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The gastrointestinal glutathione peroxidase (GI-GPx, GPx2) is a selenoprotein that was suggested to act as barrier against hydroperoxide absorption but has also been implicated in the control of inflammation and malignant growth. In CaCo-2 cells, GI-GPx was induced by t-butyl hydroquinone (tBHQ) and sulforaphane (SFN), i.e., "antioxidants" known to activate the "antioxidant response element" (ARE) via electrophilic thiol modification of Keap1 in the Nrf2/ Keap1 system. The functional significance of a putative ARE in the GI-GPx promoter was validated by transcriptional activation of reporter gene constructs upon exposure to electrophiles (tBHQ, SFN, and curcumin) or overexpression of Nrf2 and by reversal of these effects by mutation of the ARE in the promoter and by overexpressed Keap1. Binding of Nrf2 to the ARE sequence in authentic gpx2 was corroborated by chromatin immunoprecipitation. Thus, the presumed natural antioxidants sulforaphane and curcumin may exert their anti-inflammatory and anticarcinogenic effects not only by induction of phase 2 enzymes but also by the up-regulation of the selenoprotein GI-GPx
Das 1817 erstmals schriftlich erwähnte Selen galt lange Zeit nur als toxisch und sogar als procancerogen, bis es 1957 von Schwarz und Foltz als essentielles Spurenelement erkannt wurde, dessen biologische Funktionen in Säugern durch Selenoproteine vermittelt werden. Die Familie der Glutathionperoxidasen nimmt hierbei eine wichtige Stellung ein. Für diese sind konkrete Funktionen und die dazugehörigen molekularen Mechanismen, welche über die von ihnen katalysierte Hydroperoxidreduktion und damit verbundene antioxidative Kapazität hinausgehen, bislang nur unzureichend beschrieben worden. Die Funktion der gastrointestinalen Glutathionperoxidase (GI-GPx) wird als Barriere gegen eine Hydroperoxidabsorption im Gastrointestinaltrakt definiert. Neuen Erkenntnissen zufolge wird die GI-GPx aber auch in verschiedenen Tumoren verstärkt exprimiert, was weitere, bis dato unbekannte, Funktionen dieses Enzymes wahrscheinlich macht. Um mögliche neue Funktionen der GI-GPx, vor allem während der Cancerogenese, abzuleiten, wurde hier die transkriptionale Regulation der GI-GPx detaillierter untersucht. Die Sequenzanalyse des humanen GI-GPx-Promotors ergab das Vorhandensein von zwei möglichen "antioxidant response elements" (ARE), bei welchen es sich um Erkennungssequenzen des Transkriptionsfaktors Nrf2 handelt. Die meisten der bekannten Nrf2-Zielgene gehören in die Gruppe der Phase-II-Enzyme und verfügen über antioxidative und/oder detoxifizierende Eigenschaften. Sowohl auf Promotorebene als auch auf mRNA- und Proteinebene konnte die Expression der GI-GPx durch typische, in der Nahrung enthaltene, Nrf2-Aktivatoren wie z.B. Sulforaphan oder Curcumin induziert werden. Eine direkte Beteiligung von Nrf2 wurde durch Cotransfektion von Nrf2 selbst bzw. von Keap1, das Nrf2 im Cytoplasma festhält, demonstriert. Somit konnte die GI-GPx eindeutig als Nrf2-Zielgen identifiziert werden. Ob sich die GI-GPx in die Gruppe der antiinflammatorischen und anticancerogenen Phase-II-Enzyme einordnen lässt, bleibt noch zu untersuchen. Die Phospholipidhydroperoxid Glutathionperoxidase (PHGPx) nimmt aufgrund ihres breiten Substratspektrums, ihrer hohen Lipophilie und ihrer Fähigkeit, Thiole zu modifizieren, eine Sonderstellung innerhalb der Familie der Glutathionperoxidasen ein. Mit Hilfe eines PHGPx-überexprimierenden Zellmodells wurden