believe that our work paves the way for a more refined understanding of transcriptional regulation at the gene-level.
Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and can affect multiple organs, among which is the circulatory system. Inflammation and mortality risk markers were previously detected in COVID-19 plasma and red blood cells (RBCs) metabolic and proteomic profiles. Additionally, biophysical properties, such as deformability, were found to be changed during the infection. Based on such data, we aim to better characterize RBC functions in COVID-19. We evaluate the flow properties of RBCs in severe COVID-19 patients admitted to the intensive care unit by using in vitro microfluidic techniques and automated methods, including artificial neural networks, for an unbiased RBC analysis. We find strong flow and RBC shape impairment in COVID-19 samples and demonstrate that such changes are reversible upon suspension of COVID-19 RBCs in healthy plasma. Vice versa, healthy RBCs immediately resemble COVID-19 RBCs when suspended in COVID-19 plasma. Proteomics and metabolomics analyses allow us to detect the effect of plasma exchanges on both plasma and RBCs and demonstrate a new role of RBCs in maintaining plasma equilibria at the expense of their flow properties. Our findings provide a framework for further investigations of clinical relevance for therapies against COVID-19 and possibly other infectious diseases.
Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is caused by the Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and can affect multiple organs, among which is the circulatory system. Inflammation and mortality risk markers were previously detected in COVID-19 plasma and red blood cells (RBCs) metabolic and proteomic profiles. Additionally, biophysical properties, such as deformability, were found to be changed during the infection. Based on such data, we aim to better characterize RBC functions in COVID-19. We evaluate the flow properties of RBCs in severe COVID-19 patients admitted to the intensive care unit by using in vitro microfluidic techniques and automated methods, including artificial neural networks, for an unbiased RBC analysis. We find strong flow and RBC shape impairment in COVID-19 samples and demonstrate that such changes are reversible upon suspension of COVID-19 RBCs in healthy plasma. Vice versa, healthy RBCs immediately resemble COVID-19 RBCs when suspended in COVID-19 plasma. Proteomics and metabolomics analyses allow us to detect the effect of plasma exchanges on both plasma and RBCs and demonstrate a new role of RBCs in maintaining plasma equilibria at the expense of their flow properties. Our findings provide a framework for further investigations of clinical relevance for therapies against COVID-19 and possibly other infectious diseases.
In this special issue of Matrix Biology centered on proteoglycan biology we have assembled a blend of articles focused on the state-of-the-art of proteoglycanology. The field has greatly expanded in the past three decades and now encompasses all the areas of biology. This special issue is divided into five chapters describing hyaluronan metabolism, biosynthetic and catabolic pathways of proteoglycans and their roles in inflammation, cancer, repair and development. We hope that the new original work and the reviews from recognized leaders will stimulate investigations in this exciting and fertile field of research.
Background: Despite known clinical benefits, guideline-recommended heart rate (HR) control is not achieved for a significant proportion of patients with HF with reduced ejection fraction. The wearable cardioverter-defibrillator (WCD) provides continuous HR monitoring and alerts that could aid medication titration.
Objective: This study sought to evaluate sex differences in achieving guideline-recommended HR control during a period of WCD use.
Methods: Data from patients fitted with a WCD from 2015 to 2018 were obtained from the manufacturer’s database (ZOLL). The proportion of patients with adequate nighttime resting HR control at the beginning of use (BOU) and at the end of use (EOU) were compared by sex. Adequate HR control was defined as having a nighttime median HR <70 beats/min.
Results: A total of 21,440 women and a comparative sample of 17,328 men (median 90 [IQR 59–116] days of WCD wear) were included in the final dataset. Among patients who did not receive a shock, over half had insufficient HR control at BOU (59% of women, 53% of men). Although the proportion of patients with resting HR ≥70 beats/min improved by EOU, 43% of women and 36% of men did not achieve guideline-recommended HR control.
Conclusion: A significant proportion of women and men did not achieve adequate HR control during a period of medical therapy optimization. Compared with men, a greater proportion of women receiving WCD shocks had insufficiently controlled HR in the week preceding ventricular tachyarrhythmia/ventricular fibrillation and 43% of nonshocked women, compared with 36% of men, did not reach adequate HR control during the study period. The WCD can be utilized as a remote monitoring tool to record HR and inform adequate uptitration of beta-blockers, with particular focus on reducing the treatment gap in women.
Background: Data on the arrhythmic burden of women at risk for sudden cardiac death are limited, especially in patients using the wearable cardioverter-defibrillator (WCD).
Objective: We aimed to characterize WCD compliance, atrial and ventricular arrhythmic burden, and WCD outcomes by sex in patients enrolled in the Prospective Registry of Patients Using the Wearable Cardioverter Defibrillator (WEARIT-II U.S. Registry).
Methods: In the WEARIT-II Registry, we stratified 2000 patients by sex into women (n = 598) and men (n = 1402). WCD wear time, ventricular and atrial arrhythmic events during WCD use, and implantable cardioverter-defibrillator (ICD) implantation rates at the end of WCD use were evaluated.
Results: The mean WCD wear time was similar in women and men (94 days vs 90 days; P = .145), with longer daily use in women (21.4 h/d vs 20.7 h/d; P = .001). Burden of ventricular tachycardia or ventricular fibrillation was higher in women, with 30 events per 100 patient-years compared with 18 events per 100 patient-years in men (P = .017), with similar findings for treated and non-treated ventricular tachycardia/ventricular fibrillation. Recurrent atrial arrhythmias/sustained ventricular tachycardia was also more frequent in women than in men (167 events per 100 patient-years vs 73 events per 100 patient-years; P = .042). However, ICD implantation rate at the end of WCD use was similar in both women and men (41% vs 39%; P = .448).
Conclusion: In the WEARIT-II Registry, we have shown a higher burden of ventricular and atrial arrhythmic events in women than in men. ICD implantation rates at the end of WCD use were similar. Our findings warrant monitoring women at risk for sudden cardiac death who have a high burden of atrial and ventricular arrhythmias while using the WCD.
Calreticulin is a Ca2+ -binding chaperone that resides in the lumen of the endoplasmic reticulum and is involved in the regulation of intracellular Ca2+ homeostasis and in the folding of newly synthesized glycoproteins. In this study, we have used site-specific mutagenesis to map amino acid residues that are critical in calreticulin function. We have focused on two cysteine residues (Cys(88) and Cys(120)), which form a disulfide bridge in the N-terminal domain of calreticulin, on a tryptophan residue located in the carbohydrate binding site (Trp(302)), and on certain residues located at the tip of the "hairpin-like" P-domain of the protein (Glu(238), Glu(239), Asp(241), Glu(243), and Trp(244)). Calreticulin mutants were expressed in crt(-/-) fibroblasts, and bradykinin-dependent Ca2+ release was measured as a marker of calreticulin function. Bradykinin-dependent Ca2+ release from the endoplasmic reticulum was rescued by wild-type calreticulin and by the Glu(238), Glu(239), Asp(241), and Glu(243) mutants. The Cys(88) and Cys(120) mutants rescued the calreticulin-deficient phenotype only partially ( approximately 40%), and the Trp(244) and Trp(302) mutants did not rescue it at all. We identified four amino acid residues (Glu(239), Asp(241), Glu(243), and Trp(244)) at the hairpin tip of the P-domain that are critical in the formation of a complex between ERp57 and calreticulin. Although the Glu(239), Asp(241), and Glu(243) mutants did not bind ERp57 efficiently, they fully restored bradykinin-dependent Ca2+ release in crt(-/-) cells. This indicates that binding of ERp57 to calreticulin may not be critical for the chaperone function of calreticulin with respect to the bradykinin receptor.
GTPase-activating proteins are required to terminate signaling by Rap1, a small guanine nucleotide-binding protein that controls integrin activity and cell adhesion. Recently, we identified Rap1GAP2, a GTPase-activating protein of Rap1 in platelets. Here we show that 14-3-3 proteins interact with phosphorylated serine 9 at the N terminus of Rap1GAP2. Platelet activation by ADP and thrombin enhances serine 9 phosphorylation and increases 14-3-3 binding to endogenous Rap1GAP2. Conversely, inhibition of platelets by endothelium-derived factors nitric oxide and prostacyclin disrupts 14-3-3 binding. These effects are mediated by cGMP- and cAMP-dependent protein kinases that phosphorylate Rap1GAP2 at serine 7, adjacent to the 14-3-3 binding site. 14-3-3 binding does not change the GTPase-activating function of Rap1GAP2 in vitro. However, 14-3-3 binding attenuates Rap1GAP2 mediated inhibition of cell adhesion. Our findings define a novel crossover point of activatory and inhibitory signaling pathways in platelets.
In this study the clinical value of the method of 31P und 1 H MRI spectroscopy is analyzed in the evaluation of tumors of the liver and the cerebrum. At first 39 patients (HCC n=30, metastases of colorectal carcinomas n=9) undergoing transarterial chemoembolization (TACE) were evaluated MR tomographically with 1.5 Tesla using 31P CSI spectroscopy. Moreover, 53 patients with cerebral tumors (17 meningiomas, 11 gliomas WHO grades I-II, 6 gliomas WHO grade III, 13 gliomas WHO grade IV and 6 metastases) were evaluated 1 H spectroscopically with the ISIS technique in different echo times. The results of both groups were correlated with the histopathological findings and compared with a study group. For evaluation the area under the curve of the measurable signal intensities were calculated, the ratios were determined and statistically evaluated. In patients with livertumors undergoing TACE, the 31P spectroscopy was performed before and after each course of TACE. Pretherapeutic evaluation revealed the tumor tissue with increased PME peak, PME/ß-ATP ratio, and PME/PDE ratio. In all cases the tumor spectres were to be differentiated from the spectra of the study group. If chemoembolization was technically successful, we found an increase in the Pi peak (+90.1%) and a decrease in the ß-ATP peak (-19.1%). After each course of therapy a number of patient groups could be differentiated depending on the changes in the different peaks and ratios. A response was characterized by a decrease of the PME/ß-ATP and PME/PDE ratios and an increase of the PDE/ß-ATP ratio. In non-responders, there was no decrease of the PME/ß-ATP and PME/PDE ratios, and these ratios increased 6 weeks later. The PDE/ß-ATP ratio decreased. Constant ratios were found if a steady state of the disease was achieved. Regrowth of tumor was accompanied by elevated PME and decreased PDE peaks. With regard to the 1 H spectroscopical findings the following statements can be made: The tumor spectra can be distinctly differentiated from the study group spectres. In this respect highly significant differences for the NAA/Cho and PCr/Cho ratios can be seen. The spectra of the meningiomas can be often characterized by the missing NAA. A small peak at 2.0 ppm can probably be due to a part of healthy brain tissue in the VOI at the rim of the tumor in some of the spectra. Moreover, some of the meningiomas show Alanin at 1.47 ppm, which, however, can also be overlain by fat signal in this area. On average, the PCr peak is reduced by half with regard to the referene; Inositol can hardly be detected even with short echo times. The metastases show a decreased NAA/Cho and PCr/Cho ratio. In few cases Ins/Cho can be measured, and then below the level of the study group. Additionally, two distinct peaks could be seen at 0.9 and 1.25 ppm according to strongly increased free fatty acids. All gliomas show a reduced NAA signal. In this respect, the reduction of the NAA/Cho ratio shows a nonsignificant dependence on malignity, which can be reflected in an almost completely reduced NAA signal in glioblastomas. PCr and Ins are also decreased. With increasing malignity of the lesion the Inositol signal increases and reaches the normal values of the study group. Using 1 H spectroscopy it is possible to support the differential diagnosis of the imaging modalities. Due to its sensitivity it is possible to use the 31P spectroscopy in therapy control. In order to establish these methods in the daily routine further improvements are necessary, particularly in regard to measurement sequences, automatisms and standardized evaluation protocols.
