The Role of Stress-Induced O-GlcNAc Protein Modification in the Regulation of Membrane Transport

O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) is a posttranslational modification that is increasingly recognized as a signal transduction mechanism. Unlike other glycans, O-GlcNAc is a highly dynamic and reversible process that involves the addition and removal of a single N-acetylglucosamine molecule to Ser/Thr residues of proteins. UDP-GlcNAc—the direct substrate for O-GlcNAc modification—is controlled by the rate of cellular metabolism, and thus O-GlcNAc is dependent on substrate availability. Serving as a feedback mechanism, O-GlcNAc influences the regulation of insulin signaling and glucose transport. Besides nutrient sensing, O-GlcNAc was also implicated in the regulation of various physiological and pathophysiological processes. Due to improvements of mass spectrometry techniques, more than one thousand proteins were detected to carry the O-GlcNAc moiety; many of them are known to participate in the regulation of metabolites, ions, or protein transport across biological membranes. Recent studies also indicated that O-GlcNAc is involved in stress adaptation; overwhelming evidences suggest that O-GlcNAc levels increase upon stress. O-GlcNAc elevation is generally considered to be beneficial during stress, although the exact nature of its protective effect is not understood. In this review, we summarize the current data regarding the oxidative stress-related changes of O-GlcNAc levels and discuss the implications related to membrane trafficking

A kálcium ionokhoz kötött jelátviteli mechanizmusok molekuláris biológiai vizsgálatai cukorbetegségben = The molecular biology of calcium ion mediated signal transduction in diabetes mellitus

Élesztőn végzett kísérletekben, hexóz transzportban és foszforilációban deficiens törzseken bizonyítottuk, hogy a glükóz ill. galaktóz által kiváltott citoszól Ca-tranziens függ a glükóz ill. galaktóz érzékelésétől, sejtbe történő felvételétől és foszforilációjától (Mol Microbiol. 2002 44:1299-308.) Felfedeztük, hogy egy a glükóz foszforilációjára képtelen mutáns sejtvonal jelentős mennyiségű molekuláris glükózt akkumulál (Eukaryot Cell. 2003 2:534-41.). A folyamat az N-kapcsolt glükozilációhóz köthető. Megállapítottuk, hogy a szekretoros rendszerben felhalmozódott glükóz erősen károsítja azt. Jurkat sejteken azt találtuk, hogy emelkedő környezeti glükóz szintek hatására emelkedik a bazális kálcium szint (Immunol Lett. 2002 82:159-64.). Csökken viszont a fiziológiás stimulusokra adott válaszképesség. Felfedeztük, hogy a Ca2+ homeosztázis korábban leírt rendellenességét amit a foszfoglükomutáz enzim csökkent funkciója okoz kompenzálni lehet, ha a két cukorfoszfát közötti egyensúlyt helyreállítjuk (J Biol Chem. 2002 277:45751-8.). Felfedeztük, hogy glükóz-1-P relatív megemelkedése miatti fokozott Ca2+ akkumuláció és jelátviteli zavarok a vakuólumok membránjában elhelyezkedő PMC1 Ca2+ -ATPáz fokozott teljesítménye révén valósulnak meg (J Biol Chem. 2004 279(37):38495-502.). Az un. ''unfolded protein response'' fokozódott a csökkent PGM aktivitással bíró törzsben. Li+ kezeléssel a fenti fenotípusokat reprodukálni tudtuk (Am J Physiol Cell Physiol. 2005 289:C58-67.) | We found that a mutant strains lacking the known hexose transporters, or unable to phosphorylate glucose were unable to TECC response when exposed to glucose (Mol Microbiol. 2002 44:1299-308.). Results indicate that hexose uptake and phosphorylation are required to trigger the hexose-induced TECC response. We described that a glucose-phosphorylation nul mutant contained 225-fold more intracellular glucose than normal (Eukaryot Cell. 2003 2:534-41.). Inhibition of the synthesis or the trimming of the core oligosaccharide, or addition of glucose residues reduced the accumulation of glucose. The glucose accumulation results in increased non-enzymic glycation. We investigated the effect of hyperglycemia on Jurkat cells. Hyperglycemic conditions caused elevation of basal cytosolic calcium level and reduced calcium signal (Immunol Lett. 2002 82:159-64.). We also found a strong link between intracellular hexose-P levels and Ca2+ homeostasis-signaling. Briefly, the elevation of Glc-1-P results in increased Ca2+ accumulation, but balancing the Glc-1-P and Glc-6-P levels results in suppresion of the Ca(2+)-related phenotypes (J Biol Chem. 2002 277:45751-8.). Furthermore, elevated Glc-1-P acted through the PMC1 Ca2+ -ATPase, and the imbalance of Ca2+ compartmentalisation resulted in increased unfolded protein response (J Biol Chem. 2004 279(37):38495-502.). Li+ treatment mimicked the above Ca2+ related phenotypes (Am J Physiol Cell Physiol. 2005 289:C58-67.)