deshalb Beeinflussungen des zellulären Redoxstatus und daraus resultierende Veränderungen in der Aktivität redoxsensitiver Transkriptionsfaktorsysteme und in der Expression atheroskleroserelevanter Adhäsionsmoleküle untersucht. Als Transkriptionsfaktoren wurden NF-kB und Nrf2 ausgewählt. Die Bindung von NF-kB an sein entsprechendes responsives Element in der DNA erfordert das Vorhandensein freier Thiole, wohingegen Nrf2 durch Thiolmodifikation von Keap1 freigesetzt wird und in den Kern transloziert. Eine erhöhte Aktivität der PHGPx resultierte in einer Erhöhung des Verhältnisses von GSH zu GSSG, andererseits aber in einer verminderten Markierbarkeit freier Proteinthiole. PHGPx-Überexpression reduzierte die IL-1-induzierte NF-kB-Aktivität, die sich in einer verminderten NF-kB-DNA-Bindefähigkeit und Transaktivierungsaktivität ausdrückte. Auch war die Proliferationsrate der Zellen vermindert. Die Expression des NF-kB-regulierten vaskulären Zelladhäsionsmoleküls, VCAM-1, war ebenfalls deutlich verringert. Umgekehrt war in PHGPx-überexprimierenden Zellen eine erhöhte Nrf2-Aktivität und Expression der Nrf2-abhängigen Hämoxygenase-1 zu verzeichnen. Letzte kann für die meisten der beobachteten Effekte verantwortlich gemacht werden. Die hier dargestellten Ergebnisse verdeutlichen, dass eine Modifizierung von Proteinthiolen als wichtige Determinante für die Regulation der Expression und Funktion von Glutathionperoxidasen angesehen werden kann. Entgegen früheren Vermutungen, welche oxidative Vorgänge generell mit pathologischen Veränderungen assoziierten, scheint ein moderater oxidativer Stress, bedingt durch eine transiente Thiolmodifikation, durchaus günstige Auswirkungen zu haben, da, wie hier dargelegt, verschiedene, miteinander interagierende, cytoprotektive Mechanismen ausgelöst werden. Hieran wird deutlich, dass sich "antioxidative Wirkung" oder "oxidativer Stress" keineswegs nur auf "gute" oder "schlechte" Vorgänge beschränken lassen, sondern im Zusammenhang mit den beeinflussten (patho)physiologischen Prozessen und dem Ausmaß der "Störung" des physiologischen Redoxgleichgewichtes betrachtet werden müssen.
In einer Zeit, in der eine Zunahme von ernährungsbedingten Erkrankungen in steigendem Maße zu beobachten ist, wird dem Getreide als Grundlage der menschlichen Ernährung erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet. Ein hoher Verzehr von Ballaststoffen ist ein wesentlicher Aspekt in der präventiv-medizinischen Ernährung. Die von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung vorgeschlagene tägliche Ballaststoffzufuhr liegt bei 30 g. Die Aufnahme von Ballaststoffen ist jedoch in Deutschland deutlich unterhalb dieser empfohlenen Menge. Getreideprodukte, besonders vom Vollkorntyp, sind die wichtigste Quelle für Ballaststoffe. Deshalb sollten im Rahmen dieser Arbeit direkt verzehrsfähige, Ballaststoff-angereicherte Haferprodukte (vorwiegend Extrudate) mit hohen Gehalten an b-Glucanen und resistenter Stärke hergestellt, analysiert und nachfolgend auf relevante ernährungsphysiologische Wirkungen geprüft werden. Als Basis für die Produkte wurden Hafermehl und Haferkleie eingesetzt. Der erste Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Analyse der Haferprodukte. Diese wiesen eine hohe Wasserbindungskapazität auf. Bei den Untersuchungen am Tiermodell wurde gezeigt, dass im Dünndarm eine größere Menge an Wasser durch die Haferprodukte gebunden wurde, was zu einem höheren Feuchtigkeitsanteil der gastrointestinalen Inhalte der Tiere führte, die