Objective: Skin and soft tissue infections (SSTI) are a commonly known entity of diseases associated with difficult treatment procedures. The current gold standard when there is a rapidly progressing infection of soft tissues with a risk of sepsis is radical surgical debridement accompanied by systemic antibiotic therapy. In clinical settings, local antibiotics alone or formulated within carrier material are commonly used alongside this therapy regimen. One possibility of local antibiotic application is the fixation of colistin with fibrin glue spray. It is not yet sufficiently researched how the local antibiotic concentrations remain as high as possible over time.
Methods: We conducted an animal study including 29 male Wistar rats inducing sterile back sores reaching the muscle fascia. We sprayed only colistin, simultaneously or consecutively, with fibrin glue in different groups in order to measure the tissue concentration of the antibiotic applied locally.
Results: After liquid chromatography and quadrupole mass spectrometry analysis, it could be demonstrated that in comparison to the colistin group, tissue concentrations of colistin stayed significantly higher in the wound tissue when it was fixed with fibrin glue. This was observed in both groups, the simultaneous as well as in the consecutively fibrin glue sprayed groups after colistin application.
Conclusion: The fixation of colistin with the fibrin-glue-spray technique as a carrier for local antibiotic therapy is an easy and inexpensive method and shows promising potential for the treatment of SSTI.
Objective: To analyze the influence of biopsy Gleason score on the risk for lymph node invasion (LNI) during pelvic lymph node dissection (PLND) in patients undergoing radical prostatectomy (RP) for intermediate-risk prostate cancer (PCa).
Materials and Methods: We retrospectively analyzed 684 patients, who underwent RP between 2014 and June 2020 due to PCa. Univariable and multivariable logistic regression, as well as binary regression tree models were used to assess the risk of positive LNI and evaluate the need of PLND in men with intermediate-risk PCa.
Results: Of the 672 eligible patients with RP, 80 (11.9%) men harbored low-risk, 32 (4.8%) intermediate-risk with international society of urologic pathologists grade (ISUP) 1 (IR-ISUP1), 215 (32.0%) intermediate-risk with ISUP 2 (IR-ISUP2), 99 (14.7%) intermediate-risk with ISUP 3 (IR-ISUP3), and 246 (36.6%) high-risk PCa. Proportions of LNI were 0, 3.1, 3.7, 5.1, and 24.0% for low-risk, IR-ISUP1, IR-ISUP 2, IR-ISUP-3, and high-risk PCa, respectively (p < 0.001). In multivariable analyses, after adjustment for patient and surgical characteristics, IR-ISUP1 [hazard ratio (HR) 0.10, p = 0.03], IR-ISUP2 (HR 0.09, p < 0.001), and IR-ISUP3 (HR 0.18, p < 0.001) were independent predictors for lower risk of LNI, compared with men with high-risk PCa disease.
Conclusions: The international society of urologic pathologists grade significantly influence the risk of LNI in patients with intermediate- risk PCa. The risk of LNI only exceeds 5% in men with IR-ISUP3 PCa. In consequence, the need for PLND in selected patients with IR-ISUP 1 or IR-ISUP2 PCa should be critically discussed.
Hearing loss in old age, which often goes untreated, has far-reaching consequences. Furthermore, reduction of cognitive abilities and dementia can also occur, which also affects quality of life. The aim of this study was to investigate the hearing performance of seniors without hearing complaints with respect to speech perception in noise and the ability to localize sounds. Results were tested for correlations with age and cognitive performance. The study included 40 subjects aged between 60 and 90 years (mean age: 69.3 years) with not self-reported hearing problems. The subjects were screened for dementia. Audiological tests included pure-tone audiometry and speech perception in two types of background noise (continuous and amplitude-modulated noise) which was either co-located or spatially separated (multi-source noise field, MSNF) from the target speech. Sound localization ability was assessed and hearing performance was self-evaluated by a questionnaire. Speech in noise and sound localization was compared with young normal hearing adults. Although considering themselves as hearing normal, 17 subjects had at least a mild hearing loss. There was a significant negative correlation between hearing loss and dementia screening (DemTect) score. Speech perception in noise decreased significantly with age. There were significant negative correlations between speech perception in noise and DemTect score for both spatial configurations. Mean SRTs obtained in the co-located noise condition with amplitude-modulated noise were on average 3.1 dB better than with continuous noise. This gap-listening effect was severely diminished compared to a younger normal hearing subject group. In continuous noise, spatial separation of speech and noise led to better SRTs compared to the co-located masker condition. SRTs in MSNF deteriorated in modulated noise compared to continuous noise by 2.6 dB. Highest impact of age was found for speech perception scores using noise stimuli with temporal modulation in binaural test conditions. Mean localization error was in the range of young adults. Mean amount of front/back confusions was 11.5% higher than for young adults. Speech perception tests in the presence of temporally modulated noise can serve as a screening method for early detection of hearing disorders in older adults. This allows for early prescription of hearing aids.
In einer kontrollierten klinischen Studie wurden zehn gesunden Probanden über drei Tage hinweg insgesamt 180 g (3 · 1000 ml) hochmolekularer, hochsubstituierter Hydroxyethylstärke Hespan® 6% HES 450/0,7 (Mw = 450 kDa, DS = 0,7) in 0,9% NaCl infundiert, um die Auswirkungen dieser Volumenersatzlösung auf die Blutgerinnung feststellen zu können. Durch die mittelgroße Infusionsmenge sollte eine wirklichkeitsnahe, an eine perioperative Situation angelehnte Untersuchungsgrundlage geschaffen werden.
Die Gerinnungsanalyse erfolgte durch intrinsisch aktivierte Rotationsthrombelastographie (ROTEG®), die als globale Vollblut-Messmethode mit den Parametern CT (Coagulation time), CFT (Clot formation time) und MCF (Maximum clot firmness) im Gegensatz zu den zusätzlich bestimmten isolierten Einzelfaktoren der klassischen plasmatischen Gerinnungstests wie der Faktor VIII-Aktivität (F VIII: C) oder Fibrinogen den Gerinnungsprozess in seiner dynamischen Gesamtheit (Zusammenspiel von Plättchenfunktion, plasmatischen Gerinnungsfaktoren und Fibrinogen) erfasst. Außerdem wurden, um die Gerinnungsergebnisse mit den HES-Mengen im Blut vergleichen zu können, die HES-Konzentrationen (cHES) sowie die mittleren HES-Molmassen (MwHES) aus dem Probandenplasma bestimmt.
Die Blutabnahmen erfolgten an den drei Infusionstagen zu Beginn, während und am Ende der zweistündigen HES-Infusion sowie zu sieben Abnahmezeitpunkten danach. Zusätzlich fanden Nachuntersuchungen an insgesamt 15 Folgetagen mit zunehmendem zeitlichen Abstand statt.
Die thrombelastographischen Messungen an den Infusionstagen zeigten vor allem bei dem ROTEG®-Parameter CFT (relative Verlängerung des anfangs im Referenzbereich liegenden Medians bis zu 170%), aber auch bei der CT (Verlängerung aus dem Referenzbereich heraus um bis zu 28%) deutliche Veränderungen. Bei den plasmatischen Gerinnungstests betrug die Verminderung der anfangs im Referenzbereich liegenden F VIII: C bis zu 76% (Median), die des anfangs im Referenzbereich liegenden von Willebrand-Faktor-Antigens (vWF: Ag) bis zu 88% (Median). Der ausgeprägteste Hämatokritabfall betrug dabei lediglich 21% (Median).
Aus diesen Ergebnissen folgt, dass hochmolekulare, hochsubstituierte Hydroxyethylstärke eine über einen reinen Dilutionseffekt hinausgehende kombinierte Störung der Thrombozytenfunktion einerseits und des intrinsischen Systems andererseits hervorruft und somit die Gerinnungsfähigkeit des Blutes im Sinne eines erworbenen, künstlichen von Willebrand-Syndroms vom Typ 1 problematisch verringert. Da die CFT noch am zehnten Folgetag um 89% (Median) verlängert war und die F VIII: C noch um 29% (Median) vermindert, ist für die Gerinnungsbeeinträchtigung ein ausgedehnter Zeitraum anzunehmen.
Gleichzeitig zeigte sich am zehnten Folgetag in dieser Studie ein Plasmawert von 8,5 mg/ml (Median) für die cHES, am 60. Folgetag wurden immer noch 3,7 mg/ml (Median) gemessen, was den Kumulationseffekt der Substanz widerspiegelt.
Nach den vorliegenden Daten ist anzunehmen, dass weniger ein hohes Molekulargewicht, mehr jedoch ein hoher Substitutionsgrad und ein großes C2/C6-Verhältnis einerseits die primäre und sekundäre Hämostase direkt beeinträchtigen, gleichzeitig aber auch die Abbaubarkeit großer HES-Moleküle einschränken und somit deren gerinnungskompromittierende Effekte prolongieren.
