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Die adipositasbedingte Insulinresistenz geht mit einer unterschwelligen Entzündungsreaktion einher. Als Antwort auf dieses Entzündungsgeschehen wird PGE2 unter anderem von Kupffer Zellen der Leber freigesetzt und kann seine Wirkung über vier PGE2-Rezeptorsubtypen (EP1-EP4) vermitteln. In vorangegangenen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass PGE2 in Rattenhepatozyten über den EP3 R ERK1/2-abhängig die intrazelluläre Weiterleitung des Insulinsignals hemmt. Über die Modulation der Insulinrezeptorsignalkette durch andere EP-Rezeptoren war bisher nichts bekannt. Daher sollte in stabil transfizierten Zelllinien, die jeweils nur einen der vier EP-Rezeptorsubtypen exprimierten, der Einfluss von PGE2 auf die Insulinrezeptorsignalkette untersucht werden. Es wurden HepG2-Zellen, die keinen funktionalen EP-Rezeptor aufwiesen, sowie HepG2-Zellen, die stabil den EP1-R (HepG2-EP1), den EP3β-R (HepG2 EP3β) oder den EP4-R (HepG2 EP4) exprimierten, sowie die humane fötale Hepatozytenzelllinie, Fh hTert, die den EP2- und den EP4-R exprimierte, für die Untersuchungen verwendet. Die Zellen wurden für 330 min mit PGE2 (10 µM) vorinkubiert, um die pathophysiologische Situation nachzustellen und anschließend mit Insulin (10 nM) für 15 min stimuliert. Die insulinabhängige Akt- und ERK1/2-Phosphorylierung wurde im Western-Blot bestimmt. In allen Hepatomzelllinien die EP-R exprimierten, nicht aber in der Zelllinie, die keinen EP R exprimierte, hemmte PGE2 die insulinstimulierte Akt-Phosphorylierung. In allen drei stabil transfizierten Zelllinien, nicht jedoch in den Fh-hTert-Zellen, steigerte PGE2 die basale und insulinstimulierte Phosphorylierung der Serin/Threoninkinase ERK1/2. In den HepG2 EP1- und den HepG2-EP3β-Zellen steigerte PGE2 mutmaßlich über die ERK1/2-Aktivierung die Serinphosphorylierung des IRS, welche die Weiterleitung des Insulinsignals blockiert. Die Hemmung der Aktivierung von ERK1/2 hob in EP3 R-exprimierenden Zellen die Abschwächung der Insulinsignalübertragung teilweise auf. In diesen Zellen scheint die ERK1/2-Aktivierung die größte Bedeutung für die Hemmung der insulinstimulierten Akt-Phosphorylierung zu haben. Da durch die Hemmstoffe die PGE2-abhängige Modulation nicht vollständig aufgehoben wurde, scheinen darüber hinaus aber noch andere Mechanismen zur Modulation beizutragen. In den Fh hTert-Zellen wurde die Insulinrezeptorsignalkette offensichtlich über einen ERK1/2-unabhängigen, bisher nicht identifizierten Weg unterbrochen. Eine gesteigerte PGE2-Bildung im Rahmen der Adipositas ist nicht auf die peripheren Gewebe beschränkt. Auch im Hypothalamus können bei Adipositas Zeichen einer Entzündung nachgewiesen werden, die mit einer gesteigerten PGE2-Bildung einhergehen. Daher wurde das EP R-Profil von primären hypothalamischen Neuronen und neuronalen Modellzelllinien charakterisiert, um zu prüfen, ob PGE2 in hypothalamischen Neuronen die Insulinsignalkette in ähnlicher Weise unterbricht wie in Hepatozyten. In allen neuronalen Zellen hemmte die Vorinkubation mit PGE2 die insulinstimulierte Akt-Phosphorylierung nicht. In der neuronalen hypothalamischen Zelllinie N 41 wirkte PGE2 eher synergistisch mit Insulin. In durch Retinsäure ausdifferenzierten SH SY5Y-Zellen waren die Ergebnisse allerdings widersprüchlich. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Expression der EP Rezeptoren im Verlauf der Kultur stark schwankte und somit die EP R-Ausstattung der Zellen zwischen den Zellversuchen variierte. Auch in den primären hypothalamischen Neuronen variierte die EP R-Expression abhängig vom Differenzierungszustand und PGE2 beeinflusste die insulinstimulierte Akt-Phosphorylierung nicht. Obwohl in allen neuronalen Zellen die Akt-Phosphorylierung durch Insulin gesteigert wurde, konnte in keiner der Zellen eine insulinabhängige Regulation der Expression von Insulinzielgenen (POMC und AgRP) nachgewiesen werden. Das liegt wahrscheinlich an dem niedrigen Differenzierungsgrad der untersuchten Zellen. Im Rahmen der Adipositas kommt es zu einer Überaktivierung des Endocannabinoidsystems. Endocannabinoidrezeptoren sind mit den EP Rezeptoren verwandt. Daher wurde geprüft, ob Endocannabinoide die Insulinsignalweiterleitung in ähnlicher Weise beeinflussen können wie PGE2. Die Vorinkubation der N 41-Zellen für 330 min mit einem Endocannabinoidrezeptoragonisten steigerte die insulinstimulierte Akt-Phosphorylierung, was auf einen insulinsensitiven Effekt von Endocannabinoiden hindeutet. Dies steht im Widerspruch zu der in der Literatur beschriebenen endocannabinoidabhängigen Insulinresistenz, die aber auf indirekte, durch Endocannabinoide ausgelöste Veränderungen zurückzuführen sein könnte.
