Die Biogenese der mitochondrialen Superoxid-Dismutase 1

Das Enzym Superoxid-Dismutase1 (Sod1) katalysiert die Umwandlung von Superoxid-Anionen und schützt die Zelle vor oxidativem Stress. Das Enzym wird durch sein Kupfer-Chaperon (Ccs1) aktiviert, welches für den Einbau des Kupfer-Ions und einer Disulfidbrücke sorgt. In vielen Organismen gibt es neben dem Ccs1-abhängigen Aktivierungsweg auch noch einen Ccs1-unabhängigen Aktivierungsweg. Sod1 liegt in der Zelle überwiegend im Zytosol vor, aber zu einem geringen Anteil auch in Mitochondrien. Bei 20% der Fälle der erblich bedingten Amyotrophen Lateralsklerose (fALS) sind Mutationen des SOD1-Gens beteiligt (Boillee et al., 2006). Da Dysfunktionen der Mitochondrien in diesen Fällen beobachtet worden sind (Deng et al., 2006, Ferri et al., 2006), könnte es bedeuten, dass die mitochondriale Form der Sod1 und ihre Biogenese möglicherweise eine Rolle für den Pathomechanismus der fALS spielen. Deshalb ist es wichtig, den Mechanismus der Biogenese von mitochondrialer Sod1 (mtSod1) zu verstehen. In dieser Arbeit wurden die Ccs1-unabhängige und die Ccs1-abhängige Biogenese von mtSod1 im Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass Sod1 in Abwesenheit von Ccs1 (Δccs1-Zellen) im Intermembranraum (IMR) von Mitochondrien lokalisiert ist, wenn auch in deutlich geringeren Mengen als in Wildtyp-Mitochondrien. Für den Import von Sod1 in Abwesenheit von Ccs1 spielt das Mia40/Erv1-Disulfid-Transfer-System eine wichtige Rolle. Die Depletion von Mia40 führt zur Reduktion der Menge an mtSod1 und die Überexpression von Mia40 zu erhöhten Mengen an mtSod1. Der Redoxzustand von mtSod1 ist auch von Ccs1 abhängig. In Abwesenheit von Ccs1 liegt mtSod1 in reduzierter und oxidierter Form vor, während es in Anwesenheit von Ccs1 vollständig oxidiert ist. Mittels Aktivitätstest konnte in dieser Arbeit bestätigt werden, dass Sod1 in Mitochondrien von Hefe-ccs1-Zellen nicht aktiv ist. Erhöhte Mengen an Mia40 führen nicht zur Aktivierung von Sod1 in Mitochondrien von ccs1-Zellen. Ccs1 wird in Hefe also zur Aktivierung von mtSod1 benötigt. Es stellte sich die Frage, welche der Cystein-Reste in Ccs1 dafür notwendig sind. Dazu wurden Cystein-zu-Serin-Varianten von Ccs1 exprimiert. In der C229/231S-Ccs1 Mutante wurde keine Sod1-Aktivität in Mitochondrien detektiert, was die mit Zellextrakten erhaltenen Ergebnisse von Lamb et al., 2001 stützt. Die C17/20S-Ccs1 Mutante hat eine dem Wildtyp vergleichbare Sod1-Aktivität in Mitochondrien. Demgegenüber besitzt die C27/64S-Ccs1 Mutante eine deutlich reduzierte mitochondriale Sod1-Aktivität. Zusätzliche Untersuchungen ergaben, dass dies auf einer verringerten Proteinmenge an Sod1 in Mitochondrien der C27/64S-Ccs1 Mutante beruht. Der Import von Ccs1 in Mitochondrien ist von den Cystein-Resten C27 und C64 abhängig. Sod1 wird großteils mit Hilfe von Ccs1 in Mitochondrien importiert, so dass reduzierte mitochondriale Mengen an Ccs1 wiederum zu verringerten Sod1-Mengen in Mitochondrien führen. Die spezifische Aktivität pro Molekül Sod1 ist in der C27/64S-Ccs1 Mutante nicht betroffen. In Zellextrakten, in denen in der C27/64S-Ccs1 Mutante gleiche Mengen an Sod1 wie in Wildtyp-Zellen vorliegen, sind die Aktivitäten vergleichbar hoch. Entsprechendes gilt für die Sod1-Aktivitäten, wenn die C27/64S-Ccs1 Variante und WT-Ccs1 mittels der Präsequenz des Cytochrom b2 in den IMR importiert wurden und somit in gleich hohen Mengen im IMR vorlagen. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass die Cystein-Reste C27 und C64 des Ccs1 für die Aktivierung von mtSod1 nicht nötig sind. Um den mitochondrialen Biogeneseweg von humaner Sod1 (hSOD1) zu charakterisieren, wurde hSOD1 in S. cerevisiae exprimiert. hSOD1 wurde sowohl in Wildtyp-, als auch in ccs1-Zellen im IMR von Mitochondrien detektiert. Es zeigte sich, dass der Transport in Mitochondrien unabhängig von Mia40 erfolgt und damit von dem der Hefe-Sod1 verschieden ist. In dieser Arbeit wurden wertvolle Erkenntnisse zur Ccs1-abhängigen und Ccs1-unabhängigen Biogenese von mtSod1 erhalten. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen worden, um die mitochondriale Biogenese von in fALS vorkommenden Sod1-Mutanten zu untersuchen und den Pathomechanismus der Sod1-abhängigen fALS besser zu verstehen