Die Untersuchungen wurden mit moderaten Dosierungen von hochsubstituierter HES vorgenommen. Es ist anzunehmen, dass bei einer Ausschöpfung der empfohlenen maximalen Dosierung noch extremere Blutgerinnungsstörungen eingetreten wären. Hieraus ergibt sich die Empfehlung, in der Volumenersatztherapie in den meisten Fällen Präparaten mit einem niedrigeren Substitutionsgrad wie HES 130/0,4 den Vorzug zu geben, bei denen bisher keine schwerwiegenden Blutungen beobachtet werden konnte. Die routinemäßige Hämodilution ist nach den vorgelegten Daten keine Indikation für hochsubstituierte HES. Deren Verwendung sollte auf akute Notfälle beschränkt werden. Mehrfachinfusionen an aufeinanderfolgenden Tagen sollten ausgeschlossen werden.
Aus den vorgestellten Studien und Fallbeschreibungen sowie den Daten dieser Arbeit ergeben sich Fragen nach dem genauen Pathomechanismus der Gerinnungsbeeinträchtigung durch hochsubstituierte HES, einschließlich indirekter Effekte wie Plasmaviskositätsveränderungen. Auch die pharmakodynamischen und pharmakokinetischen Probleme, die durch eine Kumulation bei Mehrfachapplikation der Substanz bedingt sind, bedürfen weiterer Klärung. Schließlich bleibt unklar, ab welchem genauen Grad der Einschränkung sowohl der Plättchenfunktion als auch der plasmatischen Gerinnung mit klinisch relevanten mikrovaskulären Blutungen zu rechnen ist.
There has been a growing awareness of the need for scientific research to focus on somatic and mental comorbidities in recent years due to the emerging evidence showing their substantial overlap at numerous levels. In this special issue, initiated by members of the EU-funded PRIME consortium (“Prevention and Remediation of Insulin Multimorbidity in Europe; www.prime-study.eu), the focus is on the comorbidities of metabolic disturbances, especially related to insulin signalling dysregulation and mental and neurological disorders. Thus, while obesity, type 2 diabetes, and metabolic syndrome are commonly known to be insulin-related disorders, the last decades have shown that neurodegenerative disorders, such as Alzheimer’s disease, as well as neurodevelopment disorders, such as obsessive-compulsive disorder (OCD), autism spectrum disorders (ASDs) and attention deficit / hyperactivity disorder (ADHD) also fall into this category. The special issue draws together a series of basic and clinical review articles that describe the current knowledge and future perspectives regarding insulin comorbidities across a multidisciplinary group of experts
CFTR ist ein Chloridkanal, der bei der rezessiven Erbkrankheit Mukoviszidose defekt ist. Es ist bekannt, dass CFTR durch Proteinkinasen aktiviert und seine Aktivität durch Nukleotide reguliert wird. Die Regulation von CFTR wurde unter zwei verschiedenen Gesichtspunkten untersucht. Zum einen wurden Experimente durchgeführt, die Aufschluss über die Beteiligung der Nukleotidbindedomänen beim Öffnen und Schließen des Kanals und über die Notwendigkeit einer ATP-Hydrolyse geben sollten. Zum anderen wurde untersucht, ob neben der durch Proteinkinasen vermittelten Aktivierung von CFTR ein alternativer Prozess existiert. Hierbei wurde ein Regulationsmechanismus entdeckt, der eine Proteinkinase-unabhängige Aktivierung von CFTR durch Phosphatidylinositolphosphate ermöglicht.
Humaner CFTR wurde in Oozyten des Krallenfrosches Xenopus laevis heterolog exprimiert und mit der Patch-Clamp-Methode untersucht. Stationäre und zeitaufgelöste Ströme des CFTR-Wildtyps wurden mit mutierten CFTR-Kanälen verglichen. Das Lysin im Walker AMotiv ist an der Koordinierung des γ-Phosphats von MgATP bei der Hydrolyse beteiligt, so dass Walker A-Mutationen die ATP-Bindung und –Hydrolyse von ATPasen beeinflussen. In dieser Arbeit wurden Walker A-Mutanten untersucht, die eine Substitution des konservierten Lysins innerhalb der Walker A-Sequenz der NBD1 (K464A) oder beider Nukleotidbindedomänen (K464A/K1250A) aufwiesen. Da die Öffnungsgeschwindigkeit der Mutante K464A kaum einen Unterschied zu der des Wildtyps aufzeigte, die Mutante K1250A jedoch das Öffnen stark verlangsamte, wurde gefolgert, dass keine Hydrolyse von ATP an der NBD1 für die Öffnung nötig ist. Während Wildtyp-Kanäle auf eine gleichzeitige Applikation von ATP und AMP-PNP, einem nichthydrolysierbaren ATP-Analogon, mit einem verlängerten Offenhalten der Kanäle („locked open“–Effekt) reagierten, das sich in einem langsamen Schließen der Kanäle äußerte, konnte bei K464A-Mutanten dieser Effekt nicht beobachtet werden. Außerdem erfolgte das Schließen der Doppelmutante K464A/K1250A im Vergleich zur Einzelmutante K1250A nach MgATP-Entzug schneller. Daraus wurde geschlossen, dass die NBD1 auf das durch die NBD2 vermittelte Offenhalten des Kanals, möglicherweise durch eine direkte Interaktion, regulierend einwirkt, bevor letztere den Kanal wieder schließt. Da auch ein Öffnen und Schließen des CFTR-Kanals unter Mg2+-freien Bedingungen zu beobachten war, unter denen keine ATP-Hydrolyse erfolgen kann, konnte die Notwendigkeit einer ATP-Hydrolyse bezüglich des Kanalgatings ausgeschlossen werden. Ein Einwirken der NBD1 auf das Offenhalten der Kanäle durch die NBD2 war unter nicht-hydrolytischen Bedingungen anhand des Vergleichs der Schließkinetiken von WT und Mutante K464A nicht feststellbar, so dass eine direkte Interaktion beider Nukleotidbindedomänen wahrscheinlich ausgeschlossen werden kann.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt des Phospholipids Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) auf CFTR-Kanäle untersucht. Die Applikation von PIP2 und MgATP zu unphosphorylierten CFTR-Kanälen zeigte einen deutlichen Stromanstieg, der einem Chloridstrom entsprach. Einzelkanaluntersuchungen ergaben, dass durch PKA induzierte Kanäle und Einzelkanäle, die durch PIP2 aktiviert wurden, dieselbe Leitfähigkeit von ~5 pS besaßen. Somit konnte eine PIP2-induzierte Aktivität endogener Chloridkanäle ausgeschlossen und ein Einfluss des Phospholipids auf CFTR-Chloridkanäle bewiesen werden, der zudem ATP-abhängig war.
Neben PIP2, welches den stärksten Effekt auf die CFTR-Aktivität zeigte, konnten auch Phosphatidylinositol (PI) und Phosphatidylinositol-4-monophosphat (PIP), sowie Arachidonsäure unphosphorylierte CFTR-Kanäle aktivieren. Damit wurde gezeigt, dass der Effekt des Signalanstiegs durch Phosphatidylinositole abhängig von der Struktur des Moleküls war, also von der Anzahl der Phosphatgruppen am Inositolring und der Fettsäurezusammensetzung des Phospholipids.
Experimente, die unter Mg 2+-freien Bedingungen durchgeführt wurden, so dass eine Phosphorylierungsreaktion durch Kinasen ausgeschlossen werden konnte, zeigten dennoch eine PIP2-vermittelte Aktivierung von unphosphorylierten CFTR-Kanälen. Auch eine Substitution des nicht-hydrolysierbaren ATP-Analogons AMP-PNP anstelle von ATP erlaubte die Öffnung unphosphorylierter CFTR-Kanäle. Mit diesen beiden Ergebnissen wurde gezeigt, dass eine PIP2-vermittelte Aktivierung von unphosphorylierten CFTR-Kanälen unabhängig von einer Proteinphosphorylierung ist.
Physiologisch betrachtet könnte man sich vorstellen, dass über die Aktivierung von Lipidkinasen die Synthese von PIP2 über PI und PIP stimuliert wird, so dass das Phospholipid, wie für viele Ionenkanäle und Transporter gezeigt, eine direkte Interaktion mit dem Protein eingeht. Eine ATP-abhängige Synthese von PIP2 in Makropatches an Xenopus-Oozyten durch endogene Lipidkinasen könnte eine mögliche Erklärung für den gezeigten ATP-abhängigen Anstieg des CFTR-Signals sein.
In dieser Arbeit wurde bei CFTR-Kanälen zum ersten Mal ein alternativer Regulationsmechanismus über Phosphatidylinositolphosphate identifiziert, der Proteinkinaseunabhängig ist und der möglicherweise über eine direkte Interaktion zwischen dem Phospholipid und dem Protein vermittelt wird.
Die HIV-Infizierung von Zellkulturen in vitro ist essentiell für das Verstehen der Kinetik der Virusreplikation, für die Aufdeckung von Resistenzentwicklungen gegenüber antiretroviraler Medikamente und für die Entwicklung neuer antiretroviraler Therapiestrategien. Voraussetzung hierfür ist ein geeignetes Monitoring der HIV-Infektion von in vitro infizierten Zellen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Monitoring der HIV-Replikation von in vitro infizierten Zellen mittels der Real-Time TaqMan™ PCR. Die Ergebnisse der Real-Time TaqMan™ PCR wurden mit denen eines p24 ELISAs verglichen. Der p24 ELISA diente als etablierte Standardmethode zum Monitoring einer in vitro HIV-Infektion. HUT 78-Zellen wurden in vitro mit vier unterschiedlichen HIV-1 IIIb Infektionsdosen (MOI 0,05; MOI 0,01; MOI 0,002; MOI 0,0005) infiziert. Mittels der Real-Time TaqMan™ PCR wurde die HIV-1 gag cDNA quantifiziert. Mittels ELISA erfolgte die Quantifizierung des HIV-p24. Zusätzlich dazu wurde die Anzahl an proviralen HIV-1 Transkripten in den Zellkulturen mittels der TaqMan™ PCR quantifiziert. Die Quantifizierung der HIV-1 gag cDNA und des p24 ergaben nahezu identische Kurvenverläufe der Infektionskinetiken. Beide Nachweismethoden zeigten vergleichbare Daten bezüglich des exponentiellen Ansteigens und der sich daran anschließenden Plateauphase der HIV-Replikation. Die Sensitivität beider Nachweismethoden war ebenfalls vergleichbar. Ein großer Unterschied lag in den Messbereichen beider Methoden. Bei der Real-Time TaqMan™ PCR konnte eine Linearität über 7 log-Stufen
demonstriert werden. Dies hatte den Vorteil, dass die Zellkulturproben vor der Quantifizierung der HIV-1 gag cDNA nicht verdünnt werden mussten. Im Gegensatz dazu war der Messbereich des HIV-p24 ELISAs sehr eng und erforderte in den meisten Fällen eine Verdünnung der Messproben. Bezüglich des Arbeitsaufwandes und der aufkommenden Kosten ergaben sich für die Quantifizierung der HIV-1 gag cDNA mittels der Real-Time TaqMan ™ und für die Quantifizierung des p24 mittels ELISA nahezu identische Werte. Der Verlauf der Werte an proviralen HIV-1 Transkripten ähnelt dem der HIV-1 gag cDNA Kinetik. Mittels der Quantifizierung der proviralen HIV-1 Kopien kann jedoch keine Aussage über die HIV-Replikation getroffen werden. Abschließend ist zu sagen, dass die Real-Time TaqMan™ PCR eine zuverlässige und sensitive Methode ist, eine HIV-1 Replikation von in vitro infizierten Zellen zu quantifizieren und den Replikationsverlauf zu beschreiben. Die Real-Time TaqMan™ PCR stellt eine alternative Methode zum HIV-p24 ELISA dar, um eine in vitro HIV-Replikation zu dokumentieren.
