Biochemische und zellbiologische Charakterisierung der Podin-Proteinfamilie als Adapterproteine des Aktinzytoskeletts in Muskelzellen

Die Ausbildung der kontraktilen Myofibrillen ist ein komplexer Vorgang, der die streng kontrollierten Interaktionen vieler Proteine bedarf. Auf der Suche nach Proteinen, die an diesen Prozessen beteiligt sind, stellte sich die Podin-Proteinfamilie als interessanter Kandidat heraus. Deshalb war das Ziel dieser Arbeit die biochemische und zellbiologische Charakterisierung dieser Proteinfamilie, bestehend aus Synaptopodin, Myopodin und Tritopodin, hinsichtlich ihrer Expressionsmuster, Spleißvarianten und Liganden. Die Analyse putativer Isoformen des Myopodins und Tritopodins implizieren eine wesentlich größere Komplexität, als bislang angenommen. Mithilfe von RT-PCR Experimenten sowie spezifischer Antikörper konnte in glattmuskelreichen Geweben die Expression der langen Myopodinisoform a und im Skelettmuskel die kurze Myopodinisoform e nachgewiesen werden. Die Expression von Tritopodin scheint hingegen auf die quergestreifte Muskulatur beschränkt zu sein. Immunhistochemische Färbungen zeigen erstmals die Lokalisation aller drei Podin-Proteine in der adulten sarkomerischen Z-Scheibe. Während Myopodin und Tritopodin bereits in sehr frühen Stadien der Skelettmuskeldifferenzierung exprimiert werden und bereits in Z-Scheibenvorläuferstrukturen mit alpha-Aktinin kolokalisieren, konnte Synaptopodin ausschließlich in adulten Stadien detektiert werden. Aufgrund der Homologie der Podin-Proteine untereinander, werden ähnliche Bindungsverhalten vermutet. Hier konnte erstmals gezeigt werden, dass alle Podin-Proteine mit den Ig-Domänen 20-21 des Filamin C interagieren. Für Synaptopodin war zudem bekannt, dass es mehrere unabhängige Bindungsstellen für alpha-Aktinin besitzt. Ähnliche Bindungseigenschaften konnten hier für Myopodin und Tritopodin nachgewiesen werden. Auch wurde bereits die grundlegende Fähigkeit des Myopodins an F-Aktin zu binden, beschrieben. Hier konnte gezeigt werden, dass Myopodin sogar zwei F-Aktinbindungsstellen besitzt, die in allen putativen Isoformen vorhanden sind. Zudem konnte gezeigt werden, dass Myopodin, ähnlich wie alpha-Aktinin, Aktin zu dicken Bündeln verknüpft. Die Aktinbündelungsaktivität ist dabei nicht nur auf die zwei vorhandenen Aktinbindungsstellen, sondern auch auf die hier erstmals gezeigte Dimerisierung des Myopodins, zurückzuführen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die hier erzielten Ergebnisse deutliche Hinweise auf eine Funktion der Podine als Multiadapterproteine der Z-Scheibe liefern, wobei die ähnlichen Bindungseigenschaften der einzelnen Podin-Proteine eine komplementäre Funktion implizieren. Weiterhin deutet die sehr frühe Expression von Myopodin und Tritopodin in der Skelettmuskeldifferenzierung darauf hin, dass diese Proteine eine wichtige Rolle in der initialen Myofibrillogenese spielen, wohingegen Synaptopodin ausschließlich im adulten Skelettmuskel vorhanden ist.The formation of contractile myofibrils is a complex event that requires the ordered assembly of numerous proteins. Many still unknown protein-protein interactions contribute to this process. While searching for new proteins participating in the assembly of the Z-disc and its dynamic state, the proteins of the podin family were found as interesting candidates involved in these processes. Therefore the aim of this study was the detailed characterization of the podin protein family, consisting of synaptopodin, myopodin and tritopodin, in terms of their expression patterns, splice variants and binding partners. The analysis of the gene structure and the resulting putative isoforms of myopodin and tritopodin revealed a much more complex situation than anticipated. The generation of antibodies against specific parts of myopodin and tritopodin allowed the study of the expression and subcellular localization of the individual isoforms in different cell types and tissues. The expression analysis on mRNA and protein levels indicated that the long myopodin isoform a is expressed in smooth muscle-containing tissues like prostate, whereas the short isoform e is mainly expressed in skeletal muscle tissue. By contrast, the expression of tritopodin seems to be restricted to cross striated muscle cells. Immunofluorescence studies showed for the first time, that all podin proteins are located at the adult sarcomeric Z-disc. While myopodin and tritopodin are expressed in the very early stages of myofibrillogenesis and myotube differentiation, where they colocalize with alpha-actinin, synaptopodin is exclusively expressed in terminally differentiated skeletal muscle cells. The high degree of sequence similarity between the three members of the podin family in defined regions suggests analog binding properties. Indeed, biochemical studies revealed that all podin proteins interact with the Ig-domains 20-21 of filamin C. Similar to the situation in synaptopodin interaction studies showed that alpha-actinin binds also myopodin and tritopodin at multiple binding sites. The previously demonstrated interaction between myopodin and F-actin is actually mediated by two independent actin binding sites, which are found in all myopodin isoforms. Furthermore this thesis demonstrates that myopodin is able to bundle actin filaments similar to alpha-actinin. Interestingly the actin bundling activity is not only achieved by the presence of two F-actin binding sites, but also results from myopodin's ability to dimerise. In conclusion, all podin proteins show analog binding properties, indicating an at least partial functional complementarity of these proteins within the sarcomeric Z-disc. There is evidence that at least two members of the podin protein family, myopodin and tritopodin, are actively involved in myofibrillogenesis, by forming complexes with alpha-actinin and filamin C during the initial stages of myofibril assembly. In contrast, synaptopodin appears to have exclusive functions in fully differentiated tissues

