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Die allergische Kontaktdermatitis ist eine immunologisch bedingte Hauterkrankung mit insbesondere in den westlichen Industrienationen hoher und weiter ansteigender Prävalenz. Es handelt sich hierbei um eine Hypersensitivitätsreaktion vom Typ IV, die sich nach Allergenkontakt durch Juckreiz, Rötung, Bläschenbildung und Abschälung der Haut äußert. Zahlreiche Xenobiotika besitzen das Potenzial, Kontaktallergien auszulösen, darunter Konservierungsstoffe, Medikamente, Duftstoffe und Chemikalien. Die wirksamste Maßnahme zur Eindämmung der Erkrankung ist die Expositionsprophylaxe, also die Vermeidung des Kontakts mit den entsprechenden Substanzen. Dies wiederum setzt die Kenntnis des jeweiligen sensibilisierenden Potenzials einer Substanz voraus, dessen Bestimmung aus diesem Grund eine hohe toxikologische Relevanz besitzt. Zu diesem Zweck existieren von der OECD veröffentlichte Testleitlinien, welche auf entsprechend validierten Testmethoden basieren. Goldstandard bei der Prüfung auf hautsensibilisierendes Potenzial war über lange Zeit der murine Lokale Lymphknotentest. Seit der 7. Änderung der EU-Kosmetikrichtlinie, welche Tierversuche für Kosmetika und deren Inhaltsstoffe untersagt, wurden vermehrt Alternativmethoden in die OECD-Testleitlinien implementiert.. Die bestehenden in vitro Methoden sind jedoch alleinstehend nur begrenzt aussagekräftig, da sie lediglich singuläre Mechanismen bei der Entstehung einer Kontaktallergie abbilden. Die Entwicklung von Testmethoden, welche mehrere dieser Schlüsselereignisse berücksichtigen, erscheint daher richtungsweisend. Einen vielversprechenden Ansatz liefert hierbei der Loose-fit coculture-based sensitisation assay (LCSA), welcher eine Kokultur aus primären Keratinozyten und PBMC darstellt. Bei der Kokultivierung von Immunzellen mit anderen Zelltypen stellt sich allerdings die Frage, inwiefern die Nutzung von Zellen derselben Spender*innen (autologe Kokultur) bzw. verschiedener Spender*innen (allogene Kokultur) einen Einfluss nimmt. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen dieser Arbeit Hautzellen spenderspezifisch aus gezupften Haarfollikeln isoliert und der LCSA mit den generierten HFDK in autologen und allogenen Ansätzen verglichen. Zusätzlich wurde auch ein Vergleich zwischen der Nutzung von HFDK und NHK, welche aus humaner Vorhaut isoliert wurden, im LCSA durchgeführt. Dabei ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen autologen und allogenen Kokulturen bzw. zwischen der Verwendung von HFDK und NHK. Die Verwendung allogener Zellen aus anonymem Spendermaterial sowie die Nutzung von Keratinozyten aus unterschiedlichen Quellen scheint im Rahmen des LCSA problemlos möglich. Einige der getesteten Kontaktallergene, darunter DNCB und NiCl2, erwiesen sich im LCSA jedoch als problematisch und konnten nicht zufriedenstellend als sensibilisierend detektiert werden. Daher wurde eine Optimierung der Kokultur durch Verwendung ex vivo differenzierter Langerhans Zellen (MoLC) angestrebt, welche ein besseres Modell primärer epidermaler Langerhans Zellen darstellen als die dendritischen Zellen aus dem LCSA. Zusätzlich wurden weitere, den Erfolg der Kokultur beeinflussende Faktoren, wie die Art und Zusammensetzung des Mediums und die Kokultivierungsdauer, untersucht und angepasst. Das schlussendlich etablierte Kokultivierungsprotokoll führte zu einer maßgeblich