NAD(P)H oxidase, the main source of reactive oxygen species in vascular cells, is known to be regulated by redox processes and thiols. However, the nature of thiol-dependent regulation has not been established. Protein disulfide isomerase (PDI) is a dithiol/disulfide oxidoreductase chaperone of the thioredoxin superfamily involved in protein processing and translocation. We postulated that PDI regulates NAD(P)H oxidase activity of rabbit aortic smooth muscle cells (VSMCs). Western blotting confirmed robust PDI expression and shift to membrane fraction after incubation with angiotensin II (AII, 100 nm, 6 h). In VSMC membrane fraction, PDI antagonism with bacitracin, scrambled RNase, or neutralizing antibody led to 26-83% inhibition (p < 0.05) of oxidase activity. AII incubation led to significant increase in oxidase activity, accompanied by a 6-fold increase in PDI refolding isomerase activity. AII-induced NAD(P)H oxidase activation was inhibited by 57-71% with antisense oligonucleotide against PDI (PDIasODN). Dihydroethidium fluorescence showed decreased superoxide generation due to PDIasODN. Confocal microscopy showed co-localization between PDI and the oxidase subunits p22(phox), Nox1, and Nox4. Co-immunoprecipitation assays supported spatial association between PDI and oxidase subunits p22(phox), Nox1, and Nox4 in VSMCs. Moreover, in HEK293 cells transfected with green fluorescent protein constructs for Nox1, Nox2, and Nox4, each of these subunits co-immunoprecipitated with PDI. Akt phosphorylation, a known downstream pathway of AII-driven oxidase activation, was significantly reduced by PDIasODN. These results suggest that PDI closely associates with NAD(P)H oxidase and acts as a novel redox-sensitive regulatory protein of such enzyme complex, potentially affecting subunit traffic/assembling.
In der vorliegenden in vitro-Studie wurde der Einfluß von zwei Insertionstechniken auf die zervikale Randqualität von Klasse-II-Kompositrestaurationen unter Zuhilfenahme von Kunststoffmatrizen und Lichtkeilen untersucht. Als weiteren Versuchsparameter wählte man zur Adaptation des Füllungsmaterials neben herkömmlichen Metallinstrumenten zusätzlich modifizierte Biberschwanzpinsel.
Die Photodynamische Therapie (PDT) wird mittlerweile bei einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt. Ziel dieser Dissertation war die nähere Untersuchung der Kinetik und der Wirkmechanismen der Photosensibilisatoren Methylenblau und disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin. Zuerst klärten wir die Frage der Toxizität des Methylenblaus. Wir ermittelten dabei die für die nachfolgenden Versuche nötigen Dosen und Höchstdosen des Methylenblaus in Bezug auf die humane Keratozyten-Linie HaCat und periphere mononukleäre Zellen. Für disulfoniertes Aluminiumphthalocyanin stützten wir uns auf vorhandene Publikationen. Als Lichtquelle benützten wir die PDT Lampe der Firma Waldmann, die ein homogenes Lichtspektrum von 600 bis 700 nm erzeugt, so dass das Wirkungsmaximum aller gängigen Photosensibilisatoren abgedeckt ist. Ausserdem liefert diese Lampe eine gleichmässige Energiedichte über eine größere Fläche, die die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet.
In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass es für die photodynamische Therapie mit Methylenblau und disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin eine Dosis gibt mit der man sowohl Keratinozyten als auch Leukozyten in ihrer Proliferation hemmen kann, ohne eine zytotoxische Wirkung auszulösen. Für Keratinozyten ergab sich dabei ein Anstieg der Proliferationshemmung bei 5 µM Methylenblau und 2stündiger Inkubationszeit bei 200 J/cm², die Toxizität zeigte sich bei 5µM Methylenblau und 4stündiger Inkubationszeit und bereits bei 100 J/cm² maximal. Demgegenüber ergab sich bei stimulierten Leukozyten bereits bei 1µM Methylenblau und 2 Stunden Inkubationszeit ein starker proliferativer Effekt, bei 5µM Methylenblau und 2 Stunden Inkubationszeit zeigte sich dagegen ein deutliche Toxizität. Hierbei fand sich ab 0,5 J/cm² eine zunehmende Proliferationshemmung und Toxizität. Insgesamt war bei Keratinozyten die Differenz bzgl. antiproliferativer und zytotoxischer Dosis geringer als bei Leukozyten. Letztere zeigten sich dabei auch empfindlicher, besonders wenn man die Leukozyten zuvor stimulierte. Daraus ergibt sich ein Potential für den therapeutischen Einsatz der Photodynamischen Therapie bei entzündlichen Dermatosen.
Als mögliche Wege indirekt toxischer Wirkung wurde in der Folge die Stimulation des nukleären Transkriptionsfaktors NF-ΚB, die Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) und der protektive Effekt von α-Liponsäure untersucht. Dass der nukleäre Transkriptionsfactor NF-ΚB durch Photodynamische Therapie mit Methylenblau aktiviert werden kann, ist bereits gezeigt worden, so dass wir diese Versuche nicht wiederholten. Die Photodynamische Therapie mit dem Photosensibilisator Methylenblau wirkt also sowohl direkt als auch indirekt toxisch. In unseren Versuchen beschränkten wir uns im weiteren auf die Wirkung des Photosensibilisators disulfoniertes Aluminiumphthalocyanin auf den nukleären Transkriptionsfaktor NF-ΚB. Mittels Gelelektrophorese konnten wir keine Aktivierung von NF-ΚB zeigen. Die Photodynamische Therapie mit dem Photosensibilisator disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin wirkt also nur auf direkt toxischem Weg. Bezüglich der Stickstoffmonoxid-Bildung fand sich bei beiden Photosensibilisatoren in den von uns verwendeten Konzentrationen und Inkubabionszeiten kein Nitritnachweis. Auch bei α-Liponsäure ergab sich bei Keratinozyten weder ein pro- noch antiproliferativer Effekt und somt kein Anhalt auf eine indirekte toxische Wirkung.
Der klinische Einsatz der Photodynamischen Therapie erscheint vor dem Hintergrund der erarbeiteten Daten bei entzündlichen Dermatosen möglich, weil infiltrierende aktivierte Leukozyten sensibler gegenüber PDT sind als das umliegende Gewebe, wie hier beispielhaft für Keratinozyten gezeigt wurde.
Die Endothelzellmigration ist ein wesentlicher Prozess für die Angiogenese, Neovaskularisierung und Reendothelialisierung. Im ersten Teil der Arbeit wurde der Effekt von Schubspannung auf die Endothelzellmigration, die Beteiligung der Integrine und der Integrin-abhängigen Signaltransduktionswege mittels "scratched wound assay" untersucht. Die Schubspannungs-induzierte Endothelzellmigration war signifikant durch Integrin-blockierende RGD-Peptide oder neutralisierende Antikörper gegen die Integrin-Untereinheiten α5β1 reduziert, wohingegen Antikörper gegen αvβ3 oder α2β1 keinen Effekt hatten. Die Integrin-Expression von α5 und β1 war besonders in der migrierenden Zellfront der Wunde erhöht. Passend zu der wichtigen Rolle der Integrine in der Schubspannungs-induzierten Endothelzellmigration hemmte eine Blockade des Integrin-assoziierten Adapterproteins Shc durch eine dominant negative Mutante die Schubspannungs-induzierte Zellmigration. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die pharmakologische Hemmung der MAP Kinase ERK1/2 oder der PI3K die Schubspannungs-induzierte Endothelzellmigration verhinderte. Im Gegensatz dazu hatte die Hemmung der NO-Synthase keinen Effekt.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die VEGF-vermittelte Endothelzellmigration untersucht. Im Gegensatz zu den Befunden, dass laminare Schubspannung NO-unabhängig die Endothelzellmigration stimuliert, konnte die VEGF-vermittelte Endothelzellmigration durch NOS-Inhibitoren blockiert werden. Des weiteren wurde die Beteiligung der Akt-mediierten eNOS Phosphorylierung in der VEGF- induzierten Endothelzellmigration ebenfalls mittels "scratched wound assay" untersucht, da bekannt ist, dass Akt die eNOS über eine Phosphorylierung an Serin 1177 aktivieren kann. Die Überexpression einer dominant-negativen Akt-Mutante verhindert die VEGF-induzierte Zellmigration. Im Gegensatz dazu stimulierte die Überexpression einer konstitutiv-aktiven Akt-Mutante die Endothelzellmigration, auch in Abwesenheit von VEGF. Die Überexpression eines phosphomimetischen eNOS-Konstruktes (S1177D) führte ebenfalls zu einer verstärkten Zellmigration, wohingegen die nicht mehr phosphorylierbare und somit nicht mehr aktivierbare eNOS-Mutante (S1177A) die VEGF-induzierte Endothelzellmigration komplett hemmte.
