Mice Overexpressing Both Non-Mutated Human SOD1 and Mutated SOD1G93A Genes: A Competent Experimental Model for Studying Iron Metabolism in Amyotrophic Lateral Sclerosis

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease characterized by degeneration and loss of motor neurons in the spinal cord, brainstem and motor cortex. Up to 10% of ALS cases are inherited (familial, fALS) and associated with mutations, frequently in the superoxide dismutase 1 (SOD1) gene. Rodent transgenic models of ALS are often used to elucidate a complex pathogenesis of this disease. Of importance, both ALS patients and animals carrying mutated human SOD1 gene show symptoms of oxidative stress and iron metabolism misregulation. The aim of our study was to characterize changes in iron metabolism in one of the most commonly used models of ALS – transgenic mice overexpressing human mutated SOD1G93A gene. We analyzed the expression of iron-related genes in asymptomatic, 2-month old and symptomatic, 4-month old SOD1G93A mice. In parallel, respective age-matched mice overexpressing human non-mutated SOD1 transgene and control mice were analyzed. We demonstrate that the overexpression of both SOD1 and SOD1G93A genes account for a substantial increase in SOD1 protein levels and activity in selected tissues and that not all the changes in iron metabolism genes expression are specific for the overexpression of the mutated form of SOD1

Alcohol and iron metabolism

Spożywanie alkoholu wiąże się z zaburzeniem metabolizmu żelaza. U pacjentów z alkoholową chorobą wątroby stwierdza się często zwiększoną zawartość żelaza w wątrobie, będącą skutkiem zwiększonej absorpcji żelaza w dwunastnicy. W ostatnich 12 latach dokonał się ogromny postęp w poznaniu molekularnych podstaw homeostazy żelaza u ssaków. Odkrycie hepcydyny, peptydu syntetyzowanego w wątrobie oraz jej roli w regulacji uwalniania żelaza z enterocytów absorpcyjnych i z makrofagów miało szczególnie duże znaczenie w poznaniu szlaków cyrkulacji żelaza w organizmie. Wiązanie się hepcydyny z występującą na błonie enterocytów ferroportyną, jedynym jak dotąd poznanym u ssaków eksporterem żelaza, powoduje przemieszczenie jej do wnętrza enterocytów a następnie degradację w lizosomach, co prowadzi do zahamowania absorpcji żelaza z diety. Molekularny mechanizm leżący u podłoża nadmiernej akumulacji żelaza w organizmie wywołanej przez spożywanie alkoholu polega na zahamowaniu ekspresji hepcydyny, co w konsekwencji prowadzi do zwiększenia transportu żelaza z enterocytów do krwioobiegu. Stres oksydacyjny wywołany przez alkohol ulega zaostrzeniu przez nadmierną akumulację żelaza wątrobie i jest przyczyną uszkodzenie wątroby u pacjentów z alkoholową chorobą wątroby.Consumption of alcohol is known to be associated with misregulation of iron metabolism. Patients with alcoholic liver disease frequently exhibit increased hepatic iron content, which is caused by the increased iron absorption in duodenum. Within the past 12 years an enormous progress has been made in understanding molecular basis of mammalian iron homeostasis. In particular, the discovery of liver-derived peptide, hepcidin, and its role in the concerted regulation of iron release from absorptive enterocytes and macrophages through interaction with ferroportin, the sole cellular iron exporter known in mammalian cells, has proved to be fundamental in the understanding of iron circulation in the body. The binding of hepcidin to ferroportin expressed at the surface of enterocytes induces its internalization and degradation, which in turn inhibits iron absorption from the diet. The molecular mechanisms underlying alcohol-induced iron accumulation in the body involves suppression of hepcidin expression in hepatocytes, which in consequence leads to increased duodenal iron transport. Exacerbation of alcohol-induced oxidative stress in the liver by iron overload is responsible for liver injury observed in the alcoholic liver disease

Proposition treatment plan strategy for linear accelerators with different collimator construction

