Photodegradation of Selected PCBs in the Presence of Nano-TiO2 as Catalyst and H2O2 as an Oxidant

Photodegradation of five strategically selected PCBs was carried out in acetonitrile/water 80:20. Quantum chemical calculations reveal that PCBs without any chlorine on ortho-positions are closer to be planar, while PCBs with at least one chlorine atoms at the ortho-positions causes the two benzene rings to be nearly perpendicular. Light-induced degradation of planar PCBs is much slower than the perpendicular ones. The use of nano-TiO2 speeds up the degradation of the planar PCBs, but slows down the degradation of the non-planar ones. The use of H2O2 speeds up the degradation of planar PCBs greatly (by >20 times), but has little effect on non-planar ones except 2,3,5,6-TCB. The relative photodegradation rate is: 2,2′,4,4′-TCB > 2,3,5,6-TCB > 2,6-DCB ≈ 3,3′,4,4′-TCB > 3,4′,5-TCB. The use of H2O2 in combination with sunlight irradiation could be an efficient and “green” technology for PCB remediation

Mechanismus der durch 3- Hydroxyl-3-Methylglutaryl-coenzyme a reduktase inhibitor verursachten Myotoxizitat in Kulturen menschliche Skelettmuskelzelle

Die Hydroxymethylglutaryl-CoenzymA-(HMG-CoA)-Reduktaseinhibitoren Simvastatin, Lovastatin, Atorvastatin, Pravastatin, Fluvastatin und Pitavastatin wurden im Hinblick auf ihre Wirkungen auf humane Skelettmuskelzellen untersucht. Wir waren in der Lage zu zeigen, dass Statine oxidativen Stress (Dichlorofluoresceindiacetat, Glutathion-Depletierung, Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen), Apoptose (mitochondriales Membranpotential DeltaPsim, Caspase-3, Kernmorphologie) und Nekrose (Laktatdehydrogenase (LDH)-Verlust) in humanen Skelettmuskelzellen auslösen können. Die Abfolge der zellulären Ereignisse nach Inkubation mit Statinen begann mit erhöhter Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) (30 Min.), gefolgt von Caspase-3-Aktivierung (2-4 Std.) und Nekrose (LDH -Verlust) und kondensierten und fragmentierten Kernen nach 24-72 Std. Es konnte gezeigt werden, dass Antioxidantien (N-Acetylcystein, Dithiothreitol, DL-8-Tocopherol-polyethylenglykol-1000-succinat, die Fluvastatin-Metabolite M1 und M3) und die von im Signalweg der HMG-Co A-Reduktase abwärts gelegenen Enzymen gebildeten Metabolite (Mevalonsäure, Farnesol, Farnesylpyrophosphat, Geranylgeraniol und Geranylgeraniolpyrophosphat) eine Schutzwirkung gegen die statin-induzierte ROS-Bildung, Caspase-3-Aktivierung und teilweise auch gegen die beobachtete Nekrose haben. Der eingesetzte Caspase-3-Inhibitor schützt die Zellen ebenfalls partiell gegen Nekrose. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die statin-induzierte Nekrose ein HMG-Co A-Reduktase abhängiger Sekundärprozess der Apoptose ist, wobei Adenosintriphosphat (ATP)-Depletion das Gleichgewicht in Richtung der Nektrose verschieben kann. Die Erhöhung des ATP-Levels, die bei niedrigen Konzentrationen und frühen Zeitpunkten beobachtet wurde, ist ein Hinweis auf erhöhte glykolytische Aktivität. Dies wurde durch erhöhte Pyruvatdecarboxylase-Kinase-4(PDK-4) Genexpression und erhöhte Phosphofruktokinase2/Fruktose-2,6-bisphosphatase-Expression bestätigt, die beide eine erhöhte glykolytische Aktivität auslösen können. Die Konsequenz der PDK-4-vermittelten Pyruvatdehydrogenase-Inaktivierung ist die metabolische Umstellung der Energierquellen von Fettsäuren hin zu Aminosäuren aus dem Proteinabbau. Die Hypothese, dass oxidativer Stress beteiligt ist, wurde weiterhin durch die Induktion des Transkriptionsfaktors Forhead box O3A auf mRNA-Ebene untermauert, der an der Regulation der Mangan-Superoxiddismutase-2 beteiligt ist. Der Mechanismus, wie Statine ROS produzieren können, ist noch nicht geklärt. Es gibt indirekte Hinweise- sowohl aus unseren Experimenten als auch aus der Literatur –, dass unmittelbar nach Statin-Behandlung intrazelluläres Calcium mobilisiert wird, wodurch nach einer stattgefundenen mitochondrialer Aufnahme es zu erhöhter ROS-Bildung kommen könnte.The HMG-CoA reductase inhibitors SIM, LOV, ATV, PRA, FV and NKS were investigated for their effects on human SkMCs. We were able to demonstrate that statins can induce oxidative stress (ROS formation, GSH-depletion, TBARS), apoptosis (, caspase-3 activity, nuclear morphology) and necrosis (LDH-leakage) in hSkMCs. After incubation with statins, the sequence of cellular events starts by the increased formation of ROS (30 min) followed by caspase-3 activation (2-4 hours) and necrosis (LDH-leakage) and formation of condensed and fragmented nuclei after 24-72 hours. It was shown that, antioxidants (NAC, DTT, TPGS, M-2 and M-3) and the HMG-CoA reductase downstream metabolites (MVA, F, FPP, GG and GGPP) protected against statin-induced ROS formation, caspase-3 activation and partially from necrosis. The caspase-3 inhibitor Ac-DEVD-CHO rescues cells partially from necrosis. These results suggest that the statin-induced necrosis is HMG-CoA dependent and occurs secondary to apoptosis, which by decrease of ATP is driven into necrosis. The increase of ATP observed at low concentrations and early time points suggest an increased glycolytic activity. This was confirmed by increased PDK-4 gene expression and increased PFK2/F-2,6-BPase expression both activator of glycolysis. Glycolysis was also confirmed for some statins by increased cellular lactate concentations. The consequence of PDK-4 mediated pyruvate dehydrogenase inactivation is the metabolic switching from fatty acid to amino acid from proteins as energy source. The oxidative stress hypothesis was further supported by the induction of the FOXO3A transcription factor, which is involved in regulating MnSOD-2 expression in the mitochondrium. The mechanism by which statins produce ROS is still not resolved. There is an indirect evidence from our experiments as well as from the literature, that immediately after the statin treatment, intracellular Ca2+ is mobilized due to HMG-CoA reductase inhibition, which after mitochondrial uptake could lead to increased ROS formation