Nabelvenenkatheter- und periphere zentrale katheterassoziierte Komplikationen bei Frühgeborenen mit einem Geburtsgewicht < 1250 g : Ergebnisse einer Umfrage in Österreich und Deutschland

Background and objective Umbilical venous catheters (UVC) and peripherally inserted central catheters (PICC) are commonly used in preterm infants but have been associated with a number of serious complications. We performed a survey in Austria and Germany to assess the use of UVCs and PICCs in preterm infants with a birth weight < 1250 g and associated rates of catheter-related adverse events. Methods Electronic survey of participating centers of the NeoVitaA trial. Main outcome parameter was the reported rates of UVC- and PICC-associated complications (infection, thrombosis, emboli, organ injury, arrhythmia, dislocation, miscellaneous). Results In total, 20 neonatal intensive care units (NICU) providing maximal intensive care in Austria and Germany (level I) were contacted, with a senior neonatologist response rate of 12/20 (60%). The reported rates for UVC with a dwell time of 1–10 days were bacterial infection: 4.2 ± 3.4% (range 0–10%); thrombosis: 7.3 ± 7.1% (0–20%); emboli: 0.9 ± 2.0% (0–5%); organ injury: 1.1 ± 1.9% (0–5%); cardiac arrhythmia: 2.2 ± 2.5% (0–5%); and dislocation: 5.4 ± 8.7% (0–30%); and for PICCs with a dwell time of 1–14 days bacterial infection: 15.0 ± 3.4% (range 2.5–30%); thrombosis; 4.3 ± 3.5% (0–10%); emboli: 0.8 ± 1.6% (0–5%); organ injury: 1.5 ± 2.3% (0–5%); cardiac arrhythmia: 1.5 ± 2.3% (0–5%), and dislocation: 8.5 ± 4.6% (0–30%). Conclusion The catheter-related complication rates reported in this survey differed between UVCs and PICCs and were higher than those reported in the literature. To generate more reliable data on this clinically important issue, we plan to perform a large prospective multicenter randomized controlled trial investigating the non-inferiority of a prolonged UVC dwell time (up to 10 days) against the early change (up to 5 days) to a PICC.Hintergrund und Ziel Nabelvenenkatheter („umbilical venous catheters“ [UVC]) und periphere zentrale Venenkatheter (PICC) werden häufig bei Frühgeborenen eingesetzt, sind jedoch mit einer Reihe von schwerwiegenden Komplikationen verbunden. In Österreich und Deutschland wurde eine Umfrage durchgeführt, um die Verwendung von UVC und PICC bei Frühgeborenen mit einem Geburtsgewicht < 1250 g und die damit verbundenen Raten von katheterbedingten unerwünschten Ereignissen zu bewerten. Methoden Elektronische Befragung der teilnehmenden Zentren der NeoVitaA-Studie. Hauptergebnisparameter waren die gemeldeten Raten von UVC- und PICC-assoziierten Komplikationen (Infektion, Thrombose, Embolie, Organverletzung, Arrhythmie, Dislokation, Sonstiges). Ergebnisse Insgesamt wurden 20 neonatale Intensivstationen (NICU) mit maximaler Intensivpflege in Österreich und Deutschland (Level I) kontaktiert, wobei 12/20 (60 %) von leitenden Neonatologen beantwortet wurden. Die gemeldeten Raten für UVC mit einer Verweildauer von 1 bis 10 Tagen waren bakterielle Infektionen: 4,2 ± 3,4 % (Bereich: 0–10 %); Thrombose: 7,3 ± 7,1 % (0–20 %); Embolie: 0,9 ± 2,0 % (0–5 %); Organverletzung: 1,1 ± 1,9 % (0–5 %); Herzrhythmusstörungen: 2,2 ± 2,5 % (0–5 %); und Dislokation: 5,4 ± 8,7% (0–30 %); und bei PICC mit einer Verweildauer von 1 bis 14 Tagen bakterielle Infektionen: 15,0 ± 3,4 % (Bereich: 2,5–30 %); Thrombose: 4,3 ± 3,5 % (0–10 %); Embolie: 0,8 ± 1,6 % (0–5 %); Organverletzung: 1,5 ± 2,3 % (0–5 %); Herzrhythmusstörungen: 1,5 ± 2,3 % (0–5 %) und Verrenkungen: 8,5 ± 4,6 % (0–30 %). Schlussfolgerung Die in dieser Umfrage berichteten katheterbedingten Komplikationsraten unterschieden sich zwischen UVC und PICC und waren höher als die in der Literatur berichteten. Um zuverlässigere Daten zu diesem klinisch wichtigen Thema zu erhalten, ist eine große prospektive, multizentrische, randomisierte, kontrollierte Studie geplant, in der die Nichtunterlegenheit einer verlängerten UVC-Verweildauer (bis zu 10 Tage) gegenüber dem frühen Wechsel (bis zu 5 Tage) zu einem PICC untersucht werden soll