Oxidative Stress Induces Transient O‐GlcNAc Elevation and Tau Dephosphorylation in SH‐SY5Y Cells

O‐linked β‐N‐acetlyglucosamine or O‐GlcNAc modification is a dynamic post‐translational modification occurring on the Ser/Thr residues of many intracellular proteins. The chronic imbalance between phosphorylation and O‐GlcNAc on tau protein is considered as one of the main hallmarks of Alzheimer\u27s disease. In recent years, many studies also showed that O‐GlcNAc levels can elevate upon acute stress and suggested that this might facilitate cell survival. However, many consider chronic stress, including oxidative damage as a major risk factor in the development of the disease. In this study, using the neuronal cell line SH‐SY5Y we investigated the dynamic nature of O‐GlcNAc after treatment with 0.5 mM H2O2 for 30 min. to induce oxidative stress. We found that overall O‐GlcNAc quickly increased and reached peak level at around 2 hrs post‐stress, then returned to baseline levels after about 24 hrs. Interestingly, we also found that tau protein phosphorylation at site S262 showed parallel, whereas at S199 and PHF1 sites showed inverse dynamic to O‐Glycosylation. In conclusion, our results show that temporary elevation in O‐GlcNAc modification after H2O2‐induced oxidative stress is detectable in cells of neuronal origin. Furthermore, oxidative stress changes the dynamic balance between O‐GlcNAc and phosphorylation on tau proteins

Protein-associated O-GIcNAc, a multifunctional mechanism in cell signaling and its role in the pathogenesis of diabetes, stress and malignant diseases

Sve veći broj dokaza ukazuje na to da put biosinteze heksozamina (HPB, engl. hexosamine biosynthesispathway) ima značajnu ulogu u modulaciji unutarstaničnih putova preoblikovanja signala. Njegov krajnji produkt, tj. UDP-GlcNAc, je supstrat kod spajanja O-vezanog β-N-acetilglukozamina (O-GlcNAc) s ostatcima Ser/Thr. To spajanje regulira široki raspon proteina preko interferencije s fosforilacijom. O-GlcNAc je dinamična posttranslacijska modifikacija koja je bitna za funkciju normalne stanice u sisavaca; njeno je, međutim, najveće značenje utvrđeno u patološkim procesima. Kako HBP iziskuje glukozu, veliki unos glukoze znatno povećava protok kroz HBP te također povećava omjer proteina povezanih s O-GlcNac. To, pak, utječe na različite funkcije stanice koje uključuju tradicijski prihvaćene štetne učinke u šećernoj bolesti i njenim komplikacijama ili, kao što je nedavno nađeno, O-GlcNAc bi mogao biti koristan kod ishemijskih/reperfuzijskih ozljeda. U ovom pregledu sažeto prikazujemo trenutne spoznaje u istraživanju O-GlcNAc vezane za njegovo sudjelovanje u signalnim putovima i staničnim procesima. Također se usredotočujemo na utjecaj O-GlcNAc u bolestima kao što su šećerna bolest, upala, razvoj zloćudnih bolesti ili ozljede uzrokovane hipoksijom.Growing evidence suggests that hexosamine biosynthesis pathway (HBP) plays a significant role in the modulation of intracellular signaling transduc-tion pathways. Its end product, UDP-GlcNAc is a substrate for the addition of O-linked β-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) to Ser/Thr residues. This process regulates a wide range of proteins usually by interfering with phosphoryla-tion. O-GlcNAc is a dynamic posttranslational modification, which is essential in normal mammalian cellular function; however, its main significance has been revealed in pathological processes. Since HBP requires glucose, high glucose intake considerably increases the flux through HBP and also increases the ratio of O-GlcNAc-associated proteins. This has an impact on various cellular functions, involving either the traditionally recognized detrimental effects in diabetes and diabetic complications or, as found recently, O-GlcNAc might be beneficial in ischemia/reperfusion injuries. In this review we summarize the current findings in O-GlcNAc research concerning its participation in signaling pathways and cellular processes. We also focus on the impact of O-GlcNAc in diseases such as diabetes, inflammation, development of malignancies or hypoxia-induced injuries