Zusammengefasst zeigen diese Daten, dass die VEGF- und Schubspannungsinduzierte Endothelzellmigration wesentlich zu der beschleunigten Reendothelialisierung von verletztem Endothel beiträgt, wie es beispielsweise nach einer Ballondilatation der Fall ist. Es konnte gezeigt werden, dass laminarer Blutfluss über die Integrine α5β1 NO-unabhängig die Migration mediiert und dass der Wachstumsfaktor VEGF über die Protein Kinase Akt NO-abhängig die Endothelzellmigration stimuliert.
Um die Rolle von potentiell schmerzauslösenden Substanzen bei der Entstehung von menschlichem Muskelschmerz und von muskulärer Hyperalgesie zu beurteilen, wurde bei dieser Arbeit das DOMS Muskelschmerzmodell und das hypertone NaCl Muskelschmerzmodell in Kombination mit der Mikrodialysetechnik verwendet. Dabei wurden bei 10 gesunden, untrainierten Probanden metabolische Änderungen im Glucosestoffwechsel (Glucose, Laktat) und Fettstoffwechsel (Glycerol), Änderung der Glutamat Freisetzung und Änderungen von inflammatorischen Mediatoren (PGE2, NO, Substanz P) in den schmerzhaften und in den Kontrollmuskeln untersucht. Studienbegleitend erfolgte zur Beurteilung der Effektivität der Übungen und des dabei entstandenen Muskelschadens die Bestimmung von Serum CK, Serum Laktat, des Muskelumfangs und der Muskeldruckschmerzschwelle (PPT). Die Probanden gaben regelmäßig die Schmerzintensität auf einer visuellen Analogskala (VAS) an. Die DOMS Muskelschmerzen wurden 24 Stunden vor dem Beginn der Mikrodialyse durch konzentrisch/ exzentrische Kontraktionen der Wadenmuskulatur im Verum Bein ausgelöst. Während der Mikrodialyse erfolgte die Schmerzstimulation der Wadenmuskulatur durch Plantar- und Dorsalflexion des Fußes. Die Schmerzauslösung beim hypertonen NaCl Modell geschah während der Mikrodialyse durch sequentielle Injektionen von hypertoner NaCl Lösung ( 5 ∗ 200 µl 5.8% NaCl Lösung in 2 Minuten Intervallen) in den Bizepsmuskel am Oberarm. Die Zuordnung der Behandlung (Verum vs. Kontrollmuskel) erfolgte jeweils nach dem Zufallsprinzip.
Direkt nach den DOMS Übungen kam es zu einem signifikanten Anstieg von Laktat im Serum, nach 24 Stunden zu einem signifikanten Ansteigen der CK Aktivität und einer Zunahme des Muskelumfangs. Mit beiden Modellen konnte zuverlässig ein Muskelschmerz erzeugt werden, wobei die Schmerzintensität bei wiederholter Stimulierung abnahm und dies im DOMS Modell stärker ausgeprägt war. Eine mechanische Hyperalgesie konnte nur an den Waden beobachtet werden, die dort aber beidseitig auftrat und damit eine Art „zentraler Übererregbarkeit“ vermuten lässt. Die Dialysatkonzentrationen von Glutamat, PGE2 und Substanz P zeigten aufgrund der Schmerzstimulation im DOMS Bein einen lokalen Anstieg (Glutamat 125 ± 20 µM [p=0.005], PGE2 239 ± 45 pg/ml, Substanz P 64 ± 11 pg/ml). Dabei traten im Kontrollbein keine signifikanten Änderungen auf. Während der Mikrodialyseperiode war die NO Konzentration im DOMS Bein signifikant geringer als im Kontrollbein (p = 0.02), zeigte dabei aber keine Beeinflussung durch die Schmerzstimulation. Gleichzeitig war dabei die Laktatkonzentration im DOMS Bein im Vergleich zum Kontrollbein erhöht. Die Glucose- und Glycerolkonzentrationen wiesen durch die Schmerzauslösung keine bedeutenden Veränderungen auf.
Im Bizepsmuskel kam es infolge der hypertonen NaCl Injektionen zu einem signifikanten Anstieg der Glutamat Konzentration im Dialysat (50 ± 3 µM, p = 0.003), wobei diese im Kontrollmuskel konstant blieb. Die Injektionen hatten aber keinen Einfluss auf die Werte von Glucose, Laktat, Glycerol, NO, PGE2, des Muskelumfangs und der PPT.
Möglicherweise ist ein inflammatorischer Prozess an den peripheren Mechanismen der Muskelschmerzentstehung beim DOMS Modell beteiligt. Die Injektion von hypertoner NaCl Lösung löst den Muskelschmerz vermutlich direkt durch die hohe extrazelluläre Natrium Konzentration aus, wobei es zu einer Depolarisation der Nozizeptormembran mit einer nachfolgenden Glutamat Freisetzung aus den aktivierten Nozizeptoren kommt. Die Vorteile dieses Modells sind die Wiederholbarkeit und die kurze Dauer des Muskelschmerzes. Die dem ausgelösten Schmerz zugrundeliegenden Mechanismen ähneln jedoch nicht den Mechanismen die dem klinischen Muskelschmerz zugrunde liegen. Deshalb könnte es sein, dass die Bedeutungen der Ergebnisse aus diesem Modell relativ beschränkt sind und die Nützlichkeit insbesondere für pharmakologische Studien damit auch eingeschränkt ist.
Der Neurotransmitter Glutamat ist an den peripheren Mechanismen der Muskelschmerzentstehung beteiligt, da die Glutamat Freisetzung direkt mit dem Muskelschmerz beim DOMS Modell und beim Hypertonen NaCl Modell assoziiert war. Die beim DOMS Modell erhöhten Konzentrationen von Laktat, PGE2, sowie die Änderungen von Substanz P und die erniedrigten NO Konzentrationen könnten auch zu der Entstehung von Muskelschmerz beitragen.
Der beobachtete Rückgang der Schmerzintensität bei wiederholter Stimulierung lässt auf eine Art „Gewöhnung“ schließen, die bei Anwendung des DOMS Modells für pharmakologische Untersuchungen einen Nachteil darstellen könnte.
Ziel: Anliegen des Kooperationsprojektes der Klinik für Nephrologie und der Klinik für Psychosomatische Medizin und Psychotherapie ist die internistische und eine umfassende psychologische Untersuchung von152 Lebendnierenspendern, die ihre Niere zwischen 1973 und 2001 in der Universitätsklinik Frankfurt am Main spendeten. Im Rahmen dieser Studie werden aus der oben genannten Arbeitsgruppe heraus, mehrere Arbeiten und Publikationen entstehen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der 152 Frankfurter Lebendnierenspender in Bezug auf psychosomatische und psychosoziale Aspekte des Erlebens und der Verarbeitung der Lebendnierentransplantation und ihrer Folgen. In der bisherigen empirischen Forschung zu psychischen und psychosomatischen Folgen einer Lebendnierentransplantation wurden beim Spender eher wenige und wenn, dann im Ausmaß begrenzte psychische Komplikationen berichtet. In der Regel sind die psychische Verarbeitung sowie die psycho-sozialen Auswirkungen einer Lebendnierentransplantation insgesamt positiv zu bewerten.
Methode: N= 152 Lebendnierenspender werden internistisch und psychologisch untersucht. Die psychologische Untersuchung verwendet ein breites Spektrum von Erhebungsmethoden. Neben vier standardisierten testpsychologischen Fragebögen wird ein semistrukturiertes ca. einstündiges Interview mit den Spendern geführt. Die vorliegende Arbeit befasst sich gesondert mit dem halbstrukturierten Interview. Die Erlebnisberichte der Spender werden mittels eines eigens erstellten Kategoriensystems ausgewertet.
Ergebnisse: Abschluss der Datenerhebung der vorliegenden Arbeit ist der 15. Februar 2002. Sieben Spender verstarben vor Beginn der Studie, jedoch nicht an den Folgen der Einnierigkeit.Drei Spender waren nicht auffindbar. 19 Spender wurden wegen Wohnsitz im Ausland und/oder Mangel an deutschen Sprachkenntnissen vom psychologischen Interview ausgeschlossen. Von den 123 in Frage kommenden Untersuchungsteilnehmern haben wir mit 100 Spendern Interviews führen können, was einer vergleichsweise hohen Rücklaufquote von 81,3% entspricht. Die meisten Spender trafen ihre Entscheidung sofort (84%) und bereuten ihre Spende im Nachhinein nicht.
Nahezu alle Spender (97%) würden die Entscheidung ihre Niere spenden zu wollen heute wieder treffen. Die meisten Spender bewerten die Spende als ein positives Ereignis vergleichbar mit einer Lebensrettung oder einer Geburt. Einige Spender berichten durch die Spende eine Steigerung ihres Selbstwertgefühls und Selbstbewusstseins erfahren zu haben. 75% der Spender schildern durch die Spende keine Veränderung in der Beziehung zu dem Empfänger erlebt zu haben, bei 23% habe sich die Beziehung verbessert. 3% geben an, die Beziehung zu bestimmten Familienmitgliedern sei nach der Spende schlechter geworden. 3% der Spender bereuen gespendet zu haben. 8% empfanden Druck im Entscheidungsprozess. 5% hatten starke Angst vor der Operation oder dem Leben mit einer Niere. Insgesamt 6% der Spender berichten über langfristige psychische Komplikationen (Verdacht auf: 2% Anpassungsstörung, 2% Angststörung, 1% Depression, 1% Burnout). 11% wünschen sich eine professionelle psychologische Vor- und/oder Nachbetreuung.
Diskussion: Die Ergebnisse der Untersuchung weisen insgesamt auf eine langfristig positive psychische Verarbeitung, sowie auf positive psychosoziale Auswirkungen einer Lebendnierentransplantation hin. Es gibt eine inhomogene Subgruppe mit kleiner Personenanzahl, die negative Erfahrungen mit der Lebendnierenspende machte. Dieser wird gesondert Beachtung geschenkt und die Bereitstellung von adäquaten Beratungs- und Hilfsangeboten diskutiert.
