Kaiserslautern - Fachbereich Chemie
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Faculty / Organisational entity
In dieser Arbeit wurden Modelle entwickelt, an denen die noch weitgehend unbekannten zellulären Funktionen der epidermalen Lipoxygenasen (LOXn) untersucht werden können: 1. Mit Hilfe von GFP-LOX-Fusionsproteinen wurde die Bedeutung der katalytischen Aktivität und der Extradomäne, die bei den beiden Isoenzymen 12R-LOX und eLOX-3 vorkommt, für die intrazelluläre Verteilung der Enzyme nachgewiesen. 2. Die Herstellung LOX-überexprimierender Keratinozyten war möglicherweise wegen des Abschaltens des Promotors oder der Negativselektion LOX-exprimierender Zellen über eine Transfektion mit herkömmlichen Expressionsplasmiden nicht möglich. Für die virale Transduktion von Tetrazyklin-regulierbaren Expressionssystemen wurden die nötigen Vorarbeiten geleistet. 3. Es wurde der Knockout des 12R-LOX-Gens unter Verwendung des Cre/loxP-Systems bis zur Geburt chimärer Mäuse durchgeführt. 4. Bei der Charakterisierung von transgenen e12S-LOX-überexprimierenden Mäusen wurde eine gegenseitige Beeinflussung epidermaler 12S-LOXn in Bezug auf die mRNAExpression nachgewiesen. Die Wechselwirkungen führten dazu, daß bei Tieren mit starker l12S-LOX und schwacher e12S-LOX-Expression die Empfindlichkeit gegenüber chemischer Karzinogenese (Inititations-Promotions-Modell) herabgesetzt war. Dieses korrelierte mit einer massiven Akkumulation des Linolsäure-Derivats 13-HODE, dem eine antikarzinogene Wirkung zugeschrieben wird. Eine erhöhte Tumorbildung ging mit der Überexpression von p12S-LOX oder e12S-LOX einher. Dies wiederum korrelierte mit einer Akkumulation des Arachidonsäure-Derivats 12-HETE, für das eine prokarzinogene Wirkung postuliert wird. 5. Mit Hilfe des Comet-Assays konnte für primäre Keratinozyten eine gentoxische Wirkung von HPETEn und HETEn gezeigt werden.
Inhalt dieser Arbeit ist der diastereoselektive Zugang zu den orthogonal Amingeschützten 6+ - und 6^2-6-Amino-3-azabicyclo[3.1.0]hexanen 1 und 2 (R, X=H). Diese können als Baustein für pharmazeutische Präparate wie dem Gyrasehemmer Trovafloxacin eingesetzt werden, oder in pharmakologischen Studien zur Imitation konformativ rigider 4-Amino-piperidine, einer ebenfalls häufig in Arzneimitteln auftretenden Struktureinheit, dienen. Die als Ausgangsverbindung benötigten Aminonitrile 1 und 2 (R=CN) werden aus cyclischen Chlorenaminen 3 durch 3,5-Ringschlußreaktion mit Alkalicyanid erhalten. Als Schutzgruppen fungieren ein Allyl- oder Benzylrest als PG1, sowie ein Ethoxycarbonyl-, ein Benzyl- oder Methylrest als PG2. Die erhaltenen Nitrile werden mit einer Lösung von Natrium in flüssigem Ammoniak bei 70°C reduktiv decyaniert. Beide Konfigurationsisomere reagieren bei diesen Bedingungen unter Retention der Konfiguration. Setzt man die 6beta-Aminonitrile in einer Lösung von Lithium in flüssigem Ethylamin bei erhöhter Temperatur (0°C) um, invertieren diese in die thermodynamisch stabilere 6alpha-Amin-Konfiguration.
