Academic literature on the topic 'Reaktive Sauerstoffspezies (ROS)'

ZusammenfassungVerschiedene Faktoren sind in der Pathogenese der alkoholischen Lebererkrankung (ALE) und der alkoholvermittelten Karzinogenese beteiligt. Neben genetischen, epigenetischen und immunologischen Mechanismen spielen die toxische Wirkung von Acetaldehyd, oxidativer Stress und zytokinvermittelte Entzündungen eine wesentliche Rolle. Oxidativer Stress mit der Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) entsteht entweder in der Entzündung (alkoholische Hepatitis) oder bei der Alkoholoxidation via Cytochrom P4502E1 (CYP2E1). CYP2E1 wird durch Alkohol induziert, oxidiert Äthanol zu Acetaldehyd und generiert dabei ROS. ROS führt unter anderem zu Proteinschädigung, Fibrogenese und DNA-Mutationen. Weiterhin resultiert die CYP2E1-Induktion in einer gesteigerten Prokarzinogenaktivierung und einem verstärkten Abbau von Retinol und Retinsäure, einem Faktor, der für eine geordnete Zelldifferenzierung und Zellproliferation verantwortlich ist. Eine Hemmung von CYP2E1 führt zu einer Verbesserung der ALE und zu einer Hemmung der chemisch induzierten Karzinogenese im Tierexperiment. Beim Menschen wird CYP2E1 bereits bei 40 Gramm Alkohol pro Tag innerhalb einer Woche induziert, jedoch gibt es signifikante interindividuelle Unterschiede. Der Mechanismus dafür ist unklar. Bei Patienten mit ALE korreliert CYP2E1 mit dem Ausmaß von hochkarzinogenen Etheno-DNA-Addukten in Leber und Ösophagus und mit der Schwere der Leberfibrose. Erste Ergebnisse zu einer Hemmung von CYP2E1 durch Chlormethiazol, einem spezifischen CYP2E1-Hemmer, bei Patienten mit ALE sind in Kürze zu erwarten.

ZusammenfassungUV-Strahlung gilt als primäre Ursache der Photokarzinogenese und trägt somit zur Entwicklung von kutanen Hautkrebsentitäten wie Plattenepithelkarzinom, Basalzellkarzinom und Melanom bei. Durch UV-Strahlung entstehen einerseits typische DNA-Photoprodukte und andererseits indirekte DNA-Schäden durch reaktive Sauerstoffspezies. UV-bedingte DNA-Schäden werden durch die Nukleotid-Exzisions-Reparatur behoben, die somit der Bildung von Mutationen und der Hautkrebsentwicklung entgegenwirkt. Durch Mutationen werden Tumorsuppressorgene inaktiviert und wachstumsfördernde Signalwege aktiviert, die die normale Zellzyklusprogression stören. Abhängig von der jeweilig zugrunde liegenden Hautkrebsentität, sind bestimmte Gene häufiger betroffen als andere. Basalzellkarzinome weisen häufig Patched- oder Smoothened-Mutationen auf, die den Sonic hedgehog-Signalweg beeinflussen. Plattenepithelkarzinome zeigen vermehrt TP53-Mutationen. Weitere Mutationen umfassen den epidermalen Wachstumsfaktorrezeptor, RAS, FYN und CDKN2A. In Melanomen konnten vor allem UV-induzierte Mutationen in TP53 und CDKN2A nachgewiesen werden. Zudem tragen UV-induzierte Entzündungsprozesse zur Photokarzinogenese bei. Neuere Studien konnten einen Einfluss von Zitrusfruchtkonsum, Alkoholkonsum, Hormonersatztherapien und oralen Kontrazeptiva auf die Photokarzinogenese feststellen. Präventive Maßnahmen gegen UV-bedingte Karzinogenese beinhalten den adäquaten Gebrauch von Sonnenschutz und regelmäßige Hautkrebsvorsorgeuntersuchungen.