Wprowadzenie W codziennej pracy ośrodka radioterapeutycznego nieuniknione są przerwy w działaniu aparatów spowodowane awariami lub przeglądami akceleratorów medycznych. W celu zachowania ciągłości leczenia pacjenci napromieniani są na innych dostępnych w ośrodku aparatach. Ze względu na to, że każdy z radioterapeutycznych planów leczenia dostosowany jest do aparatu, na którym plan ma być realizowany, koniecznym jest przygotowywanie zastępczych planów leczenia na pozostałe aparaty. Cel Celem pracy było zaproponowanie strategii postępowania z radioterapeutycznym planem leczenia w technice VMAT (ang. Volumetric Modulated Arc Therapy), tzw. planem oryginalnym w przypadku niedostępności aparatu źródłowego na przykładzie pacjentów z nowotworem stercza. Materiał i metoda Do badań zostały włączone trzy akceleratory firmy Varian znajdujące się w jednym centrum onkologii: TrueBeam, Clinac 2300 CD-S oraz Unique, posiadające 120-listkowy kolimator wielolistkowy MLC Millenium. Do przeprowadzenia badania zebrano grupę 24 pacjentów z rakiem stercza. Porównano plany leczenia pod względem liczby jednostek monitorowych oraz dawek w objętości PTV i w narządach krytycznych. Plany zweryfikowano i przeanalizowano dozymetrycznie za pomocą metody gamma. Wyniki Różnice w liczbie jednostek monitorowych pomiędzy oryginalnymi i zastępczymi planami leczenia nie przekraczały akceptowalnej wartości 2%. Zaobserwowano brak różnic pomiędzy dawkami w objętości PTV. Różnica dawki w analizowanych narządach krytycznych nie przekraczała akceptowalnego progu 2%. Wszystkie plany leczenia uzyskały minimum 95% zgodności dla weryfikacji dozymetrycznych metodą współczynnika gamma. Wnioski Wykonane badanie potwierdza możliwość realizowania radioterapeutycznych planów leczenia wykonanych w technice VMAT zamiennie na trzech akceleratorach (TrueBeam, Clinac 2300 CD-S oraz Unique, Varian), posiadających 120-listkowy kolimator MLC Millenium, dla pacjentów z nowotworem stercza.Introduction In the routine clinical work in the radiotherapeutic center, there are interruptions of the medical accelerators caused by failures or maintenance. In order to maintain the continuity of treatment, patients are irradiated with other devices available at the center. Due to the fact that each of the radiotherapeutic treatment plans is adapted to the particular accelerator on which the plan is to be implemented, it is necessary to prepare alternative treatment plans for the other accelerators. Aim The aim of the study was to propose a strategy for dealing with a radiotherapeutic treatment plan in the VMAT technique (Volumetric Modulated Arc Therapy), the so-called original plan in case of unavailability of the source accelerators on the example of patients with prostate cancer. Material and methods The study included three Varian accelerators located in one oncology center: TrueBeam, Clinac 2300 CD-S and Unique, equipped with a 120-leaf MLC Millenium multi-leaf collimator. A group of 24 patients with prostate cancer was collected for the study. Treatment plans were compared in terms of the number of monitor units and doses for PTV volume and critical organs. The plans were verified and dosimetrically analyzed using the gamma method. Results The differences in the number of monitor units between the original and two backup treatment plans did not exceed the acceptable value of 2%. No dose difference was observed for PTV. The dose difference in the analyzed critical organs did not exceed the acceptable threshold of 2%. All treatment plans achieved a minimum of 95% agreement for dosimetric verification using the gamma method. Conclusion The results of this study confirm the possibility of implementing radiotherapeutic treatment plans made in the VMAT technique, alternately on three accelerators (TrueBeam, Clinac 2300 CD-S and Unique, Varian), with a 120-leaf MLC Millenium collimator, for patients with prostate cancer