Mechanismus der durch 3- Hydroxyl-3-Methylglutaryl-coenzyme a reduktase inhibitor verursachten Myotoxizitat in Kulturen menschliche Skelettmuskelzelle

Die Hydroxymethylglutaryl-CoenzymA-(HMG-CoA)-Reduktaseinhibitoren Simvastatin, Lovastatin, Atorvastatin, Pravastatin, Fluvastatin und Pitavastatin wurden im Hinblick auf ihre Wirkungen auf humane Skelettmuskelzellen untersucht. Wir waren in der Lage zu zeigen, dass Statine oxidativen Stress (Dichlorofluoresceindiacetat, Glutathion-Depletierung, Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen), Apoptose (mitochondriales Membranpotential DeltaPsim, Caspase-3, Kernmorphologie) und Nekrose (Laktatdehydrogenase (LDH)-Verlust) in humanen Skelettmuskelzellen auslösen können. Die Abfolge der zellulären Ereignisse nach Inkubation mit Statinen begann mit erhöhter Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) (30 Min.), gefolgt von Caspase-3-Aktivierung (2-4 Std.) und Nekrose (LDH -Verlust) und kondensierten und fragmentierten Kernen nach 24-72 Std. Es konnte gezeigt werden, dass Antioxidantien (N-Acetylcystein, Dithiothreitol, DL-8-Tocopherol-polyethylenglykol-1000-succinat, die Fluvastatin-Metabolite M1 und M3) und die von im Signalweg der HMG-Co A-Reduktase abwärts gelegenen Enzymen gebildeten Metabolite (Mevalonsäure, Farnesol, Farnesylpyrophosphat, Geranylgeraniol und Geranylgeraniolpyrophosphat) eine Schutzwirkung gegen die statin-induzierte ROS-Bildung, Caspase-3-Aktivierung und teilweise auch gegen die beobachtete Nekrose haben. Der eingesetzte Caspase-3-Inhibitor schützt die Zellen ebenfalls partiell gegen Nekrose. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die statin-induzierte Nekrose ein HMG-Co A-Reduktase abhängiger Sekundärprozess der Apoptose ist, wobei Adenosintriphosphat (ATP)-Depletion das Gleichgewicht in Richtung der Nektrose verschieben kann. Die Erhöhung des ATP-Levels, die bei niedrigen Konzentrationen und frühen Zeitpunkten beobachtet wurde, ist ein Hinweis auf erhöhte glykolytische Aktivität. Dies wurde durch erhöhte Pyruvatdecarboxylase-Kinase-4(PDK-4) Genexpression und erhöhte Phosphofruktokinase2/Fruktose-2,6-bisphosphatase-Expression bestätigt, die beide eine erhöhte glykolytische Aktivität auslösen können. Die Konsequenz der PDK-4-vermittelten Pyruvatdehydrogenase-Inaktivierung ist die metabolische Umstellung der Energierquellen von Fettsäuren hin zu Aminosäuren aus dem Proteinabbau. Die Hypothese, dass oxidativer Stress beteiligt ist, wurde weiterhin durch die Induktion des Transkriptionsfaktors Forhead box O3A auf mRNA-Ebene untermauert, der an der Regulation der Mangan-Superoxiddismutase-2 beteiligt ist. Der Mechanismus, wie Statine ROS produzieren können, ist noch nicht geklärt. Es gibt indirekte Hinweise- sowohl aus unseren Experimenten als auch aus der Literatur –, dass unmittelbar nach Statin-Behandlung intrazelluläres Calcium mobilisiert wird, wodurch nach einer stattgefundenen mitochondrialer Aufnahme es zu erhöhter ROS-Bildung kommen könnte.The HMG-CoA reductase inhibitors SIM, LOV, ATV, PRA, FV and NKS were investigated for their effects on human SkMCs. We were able to demonstrate that statins can induce oxidative stress (ROS formation, GSH-depletion, TBARS), apoptosis (, caspase-3 activity, nuclear morphology) and necrosis (LDH-leakage) in hSkMCs. After incubation with statins, the