ZusammenfassungDie Luftverschmutzung in der Umgebung und in Haushalten ist weltweit jährlich für mittlerweile knapp 9 Mio. vermeidbare, vorzeitige Todesfälle und innerhalb Europas für knapp 800.000 solcher Todesfälle verantwortlich. Die Luftverschmutzung verkürzt somit weltweit die Lebenserwartung um knapp 3 Jahre. Das Rauchen, ein nachgewiesener Herz-Kreislauf-Risiko-Faktor, verkürzt die mittlere Lebenserwartung um 2,2 Jahre. Epidemiologische Studien zeigen, dass Luftverschmutzung durch Feinstaub mit erhöhter kardiovaskulärer Morbidität und Mortalität assoziiert ist. Hierfür verantwortlich sind hauptsächlich durch Feinstaub ausgelöste oder verschlimmerte Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wie koronare Herzkrankheit (KHK), Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, Schlaganfall, Hypertonie und auch Diabetes. Feinstaubpartikel können nach Inhalation zum einen direkt ins Gehirn und zum anderen über einen Transitionsprozess in die Blutbahn gelangen. Dort werden sie in die Blutgefäße aufgenommen, wo sie die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in der Gefäßwand stimulieren. Damit begünstigen sie die Entstehung atherosklerotischer Veränderungen und steigern so das kardiovaskuläre Risiko, insbesondere eine Zunahme an chronisch-ischämischer Herzerkrankung und Schlaganfall. Neuere Untersuchungen berichten, dass bei COVID-19(„coronavirus disease 2019“)-Patienten ein hoher Grad an Luftverschmutzung mit schweren Krankheitsverläufen mit kardiovaskulären Komplikationen und Lungenerkrankungen korreliert. Dies macht präventive Maßnahmen, wie z. B. eine Absenkung der Grenzwerte für Luftschadstoffe, erforderlich. Individuelle Maßnahmen, um die gesundheitlichen Folgen von Feinstaub abzumildern, werden ebenfalls diskutiert.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zwei verschiedene Klassen oxidischer Nanomaterialien nasschemisch synthetisiert und strukturell-morphologisch charakterisiert. Zum einen betrifft dies TiO2-, TiO2/SiO2-, Ag/TiO2- und Pd/TiO2-Sole, welche die photokatalytisch aktive Modifikation Anatas in nanokristalliner Form enthalten und über einen solvothermalen Sol-Gel-Prozess hergestellt werden konnten. Im Hinblick auf eine potentielle Anwendung in der Desinfektionstechnologie und für den Abbau organischer Umweltschadstoffe wurde die photokatalytische Aktivität von Pulvern und Beschichtungen auf Textil durch E. coli-Abtötung bzw. Modellfarbstoffabbau untersucht. Im Weiteren wurde die antimikrobielle Aktivität pyroelektrischer LiNbO3- und LiTaO3-Pulvermaterialien unter zyklischer thermischer Anregung nachgewiesen. Diese als Pyroelektrokatalyse bezeichnete Nutzung des pyroelektrischen Effektes in einem katalytischen bzw. elektrochemischen Prozess ist dabei von grundlegender Neuheit. Aufsetzend auf den physiko-chemischen Grundlagen dieses Phänomens wurde eine Hypothese des Mechanismus entwickelt und in Analogie zur Photokatalyse diskutiert
This thesis deals with two classes of oxidic nanomaterials that were synthesized by chemical solution routes and characterized with respect to structure and morphology. Sols of TiO2, TiO2/SiO2, Ag/TiO2 and Pd/TiO2 containing the photocatalytically active modification anatase in nanocrystalline form were prepared via a solvothermal sol-gel process. With regard to potential application in disinfection and environmental remediation technology the photocatalytic activity of powders and coatings on textile was investigated by means of E. coli decomposition and organic dye degradation. Further the antimicrobial activity of pyroelectric LiNbO3 and LiTaO3 powder materials under cyclical thermal excitation was demonstrated. In this context the application of the pyroelectric effect in a catalytic or electrochemical process – termed as pyroelectrocatalysis – is of fundamental novelty. Based on the physico-chemical principles of the phenomenon a hypothesis of the mechanism was developed and discussed in analogy with photocatalysis

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind trotz erheblicher Fortschritte in Diagnostik und Therapie noch immer die häufigste Todesursache in Deutschland. Neben bekannte Risikofaktoren wie Hypercholesterinämie, Hyperlipoproteinämie, Diabetes mellitus, Adipositas, Bewegungsmangel, Stress und hohem Alter wird eine pathophysiologisch erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) als Ursache für deren Entstehung diskutiert. NAD(P)H-Oxidasen, von denen 7 Isoformen der katalytischen Nox-Untereinheiten bekannt sind, stellen dabei die Hauptquelle für vaskuläre Superoxidanionen und oxidativen Stress dar. In dieser Arbeit konnte die vorrangige Bedeutung eines intrazellulär lokalisierten Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase-Komplexes für die