Untersuchungen zur Transaktivierung und Degradation des Nukleären Hormonrezeptors PPARγ

Nukleäre Hormonrezeptoren (NHRs) spielen eine bedeutende Rolle in einer großen Zahl physiologischer und pathologischer Vorgänge des menschlichen Organismus. Sie wirken als Transkriptionsfaktoren, deren Aktivität von Liganden reguliert wird. Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ) ist ein Mitglied der Familie der NHRs und hat unter anderem Einfluss auf die Adipogenese, die Regulation der systemischen Insulin-Sensitivität, den Fettstoffwechsel, die Tumor-Biologie und die Inflammation. PPARγ reguliert Gene, indem er als Heterodimer mit dem Retinoic X Rezeptor (RXR) an Promotorregionen bindet. Die in der Therapie des Diabetes Typ 2 als „Insulin-Sensitizer“ verwendeten Thiazolidinedione (TZDs), wie z.B. Rosiglitazon, sind hochpotente synthetische PPARγ-Liganden. Die Aktivierung von PPARγ durch Ligand führt aber auch zu einer Ubiquitinierung des Rezeptors mit nachfolgendem proteasomalen Abbau des Proteins. Aufgrund der verschiedenen Effekte von PPARγ wäre es von großer biologischer und therapeutischer Bedeutung, wenn es gelänge, die Aktivität dieses Transkriptionsfaktors selektiv zu beeinflussen. Dazu ist es notwendig, die Prozesse bei der Aktivierung von PPARγ genauer zu verstehen. In dieser Arbeit sollte der Frage nachgegangen werden, ob die ligandabhängige transkriptionelle Aktivität und Degradation miteinander gekoppelt sind. Für RXR wurden Punktmutanten beschrieben, deren Transaktivierung und Degradation unabhängig voneinander ablaufen. Ein Ziel dieser Arbeit war es, zu diesen RXR-Punktmutanten strukturgleiche, analoge PPARγ-Punktmutanten zu klonieren und zu charakterisieren. Es zeigte sich, dass bestimmte PPARγ-Punktmutanten eine reduzierte Affinität zu PPARγ-Ligand aufwiesen. Unter optimaler Ligandkonzentration wiesen alle PPARγ-Punktmutanten eine stark verringerte transkriptionelle Aktivität auf. In weiteren Versuchen zeigte sich, dass nur transkriptionell aktive PPARγ-Allele ligandabhängig abgebaut werden. Dagegen wurden die transkriptionell inaktiven PPARγ-Mutanten nicht abgebaut bzw. sogar stabilisiert. Zusammenfassend kann man daraus schließen, dass für PPARγ transkriptionelle Aktivität und Degradation notwendig miteinander gekoppelt sind. Weiterhin wurde in dieser Arbeit untersucht, auf welche Weise das Proteasom an der Regulation der transkriptionellen Aktivität von PPARγ beteiligt ist. Eine Reihe von Studien, die die transkriptionelle Aktivität von PPARγ mittels exogener Reporterkonstrukte maß, ergab, dass die Hemmung der Proteasomaktivität zu einer Steigerung der Transaktivierung von PPARγ führt. Demgegenüber konnte hier gezeigt werden, dass die ligandabhängige Expression von endogenen PPARγ-Zielgenen durch Proteasom-Inhibition gehemmt wird. Dies ist ein Hinweis darauf, dass anders als bisher vermutet die transkriptionelle Aktivierung der hier untersuchten endogenen Zielgene durch PPARγ die Aktivität des Proteasoms benötigt

Bone preserving level of osteotomy in short-stem total hip arthroplasty does not influence stress shielding dimensions – a comparing finite elements analysis

