Calbindin-D28k and its role in apoptosis

In recent years, there was growing evidence that Calbindin-D28k, a common calcium binding protein, highly conserved among mammals, might be cytoprotective by inhibiting active Caspase-3, an important effector of apoptosis and, thereby, a crucial factor in cell physiology, oncogenesis and neurodegenerative diseases. Few in-vitro studies suggested that there might also be an interaction with the pro-domain of its zymogen, Pro-Caspase-3. To date, evidence on the various intermolecular interactions of Calbindin-D28k is essentially based on in-vitro studies. However, occasionally in-vitro studies yield results that might not correspond with conditions in living cells. To our knowledge, it is the first time that the proposed intermolecular Calbindin-D28k-Pro-Caspase-3 interaction and, moreover, the inhibition of Caspase-3 activity in a more complex, natural milieu of a cell is investigated using in-situ FRET microscopy (Acceptor-Photobleaching and Sensitized Emission). There is conclusive evidence for a calcium-independent interaction between Calbindin-D28k and an Inositol monophosphatase (IMPase) peptide sequence. Contrary to previous in-vitro studies based on peptide sequences, these results do not indicate an interaction with Pro-Caspase-3 regardless of intracellular calcium levels. This finding suggests that the inhibition of Caspase-3 activity is attributable to the intermolecular interaction with active Caspase-3. Moreover, the current findings indicate inhibition of Caspase-3 activity in a concentration-dependent manner. Further understanding of these cytoprotective pathways and mechanisms might prove beneficial to develop new cytoprotective or radio-/chemosensitizing agents and therapeutic strategies to modulate programmed cell death in neurodegenerative diseases, such as Morbus Alzheimer, Chorea Huntington or Amyotrophic lateral sclerosis, and various tumor diseases.Calbindin-D28k ist ein hoch konserviertes Kalzium-bindendes Protein, dem ein protektiver Effekt zugesprochen wird. In-vitro Studien haben gezeigt, dass Calbindin-D28k in der Lage ist, die aktive Caspase-3 zu hemmen, ein wichtiger Effektor des programmierten Zelltodes, die eine Schlüsselrolle in Zellphysiologie, Tumorentstehung und neurodegenerativen Erkrankungen einnimmt. Wenige in-vitro Studien haben ebenso zeigen können, dass eine Interaktion mit dem Zymogen, der Pro-Caspase-3, möglich ist. Bis heute stützt sich nahezu die gesamte Beweislage zu den verschiedenen intermolekularen Interaktionen von Calbindin-D28k im Wesentlichen auf in-vitro Studien. Jedoch können in-vitro Studien vereinzelt Ergebnisse hervorbringen, die sich nicht auf das komplexe Milieu von lebenden Zellen übertragen lassen. Daher untersucht die vorliegende Forschungsarbeit, die Calbindin-D28k-Pro-Caspase-3 Interaktion und die Inhibition der Caspase-3 Aktivität im komplexeren Milieu einer Zelle mittels in-situ FRET-Mikroskopie (Acceptor-Photobleaching und Sensitized Emission). Die Daten weisen auf eine Kalzium-unabhängige Interaktion zwischen Calbindin-D28k und einem Peptid der Inositol monophosphatase (IMPase) hin. Allerdings können die Ergebnisse, unabhängig von der intrazellulären Kalzium-Konzentration, keine Interaktion mit der Pro-Caspase-3 bestätigen. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu in-vitro Studien, die eine Interaktion mit den jeweiligen Peptidsequenzen zeigen konnten. Dies legt nahe, dass die Inhibition der Caspase-3 Aktivität auf die intermolekulare Interaktion mit der aktiven Caspase-3 zurückzuführen ist. Die Ergebnisse sprechen außerdem für eine konzentrationsabhängige Hemmung der Caspase-3 Aktivität. Ein tieferes Verständnis der protektiven Signalwege und Funktionsweisen kann bei der Entwicklung von neuen protektiven oder radio-/chemosensibilisierenden Pharmaka und therapeutischen Behandlungsstrategien richtungsweisend sein, die den programmierten Zelltod in neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer, Chorea Huntington oder Amyotrophe Lateralsklerose, aber auch diversen Tumorerkrankungen modulieren könnten

