Pathogenese des mutierten Ca2+-Kanals CACNA1H beim primären Hyperaldosteronismus und Rolle der zellulären pH-Homöostase für die Regulation der Aldosteronproduktion in Nebennierenzellen

Primärer Hyperaldosteronismus (PA) ist eine der häufigsten Grunderkrankungen, die zur Entstehung von Bluthochdruck führt. Kennzeichnend dabei ist die unkontrollierte Überproduktion des Mineralocorticoids Aldosteron in Zellen der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde. Aldos¬teron aktiviert die Na+ Resorption und K+ Sekretion in der Niere und trägt somit entscheidend zur Regula-tion des Elektrolyt- und Wasserhaushalts bei. Physiologisch erfolgt die Stimulation der Aldosteronproduktion hauptsächlich durch eine erhöhte Plasmakaliumkonzentration und Angiotensin II (Ang II). Beides führt zu einer Depolarisation des Membranpotentials und infolgedessen zum Öffnen spannungs¬aktivierter Calciumkanäle. Dadurch kommt es zum Anstieg der intrazelluläre Ca2+ Konzentration, wodurch Ca2+/Calmodulin-abhängige Kinasen (CaMK) aktiviert werden und es so letztendlich zu einer erhöhten Expression der Aldosteronsynthase (CYP11B2) kommt. Eine wichtige Rolle spielt hierbei der T Typ Calciumkanal CACNA1H (CaV3.2). Verschiedene Mutationen dieses Kanals konnten in den vergangenen Jahren auch bei PA Patienten gefunden wer-den. Neben Ca2+ spielen aber auch weitere Faktoren eine wichtige Rolle bei der Aldosteron¬synthese. Der intra¬zellulären pH Wert ist einer davon. Über welche Signalwege der pH Wert Einfluss auf die Aldos¬teronproduktion nimmt, ist bisher allerdings unklar. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war, zu untersuchen, welche Auswirkung die CACNA1H-Mutation M1549V auf die Kanalfunktion im adrenalen Zellmodell hat. Dies soll zu einem besseren Verständnis der Pathophysiologie dieser Mutation bei der Entstehung von PA führen. Ein weiteres Ziel war, mögliche Signalwege zu entschlüsseln, über welche der intrazelluläre pH die Aldosteronsynthese reguliert. Mittels Ganzzell Patch Clamp Messungen wurde gezeigt, dass in adrenalen NCI H295R-Zellen CACNA1HM1549V bei physiologischen Ionenkonzentrationen bereits bei stärker hyperpolarisiertem Membranpotential öffnet und somit im Bereich des Ruhemembranpotentials von nativen Glome-rulosazellen aktiv ist. Daneben entwickelten Zellen, welche die Mutante überexprimierten, deutliche Oszillationen des Membranpotentials. Weiterhin wurde gezeigt, dass die veränderten elektrophysio-logischen Eigenschaften von CACNA1HM1549V zu einer Störung der zellulären Ca2+ Homöostase füh-ren. Zusätzlich wurde die Bedeutung der extrazellulären Na+ Konzentration untersucht, da T Typ Calciumkanäle zu einem gewissen Grad auch Na+ permeabel sind. Die Ent¬fernung von Na+ aus der extrazellulären Lösung führte in Zellen mit mutiertem Kanal zu einer Reduktion des CACNA1H-Stroms, der Membranpotentialoszillationen und der intrazellulären Ca2+ Aktivität. Weiterhin wurde gezeigt, dass CACNA1HM1549V zu einer intra¬zellulären Ansäuerung führt, diese Veränderung des pH allerdings nicht ursächlich für die veränderte Ca2+ Aktivität unter Na+ freien Bedingungen ist. Die Versuche verdeutlichen somit die Bedeutung von CACNA1H für die Aldosteronsynthese. Gleichzeitig wird klar, wie CACNA1HM1549V zu einer stimulationsunabhängigen Aldos¬teronproduktion – und somit zum Krankheitsbild des PA – führen kann. Um zu untersuchen, über welche Signalwege der intrazelluläre pH-Wert die Aldosteronproduktion beeinflusst, wurden Zellen mit Kalium oder Ang II und zusätzlich Natriumacetat (NaAc) stimuliert. Gleichzeitig wurden verschiedene Signalwege durch entsprechende Inhibitoren gehemmt. Zunächst zeigte sich, dass NaAc die Kalium- und Ang II-stimulierte Aldosteronproduktion verstärkt. Durch Hemmung von spannungsgesteuerten Calciumkanälen und CaMK wurde deutlich, dass dieser NaAc-Effekt teilweise Ca2+ vermittelt ist. Insbesondere bei Ang II Stimulation werden jedoch weitere pH abhängige Signalwege aktiviert. Eine Hemmung der Proteinkinase C (PKC) und der Proteinkina-se D (PKD) zeigte, dass vor allem die PKD in Ang II-stimulierten NCI Zellen für die Aldos¬teronsynthese wichtig ist und dieser Signalweg auch durch den pH Wert beeinflusst wird. Allerdings scheint die PKD die Aldosteronsynthese vornehmlich über StAR und CYP21A2 zu regulieren, während CYP11B2 dabei eine eher untergeordnete Rolle einnimmt. Des Weiteren wurde eine Proteom¬analyse durchgeführt, wobei unstimulierte und verschieden stimulierte Zellen miteinander verglichen wurden. Hiermit soll-ten weitere Proteine identifiziert werden, die bisher im Zusammenhang mit Aldos¬teron und dessen Regulation unbekannt waren und deren Expression auch durch NaAc beeinflusst wird. Die erhaltenen Kandidaten sollten jedoch in unabhängigen Experimenten nochmals bestätigt werden. Dazu wurden erste Vorversuche durchgeführt, die die Ergebnisse der Proteomanalyse nur teilweise bestätigen. Jedoch sind weitere Versuche nötig, um zu klären, über welche genauen Mechanismen der pH Wert die Aldosteronsynthese beeinflusst