Background The main objective of every new development in total hip arthroplasty (THA) is the longest possible survival of the implant. Periprosthetic stress shielding is a scientifically proven phenomenon which leads to inadvertent bone loss. So far, many studies have analysed whether implanting different hip stem prostheses result in significant preservation of bone stock. The aim of this preclinical study was to investigate design- depended differences of the stress shielding effect after implantation of a selection of short-stem THA-prostheses that are currently available. Methods Based on computerised tomography (CT), a finite elements (FE) model was generated and a virtual THA was performed with different stem designs of the implant. Stems were chosen by osteotomy level at the femoral neck (collum, partial collum, trochanter sparing, trochanter harming). Analyses were performed with previously validated FE models to identify changes in the strain energy density (SED). Results In the trochanteric region, only the collum-type stem demonstrated a biomechanical behaviour similar to the native femur. In contrast, no difference in biomechanical behaviour was found between partial collum, trochanter harming and trochanter sparing models. All of the short stem-prostheses showed lower stress-shielding than a standard stem. Conclusion Based on the results of this study, we cannot confirm that the design of current short stem THA-implants leads to a different stress shielding effect with regard to the level of osteotomy. Somehow unexpected, we found a bone stock protection in metadiaphyseal bone by simulating a more distal approach for osteotomy. Further clinical and biomechanical research including long-term results is needed to understand the influence of short- stem THA on bone remodelling and to find the optimal stem-design for a reduction of the stress shielding effect

COVID-19 Patients Require Prolonged Extracorporeal Membrane Oxygenation Support for Survival Compared With Non-COVID-19 Patients

OBJECTIVES: To investigate the ICU survival of venovenous extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) patients suffering from COVID-19–related acute respiratory distress syndrome (ARDS) versus ECMO patients without COVID-19 (non-COVID-19)–related ARDS. DESIGN: Preliminary analysis of data from two prospective ECMO trials and retrospective analysis of a cohort of ARDS ECMO patients. SETTING: Single-center ICU. PATIENTS: Adult ARDS ECMO patients, 16 COVID-19 versus 23 non-COVID-19 patients. Analysis of retrospective data from 346 adult ARDS ECMO patients. INTERVENTIONS: None. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: COVID-19 and non-COVID-19 ARDS patients did not differ with respect to preexisting disease or body mass index. ICU survival rate was 62% for COVID-19 ECMO patients and 70% for non-COVID-19 ECMO patients. COVID-19 ECMO survivors were supported with ECMO for a median of 43 days (interquartile range [IQR], 18–58 d) versus 16 days (IQR, 19–39 d; p = 0.03) for non-COVID-19 patients. The median duration of ECMO therapy for all ARDS patients between 2007 and 2018 was 15 days (IQR, 6–28 d). The subgroup of patients suffering from any viral pneumonia received ECMO support for a median of 16 days (IQR, 9–27 d), survivors of influenza pneumonia received ECMO support for 13 days (IQR, 7–25 d). CONCLUSIONS: COVID-19 patients required significant longer ECMO support compared with patients without COVID-19 to achieve successful ECMO weaning and ICU survival

Transfusion of red blood cells does not impact progression‐free and overall survival after surgery for ovarian cancer

BACKGROUND: Allogeneic red blood cells (RBCs) have the potential to impact the immunosurveillance of the recipient and may therefore increase the risk of recurrence after cancer surgery. In this article the relationship between perioperative RBC transfusion and the risk of recurrence after ovarian cancer surgery is examined. STUDY DESIGN AND METHODS: This is a retrospective cohort analysis of a prospective database of patients who underwent surgery due to primary ovarian cancer between 2006 and 2014 and who had no residual disease after surgery. Patients who did and did not receive perioperative RBC transfusion were compared. The primary endpoint was progression-free survival (PFS). Propensity score matching (PSM) and Cox proportional hazards regression (CPH) was used to control for between-group differences of prognostic determinants. RESULTS: A total of 529 patients with a median follow-up of 51.4 months (95% CI, 46.1-56.5) were eligible for analysis. Of those, 408 patients (77.1%) received allogeneic, leukoreduced RBCs with a median of 4 units (IQR, 2-6) per patient. There was a strong selection bias of prognostic determinants between patients with and without transfusion. In unadjusted analysis, transfusion of RBCs was associated with an increased risk of cancer recurrence (hazard ratio [HR] of PFS 2.71 [95% CI, 1.94-3.77], p < 0.001). After bias reduction, transfusion of RBCs was no longer associated with an increased risk of cancer recurrence, neither in PSM-adjusted (HR 1.03 [95% CI, 0.59-1.80], p = 0.91), nor in multivariable CPH-adjusted analysis (HR 1.26 [95% CI, 0.85-1.86], p = 0.23). CONCLUSION Perioperative transfusion of RBCs did not increase the risk of recurrence after ovarian cancer surgery