Inhibitor of apoptosis (IAPs) proteins are characterized by the presence of evolutionarily conserved baculoviral inhibitor of apoptosis repeat (BIR) domains, predominantly known for their role in inhibiting caspases and, thereby, apoptosis. We have shown previously that multi-BIR domain-containing IAPs, cellular IAPs, and X-linked IAP can control tumor cell migration by directly regulating the protein stability of C-RAF kinase. Here, we extend our observations to a single BIR domain containing IAP family member melanoma-IAP (ML-IAP). We show that ML-IAP can directly bind to C-RAF and that ML-IAP depletion leads to an increase in C-RAF protein levels, MAPK activation, and cell migration in melanoma cells. Thus, our results unveil a thus far unknown role for ML-IAP in controlling C-RAF stability and cell migration.
The single nucleotide polymorphism 118A>G of the human micro-opioid receptor gene OPRM1, which leads to an exchange of the amino acid asparagine (N) to aspartic acid (D) at position 40 of the extracellular receptor region, alters the in vivo effects of opioids to different degrees in pain-processing brain regions. The most pronounced N40D effects were found in brain regions involved in the sensory processing of pain intensity. Using the mu-opioid receptor-specific agonist DAMGO, we analyzed the micro-opioid receptor signaling, expression, and binding affinity in human brain tissue sampled postmortem from the secondary somatosensory area (SII) and from the ventral posterior part of the lateral thalamus, two regions involved in the sensory processing and transmission of nociceptive information. We show that the main effect of the N40D micro-opioid receptor variant is a reduction of the agonist-induced receptor signaling efficacy. In the SII region of homo- and heterozygous carriers of the variant 118G allele (n=18), DAMGO was only 62% as efficient (p=0.002) as in homozygous carriers of the wild-type 118A allele (n=15). In contrast, the number of [3H]DAMGO binding sites was unaffected. Hence, the micro-opioid receptor G-protein coupling efficacy in SII of carriers of the 118G variant was only 58% as efficient as in homozygous carriers of the 118A allele (p<0.001). The thalamus was unaffected by the OPRM1 118A>G SNP. In conclusion, we provide a molecular basis for the reduced clinical effects of opioid analgesics in carriers of mu-opioid receptor variant N40D.
Biglycan, a nitric oxide-regulated gene, affects adhesion, growth, and survival of mesangial cells
(2003)
During glomerular inflammation mesangial cells are the major source and target of nitric oxide that pro-foundly influences proliferation, adhesion, and death of mesangial cells. The effect of nitric oxide on the mRNA expression pattern of cultured rat mesangial cells was therefore investigated by RNA-arbitrarily-primed polymerase chain reaction. Employing this approach, biglycan expression turned out to be down-regulated time- and dose-dependently either by interleukin-1beta-stimulated endogenous nitric oxide production or by direct application of the exogenous nitric oxide donor, diethylenetriamine nitric oxide. There was a corresponding decline in the rate of biglycan biosynthesis and in the steady state level of this proteoglycan. In vivo, in a model of mesangioproliferative glomerulonephritis up-regulation of inducible nitric-oxide synthase mRNA was associated with reduced expression of biglycan in isolated glomeruli. Biglycan expression could be normalized, both in vitro and in vivo, by using a specific inhibitor of the inducible nitric-oxide synthase, l-N6-(l-iminoethyl)-l-lysine dihydrochloride. Further studies showed that biglycan inhibited cell adhesion on type I collagen and fibronectin because of its binding to these substrates. More importantly, biglycan protected mesangial cells from apoptosis by decreasing caspase-3 activity, and it counteracted the proliferative effects of platelet-derived growth factor-BB. These findings indicate a signaling role of biglycan and describe a novel pathomechanism by which nitric oxide modulates the course of renal glomerular disease through regulation of biglycan expression.
Reversible phosphorylation plays important roles in G protein-coupled receptor signaling, desensitization, and endocytosis, yet the precise location and role of in vivo phosphorylation sites is unknown for most receptors. Using metabolic 32P labeling and phosphopeptide sequencing we provide a complete phosphorylation map of the human bradykinin B2 receptor in its native cellular environment. We identified three serine residues, Ser(339), Ser(346), and Ser(348), at the C-terminal tail as principal phosphorylation sites. Constitutive phosphorylation occurs at Ser(348), while ligand-induced phosphorylation is found at Ser(339) and Ser(346)/Ser(348) that could be executed by several G protein-coupled receptor kinases. In addition, we found a protein kinase C-dependent phosphorylation of Ser(346) that was mutually exclusive with the basal phosphorylation at Ser(348) and therefore may be implicated in differential regulation of B2 receptor activation. Functional analysis of receptor mutants revealed that a low phosphorylation stoichiometry is sufficient to initiate receptor sequestration while a clustered phosphorylation around Ser(346) is necessary for desensitization of the B2 receptor-induced phospholipase C activation. This was further supported by the specifically reduced Ser(346)/Ser(348) phosphorylation observed upon stimulation with a nondesensitizing B2 receptor agonist. The differential usage of clustered phosphoacceptor sites points to distinct roles of multiple kinases in controlling G protein-coupled receptor function.
Vacuolar proton-translocating ATPase (holoATPase and free membrane sector) was isolated from bovine chromaffin granules by blue native polyacrylamide gel electrophoresis. A 5-fold excess of membrane sector over holoenzyme was determined in isolated chromaffin granule membranes. M9.2, a novel extremely hydrophobic 9.2-kDa protein comprising 80 amino acids, was detected in the membrane sector. It shows sequence and structural similarity to Vma21p, a yeast protein required for assembly of vacuolar ATPase. A second membrane sector-associated protein (M8-9) was identified and characterized by amino-terminal protein sequencing.
Ein intaktes Arbeitsgedächtnis ermöglicht es, Informationen, z.B. visuellen oder auditorischen Ursprungs temporär zu speichern, zu manipulieren und weiterzuverarbeiten. Es bildet die Grundlage zum Lernen, zum Begreifen und zum Verstehen von Sprache und somit die Grundlage zum tagtäglichen Funktionieren.
Beeinträchtigungen des Arbeitsgedächtnisses sind mit schlechten (Arbeits-) Leistungen, eingeschränkter zwischenmenschlicher Kommunikation, niedrigerem gesellschaftlichem Funktionsniveau und Arbeitslosigkeit vergesellschaftet und somit folgenschwer.
Psychiatrische Erkrankungen aus dem schizophrenen Spektrum, die unipolare Depression oder das Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) gehen gehäuft mit kognitiven Beeinträchtigungen einher. Auch die bipolare affektive Störung zählt zu den psychiatrischen Erkrankungen, die mit kognitiver Beeinträchtigung assoziiert ist.
Das Ziel der Studie war es, darzustellen, dass kognitive Einschränkungen von Patienten, die an einer bipolaren affektiven Störung leiden, unter den exekutiven Funktionen insbesondere das Arbeitsgedächtnis betreffen und diese auch in euthymer Stimmungslage zu erfassen sind.
Hierzu wurde mittels einer Aufgabe zur Farbveränderung vier verschiedener Kreise, die um ein zentral platziertes, schwarzes Kreuz angeordnet waren, das visuelle Arbeitsgedächtnis anhand der Merkfähigkeit der Patienten, deren euthyme Stimmungslage mit den Ratingskalen MADRS und YMRS bestätigt wurde, im Vergleich zu einer Gruppe gesunder Kontrollprobanden, die mit der Patientengruppe in den Faktoren Alter, Geschlechterverteilung, prämorbide Intelligenz, Schulbildung und Händigkeit vergleichbar war, überprüft.
Anhand der erzielten Ergebnisse wurde die Arbeitsgedächtniskapazität K nach Pashler bestimmt. Es ergab sich eine bei mittlerer Effektstärke signifikant geringere Arbeitsgedächtniskapazität in der Gruppe der remittierten Patienten mit bipolarer affektiver Störung im Vergleich zur Kontrollgruppe gesunder Probanden.
Ein Einfluss der zum Zeitpunkt der Testung in der Patientengruppe angewandten Psychopharmaka auf die Arbeitsgedächtniskapazität konnte ausgeschlossen werden, sodass die ermittelten Defizite nicht als eine Form von Medikamentennebenwirkungen erklärt werden konnten. Interessanterweise betrug die mediane Erkrankungsdauer in der Patientengruppe drei Jahre, sodass davon auszugehen ist, dass die Ausprägung von Defiziten des Arbeitsgedächtnisses keinen langen Krankheitsverlauf bedingt, sondern bereits zu Beginn der Erkrankung vorhanden sein könnte.
Somit konnte die Studie darlegen, dass kognitive Defizite, insbesondere Störungen des Arbeitsgedächtnisses mit daraus resultierender signifikant erniedrigter Arbeitsgedächtniskapazität, bei Patienten mit bipolarer affektiver Störung in euthymer Stimmungslage bereits zu einem frühen Zeitpunkt des Krankheitsverlaufs bestehen, die eine Folge der Erkrankung selbst sind und keine Nebenwirkung von psychopharmazeutischer Medikation darstellen. Den Grund für das Auftreten kognitiver Defizite bei Patienten mit bipolarer affektiver Störung liefert diese Studie nicht, sie impliziert dennoch, dass das Verständnis und die Berücksichtigung kognitiver Störungen bei der bipolaren affektiven Störung zukünftig ein wichtiges Therapieziel darstellen sollte um das funktionelle Outcome von Patienten, die an dieser Störung leiden, entscheidend zu verbessern und somit eine Teilnahme am tagtäglichen Funktionieren weiterhin ermöglicht wird.
In die Zukunft blickend sollten unsere Ergebnisse mithilfe weiterer Untersuchungen validiert werden, insbesondere in Bezug auf genetische Komponenten, die die Arbeitsgedächtniskapazität regulieren. Es sollten Faktoren identifiziert werden, die eine reduzierte Arbeitsgedächtniskapazität bei Patienten mit bipolarer affektiver Störung bedingen. Die vorliegende Studie beantwortet nämlich nicht die Frage, wie genetische Faktoren und Umweltfaktoren die Arbeitsgedächtniskapazität auf kognitiver und neurophysiologischer Ebene beeinflussen könnten.
Angesichts der erwähnten Relevanz eines intakten Arbeitsgedächtnisses für die Funktionsfähigkeit der Patienten sollten zukünftige Studien prüfen, ob prokognitive Interventionen wie die kognitive Remediation oder sogar medikamentöse Therapieoptionen diese Defizite verbessern könnten.