Die Biogenese der mitochondrialen Superoxid-Dismutase 1

Das Enzym Superoxid-Dismutase1 (Sod1) katalysiert die Umwandlung von Superoxid-Anionen und schützt die Zelle vor oxidativem Stress. Das Enzym wird durch sein Kupfer-Chaperon (Ccs1) aktiviert, welches für den Einbau des Kupfer-Ions und einer Disulfidbrücke sorgt. In vielen Organismen gibt es neben dem Ccs1-abhängigen Aktivierungsweg auch noch einen Ccs1-unabhängigen Aktivierungsweg. Sod1 liegt in der Zelle überwiegend im Zytosol vor, aber zu einem geringen Anteil auch in Mitochondrien. Bei 20% der Fälle der erblich bedingten Amyotrophen Lateralsklerose (fALS) sind Mutationen des SOD1-Gens beteiligt (Boillee et al., 2006). Da Dysfunktionen der Mitochondrien in diesen Fällen beobachtet worden sind (Deng et al., 2006, Ferri et al., 2006), könnte es bedeuten, dass die mitochondriale Form der Sod1 und ihre Biogenese möglicherweise eine Rolle für den Pathomechanismus der fALS spielen. Deshalb ist es wichtig, den Mechanismus der Biogenese von mitochondrialer Sod1 (mtSod1) zu verstehen. In dieser Arbeit wurden die Ccs1-unabhängige und die Ccs1-abhängige Biogenese von mtSod1 im Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass Sod1 in Abwesenheit von Ccs1 (Δccs1-Zellen) im Intermembranraum (IMR) von Mitochondrien lokalisiert ist, wenn auch in deutlich geringeren Mengen als in Wildtyp-Mitochondrien. Für den Import von Sod1 in Abwesenheit von Ccs1 spielt das Mia40/Erv1-Disulfid-Transfer-System eine wichtige Rolle. Die Depletion von Mia40 führt zur Reduktion der Menge an mtSod1 und die Überexpression von Mia40 zu erhöhten Mengen an mtSod1. Der Redoxzustand von mtSod1 ist auch von Ccs1 abhängig. In Abwesenheit von Ccs1 liegt mtSod1 in reduzierter und oxidierter Form vor, während es in Anwesenheit von Ccs1 vollständig oxidiert ist. Mittels Aktivitätstest konnte in dieser Arbeit bestätigt werden, dass Sod1 in Mitochondrien von Hefe-ccs1-Zellen nicht aktiv ist. Erhöhte Mengen an Mia40 führen nicht zur Aktivierung von Sod1 in Mitochondrien von ccs1-Zellen. Ccs1 wird in Hefe also zur Aktivierung von mtSod1 benötigt. Es stellte sich die Frage, welche der Cystein-Reste in Ccs1 dafür notwendig sind. Dazu wurden Cystein-zu-Serin-Varianten von Ccs1 exprimiert. In der C229/231S-Ccs1 Mutante wurde keine Sod1-Aktivität in Mitochondrien detektiert, was die mit Zellextrakten erhaltenen Ergebnisse von Lamb et al., 2001 stützt. Die C17/20S-Ccs1 Mutante hat eine dem Wildtyp vergleichbare Sod1-Aktivität in Mitochondrien. Demgegenüber besitzt die C27/64S-Ccs1 Mutante eine deutlich reduzierte mitochondriale Sod1-Aktivität. Zusätzliche Untersuchungen ergaben, dass dies auf einer verringerten Proteinmenge an Sod1 in Mitochondrien der C27/64S-Ccs1 Mutante beruht. Der Import von Ccs1 in Mitochondrien ist von den Cystein-Resten C27 und C64 abhängig. Sod1 wird großteils mit Hilfe von Ccs1 in Mitochondrien importiert, so dass reduzierte mitochondriale Mengen an Ccs1 wiederum zu verringerten Sod1-Mengen in Mitochondrien führen. Die spezifische Aktivität pro Molekül Sod1 ist in der C27/64S-Ccs1 Mutante nicht betroffen. In Zellextrakten, in denen in der C27/64S-Ccs1 Mutante gleiche Mengen an Sod1 wie in Wildtyp-Zellen vorliegen, sind die Aktivitäten vergleichbar hoch. Entsprechendes gilt für die Sod1-Aktivitäten, wenn die C27/64S-Ccs1 Variante und WT-Ccs1 mittels der Präsequenz des Cytochrom b2 in den IMR importiert wurden und somit in gleich hohen Mengen im IMR vorlagen. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass die Cystein-Reste C27 und C64 des Ccs1 für die Aktivierung von mtSod1 nicht nötig sind. Um den mitochondrialen Biogeneseweg von humaner Sod1 (hSOD1) zu charakterisieren, wurde hSOD1 in S. cerevisiae exprimiert. hSOD1 wurde sowohl in Wildtyp-, als auch in ccs1-Zellen im IMR von Mitochondrien detektiert. Es zeigte sich, dass der Transport in Mitochondrien unabhängig von Mia40 erfolgt und damit von dem der Hefe-Sod1 verschieden ist. In dieser Arbeit wurden wertvolle Erkenntnisse zur Ccs1-abhängigen und Ccs1-unabhängigen Biogenese von mtSod1 erhalten. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen worden, um die mitochondriale Biogenese von in fALS vorkommenden Sod1-Mutanten zu untersuchen und den Pathomechanismus der Sod1-abhängigen fALS besser zu verstehen