Induction of severe hypoxemia and low lung recruitability for the evaluation of therapeutic ventilation strategies: a translational model of combined surfactant-depletion and ventilator-induced lung injury

Background: Models of hypoxemic lung injury caused by lavage-induced pulmonary surfactant depletion are prone to prompt recovery of blood oxygenation following recruitment maneuvers and have limited translational validity. We hypothesized that addition of injurious ventilation following surfactant-depletion creates a model of the acute respiratory distress syndrome (ARDS) with persistently low recruitability and higher levels of titrated "best" positive end-expiratory pressure (PEEP) during protective ventilation. Methods: Two types of porcine lung injury were induced by lung lavage and 3 h of either protective or injurious ventilation, followed by 3 h of protective ventilation (N = 6 per group). Recruitment maneuvers (RM) and decremental PEEP trials comparing oxygenation versus dynamic compliance were performed after lavage and at 3 h intervals of ventilation. Pulmonary gas exchange function, respiratory mechanics, and ventilator-derived parameters were assessed after each RM to map the course of injury severity and recruitability. Results: Lung lavage impaired respiratory system compliance (C-rs) and produced arterial oxygen tensions (PaO2) of 84 +/- 13 and 80 +/- 15 (FIO2 = 1.0) with prompt increase after RM to 270-395 mmHg in both groups. After subsequent 3 h of either protective or injurious ventilation, PaO2/FIO2 was 104 +/- 26 vs. 154 +/- 123 and increased to 369 +/- 132 vs. 167 +/- 87 mmHg in response to RM, respectively. After additional 3 h of protective ventilation, PaO2/FIO2 was 120 +/- 15 vs. 128 +/- 37 and increased to 470 +/- 68 vs. 185 +/- 129 mmHg in response to RM, respectively. Subsequently, decremental PEEP titration revealed that C-rs peaked at 36 +/- 10 vs. 25 +/- 5 ml/cm H2O with PEEP of 12 vs. 16 cmH(2)O, and PaO2/FIO2 peaked at 563 +/- 83 vs. 334 +/- 148 mm Hg with PEEP of 16 vs. 22 cmH(2)O in the protective vs. injurious ventilation groups, respectively. The large disparity of recruitability between groups was not reflected in the C-rs nor the magnitude of mechanical power present after injurious ventilation, once protective ventilation was resumed. Conclusion: Addition of transitory injurious ventilation after lung lavage causes prolonged acute lung injury with diffuse alveolar damage and low recruitability yielding high titrated PEEP levels. Mimicking lung mechanical and functional characteristics of ARDS, this porcine model rectifies the constraints of single-hit lavage models and may enhance the translation of experimental research on mechanical ventilation strategies

Oxygen-transport in the blood and the respiratory chain: endogenous protection mechanisms against hemoglobin-toxicity and oxidative stress