ballaststoffreiches Futter erhielten. Trotz der hydrothermischen Behandlung während der Extrusion wurden Produkte gewonnen, deren β-Glucane im hochmolekularen Zustand erhalten blieben und somit eine hohe Viskosität in wässrigen Lösungen beibehielten. In rheologischen Untersuchungen wurde bestätigt, dass die aus Haferprodukten isolierten β-Glucane ein pseudoplastisches Fließverhalten besitzen. Demgegenüber führte ein Autoklavieren der Produkte zu einer starken Depolymerisation der b-Glucane, was sich in einer Änderung der funktionellen Eigenschaften der b-Glucane widerspiegelte. Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen ernährungsphysiologische In-vitro- und In-vivo-Experimente mit Extrudaten und Proben auf der Basis von Hafer, die einen erhöhten Anteil an Ballaststoffen, speziell an b-Glucan und an resistenter Stärke, besaßen und die direkt verzehrbar sind. Diese Haferprodukte zeigten eine Reihe von ernährungsphysiologisch vorteilhaften und protektiven Wirkungen in In-vitro-Experimenten. So traten sie mit Gallensäuren unter den Bedingungen des Dünndarms in Wechselwirkung und waren gut mit Faecesflora vom Menschen fermentierbar. Die In-vitro-Verdauung von Maisstärke durch Pankreatin, wurde durch die ballaststoffreichen Haferprodukte partiell gehemmt. Dieser Befund lässt eine Abschwächung des postprandialen Glukoseanstieges erwarten. In einem sechswöchigen Fütterungsversuch erhielten Ratten Diäten, die zu 50 % aus ballaststoffreichen Haferprodukten bestanden. Diese Haferprodukte bewirkten einen erhöhten Transport von Gallensäuren und neutralen Sterolen in den unteren Intestinaltrakt sowie deren verstärkte Ausscheidung. Durch den Verzehr der ballaststoffreichen Haferprodukte kam es zu Veränderungen in der Mikroflora, wobei sich besonders die coliformen Keime verminderten und die Keimzahlen der Lactobacillen sowie die Bifidobakterien erhöhten. Die Fermentation der Ballaststoffe führte zur erhöhten Bildung von kurzkettigen Fettsäuren einschließlich von Butyrat. Die Bildung der kurzkettigen Fettsäuren geht mit einer pH-Wert-Absenkung im Caecum und Colon einher, die wiederum für eine geringere Bildung von sekundären Gallensäuren verantwortlich ist. Die Ergebnisse des Fütterungsversuchs an Ratten wurden prinzipiell durch eine vierwöchige Pilotstudie am Menschen, in der Probanden täglich 100 g Haferextrudat erhielten, bestätigt. Das Extrudat wurde von den Probanden gut akzeptiert. In der 4. Woche wurden eine geringe Abnahme der Cholesterolfraktionen im Serum, höhere Keimzahlen für Lactobacillen, Bifidobacterien und Bacteroides, geringere pH-Werte und Trockenmassegehalte in den Faeces, eine Zunahme der individuellen und Gesamt-SCFA sowie des Butyratanteils in den Faeces, eine erhöhte Ausscheidung an Steroiden, eine Zunahme der primären Gallensäuren und eine Abnahme des prozentualen Anteils an sekundären Gallensäuren sowie der Cholesterol-Metaboliten gefunden. Diese Parameter gingen 2 Wochen nach Beendigung der Intervention mit dem Haferextrudat wieder in Richtung der Ausgangswerte (0. Woche) zurück. Die untersuchten Haferprodukte erwiesen sich als gut fermentierbare Substrate für die intestinale Mikroflora und können deshalb als ein Präbiotikum mit Ballaststoffcharakter eingeschätzt werden. Diese Produkte, die mit einem erhöhten Anteil an resistenter Stärke und wertvollen Haferballaststoffen hergestellt wurden, können dazu beitragen, die Ballaststofflücke in unserer Ernährung zu schließen und positive ernährungsphysiologische Effekte zu bewirken.