verstärkten Expression von CD207 (Langerin) auf den MoLC, was auf eine wirkungsvolle Interaktion zwischen Haut- und Immunzellen in der Kokultur hindeutete. Des Weiteren konnten DNCB und NiCl2 im Gegensatz zum LCSA durch Verwendung des kostimulatorischen Moleküls CD86 sowie des Reifungsmarkers CD83 als Ausleseparameter eindeutig als Kontaktallergene identifiziert werden. Die Untersuchungen zur Kokultur von MoLC und HFDK wurden jeweils vergleichend in autologen und allogenen Ansätzen durchgeführt. Ähnlich wie beim LCSA kam es aber auch hier zu keinen signifikanten Unterschieden, weder hinsichtlich der Expression von Charakterisierungs- und Aktivierungsmarkern auf MoLC noch hinsichtlich der Zytokinsekretion in den Zellkulturüberstand. Die Hinweise aus zahlreichen Studien im Mausmodell, dass Zellen des angeborenen Immunsystems zur Erkennung von und Aktivierung durch allogene Zellen bzw. Gewebe in der Lage sind, bestätigten sich im Rahmen dieser Arbeit dementsprechend nicht. Aus diesem Grund wurden abschließend CD4+ T-Lymphozyten, die Effektorzellen des adaptiven Immunsystems, in die Kokultur aus MoLC und autologen bzw. allogenen HFDK integriert. Überraschenderweise traten auch hier keine verstärkten Aktivierungen in allogener Kokultur im Vergleich zur autologen Kokultur auf. Die Nutzung autologer Primärzellen scheint im Rahmen der hier getesteten Methoden nicht notwendig zu sein, was die Validierung von Kokulturen und deren Implementierung in die OECD-Testleitlinien erleichtern dürfte. Zuletzt wurde eine Kokultivierung primärer Haut- und Immunzellen auch im 3D-Vollhautmodell durchgeführt, wobei autologe MoLC in die Epidermisäquivalente entsprechender Modelle integriert werden sollten. Obwohl die erstellten Hautmodelle unter Verwendung autologer Haarfollikel-generierter Keratinozyten und Fibroblasten eine zufriedenstellende Differenzierung und Stratifizierung aufwiesen, gestaltete sich die Inkorporation der MoLC als problematisch und konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht erreicht werden.
Botulinum neurotoxin (BoNT) is used for the treatment of a number of ailments. The activity of the toxin that is isolated from bacterial cultures is frequently tested in the mouse lethality assay. Apart from the ethical concerns inherent to this assay, species-specific differences in the affinity for different BoNT serotypes give rise to activity results that differ from the activity in humans. Thus, BoNT/B is more active in mice than in humans. The current study shows that the stimulus-dependent release of a luciferase from a differentiated human neuroblastoma–based reporter cell line (SIMA-hPOMC1-26-Gluc) was inhibited by clostridial and recombinant BoNT/A to the same extent, whereas both clostridial and recombinant BoNT/B inhibited the release to a lesser extent and only at much higher concentrations, reflecting the low activity of BoNT/B in humans. By contrast, the genetically modified BoNT/B-MY, which has increased affinity for human synaptotagmin, and the BoNT/B protein receptor inhibited luciferase release effectively and with an EC50 comparable to recombinant BoNT/A. This was due to an enhanced uptake into the reporter cells of BoNT/B-MY in comparison to the recombinant wild-type toxin. Thus, the SIMA-hPOMC1-26-Gluc cell assay is a versatile tool to determine the activity of different BoNT serotypes providing human-relevant dose-response data.