Defects in podocyte signaling are the basis of many inherited glomerular diseases leading to glomerulosclerosis. CD2-associated protein (CD2AP) is highly expressed in podocytes and is considered to play an important role in the maintenance of the glomerular slit diaphragm. Mice deficient for CD2AP (CD2AP(-/-)) appear normal at birth but develop a rapid onset nephrotic syndrome at 3 weeks of age. We demonstrate that impaired intracellular signaling with subsequent podocyte damage is the reason for this delayed podocyte injury in CD2AP(-/-) mice. We document that CD2AP deficiency in podocytes leads to diminished signal initiation and termination of signaling pathways mediated by receptor tyrosine kinases (RTKs). In addition, we demonstrate that CIN85, a paralog of CD2AP, is involved in termination of RTK signaling in podocytes. CIN85 protein expression is increased in CD2AP(-/-) podocytes in vitro. Stimulation of CD2AP(-/-) podocytes with various growth factors, including insulin-like growth factor 1, vascular endothelial growth factor, and fibroblast growth factor, resulted in a significantly decreased phosphatidylinositol 3-kinase/AKT and ERK signaling response. Moreover, increased CIN85 protein is detectable in podocytes in diseased CD2AP(-/-) mice, leading to decreased base-line activation of ERK and decreased phosphorylation after growth factor stimulation in vivo. Because repression of CIN85 protein leads to a restored RTK signaling response, our results support an important role of CD2AP/CIN85 protein balance in the normal signaling response of podocytes.
Endogenous nitro-fatty acids (NFA) are potent electrophilic lipid mediators that exert biological effects in vitro and in vivo via selective covalent modification of thiol-containing target proteins. The cytoprotective, anti-inflammatory, and anti-tumorigenic effects of NFA in animal models of disease caused by targeted protein nitroalkylation are a valuable basis for the development of future anti-phlogistic and anti-neoplastic drugs. Considering the complexity of diseases and accompanying comorbidities there is an urgent need for clinically effective multifunctional drugs. NFA are composed of a fatty acid backbone containing a nitroalkene moiety triggering Michael addition reactions. However, less is known about the target-specific structure–activity relationships and selectivities comparing different NFA targets. Therefore, we analyzed 15 NFA derivatives and compared them with the lead structure 9-nitro-oleic acid (9NOA) in terms of their effect on NF-κB (nuclear factor kappa B) signaling inhibition, induction of Nrf-2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2) gene expression, sEH (soluble epoxide hydrolase), LO (lipoxygenase), and COX-2 (cyclooxygenase-2) inhibition, and their cytotoxic effects on colorectal cancer cells. Minor modifications of the Michael acceptor position and variation of the chain length led to drugs showing increased target preference or enhanced multi-targeting, partly with higher potency than 9NOA. This study is a significant step forward to better understanding the biology of NFA and their enormous potential as scaffolds for designing future anti-inflammatory drugs.
The complex and adaptive nature of malignant neoplasm constitute a major challenge for the development of effective anti-oncogenic therapies. Emerging evidence has uncovered the pivotal functions exerted by the small leucine-rich proteoglycans, decorin and biglycan, in affecting tumor growth and progression. In their soluble forms, decorin and biglycan act as powerful signaling molecules. By receptor-mediated signal transduction, both proteoglycans modulate key processes vital for tumor initiation and progression, such as autophagy, inflammation, cell-cycle, apoptosis, and angiogenesis. Despite of their structural homology, these two proteoglycans interact with distinct cell surface receptors and thus modulate distinct signaling pathways that ultimately affect cancer development. In this review, we summarize growing evidence for the complex roles of decorin and biglycan signaling in tumor biology and address potential novel therapeutic implications.
Effect of chemotherapy on overall survival in contemporary metastatic prostate cancer patients
(2021)
Introduction: Randomized clinical trials demonstrated improved overall survival in chemotherapy exposed metastatic prostate cancer patients. However, real-world data validating this effect with large scale epidemiological data sets are scarce and might not agree with trials. We tested this hypothesis.
Materials and Methods: We identified de novo metastatic prostate cancer patients within the Surveillance, Epidemiology, and End Results (SEER) database (2014-2015). Kaplan-Meier plots and Cox regression models tested for overall survival differences between chemotherapy-exposed patients vs chemotherapy-naïve patients. All analyses were repeated in propensity-score matched cohorts. Additionally, landmark analyses were applied to account for potential immortal time bias.
Results: Overall, 4295 de novo metastatic prostate cancer patients were identified. Of those, 905 (21.1%) patients received chemotherapy vs 3390 (78.9%) did not. Median overall survival was not reached at 30 months follow-up. Chemotherapy-exposed patients exhibited significantly better overall survival (61.6 vs 54.3%, multivariable HR:0.82, CI: 0.72-0.96, p=0.01) at 30 months compared to their chemotherapy-naïve counterparts. These findings were confirmed in propensity score matched analyses (multivariable HR: 0.77, CI:0.66-0.90, p<0.001). Results remained unchanged after landmark analyses were applied in propensity score matched population.
Conclusions: In this contemporary real-world population-based cohort, chemotherapy for metastatic prostate cancer patients was associated with better overall survival. However, the magnitude of overall survival benefit was not comparable to phase 3 trials.
Introduction: To evaluate the oncological outcome of high dose rate (HDR) brachytherapy (BRT) as monotherapy for clinically localised prostate cancer (PCA).
Material and Methods: Between January 2002 and February 2004, 141 consecutive patients with clinically localised PCA were treated with HDR-BRT monotherapy. The cohort comprised 103 (73%) low-, 32 (22.7%) intermediate- and 6 (4.3%) high risk patients according to D’Amico classification or 104 (73.8%) low-, 24 (17.0%) intermediate favourable-, 12 (8.5%) intermediate unfavourable- and one (0.7%) very high risk patient according to National Comprehensive Cancer Network (NCCN) one. Patients received four fractions of 9.5 Gy delivered within a single implant up to a total physical dose of 38 Gy. Catheter-implantation was transrectal ultrasound-based whereas treatment planning CT-based. Thirty-three patients (23.4%) received ADT neoadjuvantly and continued concurrently with BRT. Biochemical relapse-free survival (BRFS) was defined according to the Phoenix Consensus Criteria and genitourinary (GU)/gastrointestinal (GI) toxicity evaluated using the Common Toxicity Criteria for Adverse Events version 5.0.
Results: Median age at treatment and median follow-up time was 67.2 and 15.2 years, respectively. Twenty-three (16.3%) patients experienced a biochemical relapse and 5 (3.5%) developed distant metastases, with only one patient dying of PCA. The BRFS was 85.1% at 15 years and 78.7% at 18 years. The corresponding overall survival, metastases-free survival, and prostate cancer specific mortality at 15- and 18-years was 73.9%/59.1%, 98.3%/90.6%, and 100%/98.5% respectively. Late grade 3 GI and GU toxicity was 4.2% and 5.6% respectively. Erectile dysfunction grade 3 was reported by 27 (19%) patients. From the prognostic factors evaluated, tumor stage (≤T2b compared to ≥T2c) along with the risk group (low-intermediate vs. high) when using the D’Amico classification but not when the NCCN one was taken into account, correlated significantly with BRFS.
Conclusion: Our long-term results confirm HDR-BRT to be a safe and effective monotherapeutic treatment modality for low- and intermediate risk PCA.
The analysis of ethanol and of its congeners in blood plays an important role in forensic cases, especially when allegations are made that alcohol has been consumed after an accident. In alcoholic beverages, congener alcohols are by-products and are generated during fermentation. The assay of these compounds in serum samples and beverages has been previously performed using headspace-gas chromatography-flame ionization detection methods (HS-GC-FID). As an alternative, a robust headspace-gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS) procedure was developed and validated, which has the following advantages:
- Simultaneous determination of ethanol, congener alcohols and other
endogenous substances.
- Reduction of matrix interference by increasing selectivity and
specificity.
- Clear separation of the positional isomers 3-methyl-1-butanol and
2-methyl-1-butanol.
Aim: In the CheckRad-CD8 trial patients with locally advanced head and neck squamous cell cancer are treated with a single cycle of induction chemo-immunotherapy (ICIT). Patients with pathological complete response (pCR) in the re-biopsy enter radioimmunotherapy. Our goal was to study the value of F-18-FDG PET/CT in the prediction of pCR after induction therapy.
Methods: Patients treated within the CheckRad-CD8 trial that additionally received FDG- PET/CT imaging at the following two time points were included: 3–14 days before (pre-ICIT) and 21–28 days after (post-ICIT) receiving ICIT. Tracer uptake in primary tumors (PT) and suspicious cervical lymph nodes (LN +) was measured using different quantitative parameters on EANM Research Ltd (EARL) accredited PET reconstructions. In addition, mean FDG uptake levels in lymphatic and hematopoietic organs were examined. Percent decrease (Δ) in FDG uptake was calculated for all parameters. Biopsy of the PT post-ICIT acquired after FDG-PET/CT served as reference. The cohort was divided in patients with pCR and residual tumor (ReTu).
Results: Thirty-one patients were included. In ROC analysis, ΔSUVmax PT performed best (AUC = 0.89) in predicting pCR (n = 17), with a decline of at least 60% (sensitivity, 0.77; specificity, 0.93). Residual SUVmax PT post-ICIT performed best in predicting ReTu (n = 14), at a cutpoint of 6.0 (AUC = 0.91; sensitivity, 0.86; specificity, 0.88). Combining two quantitative parameters (ΔSUVmax ≥ 50% and SUVmax PT post-ICIT ≤ 6.0) conferred a sensitivity of 0.81 and a specificity of 0.93 for determining pCR. Background activity in lymphatic organs or uptake in suspected cervical lymph node metastases lacked significant predictive value.
Conclusion: FDG-PET/CT can identify patients with pCR after ICIT via residual FDG uptake levels in primary tumors and the related changes compared to baseline. FDG-uptake in LN + had no predictive value.
Trial registry: ClinicalTrials.gov identifier: NCT03426657.
Background and Aims: Prothrombin induced by vitamin K absence-II (PIVKA-II) is a serum biomarker linked to hepatocellular carcinoma (HCC), showing superiority to alpha-fetoprotein (AFP) for early disease detection. We aimed to assess the clinical and analytical performance of the Elecsys® PIVKA-II immunoassay in diagnosing HCC and evaluate PIVKA-II's technical performance.