A hangulatstabilizáló gyógyszerek (lítium, valproinsav, karbamazepin) hatásai a kalcium ionok által közvetített intracelluláris jelátvitelre = Effects of mood stabilizer drugs (lithium, valproic acid, carbamazepine) on the calcium ion mediated intracellular signal transduction

A lítium bipoláris betegek kezelésére használt gyógyszer, azonban pontos hatásmechanizmusa máig nem tisztázott. Korábbi kutatásokból ismert, hogy a lítium gátolja a foszfoglukomutázt, mely a galaktóz metabolizmus egyik kulcsenzime. Mivel a galaktóz tápanyagforrásul szolgálhat, valamint metabolitjai elengedhetetlen építőkövei a glikoproteineknek, glikolipideknek, tanulmányunkban a lítium galaktóz metabolizmusra kifejtett hatását vizsgáltuk, valamint ezen hatások celluláris válaszreakcióit. Munkánk eredményeként megállapítottuk, hogy a lítium kezelés jelentősen befolyásolja a galaktóz metabolizmust. Ennek következtében olyan poszt-transzlációs fehérje módosulások jöhetnek létre, melyek hypoglikémiás állapotra hasonlítanak. Ezzel magyarázatot találtunk arra a kérdésre, hogy miért aktiválódik az unfolded protein response galaktózon növesztett, lítiummal kezelt sejtekben. | Lithium is a known mood stabilizer in the therapy of bipolar disorders however its exact molecular mechanism is not clarified yet. It was shown earlier that lithium inhibits phosphoglucomutase, one of the key enzyme of galactose metabolism. Since galactose is an important nutrient resource and its metabolites are essential for glycoprotein, glycolipid synthesis, inn this study we examined the effect of lithium on galactose metabolism and subsequent changes in the protein post-translational modification. We demonstrated that lithium significantly influences galactose metabolism and due to this, causing disturbances in the post-translational protein modification similar to hypoglycemic conditions. This process could be the missing link that leads to UPR activation in cells grown on galactose and treated by lithium