Der Abbau von Glukose unter Verbrauch von Sauerstoff und die damit erfolgende chemische Energieumwandlung ist der wichtigste Stoffwechselprozess im menschlichen Körper und Grundlage unseres Lebens. Die ertragreichsten Schritte dieses Prozesses laufen in spezialisierten Kompartimenten fast jeder Zelle ab, den Mitochondrien. Hier befindet sich die sogenannte Atmungskette für die „innere Atmung“. Zu den einzelnen Zellen gelangt Sauerstoff mit Hilfe des Blutkreislaufs. Der Transport im Blut erfolgt dabei durch Erythrozyten. Dies sind Zellen, die über das in ihnen enthaltene Hämoglobin reversibel Sauerstoff binden können und auf diese Weise den Sauerstoff in den Lungen, dem Organ der „äußeren Atmung“, aufnehmen und in das Kapillarsystem jedes Gewebes transportieren. In der vorliegenden Synopsis sind grundlagenwissenschaftliche Arbeiten zusammengefasst, die sich mit Komplikationen des intravasalen und intrazellulären Sauerstofftransports beschäftigen. Weiterhin wurde die Funktion einiger körpereigener Proteine untersucht, die regulatorisch in diese Pathomechanismen eingreifen können. Möglicherweise besitzen sie therapeutisches Potential, um spezifische, mit dem Sauerstofftransport assoziierte Komplikationen im menschlichen Organismus zu verhindern. Die Untersuchungen mit Hilfe verschiedener Tiermodelle konnten zeigen, dass eine Transfusion mit prolongiert gelagerten Erythrozytenkonzentraten im Vergleich zur Transfusion frischer Erythrozytenkonzentrate aufgrund einer ausgeprägten intravasalen Hämolyse mit einer höheren Mortalität, vermehrter Inflammation, ausgeprägter Nierenschädigung und einem pulmonalarteriellen Blutdruckanstieg assoziiert war. Gleichzeitig konnte mit dem Hämoglobin-Binder Haptoglobin ein endogenes Protein identifiziert werden, das bei Mäusen mit gesundem Endothel therapeutisch genutzt werden konnte, um den Hämoglobin-assoziierten Hypertonus zu verhindern. Weiterhin konnte die Therapie mit Haptoglobin den durch zellfreies Hämoglobin verursachten Nierenschaden verhindern. Haptoglobin und das Häm- Bindeprotein Hemopexin zeigten protektive Effekte auf das Überleben und die Inflammationsreaktion bei Mäusen, die nach zweistündigem, hypotensivem hämorrhagischem Schock eine Massivtransfusion von prolongiert gelagerten Erythrozytenkonzentraten erhielten. In weiteren Untersuchungen konnte demonstriert werden, dass freies Eisen als weiteres Erythrozytenzerfallsprodukt über eine verstärkte Produktion von reaktiven Sauerstoffmetaboliten in den Mitochondrien die Inflammationsantwort von Immunzellen nach Stimulation mit Lipopolysaccharid massiv steigerte. Die Atmungskette in den Mitochondrien ist die Hauptquelle für die Produktion von reaktiven Sauerstoffradikalen bei oxidativem Stress. Mit den Uncoupling Proteinen existieren induzierbare Membrankanäle, die über eine Entkopplung der inneren Atmung die Produktion der reaktiven Sauerstoffradikale reduzieren können. Die weiteren Untersuchungen in Tiermodellen, in denen chronische Alkoholaufnahme oxidativen Stress induzierte, zeigten, dass im Gehirn die Produktion der Uncoupling Proteine UCP-2 und UCP-4 signifikant gesteigert wurde. In Organen, die eine hohe Expression von UCP-2 unter physiologischen Bedingungen aufwiesen, geschah dies hingegen nicht. Im Rahmen der hier zusammengefassten Arbeiten konnte das Verständnis über körpereigene Proteine, die protektiv gegenüber der Bildung von reaktiven Sauerstoffverbindungen in den Mitochondrien wirken sowie über zwei weitere endogene Proteine, die Nebenwirkungen der Erythrozytenzerfallsprodukte Hämoglobin und Häm verhindern, erweitert werden. Auch wenn die organspezifische Wirkung und selektive Aktivierung der Uncoupling Proteine weitere grundlagenwissenschaftliche Aufklärung erfordert, so konnten andererseits mit Haptoglobin und Hemopexin zwei vielversprechende Kandidaten identifiziert werden, die möglicherweise auch beim Menschen ein hohes therapeutisches Potential aufweisen, um mit Hämolyse vergesellschaftete Komplikationen zu therapieren oder zu verhindern. Dies kann nicht nur relevant sein für Patienten mit genetisch determinierten hämolytischen Erkrankungen, wie der Sichelzellkrankheit oder den Thalassämien, sondern neben der Malaria auch in vielen relevanten intensivmedizinischen Situationen wie der Transfusion prolongiert gelagerter Erythrozytenkonzentrate, nach prologiertem kardiopulmonalem Bypass, in der Sepsis oder bei einem schweren ARDS.The current synopsis addresses experimental studies on the intravasal and intracellular oxygen-transport. In different animal models, transfusion of red blood cell concentrates that were stored for prolonged periods of time was associated with increased mortality, increased renal damage and inflammation and an increase in pulmonary and systemic arterial pressure compared to transfusion of fresh red blood cells. Treatment with the endogenous hemoglobin-scavenger haptoglobin could prevent hemoglobin-associated hypertension. In addition, haptoglobin therapy was found to prevent renal damage after hemorrhagic shock and transfusion of red blood cell concentrates stored for prolonged intervals. Furthermore, treatment with haptoglobin or the endogenous heme-scavenger hemopexin ameliorated mortality after two hours of murine hemorrhagic shock and resuscitation with red blood cell concentrates stored for prolonged intervals. Additional studies demonstrated that free iron, which is frequently released in situations of acute or chronic hemolysis, was able to increase the inflammatory response of immune cells after treatment with LPS and led to an increased production of reactive oxygen species in the mitochondria. The major source of reactive oxygen species production in situations of oxidative stress is located in the respiratory chain of the inner mitochondrial membrane. Uncoupling proteins are known to uncouple the proton gradient of the inner mitochondrial membrane with a consecutively reduced production of reactive oxygen species. Chronic alcohol consumption was found to be associated with increased production of uncoupling proteins UCP-2 and UCP-4 in the rat brain. The organ-specific action and selective activation of UCP-2 and UCP-4 is subject of ongoing research. However, with haptoglobin and hemopexin there are already two promising candidates that should be evaluated in clinical studies for therapy of hemolysis-associated complications. This might include the pathophysiology associated with sickle cell disease, thalassemia, malaria, sepsis and ARDS or after therapeutic interventions such as blood transfusions with old red blood cell concentrates, cardiopulmonary bypass or extracorporeal membrane oxygenation