konstitutive Radikalbildung in primären humanen Endothelzellen nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch chronische Applikation der biomechanischen Kräfte Schubspannung und Dehnung oxidativer Stress in humanen Endothelzellen in vitro vermindert werden kann. Die Herabregulation der Superoxidanionen-Bildung sowie die vermehrte Freisetzung von NO durch chronische Applikation biomechanischer Kräfte trägt zur positiven Balance von NO/Superoxidanionen und zum vasoprotektiven Potential physiologischer Schubspannung bzw. Dehnung bei. Durch Nox4-Promotordeletionsanalysen und Mutationsstudien konnte der Transkriptionsfaktor AP-1 als entscheidend für die schubspannungsabhängige Herabregulation von Nox4 identifiziert werden. Durch Stimulation von Endothelzellen bzw. murinen Gefäßringen mit oxidiertem LDL konnte dagegen die vaskuläre ROS-Bildung in vitro und ex vivo induziert werden. Zur weiteren Aufklärung des Mechanismus der LDL-induzierten ROS-Bildung in vivo und des Einflusses von NAD(P)H-Oxidasen wurden C57BL/6 (Wildtyp)- und Nox2-/--Mäuse 10 Wochen lang mit einer fettreichen Diät (Western diet) gefüttert und anschließend der Einfluss dieser Fütterung auf die NAD(P)H-Oxidase-Expression und ROS-Bildung analysiert. In der Aorta thoracalis beider Mausstämme zeigte sich durch das fettreiche Futter ein signifikanter Anstieg der NAD(P)H-Oxidase-Aktivität im Vergleich zum Standardfutter. Durch Western diet-Fütterung wurde die Nox4-mRNA-Expression in der A. thoracalis von Nox2-/--Mäuse und die p22phox-mRNA-Expression in beiden Mausstämmen induziert. Die Analyse weiterer Organe (Herz, Niere) zeigte keine Induktion von NAD(P)H-Oxidase-Untereinheiten durch Western diet-Fütterung. Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit für eine entscheidende Rolle der Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase bei der vaskulären Radikalbildung in vitro und in vivo
Cardiovascular diseases are the most common causes of death in Germany. Beside the known risk factors hypercholesteremia, hyperlipoproteinemia, diabetes mellitus, obesity, sedentary lifestyle, stress and high age, a pathophysiologically increased formation of reactive oxygen species (ROS) are discussed as cause of development of cardiovascular diseases. Nicotine adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase complexes have been identified as main source of oxidative stress and vascular superoxide anions. There are 7 known isoforms of the catalytic Nox subunit of the NADPH oxidase. In this dissertation it was shown that NADPH oxidase subunit Nox4 is the major Nox isoform in human endothelial cells. Nox4 could be localized in the perinuclear space. Overexpression of Nox4 enhanced endothelial superoxide anion formation. Furthermore, a reduction of oxidative stress could be demonstrated by chronic application of the biomechanical forces laminar shear stress and cyclic strain in endothelial cells in vitro. The observed downregulation of superoxide anion formation and upregulation of NO formation by application of biomechanical forces contribute to the positive balance between NO and superoxide anion and the vasoprotective potential of physiological shear stress and cyclic strain. Molecular cloning and functional analysis of the human Nox4 promoter revealed that an AP-1 binding site is essential for downregulation of Nox4 by laminar shear stress. On the other hand stimulation of endothelial cells and murine vessels with oxidized lipids caused an upregulation of vascular ROS production in vitro and ex vivo. In order to examine the mechanism of LDL induced ROS formation and the influence of NADPH oxidase, C57BL/6 (wild-type) and Nox2-/- mice were feed with a diet high in fat and sugar (Western-type diet) for 10 weeks. After feeding, the influence of diet on the expression of NADPH oxidase and ROS production was analyzed in the A. thoracalis. Both mice strains showed a significant upregulation of aortic ROS production in comparison to normal chow. The mRNA expression of aortic Nox4 was induced in Nox2-/- mice. Furthermore, the aortic p22phox mRNA expression was upregulated in both mice strains. The analysis of other organs (heart, kidney) showed no influence of the Western-type diet. In conclusion, the results demonstrate a major role of a Nox4 containing NADPH oxidase in the vascular radical formation in vitro and in vivo