App-Based Coaching to Prevent Addictive Behaviors among Young Adults

Abstract: Background: Vocational students have an increased risk to engage in health-risk behaviors compared to same-aged peers. To date, evidence-based digital prevention approaches that address multiple health-risk behaviors are rare. Method: The randomized-controlled trial (RCT) “Prevention of at-risk substance and Internet use disorders among vocational students” (PARI) investigates the efficacy of an app-based prevention approach compared to a waitlist-control condition. The aim is to prevent substance-related and behavioral addictions and improve life skills. An existing app (ready4life) was adapted under consideration of focus groups with teachers, prevention experts, and students. A Delphi expert group rated the quality of the approach. The efficacy of the modified ready4life app is currently being tested in a RCT. The proactive recruitment takes place in German vocational schools. After participating in an app-based screening (T0), participants get individualized feedback and will be cluster-randomized per class to the intervention group (IG; n=1.250) or control group (CG; n=1.250). The IG chooses two out of six modules: Social competence, stress management, cannabis, tobacco, alcohol, social media/gaming. The CG receives information on how to improve health behaviors. Follow-ups are conducted after 6 months (T1) and 12 months (T2). Conclusion: This RCT provides data on a multibehavioral prevention approach for vocational students. Final results are expected in 2023

Macrophages: From Simple Phagocyte to an Integrative Regulatory Cell for Inflammation and Tissue Regeneration—A Review of the Literature

The understanding of macrophages and their pathophysiological role has dramatically changed within the last decades. Macrophages represent a very interesting cell type with regard to biomaterial-based tissue engineering and regeneration. In this context, macrophages play a crucial role in the biocompatibility and degradation of implanted biomaterials. Furthermore, a better understanding of the functionality of macrophages opens perspectives for potential guidance and modulation to turn inflammation into regeneration. Such knowledge may help to improve not only the biocompatibility of scaffold materials but also the integration, maturation, and preservation of scaffold-cell constructs or induce regeneration. Nowadays, macrophages are classified into two subpopulations, the classically activated macrophages (M1 macrophages) with pro-inflammatory properties and the alternatively activated macrophages (M2 macrophages) with anti-inflammatory properties. The present narrative review gives an overview of the different functions of macrophages and summarizes the recent state of knowledge regarding different types of macrophages and their functions, with special emphasis on tissue engineering and tissue regeneration

3D Visualization, Skeletonization and Branching Analysis of Blood Vessels in Angiogenesis

Angiogenesis is the process of new blood vessels growing from existing vasculature. Visualizing them as a three-dimensional (3D) model is a challenging, yet relevant, task as it would be of great help to researchers, pathologists, and medical doctors. A branching analysis on the 3D model would further facilitate research and diagnostic purposes. In this paper, a pipeline of vision algorithms is elaborated to visualize and analyze blood vessels in 3D from formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) granulation tissue sections with two different staining methods. First, a U-net neural network is used to segment blood vessels from the tissues. Second, image registration is used to align the consecutive images. Coarse registration using an image-intensity optimization technique, followed by finetuning using a neural network based on Spatial Transformers, results in an excellent alignment of images. Lastly, the corresponding segmented masks depicting the blood vessels are aligned and interpolated using the results of the image registration, resulting in a visualized 3D model. Additionally, a skeletonization algorithm is used to analyze the branching characteristics of the 3D vascular model. In summary, computer vision and deep learning is used to reconstruct, visualize and analyze a 3D vascular model from a set of parallel tissue samples. Our technique opens innovative perspectives in the pathophysiological understanding of vascular morphogenesis under different pathophysiological conditions and its potential diagnostic role

Hadron structure from lattice quantum chromodynamics

This is a review of hadron structure physics from lattice QCD. Throughout this report, we place emphasis on the contribution of lattice results to our understanding of a number of fundamental physics questions related to, e.g., the origin and distribution of the charge, magnetization, momentum and spin of hadrons. Following an introduction to some of the most important hadron structure observables, we summarize the methods and techniques employed for their calculation in lattice QCD. We briefly discuss the status of relevant chiral perturbation theory calculations needed for controlled extrapolations of the lattice results to the physical point. In the main part of this report, we give an overview of lattice calculations on hadron form factors, moments of (generalized) parton distributions, moments of hadron distribution amplitudes, and other important hadron structure observables. Whenever applicable, we compare with results from experiment and phenomenology, taking into account systematic uncertainties in the lattice computations. Finally, we discuss promising results based on new approaches, ideas and techniques, and close with remarks on future perspectives of the field.Comment: 189 pages, to be published in Physics Report