Iron metabolism - state of the art 2014

Żelazo jest biometalem występującym w dwóch głównych stopniach utlenienia - Fe(II) i Fe(III). O wykorzystaniu żelaza przez organizmy żywe zadecydowała szeroka rozpiętość potencjału oksydoredukcyjnego tego metalu, możliwa dzięki zmiennym interakcjom z wiążącymi go ligandami oraz udział w reakcjach przeniesienia elektronu. Żelazo występuje w centrach aktywnych wielu enzymów katalizujących różnorodne reakcje, stanowiące podłoże kluczowych procesów metabolicznych takich jak fosforylacja oksydacyjna, synteza DNA, obróbka micro RNA, transport tlenu. Z drugiej strony, żelazo jest toksyczne poprzez udział w reakcji Fentona, w której powstaje rodnik wodorotlenkowy, utleniacz niszczący struktury komórkowe. Komórkowa homeostaza żelaza polega na dostarczeniu tego metalu do podstawowych procesów biochemicznych, w których uczestniczy oraz na ograniczeniu jego udziału w reakcji Fentona. Obrót żelaza w komórce pozostaje głównie pod kontrolą cytoplazmatycznych białek IRP1 i IRP2 wiążących się z RNA, które koordynują syntezę białek uczestniczących w komórkowym transporcie żelaza, jego magazynowaniu i metabolicznym użyciu. Ogólnoustrojowa równowaga żelaza opiera się w dużej mierze na osi regulatorowej pomiędzy hepcydyną, peptydem syntetyzowanym głównie w hepatocytach oraz ferroportyną, białkiem transportującym żelazo z komórek. Funkcjonowanie tej osi zapewnia prawidłową dystrybucję i obrót żelaza między absorpcyjnymi enterocytami, makrofagami układu siateczkowo-śródbłonkowego oraz prekursorami czerwonych krwinek. Artykuł podsumowuje najważniejsze odkrycia z ostatnich 15 lat, które okazały się kluczowe dla zrozumienia homeostazy żelaza.Iron is biometal, existing in two main oxidation states, i.e. Fe(II)/Fe(III). The extensive range of redox potential available to this metal by varying its interactions with coordinating ligands, as well as its capacity to participate in one-electron transfer reactions, are the reasons why iron is essential for almost all living organisms. Iron is found in the active sites of a large number of enzymes that catalyze diverse redox reactions underlying fundamental metabolic processes, including respiratory oxidation, DNA synthesis, microRNA processing and oxygen transport. On the other hand, iron is toxic due to its capacity to catalyze via Fenton reaction the production of hydroxyl radical, a highly destructive oxidant. Cellular iron homeostasis consists in providing iron for a variety of biochemical processes and in limiting iron availability for Fenton reaction. Cellular iron homeostasis is mainly controlled by the iron regulatory proteins (IRP1 and IRP2) - two cytoplasmic RNA-binding proteins involved in the mechanisms that coordinate the synthesis of a number of key proteins responsible for cellular iron transport, storage and utilization. Systemic iron balance is largely based on a regulatory axis between the liver-derived peptide hepcidin and the iron exporter ferroportin proved to be fundamental for the coordination of iron fluctuations in the body and its distribution among the main sites of iron metabolism such as absorptive enterocytes, reticuloendothelial macrophages, hepatocytes and erythroid precursors of red blood cells. The article briefly resumes main discoveries within last 15 years, critical for the understanding iron homeostasis

Aktywność 222Rn w wodach wodociągowych w powiecie kieleckim

Radon is known as a radioactive element that dissolves easily in water. It is worth mentioning that it is available in all possible reservoirs. Its concentration cannot be measured directly but only from the emitted radiation. Investigations of 222Rn activity in water in the Kielce district were subjected to three selected water intakes: Bolechowice, Kołomań and Wola Kopcowa. This type of research was conducted for the first time in the discussed area. The results were analyzed in detail in terms of acceptable concentrations. Next, it was determined whether the geological location of the intakes in question may have an impact on the amount of radon present in water from the water supply network.Radon znany jest jako pierwiastek promieniotwórczy, który łatwo rozpuszcza się w wodzie. Warto zaznaczyć, że dostępny jest we wszystkich możliwych zbiornikach. Jego stężenia nie da się zmierzyć bezpośrednio, a jedynie na podstawie emitowanego promieniowania. Badaniom aktywności 222Rn w wodzie w powiecie kieleckim zostały poddane trzy wybrane ujęcia wód wodociągowych: Bolechowice, Kołomań oraz Wola Kopcowa. Tego typu badania prowadzone są po raz pierwszy na omawianym terenie. Wyniki zostały poddane szczegółowej analizie, m.in. pod kątem dopuszczalnych stężeń. Następnie ustalono, czy położenie geologiczne omawianych ujęć może mieć wpływ na ilość pojawiającego się w wodach sieci wodociągowych radonu