A paracetamolterápia és az idült májbetegség tragikus következményei

Az őszi és téli meghűléses időszakban sokan vásárolnak különböző, vény nélkül kapható, megfázás elleni készítmé- nyeket, ezen belül is nagy számban paracetamol- (más néven acetaminofén-) tartalmú szereket. A paracetamol külön- böző típusú fájdalmak (fejfájás, migrén, meghűlés-láz okozta fájdalom, fogfájás, menstruációs fájdalom stb.) enyhíté- sére szolgáló, igen népszerű, a nemopioid típusú analgetikumok közé sorolható hatóanyag, amely többek között tabletta, kúp és oldat formájában is elérhető a gyógyszertárakban. Magyarországon 2020-ban 86, törzskönyvezett paracetamoltartalmú készítmény van forgalomban. A paracetamol alkalmazása biztonságos és hatékony, amennyiben az előírásnak megfelelően használják. Közleményünkben három olyan esetet mutatunk be, amelyben a beteg halála összefüggésbe hozható a paracetamol alkalmazásával. Mindhárom, krónikus alkoholizmusban szenvedő beteg (34, 42 és 51 évesek) rövid idővel a kórházba kerülés után elhunyt. Vizsgálataink során három betegből származó, össze- sen kilenc szérumminta került feldolgozásra. A paracetamolnak és metabolitjainak együttes meghatározása enzimati- kus módszerrel (Roche assay) történt, míg a paracetamol specifikus mérésére tandem-tömegspektrométerrel kapcsolt szuperkritikus folyadékkromatográfot (SFC–MS/MS) alkalmaztunk. Enzimatikus meghatározással mindegyik min- tában terápiás koncentrációt mutattunk ki. SFC–MS/MS módszerrel történt meghatározás esetén egy betegtől szár- mazó négy mintában a terápiás tartománynál alacsonyabb paracetamolkoncentrációkat mértünk. A paracetamol- terápia alkalmazása krónikus alkoholizmusban szenvedő betegek esetén fokozott kockázatot jelent. A klinikai toxikológiai gyakorlatban a paracetamol meghatározására használt enzimatikus módszer eredményét a máj- és vese- funkciós paraméterekkel együttesen szükséges értékelni, mert krónikus alkoholizmusban szenvedő betegek esetén az enzimatikus módszerrel kapott terápiás tartományba eső koncentráció nem zárja ki a paracetamoltoxicitást

Stress-Induced Microstructural Alterations Correlate With the Cognitive Performance of Rats: A Longitudinal in vivo Diffusion Tensor Imaging Study

Background: Stress-induced cellular changes in limbic brain structures contribute to the development of various psychopathologies. In vivo detection of these microstructural changes may help us to develop objective biomarkers for psychiatric disorders. Diffusion tensor imaging (DTI) is an advanced neuroimaging technique that enables the non-invasive examination of white matter integrity and provides insights into the microstructure of pathways connecting brain areas.Objective: Our aim was to examine the temporal dynamics of stress-induced structural changes with repeated in vivo DTI scans and correlate them with behavioral alterations.Methods: Out of 32 young adult male rats, 16 were exposed to daily immobilization stress for 3 weeks. Four DTI measurements were done: one before the stress exposure (baseline), two scans during the stress (acute and chronic phases), and a last one 2 weeks after the end of the stress protocol (recovery). We used a 4.7T small-animal MRI system and examined 18 gray and white matter structures calculating the following parameters: fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD), axial diffusivity (AD), and radial diffusivity (RD). T2-weighted images were used for volumetry. Cognitive performance and anxiety levels of the animals were assessed in the Morris water maze, novel object recognition, open field, and elevated plus maze tests.Results: Reduced FA and increased MD and RD values were found in the corpus callosum and external capsule of stressed rats. Stress increased RD in the anterior commissure and reduced MD and RD in the amygdala. We observed time-dependent changes in several DTI parameters as the rats matured, but we found no evidence of stress-induced volumetric alterations in the brains. Stressed rats displayed cognitive impairments and we found numerous correlations between the cognitive performance of the animals and between various DTI metrics of the inferior colliculus, corpus callosum, anterior commissure, and amygdala.Conclusions: Our data provide further support to the translational value of DTI studies and suggest that chronic stress exposure results in similar white matter microstructural alterations that have been documented in stress-related psychiatric disorders. These DTI findings imply microstructural abnormalities in the brain, which may underlie the cognitive deficits that are often present in stress-related mental disorders

Forest Bathing Always Makes Sense: Blood Pressure-Lowering and Immune System-Balancing Effects in Late Spring and Winter in Central Europe