sequence of cellular events starts by the increased formation of ROS (30 min) followed by caspase-3 activation (2-4 hours) and necrosis (LDH-leakage) and formation of condensed and fragmented nuclei after 24-72 hours. It was shown that, antioxidants (NAC, DTT, TPGS, M-2 and M-3) and the HMG-CoA reductase downstream metabolites (MVA, F, FPP, GG and GGPP) protected against statin-induced ROS formation, caspase-3 activation and partially from necrosis. The caspase-3 inhibitor Ac-DEVD-CHO rescues cells partially from necrosis. These results suggest that the statin-induced necrosis is HMG-CoA dependent and occurs secondary to apoptosis, which by decrease of ATP is driven into necrosis. The increase of ATP observed at low concentrations and early time points suggest an increased glycolytic activity. This was confirmed by increased PDK-4 gene expression and increased PFK2/F-2,6-BPase expression both activator of glycolysis. Glycolysis was also confirmed for some statins by increased cellular lactate concentations. The consequence of PDK-4 mediated pyruvate dehydrogenase inactivation is the metabolic switching from fatty acid to amino acid from proteins as energy source. The oxidative stress hypothesis was further supported by the induction of the FOXO3A transcription factor, which is involved in regulating MnSOD-2 expression in the mitochondrium. The mechanism by which statins produce ROS is still not resolved. There is an indirect evidence from our experiments as well as from the literature, that immediately after the statin treatment, intracellular Ca2+ is mobilized due to HMG-CoA reductase inhibition, which after mitochondrial uptake could lead to increased ROS formation

Proinflammatory Adhesion Molecules Facilitate Polychlorinated Biphenyl-Mediated Enhancement of Brain Metastasis Formation

Polychlorinated biphenyls (PCBs) are environmental toxicants that cause vascular inflammation and facilitate the development of brain metastases. The crucial event in metastasis formation is adhesion of blood-borne tumor cells to the vascular endothelium, followed by their transcapillary migration. The aim of the present study was to examine the mechanisms of PCB118-induced brain metastasis formation at the blood-brain barrier level with the focus on tumor cell adhesion to the brain endothelium. PCB118 was administered orally to wild-type or intercellular cell adhesion molecule-1 (ICAM-1)–deficient mice, followed by an injection of Lewis lung carcinoma cells into the carotid artery. Treatment with PCB118 resulted in enhanced development of brain metastases. Injection of tumor cells induced overexpression of ICAM-1 and vascular endothelial cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) in brain endothelium that was further potentiated in mice exposed to PCB118. PCB118 did not affect the number of adhered and extravasated tumor cells in ICAM-1–deficient mice. Additional in vitro studies indicated that VCAM-1–neutralizing antibody protected against PCB118-induced adhesion of tumor cells to cultured brain endothelial cells. These results indicate that exposure to selected PCB congeners, such as PCB118, induces adhesion and transcapillary migration of tumor cells. This process is facilitated by proinflammatory adhesion molecules and results in potentiation of brain metastasis formation