Untersuchungen zur Transaktivierung und Degradation des Nukleären Hormonrezeptors PPARγ

Nukleäre Hormonrezeptoren (NHRs) spielen eine bedeutende Rolle in einer großen Zahl physiologischer und pathologischer Vorgänge des menschlichen Organismus. Sie wirken als Transkriptionsfaktoren, deren Aktivität von Liganden reguliert wird. Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma (PPARγ) ist ein Mitglied der Familie der NHRs und hat unter anderem Einfluss auf die Adipogenese, die Regulation der systemischen Insulin-Sensitivität, den Fettstoffwechsel, die Tumor-Biologie und die Inflammation. PPARγ reguliert Gene, indem er als Heterodimer mit dem Retinoic X Rezeptor (RXR) an Promotorregionen bindet. Die in der Therapie des Diabetes Typ 2 als „Insulin-Sensitizer“ verwendeten Thiazolidinedione (TZDs), wie z.B. Rosiglitazon, sind hochpotente synthetische PPARγ-Liganden. Die Aktivierung von PPARγ durch Ligand führt aber auch zu einer Ubiquitinierung des Rezeptors mit nachfolgendem proteasomalen Abbau des Proteins. Aufgrund der verschiedenen Effekte von PPARγ wäre es von großer biologischer und therapeutischer Bedeutung, wenn es gelänge, die Aktivität dieses Transkriptionsfaktors selektiv zu beeinflussen. Dazu ist es notwendig, die Prozesse bei der Aktivierung von PPARγ genauer zu verstehen. In dieser Arbeit sollte der Frage nachgegangen werden, ob die ligandabhängige transkriptionelle Aktivität und Degradation miteinander gekoppelt sind. Für RXR wurden Punktmutanten beschrieben, deren Transaktivierung und Degradation unabhängig voneinander ablaufen. Ein Ziel dieser Arbeit war es, zu diesen RXR-Punktmutanten strukturgleiche, analoge PPARγ-Punktmutanten zu klonieren und zu charakterisieren. Es zeigte sich, dass bestimmte PPARγ-Punktmutanten eine reduzierte Affinität zu PPARγ-Ligand aufwiesen. Unter optimaler Ligandkonzentration wiesen alle PPARγ-Punktmutanten eine stark verringerte transkriptionelle Aktivität auf. In weiteren Versuchen zeigte sich, dass nur transkriptionell aktive PPARγ-Allele ligandabhängig abgebaut werden. Dagegen wurden die transkriptionell inaktiven PPARγ-Mutanten nicht abgebaut bzw. sogar stabilisiert. Zusammenfassend kann man daraus schließen, dass für PPARγ transkriptionelle Aktivität und Degradation notwendig miteinander gekoppelt sind. Weiterhin wurde in dieser Arbeit untersucht, auf welche Weise das Proteasom an der Regulation der transkriptionellen Aktivität von PPARγ beteiligt ist. Eine Reihe von Studien, die die transkriptionelle Aktivität von PPARγ mittels exogener Reporterkonstrukte maß, ergab, dass die Hemmung der Proteasomaktivität zu einer Steigerung der Transaktivierung von PPARγ führt. Demgegenüber konnte hier gezeigt werden, dass die ligandabhängige Expression von endogenen PPARγ-Zielgenen durch Proteasom-Inhibition gehemmt wird. Dies ist ein Hinweis darauf, dass anders als bisher vermutet die transkriptionelle Aktivierung der hier untersuchten endogenen Zielgene durch PPARγ die Aktivität des Proteasoms benötigt