Epigenetische Mechanismen spielen eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese von Colitis ulcerosa (CU). Ihr Einfluss auf das beobachtete Ungleichgewicht zwischen pro- und anti-inflammatorischen Cytokinen ist hingegen weitgehend unerforscht. Einige der wichtigsten immunmodulatorischen Cytokine sind die Mitglieder der heterodimeren Interleukin- (IL-) 12-Familie, die durch das Kombinieren einer der drei α-Ketten (IL-12p35, IL-27p28, IL-23p19) mit den ß-Untereinheiten IL-12p40 oder EBI3 (Epstein-Barr Virus-induziertes Gen 3) charakterisiert sind. IL-35 (IL-12p35/EBI3) spielt eine bedeutende anti-inflammatorische Rolle bei verschiedenen Erkrankungen, wohingegen seine Level bei chronischen Entzündungen erniedrigt sind. Eine mögliche Ursache könnte eine transkriptionelle Stilllegung über epigenetische Modifikationen sein. Tatsächlich konnte durch die Stimulation mit dem DNA-Methyltransferase-Inhibitor (DNMTi) Decitabin (DAC; Dacogen®) eine Induktion von EBI3 in humanen Epithelzellen aus gesundem Colon (HCEC) erreicht werden, die als Modell für ein lokales Entzündungsgeschehen dienten. Diese Regulation über DNA-Methylierung konnte in weiteren humanen Zellen unterschiedlichen Ursprungs sowie durch Stimulation von HCEC-Zellen mit zwei weiteren DNMTi, dem Cytosin-Analogon Azacytidin (AZA; Vidaza®) und dem natürlich vorkommenden, epigenetisch wirksamen Polyphenol Epigallocatechingallat (EGCG), verifiziert werden. Die kombinierte Inkubation mit Tumor-Nekrose-Faktor α (TNFα) resultierte jeweils in einer über-additiven Induktion von EBI3.
Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass TNFα trotz Beeinflussung der epigenetischen DNMT- und Ten-eleven Translocation- (TET-) Enzyme keinen Einfluss auf die globalen Methylierungs- oder Hydroxymethylierungslevel hatte, jedoch eine genspezifische DNA-Hypomethylierung im EBI3-Promotor induzierte. Durch Nutzung verschiedener Inhibitoren konnte darüber hinaus nachgewiesen werden, dass der beobachtete synergistische Effekt der gemeinsamen DAC und TNFα-Stimulation hauptsächlich über NFκB (Nuclear factor “kappa-light-chain-enhancer” of activated B-cells) vermittelt wird. Ein Teil verläuft dabei über p38 MAPK (mitogen-activated protein kinases), während die JNK- (c-Jun N-terminale Kinasen-) und ERK- (extracellular-signal-regulated kinases) Signalwege keine Rolle spielen.
In der vorliegenden Arbeit wurde zudem gezeigt, dass die DNA-Hypomethylierung während eines entzündlichen Zustandes auch in einer erhöhten EBI3-Proteinexpression resultiert. Die Höhe der immunologisch detektierten Banden wies auf eine Dimerbildung sowohl im Zelllysat als auch im Überstand hin. Humane Colonepithelzellen sind demnach in der Lage, Cytokine zu bilden und zu sezernieren, was die Bedeutung von Nicht-Immunzellen bei der lokalen Immunantwort unterstreicht. Mittels Genexpressionsanalysen wurden IL-12p35 und IL-23p19 als mögliche Bindungspartner identifiziert. Aufgrund kreuzreaktiver Antikörper ist ein direkter Nachweis der EBI3-Dimere derzeit nicht möglich. Die stattdessen genutzte Kombination verschiedener Methoden dient als geeigneter Ersatz für die problematischen Antikörper-basierten Analysen wie Immunpräzipitation oder ELISA. Durch molekularbiologische, immunologische und massenspektrometrische Methoden konnte IL-35 identifiziert werden, während IL-39 (IL-23p19/EBI3) nicht detektiert wurde. Dies ist in Einklang mit den Erkenntnissen mehrerer Forschungsgruppen, die eine Bildung des nativen humanen Dimers aus IL-23p19 und EBI3 bezweifeln. Des Weiteren wurde die biologische Aktivität des behandlungsinduzierten IL 35-Proteins durch einen Funktionsassay nachgewiesen.
Neben einer DNMTi-bedingten transkriptionellen Aktivierung konnte eine Regulation von EBI3 über Histonacetylierungen gezeigt werden. Der EBI3-induzierende Effekt des Histondeacetylasen-Inhibitors (HDACi) Trichostatin A (TSA) wurde durch SAHA (suberoylanilide hydroxamic acid (Vorinostat; Zolinza®)) verifiziert. Ähnlich zu der Stimulation mit den hypomethylierenden Substanzen wurde ein synergistischer Effekt bei paralleler Inkubation mit TNFα beobachtet, der in einer gesteigerten Bildung des EBI3-Proteins resultierte.