Dietary iron deficiency anemia

Erytropoeza jest procesem biologicznym o największym zapotrzebowaniu na żelazo, które jest niezbędne do syntezy hemu w komórkach prekursorowych erytrocytów i dlatego jej prawidłowy przebieg jest szczególnie wrażliwy na niedobór tego mikroelementu. Żywieniowy niedobór żelaza jest głównym powodem występowania niedokrwistości (anemii) u ludzi. Niska zawartość żelaza w diecie prowadzi do wyczerpania zapasów tego mikroelemntu w organizmie, następstwem czego jest rozwój anemii na tle niedoboru żelaza. Ten typ anemii występuje najczęściej wśród społeczeństw krajów rozwijających się. Głównymi grupami ryzyka występowania anemii na tle niedoboru żelaza są niemowlęta, dzieci, dorastająca młodzież oraz kobiety ciężarne i kobiety w okresie laktacji. Diagnoza anemii na tle niedoboru żelaza wymaga przeprowadzenia u pacjentów analizy parametrów hematologicznych we krwi. Powinna również obejmować analizę parametrów biochemicznych żelaza oraz poziomu ferrytyny w surowicy. W ostatnich latach wskazuje się na nowe parametry, które mogą okazać się pomocne dla lekarzy w diagnozowaniu niedokrwistości na tle niedoboru żelaza.Erythropoiesis is the biological process that consumes the highest amount of body iron for heme synthesis in erythrocyte percursors. Iron deficiency anemia (IDA) is the most frequent form of anemia in humans worldwide caused by deficiency of dietary iron. IDA develops as a result of depleted iron stores. IDA is more common in developing countries, with infants, children, adolescents, pregnant and lactating women being at a significantly higher risk for this condition. To reach a definitive diagnosis of IDA, in addition to performing analysis of blood hematological parameters, iron serum parametres and ferritin level should be measured. In recent years, new parameters have been developed to help physicians in the diagnosis of IDA

Occurrence of Marek’s disease in Poland on the basis of diagnostic examination in 2015–2018

Marek’s disease (MD) is a tumourous disease caused by Marek’s disease virus (MDV) and most commonly described in poultry. The aim of the study was to determine the occurrence of Marek’s disease virus infections in Poland and analyse clinical cases in the years 2015–2018

A drastic superoxide-dependent oxidative stress is prerequisite for the down-regulation of IRP1: Insights from studies on SOD1-deficient mice and macrophages treated with paraquat

<div><p>Iron regulatory protein 1 (IRP1) is a cytosolic bifunctional [4Fe-4S] protein which exhibits aconitase activity or binds iron responsive elements (IREs) in untranslated regions of specific mRNA encoding proteins involved in cellular iron metabolism. Superoxide radical (O₂^.-) converts IRP1 from a [4Fe-4S] aconitase to a [3Fe-4S] „null” form possessing neither aconitase nor <i>trans</i>-regulatory activity. Genetic ablation of superoxide dismutase 1 (SOD1), an antioxidant enzyme that acts to reduce O₂^<b>.</b>- concentration, revealed a new O₂^<b>.</b>--dependent regulation of IRP1 leading to the reduction of IRP1 protein level and in consequence to the diminution of IRP1 enzymatic and IRE-binding activities. Here, we attempted to establish whether developmental changes in SOD1 activity occurring in the mouse liver, impact IRP1 expression. We show no correlation between hepatic SOD1 activity and IRP1 protein level neither in pre- nor postnatal period probably because the magnitude of developmental fluctuations in SOD1 activity is relatively small. The comparison of SOD1 activity in regards to IRP1 protein level in the liver of threeSOD1 genotypes (<i>Sod1</i>^<i>+/+</i>, <i>Sod1</i>^<i>+/-</i> and <i>Sod1</i>^<i>-/-</i>) demonstrates that only drastic SOD1 deficiency leads to the reduction of IRP1 protein level. Importantly, we found that in the liver of fetuses lacking SOD1, IRP1 is not down-regulated. To investigate O₂^<b>.</b>--dependent regulation of IRP1 in a cellular model, we exposed murine RAW 264.7 and bone marrow-derived macrophages to paraquat, widely used as a redox cycler to stimulate O₂^<b>.</b>-production in cells. We showed that IRP1 protein level as well as aconitase and IRE-binding activities are strongly reduced in macrophages treated with paraquat. The analysis of the expression of IRP1-target genes revealed the increase in L-ferritin protein level resulting from the enhanced transcriptional regulation of the <i>LFt</i> gene and diminished translational repression of L-ferritin mRNA by IRP1. We propose that O₂^<b>.</b>--dependent up-regulation of this cellular protectant in paraquat-treated macrophages may counterbalance iron-related toxic effects of O₂^<b>.</b>-.</p></div