Im ersten Teil der Arbeit wurde die Cytotoxizität von drei Testsubstanzen (Digitonin, SDS und TritonX-100) mit Hilfe von vier verschiedenen Assays (NR, CV, LDH und WST) in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass WST und LDH aufgrund ihrer geringen Streuung und hohen Sensitivität die am besten geeigneten Methoden sind, um Cytotoxizität zu messen. Anschließend wurden mit diesen Assays die IC50-Konzentrationen von 16 Entwicklungssubstanzen der Firma Knoll AG bestimmt, um die ermittelten Konzentration in den folgenden Induktionsversuchen zu verwenden. Anschließend wurde der Einfluss der 16 Knoll-Substanzen auf Cytochrom P450-Isoenzyme in der Rattenhepatozyten Primärkultur untersucht. Dabei zeigte sich, das von den 16 Substanzen lediglich drei eine schwache CYP 1A-Induktion, die über EROD und MROD bestimmt wurde, bewirkten. Im Gegensatz dazu bewirkten acht der Knoll-Substanzen eine starke Induktion, im Vergleich zum Modellinduktor PB, der durch CYP1A und 2B katalysierten BROD-Aktivität. Dieses PB-ähnliche Induktionsmuster zeigte sich auch im Testosteron-Assay. Als herausragender Induktor, vom PB-Typ zeigte sich dabei die Substanz LU 135252. Die Konjugationsreaktionen (Phase II) mit den verschiedenen Substraten CDNB für GST und MUF, HOBI und PNP für verschiedene UGTs wurden durch die Knoll-Substanzen wenig beeinflusst. Im abschließenden Teil wurde der Einfluss von vier Knoll-Substanzen auf drei peroxisomale Enzyme (ACOX, CAT und Katalase) und auf Cytochrom P450 4A untersucht. Die beiden Substanzen 201640 und 418585 erhöhten die Aktivitäten aller vier Enzyme (wenn auch schwächer als die Modellinduktoren CLO und CIPRO) und könnten sich damit als Peroxisomen Proliferatoren erweisen. Der Vergleich von in vivo-Daten aus Toxizitätsstudien mit den in vitro-Daten zeigte eine sehr gute Übereinstimmung bei der qualitativen Einteilung der Substanzen in Nicht-Induktoren und Induktoren, des PB- bzw. des Clofibrat-Typs.
The development of recombinant DNA techniques opened a new era for protein production both in scientific research and industrial application. However, the purification of recombinant proteins is very often quite difficult and inefficient. Therefore, we tried to employ novel techniques for the expression and purification of three pharmacologically interesting proteins: the plant toxin gelonin; a fusion protein of gelonin and the extracellular domain of the subunit of the acetylcholine receptor (gelonin-AchR) and human neurotrophin 3 (hNT3). Recombinant gelonin, acetylcholine receptor a subunit and their fusion product, gelonin-AchR were constructed and expressed. The gelonin gene, a 753 bp polynucleotide was chemically synthesized by Ya-Wei Shi et al. and was kindly provided to us. The gene was first inserted into the vector pUC118 yielding pUC-gel. It was subsequently transferred into pET28a and pET-gel was expressed in E. coli. The product, gelonin was soluble and was purified in two steps showing a homogeneous band corresponding to 28 kD on SDS-PAGE. The expression of the extracellular domain of the -subunit of AchR always led to insoluble aggregates and even upon coexpression with the chaperonin GroESL, very small and hardly reproducible amounts of soluble material were formed, only. Therefore, recombinant AchR- gelonin was cloned and expressed in the same host. The corresponding fusion protein, gelonin-AchR, again formed aggregates and it had to be solubilized in 6 M Gu-HCl for further purification and refolding. The final product, however, was recognized by several monoclonal antibodies directed against the extracellular domain of the -subunit of AchR as well as a polyclonal serum against gelonin. Expression and purification of recombinant hNT3 was achieved by the use of a protein self-splicing system. Based on the reported hNT3 DNA sequence, a 380 bp fragment corresponding to a 14 kD protein was amplified from genomal DNA of human whole blood by PCR. The DNA fragment was cloned into the pTXB1 vector, which contains a DNA fragment of intein and chintin binding domain (CBD). A further construct, pJLA-hNT3, is temperature-inducible. Both constructs expressed the target protein, hNT3-intein-CBD in E. coli by the induction with IPTG or temperature, however, as aggregates. After denaturation and renaturation, the soluble fusion protein was slowly loaded on an affinity column of chitin beads. A 14 kD hNT3 could be isolated after cleavage with DTT either at 4 °C or 25 °C for 48 h. Based on nerve fiber out-growth of the dorsal root ganglia of chicken embryos, both, hNT-3-intein-CBD and hNT3 itself exhibit almost the same biological activity.