Um die Befunde in einem komplexeren in vivo-Modell zu untersuchen, wurde eine chronische Colitis in Ebi3-defizienten Mäusen und dem dazugehörigen Wildtypstamm C57BL/6 durch zyklische Applikation von Natriumdextransulfat (Dextran sodium sulfate (DSS)) induziert. Der Vergleich klinischer Parameter wie Mortalitätsrate und Körper- sowie Milzgewicht wies bei Abwesenheit von Ebi3 signifikant stärkere colitische Symptome auf. Dies bestätigte die zentrale Rolle von Ebi3 in der Colitisentwicklung und deutete auf eine bevorzugte Bildung des anti-inflammatorisch wirkenden IL-35 statt des pro-inflammatorischen IL-39 in den Wildtyptieren hin. Durch zusätzliche therapeutische Behandlung der C57BL/6-Mäuse nach der DSS-Gabe konnte die in der Literatur beschriebene positive Wirkung von SAHA auf die Colitismanifestation bestätigt werden. Im Gegensatz dazu war der HDACi in den Ebi3-defizienten Tieren nicht in der Lage, die colitischen Parameter zu verbessern beziehungsweise verschlimmerte den Krankheitsphänotyp. Expressionsanalysen von Up- und Downstream-Target-Genen lieferten weitere Hinweise darauf, dass bei Anwesenheit von Ebi3 IL-35 statt IL-39 gebildet wird, was in Einklang mit den in vitro-Untersuchungen steht.
Die vorliegende Arbeit konnte durch den Vergleich der C57BL/6-Mäuse mit den Ebi3-defizienten Tieren neue Erkenntnisse über die Wirkungsweise von SAHA erbringen. Histonacetylierende Bedingungen verbessern colitische Symptome über einen Mechanismus, der die epigenetische Induktion von Ebi3 mit nachfolgender IL-35-Bildung involviert. Durch Kooperation der epigenetischen Mechanismen Hypomethylierung und Histonacetylierung wurde der stärkste Effekt auf die EBI3-Induktion bewirkt.
Insgesamt konnte in der vorliegenden Arbeit durch in vitro- und in vivo-Analysen die epigenetische und NFκB-vermittelte Induktion von EBI3 über DNA-Demethylierung und Histonacetylierung mit nachfolgender IL-35-Bildung und –Sezernierung nachgewiesen werden. Da IL-35 in der Lage ist, colitische Symptome zu mildern, stellt die epigenetische Reaktivierbarkeit von EBI3 durch DNMTi und HDACi eine vielversprechende Alternative für die derzeit genutzten, oft nicht oder nur kurzfristig wirksamen Therapien bei der Behandlung einer CU dar. Einer übermäßigen Immunantwort während schubweiser entzündlicher Phasen könnte entgegengewirkt und Komplikationen wie die Bildung Colitis-assoziierter Karzinome verhindert werden.
Metabolic derangement with poor glycemic control accompanying overweight and obesity is associated with chronic low-grade inflammation and hyperinsulinemia. Macrophages, which present a very heterogeneous population of cells, play a key role in the maintenance of normal tissue homeostasis, but functional alterations in the resident macrophage pool as well as newly recruited monocyte-derived macrophages are important drivers in the development of low-grade inflammation. While metabolic dysfunction, insulin resistance and tissue damage may trigger or advance pro-inflammatory responses in macrophages, the inflammation itself contributes to the development of insulin resistance and the resulting hyperinsulinemia. Macrophages express insulin receptors whose downstream signaling networks share a number of knots with the signaling pathways of pattern recognition and cytokine receptors, which shape macrophage polarity. The shared knots allow insulin to enhance or attenuate both pro-inflammatory and anti-inflammatory macrophage responses. This supposedly physiological function may be impaired by hyperinsulinemia or insulin resistance in macrophages. This review discusses the mutual ambiguous relationship of low-grade inflammation, insulin resistance, hyperinsulinemia and the insulin-dependent modulation of macrophage activity with a focus on adipose tissue and liver.