Hepatic SOD1 activity and IRP1 protein level are not correlated during mouse development. Drastic decline in SOD1 activity is mandatory for the down-regulation of IRP1 in the mouse liver and kidney.

<p><b>(A)</b> SOD1 activity and IRP1 protein level in prenatal and postnatal periods. For the measurements in prenatal period cytosolic extracts were prepared from pooled fetal livers obtained from 4–5 fetuses at the given age. Data are representative for 2 sets of pooled fetal liver samples obtained from 2 pregnant females. Results of hepatic SOD1 activity and IRP1 protein level in postnatal period were obtained from analyses performed on liver samples collected from 3 separate mice. <b>(B</b>) <i>left-hand panel</i>, hepatic activity and protein level of SOD1in mice of 3 SOD1 genotypes (aged 2 months). <i>right-hand panel</i>, the intensity of the SOD1activity bands was quantified with a molecular Imager using Quantity One software (Bio-Rad) and plotted in arbitrary units to present enzyme activity. Results are expressed as mean ± S.D. for 5 mice of each genotype. <b>(C)</b> hepatic IRP1 protein level in mice of 3 SOD1 genotypes. <i>right-hand panel</i>, the intensity of the IRP1 bands was quantified with a molecular Imager using Quantity One software (Bio-Rad) and is plotted in arbitrary units to present IRP1 protein level. <b>(D)</b> IRP1 aconitase activity determined spectrophotometrically in hepatic cytosolic extracts by measuring the disappearance of <i>cis</i>-aconitate at 240 nm as described previously [<a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0176800#pone.0176800.ref019" target="_blank">19</a>]. <b>(E)</b> renal activity and protein level of SOD1 in mice of 3 SOD1 genotypes (aged 2 months). <b>(F)</b> <i>left-hand panel</i>, renal IRP1 protein level in mice of 3 SOD1 genotypes. <i>right-hand panel</i>, the intensity of the IRP1 bands was quantified with a molecular Imager using Quantity One software (Bio-Rad) and is plotted in arbitrary units to present IRP1 protein level. Results in <b>(C), (D), (E)</b> and <b>(F)</b> are expressed as mean ± S.D. for 3 2-month old mice of each genotype. Statistically significant differences are indicated (*P<0.05; **P<0.01).</p

Genetic ablation of SOD1 does not impact hepatic IRP1 protein in fetal livers.

<p>For the analysis ofIRP1 protein level in prenatal period cytosolic extracts were prepared from pooled fetal livers obtained from 4–5 fetuses of <i>Sod1</i>^<i>+/+</i> and <i>Sod1</i>^<i>-/-</i> genotypes at the given age. <b>(A)</b> Data shown are representative for 2 sets of 4–5 pooled fetal liver samples obtained from 2 pregnant females. Results of hepatic IRP1 protein level in postnatal period are representative of western blot analyses performed on liver samples collected from 3 separate mice of each genotype. Actin was used as a loading control for all samples, but α-fetoprotein was used in addition as a control for fetal livers(antibody raised against recombinant AFP of human origin, which corss-reacts with mouse protein, Santa Cruz Biotechnology) <b>(B)</b> The intensity of the IRP1 bands shown in <b>(A)</b> was quantified with a molecular Imager using Quantity One software (Bio-Rad) and is plotted in arbitrary units to present IRP1 protein level.</p