During the course of their ontogenesis plants are continuously exposed to a large variety of abiotic stress factors which can damage tissues and jeopardize the survival of the organism unless properly countered. While animals can simply escape and thus evade stressors, plants as sessile organisms have developed complex strategies to withstand them. When the intensity of a detrimental factor is high, one of the defense programs employed by plants is the induction of programmed cell death (PCD). This is an active, genetically controlled process which is initiated to isolate and remove damaged tissues thereby ensuring the survival of the organism. The mechanism of PCD induction usually includes an increase in the levels of reactive oxygen species (ROS) which are utilized as mediators of the stress signal. Abiotic stress-induced PCD is not only a process of fundamental biological importance, but also of considerable interest to agricultural practice as it has the potential to significantly influence crop yield. Therefore, numerous scientific enterprises have focused on elucidating the mechanisms leading to and controlling PCD in response to adverse conditions in plants. This knowledge may help develop novel strategies to obtain more resilient crop varieties with improved tolerance and enhanced productivity. The aim of the present review is to summarize the recent advances in research on ROS-induced PCD related to abiotic stress and the role of the organelles in the process.
Setting the PAS, the role of circadian PAS domain proteins during environmental adaptation in plants
(2015)
The per-ARNT-sim (PAS) domain represents an ancient protein module that can be found across all kingdoms of life. The domain functions as a sensing unit for a diverse array of signals, including molecular oxygen, small metabolites, and light. In plants, several PAS domain-containing proteins form an integral part of the circadian clock and regulate responses to environmental change. Moreover, these proteins function in pathways that control development and plant stress adaptation responses. Here, we discuss the role of PAS domain-containing proteins in anticipation, and adaptation to environmental changes in plants.
Adverse environmental conditions are detrimental to plant growth and development. Acclimation to abiotic stress conditions involves activation of signaling pathways which often results in changes in gene expression via networks of transcription factors (TFs). Mediator is a highly conserved co-regulator complex and an essential component of the transcriptional machinery in eukaryotes. Some Mediator subunits have been implicated in stress-responsive signaling pathways; however, much remains unknown regarding the role of plant Mediator in abiotic stress responses. Here, we use RNA-seq to analyze the transcriptional response of Arabidopsis thaliana to heat, cold and salt stress conditions. We identify a set of common abiotic stress regulons and describe the sequential and combinatorial nature of TFs involved in their transcriptional regulation. Furthermore, we identify stress-specific roles for the Mediator subunits MED9, MED16, MED18 and CDK8, and putative TFs connecting them to different stress signaling pathways. Our data also indicate different modes of action for subunits or modules of Mediator at the same gene loci, including a co-repressor function for MED16 prior to stress. These results illuminate a poorly understood but important player in the transcriptional response of plants to abiotic stress and identify target genes and mechanisms as a prelude to further biochemical characterization.