The BfR MEAL Study provides representative levels of substances in foods consumed in Germany. Mercury, cadmium, lead, and nickel are contaminants present in foods introduced by environmental and industrial processes. Levels of these elements were investigated in 356 foods. Foods were purchased representatively, prepared as consumed and pooled with similar foods before analysis. Highest mean levels of mercury were determined in fish and seafood, while high levels of cadmium, lead, and nickel were present in cocoa products and legumes, nuts, oilseeds, and spices. The sampling by region, season, and production type showed minor differences in element levels for specific foods, however no tendency over all foods or for some food groups was apparent. The data on mercury, cadmium, lead, and nickel provide a comprehensive basis for chronic dietary exposure assessment of the population in Germany. All levels found were below regulated maximum levels.
The drug salinomycin (SAL) is a polyether antibiotic and used in veterinary medicine as coccidiostat and growth promoter. Recently, SAL was suggested as a potential anticancer drug. However, transformation products (TPs) resulting from metabolic and environmental degradation of SAL are incompletely known and structural information is missing. In this study, we therefore systematically investigated the formation and identification of SAL derived TPs using electrochemistry (EC) in an electrochemical reactor and rat and human liver microsome incubation (RLM and HLM) as TP generating methods. Liquid chromatography (LC) coupled to high-resolution mass spectrometry (HRMS) was applied to determine accurate masses in a suspected target analysis to identify TPs and to deduce occurring modification reactions of derived TPs. A total of 14 new, structurally different TPs were found (two EC-TPs, five RLM-TPs, and 11 HLM-TPs). The main modification reactions are decarbonylation for EC-TPs and oxidation (hydroxylation) for RLM/HLM-TPs. Of particular interest are potassium-based TPs identified after liver microsome incubation because these might have been overlooked or declared as oxidated sodium adducts in previous, non-HRMS-based studies due to the small mass difference between K and O + Na of 21 mDa. The MS fragmentation pattern of TPs was used to predict the position of identified modifications in the SAL molecule. The obtained knowledge regarding transformation reactions and novel TPs of SAL will contribute to elucidate SAL-metabolites with regards to structural prediction.
Pancreatic steatosis associates with beta-cell failure and may participate in the development of type-2-diabetes. Our previous studies have shown that diabetes-susceptible mice accumulate more adipocytes in the pancreas than diabetes-resistant mice. In addition, we have demonstrated that the co-culture of pancreatic islets and adipocytes affect insulin secretion. The aim of this current study was to elucidate if and to what extent pancreas-resident mesenchymal stromal cells (MSCs) with adipogenic progenitor potential differ from the corresponding stromal-type cells of the inguinal white adipose tissue (iWAT). miRNA (miRNome) and mRNA expression (transcriptome) analyses of MSCs isolated by flow cytometry of both tissues revealed 121 differentially expressed miRNAs and 1227 differentially expressed genes (DEGs). Target prediction analysis estimated 510 DEGs to be regulated by 58 differentially expressed miRNAs. Pathway analyses of DEGs and miRNA target genes showed unique transcriptional and miRNA signatures in pancreas (pMSCs) and iWAT MSCs (iwatMSCs), for instance fibrogenic and adipogenic differentiation, respectively. Accordingly, iwatMSCs revealed a higher adipogenic lineage commitment, whereas pMSCs showed an elevated fibrogenesis. As a low degree of adipogenesis was also observed in pMSCs of diabetes-susceptible mice, we conclude that the development of pancreatic steatosis has to be induced by other factors not related to cell-autonomous transcriptomic changes and miRNA-based signals.