Cellular Pathophysiology of Mutant Voltage-Dependent Ca2+ Channel CACNA1H in Primary Aldosteronism

The physiological stimulation of aldosterone production in adrenocortical glomerulosa cells by angiotensin II and high plasma K+ depends on the depolarization of the cell membrane potential and the subsequent Ca2+ influx via voltage-activated Ca2+ channels. Germline mutations of the low-voltage activated T-type Ca2+ channel CACNA1H (Cav3.2) have been found in patients with primary aldosteronism. Here, we investigated the electrophysiology and Ca2+ signaling of adrenal NCI-H295R cells overexpressing CACNA1H wildtype and mutant M1549V in order to understand how mutant CACNA1H alters adrenal cell function. Whole-cell patch-clamp measurements revealed a strong activation of mutant CACNA1H at the resting membrane potential of adrenal cells. Both the expression of wildtype and mutant CACNA1H led to a depolarized membrane potential. In addition, cells expressing mutant CACNA1H developed pronounced action potential-like membrane voltage oscillations. Ca2+ measurements showed an increased basal Ca2+ activity, an altered K+ sensitivity, and abnormal oscillating Ca2+ changes in cells with mutant CACNA1H. In addition, removal of extracellular Na+ reduced CACNA1H current, voltage oscillations, and Ca(2+ )levels in mutant cells, suggesting a role of the partial Na+ conductance of CACNA1H in cellular pathology. In conclusion, the pathogenesis of stimulus-independent aldosterone production in patients with CACNA1H mutations involves several factors: i) a loss of normal control of the membrane potential, ii) an increasedCa(2+) influx at basal conditions, and iii) alterations in sensitivity to extracellular K+ and Na+. Finally, our findings underline the importance of CACNA1H in the control of aldosterone production and support the concept of the glomerulosa cell as an electrical oscillator

A Service of zbw Optimal Contracts for Lenient Supervisors Optimal Contracts for Lenient Supervisors Optimal Contracts for Lenient Supervisors*

Standard-Nutzungsbedingungen: Die Dokumente auf EconStor dürfen zu eigenen wissenschaftlichen Zwecken und zum Privatgebrauch gespeichert und kopiert werden. Sie dürfen die Dokumente nicht für öffentliche oder kommerzielle Zwecke vervielfältigen, öffentlich ausstellen, öffentlich zugänglich machen, vertreiben oder anderweitig nutzen. Sofern die Verfasser die Dokumente unter Open-Content-Lizenzen (insbesondere CC-Lizenzen) zur Verfügung gestellt haben sollten, gelten abweichend von diesen Nutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte. Terms of use: Documents in Optimal Contracts for Lenient Supervisors Thomas Giebe* Oliver Gürtler** Optimal Contracts for Lenient Supervisors* Thomas Giebe, Humboldt University Berlin**, Oliver Gürtler, University of Bonn*** Abstract We consider a situation where an agent's effort is monitored by a supervisor who cares for the agent's well-being. This is modeled by incorporating the agent's utility into the utility function of the supervisor. The first-best solution can be implemented even if the supervisor's preferences are unknown. The corresponding optimal contract is similar to what we observe in practice: The supervisor's wage is constant and independent of his report. It induces one type of supervisor to report the agent's performance truthfully, while all others report favorably independent of performance. This implies that overstated performance (leniency bias) may be the outcome of optimal contracts under informational asymmetries

App-Based Coaching to Prevent Addictive Behaviors among Young Adults

Background: Vocational students have an increased risk to engage in health-risk behaviors compared to same-aged peers. To date, evidence-based digital prevention approaches that address multiple health-risk behaviors are rare. Method: The randomized-controlled trial (RCT) 'Prevention of at-risk substance and Internet use disorders among vocational students' (PARI) investigates the efficacy of an app-based prevention approach compared to a waitlist-control condition. The aim is to prevent substance-related and behavioral addictions and improve life skills. An existing app (ready4life) was adapted under consideration of focus groups with teachers, prevention experts, and students. A Delphi expert group rated the quality of the approach. The efficacy of the modified ready4life app is currently being tested in a RCT. The proactive recruitment takes place in German vocational schools. After participating in an app-based screening (T0), participants get individualized feedback and will be cluster-randomized per class to the intervention group (IG; n=1.250) or control group (CG; n=1.250). The IG chooses two out of six modules: Social competence, stress management, cannabis, tobacco, alcohol, social media/gaming. The CG receives information on how to improve health behaviors. Follow-ups are conducted after 6 months (T1) and 12 months (T2). Conclusion: This RCT provides data on a multibehavioral prevention approach for vocational students. Final results are expected in 2023