Calbindin-D28k and its role in apoptosis

In recent years, there was growing evidence that Calbindin-D28k, a common calcium binding protein, highly conserved among mammals, might be cytoprotective by inhibiting active Caspase-3, an important effector of apoptosis and, thereby, a crucial factor in cell physiology, oncogenesis and neurodegenerative diseases. Few in-vitro studies suggested that there might also be an interaction with the pro-domain of its zymogen, Pro-Caspase-3. To date, evidence on the various intermolecular interactions of Calbindin-D28k is essentially based on in-vitro studies. However, occasionally in-vitro studies yield results that might not correspond with conditions in living cells. To our knowledge, it is the first time that the proposed intermolecular Calbindin-D28k-Pro-Caspase-3 interaction and, moreover, the inhibition of Caspase-3 activity in a more complex, natural milieu of a cell is investigated using in-situ FRET microscopy (Acceptor-Photobleaching and Sensitized Emission). There is conclusive evidence for a calcium-independent interaction between Calbindin-D28k and an Inositol monophosphatase (IMPase) peptide sequence. Contrary to previous in-vitro studies based on peptide sequences, these results do not indicate an interaction with Pro-Caspase-3 regardless of intracellular calcium levels. This finding suggests that the inhibition of Caspase-3 activity is attributable to the intermolecular interaction with active Caspase-3. Moreover, the current findings indicate inhibition of Caspase-3 activity in a concentration-dependent manner. Further understanding of these cytoprotective pathways and mechanisms might prove beneficial to develop new cytoprotective or radio-/chemosensitizing agents and therapeutic strategies to modulate programmed cell death in neurodegenerative diseases, such as Morbus Alzheimer, Chorea Huntington or Amyotrophic lateral sclerosis, and various tumor diseases.Calbindin-D28k ist ein hoch konserviertes Kalzium-bindendes Protein, dem ein protektiver Effekt zugesprochen wird. In-vitro Studien haben gezeigt, dass Calbindin-D28k in der Lage ist, die aktive Caspase-3 zu hemmen, ein wichtiger Effektor des programmierten Zelltodes, die eine Schlüsselrolle in Zellphysiologie, Tumorentstehung und neurodegenerativen Erkrankungen einnimmt. Wenige in-vitro Studien haben ebenso zeigen können, dass eine Interaktion mit dem Zymogen, der Pro-Caspase-3, möglich ist. Bis heute stützt sich nahezu die gesamte Beweislage zu den verschiedenen intermolekularen Interaktionen von Calbindin-D28k im Wesentlichen auf in-vitro Studien. Jedoch können in-vitro Studien vereinzelt Ergebnisse hervorbringen, die sich nicht auf das komplexe Milieu von lebenden Zellen übertragen lassen. Daher untersucht die vorliegende Forschungsarbeit, die Calbindin-D28k-Pro-Caspase-3 Interaktion und die Inhibition der Caspase-3 Aktivität im komplexeren Milieu einer Zelle mittels in-situ FRET-Mikroskopie (Acceptor-Photobleaching und Sensitized Emission). Die Daten weisen auf eine Kalzium-unabhängige Interaktion zwischen Calbindin-D28k und einem Peptid der Inositol monophosphatase (IMPase) hin. Allerdings können die Ergebnisse, unabhängig von der intrazellulären Kalzium-Konzentration, keine Interaktion mit der Pro-Caspase-3 bestätigen. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu in-vitro Studien, die eine Interaktion mit den jeweiligen Peptidsequenzen zeigen konnten. Dies legt nahe, dass die Inhibition der Caspase-3 Aktivität auf die intermolekulare Interaktion mit der aktiven Caspase-3 zurückzuführen ist. Die Ergebnisse sprechen außerdem für eine konzentrationsabhängige Hemmung der Caspase-3 Aktivität. Ein tieferes Verständnis der protektiven Signalwege und Funktionsweisen kann bei der Entwicklung von neuen protektiven oder radio-/chemosensibilisierenden Pharmaka und therapeutischen Behandlungsstrategien richtungsweisend sein, die den programmierten Zelltod in neurodegenerativen Erkrankungen, wie Morbus Alzheimer, Chorea Huntington oder Amyotrophe Lateralsklerose, aber auch diversen Tumorerkrankungen modulieren könnten

Quantitative biparametric analysis of hybrid 18F-FET PET/MR-neuroimaging for differentiation between treatment response and recurrent glioma

We investigated the diagnostic potential of simultaneous 18F-FET PET/MR-imaging for differentiation between recurrent glioma and post-treatment related effects (PTRE) using quantitative volumetric (3D-VOI) lesion analysis. In this retrospective study, a total of 42 patients including 32 patients with histologically proven glioma relapse and 10 patients with PTRE (histopathologic follow-up, n = 4, serial imaging follow-up, n = 6) were evaluated regarding recurrence. PET/MR-imaging was semi-automatically analysed based on FET tracer uptake using conservative SUV thresholding (isocontour 80%) with emphasis on the metabolically most active regions. Mean (relative) apparent diffusion coefficient (ADCmean, rADCmean), standardised-uptake-value (SUV) including target-to-background (TBR) ratio were determined. Glioma relapse presented higher ADCmean (MD ± SE, 284 ± 91, p = 0.003) and TBRmax (MD ± SE, 1.10 ± 0.45, p = 0.02) values than treatment-related changes. Both ADCmean (AUC ± SE = 0.82 ± 0.07, p-value < 0.001) and TBRmax (AUC ± SE = 0.81 ± 0.08, p-value < 0.001) achieved reliable diagnostic performance in differentiating glioma recurrence from PTRE. Bivariate analysis based on a combination of ADCmean and TBRmax demonstrated highest diagnostic accuracy (AUC ± SE = 0.90 ± 0.05, p-value < 0.001), improving clinical (false negative and false positive) classification. In conclusion, biparametric analysis using DWI and FET PET, both providing distinct information regarding the underlying pathophysiology, presented best diagnostic accuracy and clinical benefit in differentiating recurrent glioma from treatment-related changes