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind trotz erheblicher Fortschritte in Diagnostik und Therapie noch immer die häufigste Todesursache in Deutschland. Neben bekannte Risikofaktoren wie Hypercholesterinämie, Hyperlipoproteinämie, Diabetes mellitus, Adipositas, Bewegungsmangel, Stress und hohem Alter wird eine pathophysiologisch erhöhte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) als Ursache für deren Entstehung diskutiert. NAD(P)H-Oxidasen, von denen 7 Isoformen der katalytischen Nox-Untereinheiten bekannt sind, stellen dabei die Hauptquelle für vaskuläre Superoxidanionen und oxidativen Stress dar. In dieser Arbeit konnte die vorrangige Bedeutung eines intrazellulär lokalisierten Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase-Komplexes für die konstitutive Radikalbildung in primären humanen Endothelzellen nachgewiesen werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch chronische Applikation der biomechanischen Kräfte Schubspannung und Dehnung oxidativer Stress in humanen Endothelzellen in vitro vermindert werden kann. Die Herabregulation der Superoxidanionen-Bildung sowie die vermehrte Freisetzung von NO durch chronische Applikation biomechanischer Kräfte trägt zur positiven Balance von NO/Superoxidanionen und zum vasoprotektiven Potential physiologischer Schubspannung bzw. Dehnung bei. Durch Nox4-Promotordeletionsanalysen und Mutationsstudien konnte der Transkriptionsfaktor AP-1 als entscheidend für die schubspannungsabhängige Herabregulation von Nox4 identifiziert werden. Durch Stimulation von Endothelzellen bzw. murinen Gefäßringen mit oxidiertem LDL konnte dagegen die vaskuläre ROS-Bildung in vitro und ex vivo induziert werden. Zur weiteren Aufklärung des Mechanismus der LDL-induzierten ROS-Bildung in vivo und des Einflusses von NAD(P)H-Oxidasen wurden C57BL/6 (Wildtyp)- und Nox2-/--Mäuse 10 Wochen lang mit einer fettreichen Diät (Western diet) gefüttert und anschließend der Einfluss dieser Fütterung auf die NAD(P)H-Oxidase-Expression und ROS-Bildung analysiert. In der Aorta thoracalis beider Mausstämme zeigte sich durch das fettreiche Futter ein signifikanter Anstieg der NAD(P)H-Oxidase-Aktivität im Vergleich zum Standardfutter. Durch Western diet-Fütterung wurde die Nox4-mRNA-Expression in der A. thoracalis von Nox2-/--Mäuse und die p22phox-mRNA-Expression in beiden Mausstämmen induziert. Die Analyse weiterer Organe (Herz, Niere) zeigte keine Induktion von NAD(P)H-Oxidase-Untereinheiten durch Western diet-Fütterung. Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit für eine entscheidende Rolle der Nox4-haltigen NAD(P)H-Oxidase bei der vaskulären Radikalbildung in vitro und in vivo.
Cardiovascular diseases are the most common causes of death in Germany. Beside the known risk factors hypercholesteremia, hyperlipoproteinemia, diabetes mellitus, obesity, sedentary lifestyle, stress and high age, a pathophysiologically increased formation of reactive oxygen species (ROS) are discussed as cause of development of cardiovascular diseases. Nicotine adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase complexes have been identified as main source of oxidative stress and vascular superoxide anions. There are 7 known isoforms of the catalytic Nox subunit of the NADPH oxidase. In this dissertation it was shown that NADPH oxidase subunit Nox4 is the major Nox isoform in human endothelial cells. Nox4 could be localized in the perinuclear space. Overexpression of Nox4 enhanced endothelial superoxide anion formation. Furthermore, a reduction of oxidative stress could be demonstrated by chronic application of the biomechanical forces laminar shear stress and cyclic strain in endothelial cells in vitro. The observed downregulation of superoxide anion formation and upregulation of NO formation by application of biomechanical forces contribute to the positive balance between NO and superoxide anion and the vasoprotective potential of physiological shear stress and cyclic strain. Molecular cloning and functional analysis of the human Nox4 promoter revealed that an AP-1 binding site is essential for downregulation of Nox4 by laminar shear stress. On the other hand stimulation of endothelial cells and murine vessels with oxidized lipids caused an upregulation of vascular ROS production in vitro and ex vivo. In order to examine the mechanism of LDL induced ROS formation and the influence of NADPH oxidase, C57BL/6 (wild-type) and Nox2-/- mice were feed with a diet high in fat and sugar (Western-type diet) for 10 weeks. After feeding, the influence of diet on the expression of NADPH oxidase and ROS production was analyzed in the A. thoracalis. Both mice strains showed a significant upregulation of aortic ROS production in comparison to normal chow. The mRNA expression of aortic Nox4 was induced in Nox2-/- mice. Furthermore, the aortic p22phox mRNA expression was upregulated in both mice strains. The analysis of other organs (heart, kidney) showed no influence of the Western-type diet. In conclusion, the results demonstrate a major role of a Nox4 containing NADPH oxidase in the vascular radical formation in vitro and in vivo.