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit standen Untersuchungen, die zu einem besseren Verständnis der Desoxyribonukleotid-Synthese, des Eisenstoffwechsels und der Differenzierung von Trypanosomen beitragen sollten. Aus diesem Grund umfasste die Arbeit drei Untersuchungsschwerpunkte. Die Ribonukleotid-Reduktase katalysiert die Umsetzung von Ribonukleotiden zu Desoxyribonukleotiden und spielt somit eine wichtige Rolle bei der DNA- Synthese. Mit immunologischen Methoden konnte gezeigt werden, dass die R1- Untereinheit des Enzyms in der schlanken und gedrungenen Blutform, sowie in der prozyklischen Insektenform vorhanden ist. Im Gegensatz dazu kommt die R2-Untereinheit nur in der proliferierenden schlanken Blutform und der prozyklischen Insektenform vor, nicht jedoch bei den im Zellarrest befindlichen gedrungenen Bluttrypanosomen. Mit molekularbiologischen Methoden konnte die mRNA der R1- und R2-Proteine in allen drei Entwicklungsstadien des Parasiten in etwa gleicher Menge nachgewiesen werden. Somit lässt sich folgern, dass die Ribonukleotid-Reduktase in T. brucei durch eine posttranskriptionale Regulation der R2-Untereinheit kontrolliert wird. Eine Regulation der Ribonukleotid-Reduktase im Zellzyklus von T. brucei konnte nicht nachgewiesen werden. Eisen stellt für Bluttrypanosomen einen essentiellen Wachstumsfaktor dar. Mit dem Eisenchelator Deferoxamin wurde der Einfluss einer Störung des Eisenhaushaltes auf Bluttrypanosomen untersucht. Deferoxamin-behandelte Trypanosomen zeigten gegen uber unbehandelten Parasiten eine deutlich geringere DNA- Syntheserate und Atmung. Die Wirkung des Chelators scheint jedoch nicht auf eine Komplexierung Enzym-gebundenen Eisens zurückzuführen zu sein. Die Behandlung der Holoenzyme (Ribonukleotid-Reduktase, Alternative Oxidase, Superoxid-Dismutase) mit Deferoxamin zeigte keinen Einfluss auf deren Aktivität. Die Wirkung des Chelators beruht vermutlich auf einer Depletierung intrazelären Eisens, das somit nicht mehr für den Einbau in neu-synthetisiertes Apoenzym zur Verfügung steht. Monomorphe Trypanosomenstämme haben im Gegensatz zu pleomorphen Stämmen die Fähigkeit verloren, sich zu differenzieren. Der Grund dafür ist vermutlich ein Defekt des cAMP-Signaltransduktionsweges. Im Rahmen der Arbeit konnte durch die Inkubation kulturadaptierter monomorpher Bluttrypanosomen mit dem membranpermeablen cAMP-Derivat 8-(4-Chlorphenylthio)-cAMP(pCPTcAMP) die Differenzierung der Parasiten zur gedrungenen Blutform erreicht werden. Die auf diese Weise erzeugte gedrungene Blutform besaß die Fähigkeit, sich zur prozyklischen Insektenform weiterzuentwickeln. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Unfähigkeit monomorpher Trypanosomen, sich zu differenzieren, in einem Defekt in der Perzeption oder Transduktion des Differenzierungssignals liegt, nicht aber in der anschließenden Signalweiterleitung.