Methods: Serum samples from adult cases (i.e. patients with a first-time HCC diagnosis; n = 168) and disease controls (i.e. patients without HCC with an at-risk condition; n = 208) were assessed. An AFP cut-off of 20 ng/mL was used to differentiate between HCC cases and disease controls. Clinical performance of the Elecsys PIVKA-II assay was compared with that of comparator assays (Lumipulse G PIVKA-II, μTASWako DCP, ARCHITECT PIVKA-II) using receiver operating characteristic curve analysis to determine the area under the curve (AUC) values.
Results: The Elecsys PIVKA-II assay compared favorably with comparator assays. Using a 28.4 ng/mL cut-off, the Elecsys PIVKA-II assay detected HCC with 86.9% sensitivity and 83.7% specificity. Clinical performance of the Elecsys PIVKA-II assay (AUC: 90.8%) was equivalent to that of comparator assays (AUC: 88.3–89.6%). Relatively high PIVKA-II concentrations were observed for cholangiocarcinoma and pancreatic cancer with the Elecsys assay in specificity panel analyses, indicating that high PIVKA-II concentrations should not be used alone in the absence of other clinical data.
Conclusions: The Elecsys PIVKA-II assay showed good analytical performance under routine laboratory conditions, comparing favorably with comparator assays. These findings support the suitability of the Elecsys PIVKA-II assay as an aid in HCC diagnosis.
Hintergrund: Bei steigender Lebenserwartung ergibt sich in Zukunft eine steigende Prävalenz der degenerativen Aortenklappenstenose (AS). Die Transkathether-Aortenklappenimplantation (TAVI) erfährt immer größere Bedeutung in der Behandlung der symptomatischen, hochgradigen AS. Eine paravalvuläre Leckage (PVL) ist ein anerkannter Risikofaktor für eine erhöhte Mortalität und sollte periinterventionell adäquat erkannt und behandelt werden. Eine Postdilatation als typische korrigierende Intervention (CI) kann allerdings zu schwerwiegenden Komplikationen führen. Weitere Instrumente zur Entscheidung über die Notwendigkeit einer CI sind erstrebenswert. Für die Aortenregurgitationsindex-Ratio (ARI-Ratio) und für die präprozedurale Kalklast, gemessen mit der Mehrschicht-Computertomografie (MSCT), wurde gezeigt, dass beide prädiktiv sind für die Notwendigkeit einer periinterventionellen CI.
Ziele: Die ARI-Ratio und der Kalkstatus wurde in Hinblick auf ihren prädiktiven Wert für die Notwendigkeit einer CI miteinander verglichen.
Methoden: Von 199 Patienten nach TAVI erhielten 38,9 % eine Portico™, 29,5 % eine Symetis Acurate™, 21,5 % eine Sapien 3™ und 10,1 % eine Evolut™. Es wurde retrospektiv der postinterventionell erhobene systolische (SB), diastolische (DB) und linksventrikuläre enddiastolische Blutdruck (LVEDP) im ARI zusammengefasst: [(DBP - LVEDP) / SBP] × 100. Die ARI-Ratio wurde berechnet als Quotient zwischen ARI nach und vor dem Eingriff. Des Weiteren wurden die MSCTs mittels „3mensio Structural Heart“ analysiert insbesondere in Hinblick auf die Verkalkung des linksventrikulären Ausflusstrakts, der Aortenklappe (gesamt sowie der einzelnen Taschen) und des sinotubulären Übergang. Dabei wurde der Kalzium-Volumen-Score auf Basis drei verschiedener Thresholds benutzt (500 Hounsfield Einheiten (HU), 800 HU und visuell-individuell). Im Folgenden wurden ROC-Kurven für den ARI-Ratio und für die verschiedenen Kalklastparameter erstellt um die Notwendigkeit einer CI zu beurteilen. Schließlich wurde die Area under the curve (AUC) der ARI-Ratio mit denen der Kalklastsurrogatparameter verglichen.
Ergebnisse: Die ARI-Ratio zeigte mit einer AUC von 0,747 das beste Ergebnis. Bei den Verkalkungsparametern zeigte die Verkalkung der noncoronaren Aortenklappentasche die beste AUC, nachfolgend die der gesamten Aortenklappe. Der 800-HU-Threshold zeigte bessere AUCs als 500 HU. Von 19 Verkalkungssurrogatparametern zeigten elf einen statistisch signifikanten Vorhersagewert auf. Die ARI-Ratio zeigte eine signifikante Überlegenheit gegenüber sechs dieser Parameter. Für die fünf Verbliebenen konnte kein signifikanter Unterschied nachgewiesen werden.
Schlussfolgerung: Die ARI-Ratio ist ein besserer Prädiktor für die Notwendigkeit einer CI als die Kalzifikationsparameter. Auch diverse Kalzifikationsparameter haben diesbezüglich eine Aussagekraft. Die Kalzifikationsparameter können bereits präinterventionell beurteilt werden können, die ARI-Ratio nur periinterventionell. Es sollte neben der Anschauung von bereits etablierten Methoden ein integrativer Ansatz gewählt werden, der Kalklast und ARI-Ratio für die Entscheidung zur Notwendigkeit einer CI miteinschließt. Weitere Studien zur Standardisierung der Verkalkungsparameter sind notwendig für eine weitere Einordnung deren Vorhersagekraft. Es bestanden teils erhebliche Unterschiede zwischen den verwendeten Klappenprothesentypen. Weitere Studien mit einer größeren Anzahl an verschiedenen Prothesentypen könnten richtungsweisende Subgruppenanalysen möglich machen.
The E3 ubiquitin ligase MYCBP2 negatively regulates neuronal growth, synaptogenesis, and synaptic strength. More recently it was shown that MYCBP2 is also involved in receptor and ion channel internalization. We found that mice with a MYCBP2-deficiency in peripheral sensory neurons show prolonged thermal hyperalgesia. Loss of MYCBP2 constitutively activated p38 MAPK and increased expression of several proteins involved in receptor trafficking. Surprisingly, loss of MYCBP2 inhibited internalization of transient receptor potential vanilloid receptor 1 (TRPV1) and prevented desensitization of capsaicin-induced calcium increases. Lack of desensitization, TRPV internalization and prolonged hyperalgesia were reversed by inhibition of p38 MAPK. The effects were TRPV-specific, since neither mustard oil-induced desensitization nor behavioral responses to mechanical stimuli were affected. In summary, we show here for the first time that p38 MAPK activation can inhibit activity-induced ion channel internalization and that MYCBP2 regulates internalization of TRPV1 in peripheral sensory neurons as well as duration of thermal hyperalgesia through p38 MAPK.
Importance: The entry of artificial intelligence into medicine is pending. Several methods have been used for the predictions of structured neuroimaging data, yet nobody compared them in this context.
Objective: Multi-class prediction is key for building computational aid systems for differential diagnosis. We compared support vector machine, random forest, gradient boosting, and deep feed-forward neural networks for the classification of different neurodegenerative syndromes based on structural magnetic resonance imaging.
Design, setting, and participants: Atlas-based volumetry was performed on multi-centric T1-weighted MRI data from 940 subjects, i.e., 124 healthy controls and 816 patients with ten different neurodegenerative diseases, leading to a multi-diagnostic multi-class classification task with eleven different classes.
Interventions: N.A.
Main outcomes and measures: Cohen’s kappa, accuracy, and F1-score to assess model performance.
Results: Overall, the neural network produced both the best performance measures and the most robust results. The smaller classes however were better classified by either the ensemble learning methods or the support vector machine, while performance measures for small classes were comparatively low, as expected. Diseases with regionally specific and pronounced atrophy patterns were generally better classified than diseases with widespread and rather weak atrophy.
Conclusions and relevance: Our study furthermore underlines the necessity of larger data sets but also calls for a careful consideration of different machine learning methods that can handle the type of data and the classification task best.
Background: The use of patient-reported outcome measures (PROM) and caregiver-reported outcome measures can raise the patient centeredness of treatment and improve the quality of palliative care. Nevertheless, the everyday implementation of self-report in patients and caregivers is complex, and should be adapted for use in specific settings. We aimed to implement a set of outcome measures that included patient and caregiver self- and proxy-reported outcome measures in specialised outpatient palliative care (SOPC). In this study, we explore how the Integrated Palliative Outcome Scale (IPOS), IPOS Views on Care (IPOS VoC) and the Short-form Zarit Caregiver Burden Interview (ZBI-7) can be feasibly, acceptably and appropriately implemented in the daily care routines of SOPC.
Methods: Five SOPC teams were trained, and used the outcome measures in daily practice. Team members were mainly nurses and physicians. To investigate their feedback, we used a multi-method qualitative design consisting of focus groups with SOPC-team members (n = 14), field notes of meetings and conversations with the SOPC teams. In an iterative process, we analysed the findings using qualitative content analysis and refined use of the outcome measures.
Results: We found that integrating patient and caregiver outcome measures into daily care routines in SOPC is feasible. To improve feasibility, acceptability and appropriateness, the resulting burden on patients and relatives should be kept to a minimum, the usefulness of the measures must be understood, they should be used considerately, and administration must be manageable. We removed ZBI-7 from the set of measures as a result of feedback on its content and wording.
Conclusions: SOPC-team members have reservations about the implementation of PROM in SOPC, but with appropriate adjustments, its application in daily care is feasible, accepted and perceived as appropriate. Previous to use, SOPC-team members should be trained in how to apply the measures, in the design of manageable processes that include integration into electronic documentation systems, and in ongoing evaluation and support. They should also be taught how useful the measures can be.
Acute kidney injury is associated with mortality in COVID-19 patients. However, host cell changes underlying infection of renal cells with SARS-CoV-2 remain unknown and prevent understanding of the molecular mechanisms that may contribute to renal pathology. Here, we carried out quantitative translatome and whole-cell proteomics analyses of primary renal proximal and distal tubular epithelial cells derived from human donors infected with SARS-CoV-2 or MERS-CoV to disseminate virus and cell type–specific changes over time. Our findings revealed shared pathways modified upon infection with both viruses, as well as SARS-CoV-2-specific host cell modulation driving key changes in innate immune activation and cellular protein quality control. Notably, MERS-CoV infection–induced specific changes in mitochondrial biology that were not observed in response to SARS-CoV-2 infection. Furthermore, we identified extensive modulation in pathways associated with kidney failure that changed in a virus- and cell type–specific manner. In summary, we provide an overview of the effects of SARS-CoV-2 or MERS-CoV infection on primary renal epithelial cells revealing key pathways that may be essential for viral replication.