Reaktive Sauerstoffradikale spielen eine große Rolle bei der Entstehung von Karzinomen, im Alterungsprozess und bei kardiovaskulären Erkrankungen (Valko et al., 2007). Solche Sauerstoffradikale können unter anderem durch die NADPH-Oxidase gebildet werden (Finkel and Holbrook, 2000). Ziel der Arbeit war es, die Rolle von ROS im Alterungsprozess und bei Bluthochdruck aufzuzeigen. Dafür wurden zwei Tiermodelle, eines mit einer geringen ROS-Konzentration und eines mit einer hohen ROS-Konzentration, verwendet. Zum einen handelt es sich um ein p47-Knockout-Mausmodell für die geringere ROS-Konzentration, im Vergleich zu alten und jungen Wildtyp-Tieren. Für die Rolle von ROS bei der Alterung wurden junge mit alten Wildtyp-Tieren verglichen. Um die Rolle der NOX2 in den ROS-Spiegeln der Organe zu ermitteln wurden gleichaltrige Wildtyp- mit p47-Knockout-Tieren verglichen. Zum anderen nutzten wir ein ren2-Tiermodell für die hohe ROS-Konzentration. Hierbei handelt es sich um ein Bluthochdruckmodell, in dem der Blutdruck mit Medikamenten normalisiert werden kann. Die Tiere wurden daher mit Ramipril (ACE-Inhibitor), Apocynin (NADPH-Oxidase-Inhibitor) und Tempol (Radikalfänger) behandelt. Als Maß für die ROS-Konzentration wurden die Superoxidionenspiegel mithilfe einer Dihydroethidium-Färbung ermittelt. Die DNA-Doppelstrangbrüche wurden mit einer γH2AX-Antikörper-Färbung nachgewiesen und die Expression von Sirtuin1 und Hsp70, welche als Anti-Aging Proteine bekannt sind, mittels Western Blot bestimmt
Reactive oxygen species play a major role in the etiology of cancer, in the aging process and cardiovascular diseases (Valko et al., 2007). These oxygen radicals may be formed by the NADPH oxidase enzym complex (Finkel and Holbrook, 2000). The aim of the study is to analyse the effect of ROS in the aging process and hypertension. Therefore two models were used. Young and old wild-type animals were used and compared with young p47 knockout mice, which have a reduced ROS level. As a model with increased ROS levels the ren2-rat model was applied. Those animals were treated with different drugs such as ramipril (ACE inhibitor), apocynin (NADPH oxidase inhibitor) and tempol (radical scavenger). The superoxide concentration was determined in kidney and heart by using dihydroethidium-staining. The DNA double strand breaks were detected by staining with an γH2AX antibody and the expression of Sirtuin1 and Hsp70 which are known as anti-aging proteins, were determined by Western Blot

Das Rett-Syndrom ist eine postnatal progressiv verlaufende neurologische Entwicklungsstörung, die x-chromosomal vererbt. Das klassische Rett-Syndrom entsteht durch eine spontane Mutation des MECP2-Gens, welches für die Kodierung des Transkriptionsfaktors MeCP2 (methyl CpG binding protein 2) verantwortlich ist. Das Krankheitsbild verläuft in vier Stadien und ist vor allem von geistiger Retadierung, motorischer Dysfunktion und Unregelmäßigkeiten der Atmung geprägt. In verschiedenen Untersuchungen wurden bereits verschiedene zelluläre Dysfunktionen und Beeinträchtigungen der Mitochondrien bestätigt, weshalb wir weitere Untersuchungen anstrebten. Ziel dieser Dissertation war es, mögliche Einflüsse verschiedener Enzyme auf die ROS-Produktion zu untersuchen und somit die Erkenntnisse aus vorangegangenen Arbeiten zu erweitern. Im Fokus dieser Untersuchungen lagen zum einen die mitochondriale ROS-Produktion sowie die extramitochondriale ROS-Produktion. Durch unterschiedliche pharmakologische Modulationen wurden beide Systeme beeinflusst, um den jeweiligen Beitrag zur gesamten ROS-Produktion abzuschätzen.