Wheat alpha-amylase/trypsin inhibitors remain a subject of interest considering the latest findings showing their implication in wheat-related non-celiac sensitivity (NCWS). Understanding their functions in such a disorder is still unclear and for further study, the need for pure ATI molecules is one of the limiting problems. In this work, a simplified approach based on the successive fractionation of ATI extracts by reverse phase and ion exchange chromatography was developed. ATIs were first extracted from wheat flour using a combination of Tris buffer and chloroform/methanol methods. The separation of the extracts on a C18 column generated two main fractions of interest F1 and F2. The response surface methodology with the Doehlert design allowed optimizing the operating parameters of the strong anion exchange chromatography. Finally, the seven major wheat ATIs namely P01083, P17314, P16850, P01085, P16851, P16159, and P83207 were recovered with purity levels (according to the targeted LC-MS/MS analysis) of 98.2 ± 0.7; 98.1 ± 0.8; 97.9 ± 0.5; 95.1 ± 0.8; 98.3 ± 0.4; 96.9 ± 0.5, and 96.2 ± 0.4%, respectively. MALDI-TOF-MS analysis revealed single peaks in each of the pure fractions and the mass analysis yielded deviations of 0.4, 1.9, 0.1, 0.2, 0.2, 0.9, and 0.1% between the theoretical and the determined masses of P01083, P17314, P16850, P01085, P16851, P16159, and P83207, respectively. Overall, the study allowed establishing an efficient purification process of the most important wheat ATIs. This paves the way for further in-depth investigation of the ATIs to gain more knowledge related to their involvement in NCWS disease and to allow the absolute quantification in wheat samples.
High-salt (HS) diets have recently been linked to oxidative stress in the brain, a fact that may be a precursor to behavioral changes, such as those involving anxiety-like behavior. However, to the best of our knowledge, no study has evaluated the amygdala redox status after consuming a HS diet in the pre- or postweaning periods. This study aimed to evaluate the amygdala redox status and anxiety-like behaviors in adulthood, after inclusion of HS diet in two periods: preconception, gestation, and lactation (preweaning); and only after weaning (postweaning). Initially, 18 females and 9 male Wistar rats received a standard (n = 9 females and 4 males) or a HS diet (n = 9 females and 5 males) for 120 days. After mating, females continued to receive the aforementioned diets during gestation and lactation. Weaning occurred at 21-day-old Wistar rats and the male offspring were subdivided: control-control (C-C)-offspring of standard diet fed dams who received a standard diet after weaning (n = 9-11), control-HS (C-HS)-offspring of standard diet fed dams who received a HS diet after weaning (n = 9-11), HS-C-offspring of HS diet fed dams who received a standard diet after weaning (n = 9-11), and HS-HS-offspring of HS diet fed dams who received a HS diet after weaning (n = 9-11). At adulthood, the male offspring performed the elevated plus maze and open field tests. At 152-day-old Wistar rats, the offspring were euthanized and the amygdala was removed for redox state analysis. The HS-HS group showed higher locomotion and rearing frequency in the open field test. These results indicate that this group developed hyperactivity. The C-HS group had a higher ratio of entries and time spent in the open arms of the elevated plus maze test in addition to a higher head-dipping frequency. These results suggest less anxiety-like behaviors. In the analysis of the redox state, less activity of antioxidant enzymes and higher levels of the thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) in the amygdala were shown in the amygdala of animals that received a high-salt diet regardless of the period (pre- or postweaning). In conclusion, the high-salt diet promoted hyperactivity when administered in the pre- and postweaning periods. In animals that received only in the postweaning period, the addition of salt induced a reduction in anxiety-like behaviors. Also, regardless of the period, salt provided amygdala oxidative stress, which may be linked to the observed behaviors.
Chronic stress is a major cause of neuropsychiatric conditions such as depression. Stress vulnerability varies individually in mice and humans, measured by behavioral changes. In contrast to affective symptoms, motor retardation as a consequence of stress is not well understood. We repeatedly imaged dendritic spines of the motor cortex in Thy1-GFP M mice before and after chronic social defeat stress. Susceptible and resilient phenotypes were discriminated by symptom load and their motor learning abilities were assessed by a gross and fine motor task. Stress phenotypes presented individual short- and long-term changes in the hypothalamic-pituitary-adrenal axis as well as distinct patterns of altered motor learning. Importantly, stress was generally accompanied by a marked reduction of spine density in the motor cortex and spine dynamics depended on the stress phenotype. We found astrogliosis and altered microglia morphology along with increased microglia-neuron interaction in the motor cortex of susceptible mice. In cerebrospinal fluid, proteomic fingerprints link the behavioral changes and structural alterations in the brain to neurodegenerative disorders and dysregulated synaptic homeostasis. Our work emphasizes the importance of synaptic integrity and the risk of neurodegeneration within depression as a threat to brain health.