Various formats of forest bathing have been receiving increasing attention owing to their perspectives in health promotion and the treatment of chronic lifestyle diseases. The majority of field studies are still being conducted in the Far Eastern region, and they often make psychological assessments mainly in the green season. In our pretest–posttest field experiment, twelve healthy, working-age volunteers participated in a 2-h leisurely forest walking program, first in the green season (May) and then in the winter season (January), in the Mecsek Hills, next to Pécs, Hungary. Systolic blood pressure decreased after the trips both in late spring and in the winter. Based on changes in the expressions of CD69, an early activation marker, NKG2D, a major recognition receptor, perforin, granzyme B, and TIM-3, an inhibitory immune checkpoint molecule, on CD8+ cytotoxic T, NK, NKdim, NKbright, and NKT cells, we detected the stimulation of NKbright cells and activation of all examined immune cell subsets in the green season. In the winter, a slight activating and an interesting balancing effect regarding TIM-3 could be observed considering our finding that basal (pretest) TIM-3 expression by NK cells was significantly lower in the winter. Our work expands the knowledge on and potentials of forest medicine

A közfinanszírozott laboratóriumi szolgáltatások egészségpolitikai tapasztalatai Magyarországon egészségbiztosítási adatok elemzésével = Health policy experiences of publicly financed laboratory services in Hungary with health insurance data analysis

Absztrakt: Bevezetés: A laboratóriumi vizsgálatok iránti igény fokozódik, a prevenció, a pontosabb diagnosztika, a terápia indikálásának eldöntése, a terápia eredményességének monitorozása érdekében. Célkitűzés: Elemzésünk célja az Egészségbiztosítási Alap laboratóriumi előirányzatának egészség-gazdaságtani elemzése. Adatok és módszer: Elemzésünkhöz a Nemzeti Egészségbiztosítási Alapkezelő (NEAK) finanszírozási adatbázisát használtuk. Az elemzés a 2002 és 2018 közötti időszakot öleli fel. Vizsgáltuk a laboratóriumi előirányzat éves összegét, az esetszámokat és a beavatkozások számát, a különböző tulajdonviszonyú laboratóriumi szolgáltatók részesedését az egészségbiztosítási gyógyító-megelőző kasszából. Eredmények: A laboratóriumi vizsgálatok finanszírozására rendelkezésre álló forrás 2005 és 2015 között érdemben nem változott, az időszak jelentős részében a 21–22 milliárd Ft/év sávban mozgott. Mind az esetszámban, mind a beavatkozások számában látunk érdemi visszaesést 2006 és 2008 között. Az utóbbi években az esetszám évi 14–15 millió körül, míg a beavatkozások száma évi 180 millió körül állandósult. A forprofit vállalkozások részesedése az egészségbiztosítási forrásokból a 2010. évi 29,0%-ról 2018-ban 10,6%-ra csökkent, míg az állami intézmények részesedése a 2010. évi 27,1%-ról 2018-ban 78,7%-ra nőtt. Következtetés: A laboratóriumi aktivitás az elmúlt években stabilizálódott. A szakmai szabályok esetlegesen még szükséges pontosításával, a kódok karbantartásával a laboratóriumi ellátásokra fordított összegek tovább növelhetők a most már zömében köztulajdonban lévő laboratóriumi szolgáltatók irányában. Orv Hetil. 2020; 161(12): 468–473. | Abstract: Introduction: In order to provide appropriate prevention, diagnosztics, decision on therapy and monitoring the results of medical treatment, there is an increasing need for laboratory examinations. Aim: The aim of our study is the health-ecnomics analysis of laboratory budget of the Hungarian Health Insurance Fund. Data and method: Data were derived from the financial database of the National Health Insurance Fund Administration. The analysis covered the period of 2002–2018. We analysed the annual budget for laboratory examinations, the number of patients and examinations, the market share of laboratory services providers according to their owner structure from the health insurance curative-preventive budget. Results: The budget available for financing the laboratory examinations (21–22 billion Hungarian forint (Ft)/év) did not change significantly between 2005 and 2015. There was a significant decrease in the number of both patients and examinations between 2006 and 2008. In the latest years, there were 14–15 million cases per year and 180 million examinations per year. The market share of for-profit companies decreased from 29.0% in 2010 to 10.6% in 2018, while the market share of governmental institutions increased from 27.1% in 2010 to 78.7% in 2018. Conclusion: The activity of laboratories was stabilized in the latest years. After the necessary correction of professional regulations and code maintenance, the laboratory budget can be increased towards the mainly public laboratory services providers. Orv Hetil. 2020; 161(12): 468–473