Cabbage and fermented vegetables : From death rate heterogeneity in countries to candidates for mitigation strategies of severe COVID-19

Large differences in COVID-19 death rates exist between countries and between regions of the same country. Some very low death rate countries such as Eastern Asia, Central Europe, or the Balkans have a common feature of eating large quantities of fermented foods. Although biases exist when examining ecological studies, fermented vegetables or cabbage have been associated with low death rates in European countries. SARS-CoV-2 binds to its receptor, the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). As a result of SARS-CoV-2 binding, ACE2 downregulation enhances the angiotensin II receptor type 1 (AT(1)R) axis associated with oxidative stress. This leads to insulin resistance as well as lung and endothelial damage, two severe outcomes of COVID-19. The nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2) is the most potent antioxidant in humans and can block in particular the AT(1)R axis. Cabbage contains precursors of sulforaphane, the most active natural activator of Nrf2. Fermented vegetables contain many lactobacilli, which are also potent Nrf2 activators. Three examples are: kimchi in Korea, westernized foods, and the slum paradox. It is proposed that fermented cabbage is a proof-of-concept of dietary manipulations that may enhance Nrf2-associated antioxidant effects, helpful in mitigating COVID-19 severity.Peer reviewe

Nrf2-interacting nutrients and COVID-19 : time for research to develop adaptation strategies

There are large between- and within-country variations in COVID-19 death rates. Some very low death rate settings such as Eastern Asia, Central Europe, the Balkans and Africa have a common feature of eating large quantities of fermented foods whose intake is associated with the activation of the Nrf2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2) anti-oxidant transcription factor. There are many Nrf2-interacting nutrients (berberine, curcumin, epigallocatechin gallate, genistein, quercetin, resveratrol, sulforaphane) that all act similarly to reduce insulin resistance, endothelial damage, lung injury and cytokine storm. They also act on the same mechanisms (mTOR: Mammalian target of rapamycin, PPAR gamma:Peroxisome proliferator-activated receptor, NF kappa B: Nuclear factor kappa B, ERK: Extracellular signal-regulated kinases and eIF2 alpha:Elongation initiation factor 2 alpha). They may as a result be important in mitigating the severity of COVID-19, acting through the endoplasmic reticulum stress or ACE-Angiotensin-II-AT(1)R axis (AT(1)R) pathway. Many Nrf2-interacting nutrients are also interacting with TRPA1 and/or TRPV1. Interestingly, geographical areas with very low COVID-19 mortality are those with the lowest prevalence of obesity (Sub-Saharan Africa and Asia). It is tempting to propose that Nrf2-interacting foods and nutrients can re-balance insulin resistance and have a significant effect on COVID-19 severity. It is therefore possible that the intake of these foods may restore an optimal natural balance for the Nrf2 pathway and may be of interest in the mitigation of COVID-19 severity