Biomechanics of common fixation devices for first tarsometatarsal joint fusion—a comparative study with synthetic bones

Abstract Background Hallux valgus disease is a common deformity of the forefoot. There are currently more than 100 surgical approaches for operative treatment. Because hypermobility of the first tarsometatarsal joint is considered to be causal for hallux valgus disease, fusion of the tarsometatarsal joint is an upcoming surgical procedure. Despite the development of new and increasingly stable fixation devices like different locking plates, malunion rates have been reported in 5 to 15% of cases. Methods Biomechanical comparison of three commonly used fixation devices (a dorsal locking plate, a plantar locking plate, and an intramedullary fixation device) was performed by weight-bearing simulation tests on synthetic bones. Initial compression force and stiffness during simulation of postoperative weight-bearing were analysed. Results Fixation of the first tarsometatarsal joint with the plantar plate combination demonstrated a higher stiffness compared to fixation with the intramedullary implant or the medial locking plate. The intramedullary device provided the highest initial compression force. Failure was detected in the following ranking: (1) the angle-stable intramedullary fixation device, (2) the medial located plate, and (3) the plantar locking plate. Conclusion The intramedullary device demonstrated the highest initial compression force of the three tested implants. The plantar locking plate showed the best overall stability during weight-bearing simulation. Further clinical research is necessary to analyse if the intramedullary fixation device needs a longer period of non-weight-bearing to reach a better non-union rate compared to the plantar locking plate

Serum neurofilament light chain in COVID-19 and the influence of renal function

Abstract COVID-19 is associated with various neurological symptoms. Serum neurofilament light chain (sNfL) is a robust marker for neuroaxonal injury. Recent studies have shown that elevated levels of sNfL are associated with unfavorable outcome in COVID-19 patients. However, neuroaxonal injury is rare in COVID-19, and renal dysfunction and hypoxia, both of which are known in severe COVID-19, can also increase sNfL levels. Thus, the meaning and mechanisms of sNfL elevation in COVID-19 patients remain unclear. We evaluated sNfL levels in 48 patients with COVID-19 (mean age = 63 years) and correlated them to clinical outcome, the form of oxygen therapy, and creatinine. Levels of sNfL were age adjusted and compared with normal values and z-scores. COVID-19 patients treated with nasal cannula had normal sNfL levels (mean sNfL = 19.6 pg/ml) as well as patients with high-flow treatment (mean sNfL = 40.8 pg/ml). Serum NfL levels were statistically significantly higher in COVID-19 patients treated with mechanical ventilation on intensive care unit (ICU) (mean sNfL = 195.7 pg/ml, p < 0.01). There was a strong correlation between sNfL elevation and unfavorable outcome in COVID-19 patients (p < 0.01). However, serum creatinine levels correlated directly and similarly with sNfL elevation and with unfavorable outcome in COVID-19 patients (p < 0.01). Additionally, multivariate analysis for serum creatinine and sNfL showed that both variables are jointly associated with clinical outcomes. Our results identify renal dysfunction as an important possible confounder for sNfL elevation in COVID-19. Thus, serum creatinine and renal dysfunction should be strongly considered in studies evaluating sNfL as a biomarker in COVID-19