Author Correction: Quantitative biparametric analysis of hybrid 18F-FET PET/MR-neuroimaging for differentiation between treatment response and recurrent glioma

An amendment to this paper has been published and can be accessed via a link at the top of the paper

CXCR2-Blocking Has Context-Sensitive Effects on Rat Glioblastoma Cell Line Outgrowth (S635) in an Organotypic Rat Brain Slice Culture Depending on Microglia-Depletion (PLX5622) and Dexamethasone Treatment

In glioblastoma (GBM), the interplay of different immune cell subtypes, cytokines, and/or drugs shows high context-dependencies. Interrelations between the routinely applied dexamethasone (Dex) and microglia remain elusive. Here, we exploited rat organotypic brain slice co-cultures (OBSC) to examine the effects on a rat GBM cell line (S635) outgrowth resulting from the presence of Dex and pretreatment with the colony-stimulating factor receptor 1 (CSF1-R) inhibitor PLX5622: in native OBSC (without PLX5622-pretreatment), a diminished S635 spheroid outgrowth was observable, whereas Dex-treatment enhanced outgrowth in this condition compared to PLX5622-pretreated OBSC. Screening the supernatants of our model with a proteome profiler, we found that CXCL2 was differentially secreted in a Dex- and PLX5622-dependent fashion. To analyze causal interrelations, we interrupted the CXCL2/CXCR2-axis: in the native OBSC condition, CXCR2-blocking resulted in increased outgrowth, in combination with Dex, we found potentiated outgrowth. No effect was found in the PLX5622-pretreated. Our method allowed us to study the influence of three different factors—dexamethasone, PLX5622, and CXCL2—in a well-controlled, simplified, and straight-forward mechanistic manner, and at the same time in a more realistic ex vivo scenario compared to in vitro studies. In our model, we showed a GBM outgrowth enhancing synergism between CXCR2-blocking and Dex-treatment in the native condition, which was levelled by PLX5622-pretreatment

Translational Neuromolecular Imaging

Diese Habilitationsschrift befasst sich mit der Entwicklung und Validierung von Bildgebungsbiomarkern zur nicht-invasiven Charakterisierung neuroonkologischer und neuroinflammatorischer Erkrankungen im Kontext der Präzisionsmedizin. Ein zentraler Aspekt der Arbeit ist die Detektion von proinflammatorischen Fibrin-Ablagerungen im zentralen Nervensystem mittels molekularer Magnetresonanztomographie, die als Marker für immunentzündliche Veränderungen visualisiert und quantifiziert werden können. Diese Methode hat wichtige Implikationen für das klinische Management von PatientInnen mit neuroinflammatorischen Erkrankungen, wie zum Beispiel Multipler Sklerose. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der metabolischen Bildgebung von Gliomen zur nicht-invasiven Bestimmung des Isocitrat-Dehydrogenase-Genotyps sowie der Differenzierung von posttherapeutischen Veränderungen und Gliomrezidiven. Hierbei erweist sich die hybride Bildgebung mittels Positronen-Emissions-Tomographie und Magnetresonanztomographie als besonders vorteilhaft: Die entwickelte Methodik einer Positronen-Emissions-Tomographie-gesteuerten „virtuellen Biopsie“ ermöglicht eine nicht-invasive mikrostrukturelle Charakterisierung der Tumormikroumgebung und bietet Vorteile gegenüber konventionellen Ansätzen. Zusammengefasst hat die neuromolekulare Bildgebung das Potenzial, die Diagnose und das Management von neuroonkologischen und neuroinflammatorischen Erkrankungen wesentlich zu verbessern

MapRecorder: analysing real-world usage of mobile map applications

Millions of people use mobile map applications like Google Maps on a regular basis. However, despite these applications\u2019 ubiquity, the literature contains very little information about how these applications are used in the real world. As such, many researchers and practitioners seeking to improve mobile map applications may not be able to identify important challenges and may miss major opportunities for innovation. To address this paucity of usage information, we collected and analysed data during unsupervised usage of Google Maps by replacing the standard application with a wrapped version called MapRecorder. In two studies we recorded data from locals and tourists using our application and collected over 580 minutes of actual application usage from 34 users, spanning 555 unique sessions. We identify typical usage scenarios, observe a large amount of map exploration and elucidate generalisable interaction patterns