Systemic Mastocytosis Treatment with Midostaurin: [18F]FDG PET/CT as a Potential Monitoring Tool for Therapy Outcome

We report the case of a 68-year-old patient with diagnosed systemic mastocytosis and histopathologically confirmed manifestations in the stomach and intestinal tract who underwent 18FFluorodeoxyglucose ([18F]FDG) positron-emission tomography/computed tomography (PET/CT) pre- and post-6-month therapy with midostaurin, an established tyrosine kinase inhibitor. Posttherapeutic [18F]FDG PET/CT showed decreased multifocal tracer uptake in the known lesions in the gastrointestinal tract, which was consistent with relief of the patient’s symptoms and decrease in serum tryptase level. [18F]FDG PET/CT may thus be considered a potential method for monitoring the outcome of midostaurin therapy in systemic mastocytosis

Active Lumbar Spondylodiscitis on [68Ga]Ga-PSMA-11 PET/CT Mimicking Bone Metastasis

We report a [68Ga]Ga-PSMA-11 positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) scan of a 71-year-old man with metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC) and concomitant active lumbar spondylodiscitis, both PSMA-positive on a PET/CT scan. This interesting image should advise colleagues to consider spondylodiscitis as a differential diagnosis of PSMA-positive findings in the spine, particularly if intervertebral space and soft tissue are involved

Histologically Confirmed Testicular Metastasis Revealed by [89Zr]Zr-PSMA-617 PET/CT in a Patient with Biochemical Recurrence of Prostate Cancer and Negative Conventional PSMA PET/CT Imaging

We present an interesting image of a testicular metastasis from prostate cancer revealed by [ 89Zr]Zr-PSMA-617 PET/CT imaging in a 70-year-old man with biochemical recurrence and negative conventional [68Ga]Ga-PSMA-11 PET/CT imaging. This case should encourage the consideration of [ 89Zr]Zr-PSMA-617 PET/CT if conventional PSMA PET/CT imaging had failed to localize biochemical recurrence, and may remind colleagues of this rare but potential metastatic localization in this setting

Strongly Radioiodine-Positive Pancreatic Adenocarcinoma Mimicking Metastasis of Differentiated Thyroid Cancer

We present an interesting image of a strikingly intense radioiodine accumulation of a histologically proven pancreatic adenocarcinoma mimicking metastasis of differentiated thyroid cancer in a 63-year-old woman with recurrence of papillary thyroid carcinoma undergoing radioiodine therapy. This interesting image should draw attention to considering pancreatic adenocarcinoma in radioiodine-positive pancreatic lesions

PSMA-Positive Follicular Thyroid Carcinoma Incidentally Detected by [68Ga]Ga-PSMA-11 PET/CT: Correlation with Immunohistology Confirms Neovascular PSMA-Expression

We present an interesting image of an intense PSMA-positive follicular thyroid carci noma incidentally detected by [68Ga]Ga-PSMA-11 PET/CT in a 76-year-old man with biochemical recurrence of prostate cancer. Immunohistochemical staining demonstrated PSMA expression in the endothelial cells of tumor tissue. This interesting image should remind colleagues to consider malignant thyroid neoplasia in PSMA-positive thyroid lesions