Background: Vitamin A (VA) and its derivates (retinoids) are important nutritional substances, which mediate their biological activity mainly via nuclear retinoid receptors. Maternal VA intake during lactation influences the VA content in milk and the VA status of the progeny. We investigated the effects of maternal supplementation during lactation and direct supplementation to the pups after weaning on the retinoid concentration in serum and liver of neonatal mice using high doses of VA. Methods: Dams were fed a basal (4,500 retinol equivalents/ kg diet) or a VA- supplemented (324,000 retinol equivalents/ kg diet) diet during lactation. Pups kept receiving the same diet after weaning. Serum and liver samples of the pups were collected during lactation at days 1, 3, 5, 7, and 14 and post-weaning at days 21 and 65 after birth. Samples were analysed for retinoids by high-performance liquid chromatography. Results: Maternal VA supplementation resulted in significantly higher concentrations of retinol, retinyl palmitate and retinyl stearate in serum of mice neonates at days 5, 7, 14, 21 and 65 after birth in comparison to the basal diet, whereas significantly higher concentrations were observed in liver at days 5, 14, 21 and 65 after birth. At day 7 after birth, a decrease in the liver retinoid concentrations occurred in the VA-supplemented diet. Conclusion: Our results show for the first time that supplementation with high doses of VA during the lactation period in mice can affect serum retinol concentrations in the neonates and report that day 7 after birth is a critical time in the tissue distribution of retinoids during postnatal development. Copyright (C) 2005 S. Karger AG, Basel
Improved prediction of body fat by measuring skinfold thickness, circumferences, and bone breadths
(2005)
Objective: To develop improved predictive regression equations for body fat content derived from common anthropometric measurements. Research Methods and Procedures: 117 healthy German subjects, 46 men and 71 women, 26 to 67 years of age, from two different studies were assigned to a validation and a cross-validation group. Common anthropornetric measurements and body composition by DXA were obtained. Equations using anthropometric measurements predicting body fat mass (BFM) with DXA as a reference method were developed using regression models. Results: The final best predictive sex-specific equations combining skinfold thicknesses (SF), circumferences, and bone breadth measurements were as follows: BFMNew (kg) for men = -40.750 + {(0.397 x waist circumference) + [6.568 x (log triceps SF + log subscapular SF + log abdominal SF)]} and BFMNew (kg) for women = -75.231 + {(0.512 x hip circumference) + [8.889 x (log chin SF + log triceps SF + log subscapular SF)] + (1.905 x knee breadth)}. The estimates of BFM from both validation and cross-validation had an excellent correlation, showed excellent correspondence to the DXA estimates, and showed a negligible tendency to underestimate percent body fat in subjects with higher BFM compared with equations using a two-compartment (Durnin and Womersley) or a four-compartment (Peterson) model as the reference method. Discussion: Combining skinfold thicknesses with circumference and/or bone breadth measures provide a more precise prediction of percent body fat in comparison with established SF equations. Our equations are recommended for use in clinical or epidemiological settings in populations with similar ethnic background
Background: Transthyretin (TTR), a traditional biomarker for nutritional and inflammatory status exists in different molecular variants of yet unknown importance. A truncated form of TTR has recently been described to be part of a set of biomarkers for the diagnosis of ovarian cancer. The main aim of the study was therefore to characterize differences in microheterogeneity between ascitic fluid and plasma of women affected with ovarian cancer and to evaluate the tumor site as the possible source of TTR. Methods: Subjects were 48 women with primary invasive epithelial ovarian cancer or recurrent ovarian carcinoma. The control group consisted of 20 postmenopausal women. TTR and retinol-binding protein (RBP) levels were measured by enzyme-linked immunoassay ( ELISA) and C-reactive protein (CRP) levels by a high- sensitivity latex particle turbidimetric assay. The molecular heterogeneity of TTR was analysed using immunoprecipitation and matrix-associated laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS). Presence of TTR in tumor tissue was determined with indirect peroxidase immunostaining. Results: TTR and RBP (mu g/ml) levels in serum were 148.5 +/- 96.7 and 22.5 +/- 14.8 in affected women compared to 363.3 +/- 105.5 and 55.8 +/- 9.3 in healthy postmenopausal women ( p < 0.01). In ascitic fluid, levels were 1.02 +/- 0.24 and 4.63 +/- 1.57 mu g/ml, respectively. The mean levels of TTR and RBP in serum showed a tendency to decrease with the severity of the disease and were lower in affected women whose CRP levels were > 40 mg/ml ( p = 0.08 for TTR; p < 0.05 for RBP). No differences in TTR microheterogeneity were observed between TTR isolated from serum of affected and healthy women or from ascitic fluid. TTR occurred rather consistently in four variants. Mass signals were at 13758 +/- 7, 13876 +/- 13 ( greatest intensity), 13924 +/- 21 and 14062 +/- 24 Da, representing native, S-cysteinylated, S-cysteinglycinylated and glutathionylated TTR, respectively. Serum of healthy and affected women as well as ascitic fluid contained the truncated fragment of TTR ( 12828 +/- 11 Da). No immunoreactive TTR was observed in the tumor sites. Conclusion: The severity of the cancer associated catabolism as well as the inflammation status affect serum TTR and RBP levels. Neither TTR nor its truncated form originates from tumor tissue and its occurrence in ascites may well reflect the filtration from blood into ascitic fluid
Urotensin II (UII), which acts on the G protein-coupled urotensin ( UT) receptor, elicits long-lasting vasoconstriction. The role of UT receptor internalization and intracellular trafficking in vasoconstriction has yet not been analyzed. Therefore, UII-mediated contractile responses of aortic ring preparations in wire myography and rat UT (rUT) receptor internalization and intracellular trafficking in binding and imaging analyses were compared. UII elicited a concentration-dependent vasoconstriction of rat aorta (-log EC50, mol/L:9.0 +/- 0.1). A second application of UII after 30 minutes elicited a reduced contraction (36 +/- 4% of the initial response), but when applied after 60 minutes elicited a full contraction. In internalization experiments with radioactive labeled VII (I-125-UII), approximate to 70% of rUT receptors expressed on the cell surface of human embryonic kidney 293 cells were sequestered within 30 minutes (half life [t(h)]: 5.6 +/- 0.2 minutes), but recycled quantitatively within 60 minutes (t(h) 31.9 +/- 2.6 minutes). UII- bound rUT receptors were sorted to early and recycling endosomes, as evidenced by colocalization of rUT receptors with the early endosomal antigen and the transferrin receptor. Real-time imaging with a newly developed fluorescent UII (Cy3- UII) revealed that rUT receptors recruited arrestin3 green fluorescent protein to the plasma membrane. Arrestin3 was not required for the endocytosis of the rUT receptor, however, as internalization of Cy3-UII was not altered in mouse embryonic fibroblasts lacking endogenous arrestin2/arrestin3 expression. The data demonstrate that the rUT receptor internalizes arrestin independently and recycles quantitatively. The continuous externalization of rUT receptors provides the basis for repetitive and lasting UII-mediated vasoconstriction
Accumulation of retinol in the liver after prolonged hyporetinolemia in the vitamin A-sufficient rat
(2005)
We assessed the effects of prolonged reduction of plasma retinol concentrations (hyporetinolemia) on the distribution of tissue vitamin A (VA) and of its active compounds using a model of continuous recombinant human interleukin-6 (rhIL-6) infusion via osmotic minipumps in VA-sufficient male rats. Plasma retinol and retinol-binding protein (RBP) concentrations remained decreased and lower in rhIL-6- treated rats compared with controls from 7.5 h throughout 7 days of infusion (P < 0.001). This reduction was accompanied by a 68% increase in hepatic retinol concentration by 7 days (P < 0.05). Hepatic and renal retinyl palmitate and retinoic acid concentrations did not change, and renal megalin content remained unchanged; hepatic RBP concentrations were 41% lower in rhIL-6-treated rats compared with controls (P < 0.05). These results indicate that instead of being lost, retinol accumulated in the liver during inflammation and that hyporetinolemia was attributable to a decrease in the availability of hepatic RBP. A plausible consequence of the effect of rhIL-6-induced hyporetinolemia is that by 7 days tissues that are dependent on plasma retinol may become deprived of VA. These results have important implications in understanding the mechanism by which measles infection induces hyporetinolemia and VA deficiency of extrahepatic tissues