Addition of Standard Enzalutamide Medication Shows Synergistic Effects on Response to [177Lu]Lu-PSMA-617 Radioligand Therapy in mCRPC Patients with Imminent Treatment Failure—Preliminary Evidence of Pilot Experience

Well-received strong efficacy of prostate-specific membrane antigen (PSMA)-targeted radioligand therapy (RLT) does not prevent patients from either early or eventual disease progression under this treatment. In this study, we investigated co-medication with enzalutamide as a potential re-sensitizer for PSMA-RLT in patients with imminent treatment failure on standard 177Lu-based PSMA-RLT. Ten mCRPC patients who exhibited an insufficient response to conventional [177Lu]Lu PSMA-617 RLT received oral medication of enzalutamide 160 mg/d as an adjunct to continued PSMA RLT. Prostate-specific antigen (PSA) and standard toxicity screening lab work-up were performed to assess the treatment efficacy and safety in these individuals. The mean PSA increase under PSMA-RLT before starting the re-sensitizing procedure was 22.4 ± 26.5%. After the introduction of enzalutamide medication, all patients experienced a PSA decrease, –43.4 ± 20.0% and –48.2 ± 39.0%, after one and two cycles of enzalutamide-augmented PSMA-RLT, respectively. A total of 70% of patients (7/10) experienced partial remission, with a median best PSA response of –62%. Moreover, 5/6 enzalutamide-naïve patients and 2/4 patients who had previously failed enzalutamide exhibited a partial remission. There was no relevant enzalutamide-induced toxicity observed in this small cohort. This pilot experience suggests the synergistic potential of adding enzalutamide to PSMA-RLT derived from the intra-individual comparison of 177Lu-based PSMA-RLT ± enzalutamide

CT-Guided Drainage of Fluid Collections Following Liver Resection: Technical and Clinical Outcome of 143 Patients during a 14-Year Period

PURPOSE To retrospectively evaluate the technical and clinical outcome of patients with symptomatic postoperative fluid collections following liver resection treated with CT-guided drainage (CTD). METHODS 143 suitable patients were examined between 2004 and 2017. Technical success was defined as (a) sufficient drainage of the fluid collection and (b) the non-occurrence of peri-interventional complications requiring surgical treatment with minor or prolonged hospitalization. Clinical success was defined as (a) decreasing or normalization of specific blood parameters within 30 days after intervention and (b) no surgical revision in addition to intervention required. C-reactive protein (CRP), leukocytes and Total Serum Bilirubin (TSB) were assessed. Dose length product (DLP) for the intervention parts was determined. RESULTS Technical success was achieved in 99.5% of 189 performed interventions. Clinical success was reached in 74% for CRP, in 86.7% for Leukocytes and in 62.1% for TSB. The median of successful decrease was 6.0 days for CRP, 3.5 days for Leukocytes and 5.5 days for TSB. In 90.2%, no surgical revision was necessary. Total DLP was significantly lower in the second half of the observation period (median 536.0 mGy*cm between years 2011 and 2017 vs. median 745.5 mGy*cm between years 2004 and 2010). CONCLUSIONS Technical success rate of CTD was very high, and clinical success rate was fair to good. Reduction of the radiation dose reflects developments of CT technology and increased experience of the interventional radiologists

Upregulation of PSMA Expression by Enzalutamide in Patients with Advanced mCRPC

In this study, we investigated upregulation of prostate-specific membrane antigen (PSMA) by enzalutamide in a cohort (n = 30) of patients with advanced metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC). Patients were examined by [68Ga]Ga-PSMA-11 PET/CT pre- and post-enzalutamide medication (mean 13 ± 7 days). Imaging results were compared based on quantification of wholebody PSMA tumor burden: total lesion PSMA (TLP) and normalized TLP values to liver (TLP-LR) and to parotid gland (TLP-PR). In addition, lesion-based analyses were performed. The median (mean) increases in TLP, TLP-LR and TLP-PR after enzalutamide medication were 10.1% (20.2%), 29.5% (34.8%) and 27.6% (24.4%), respectively. These increases were statistically significant (p = 0.002, p < 0.001, and p < 0.001), while prostate-specific antigen (PSA) serum values did not change significantly (p = 0.483). The increase was independent of prior patient exposure to enzalutamide. SUVmax increased substantially (>10%) in 49.6% of target lesions. The relative change was significantly higher in the subgroup of lesions with SUVmax < 10 (p < 0.001). In conclusion, short-term enzalutamide medication significantly increases PSMA expression in patients with mCRPC, irrespective of prior enzalutamide exposure. The relative PSMA upregulation effect seems to be more pronounced in lesions with only moderate baseline PSMA expression. Enzalutamide may provide a potential enhancer medication for PSMA-targeted radioligand therapy