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[ES] Las especies reactivas de oxígeno (ROS), el oxígeno molecular (O2) y el óxido nítrico (NO) son factores comunes en las respuestas a diferentes tipos de estrés en las plantas. En los últimos años, las condiciones ambientales adversas han aumentado debido al cambio climático y, entre ellas, las fuertes lluvias que provocan anegaciones o inundaciones en los campos suponen un grave problema para el desarrollo y el futuro de la agricultura. Estas inundaciones provocan que la planta se enfrente a condiciones de hipoxia severas y a la re-oxigenación que ocurre cuando se retira el agua. Es importante, por tanto, conocer los factores genéticos y moleculares que modulan las respuestas de las plantas a la hipoxia u otros tipos de estrés abiótico para hacer frente a estas situaciones. La familia de proteínas VQ de Arabidopsis thaliana incluye cinco miembros codificados por genes que se inducen en respuesta a la hipoxia, al NO y al estrés oxidativo. Dos de ellos, VQ1 y VQ10, codifican dos proteínas con una gran homología de secuencia y estructura, que no poseen actividad transcripcional. En este trabajo, se describe que VQ1 y VQ10 interaccionan entre sí y con ellas mismas, y con las otras tres proteínas VQ y cuatro factores de transcripción WRKY cuyos genes también se inducen en respuesta a hipoxia, NO y estrés oxidativo. Un rastreo de doble híbrido de levadura de una genoteca de Arabidopsis utilizando VQ1 como cebo permitió identificar alrededor de 300 proteínas interactoras de VQ1 y probablemente también de VQ10, sugiriendo que ambas proteínas tienen patrones similares de interacción proteína-proteína. VQ1 y VQ10 son proteínas citoplásmicas y nucleares, por lo que la identificación de casi 50 proteínas cloroplásticas que interaccionan con VQ1 en el cloroplasto sugiere que estas interacciones deben ocurrir en el citoplasma. En el rastreo se identificó la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato sintasa (DXS), una enzima clave para la biosíntesis de isoprenoides, la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas. Al co-inmunoprecipitar DXS y VQ1 o VQ10 se observó que VQ1 y sobre todo VQ10 favorecieron la monomerización de DXS en un ambiente reductor. A partir de la identificación de un mutante hipermórfico vq10-H se ha procedido a caracterizar algunas de las funciones reguladoras ejercidas por VQ10. El análisis transcriptómico comparado de vq10-H y plantas silvestres Col-0 permitió identificar la regulación ejercida por VQ10 en el desarrollo de las raíces, en las respuestas a NO y estrés oxidativo, así como una potencial función reguladora del procesamiento alternativo de ARNs. La sobreexpresión de VQ10 provocó el aumento de la elongación de la raíz primaria, y de la división y elongación celular en la raíz. También provocó una mayor tolerancia al estrés oxidativo, una menor sensibilidad al NO, y una mayor eficiencia fotosintética en comparación con las plantas silvestres. En conjunto, el trabajo realizado en esta Tesis sugiere que algunas funciones reguladoras de VQ1 y VQ10 en el desarrollo y las respuestas a estrés de las plantas podría estar basado en mecanismos de regulación redox. / [CA] Les espècies reactives d'oxigen (ROS), l'oxigen molecular (O2) i l'òxid nítric (NO) són factors comuns en les respostes a diferents tipus d'estrés en les plantes. En els últims anys, les condicions ambientals adverses han augmentat a causa del canvi climàtic i, entre elles, les fortes pluges que provoquen inundacions als camps suposen un greu problema per al desenvolupament i el futur de l'agricultura. Aquestes inundacions provoquen que la planta s'enfronte a condicions d'hipòxia severes i a la re-oxigenació que ocorre quan es retira l'aigua. És important, per tant, conéixer els factors genètics i moleculars que modulen les respostes de les plantes a l'hipòxia o altres tipus d'estrés abiòtic per a fer front a aquestes situacions. La família de proteïnes VQ d'Arabidopsis thaliana inclou cinc membres codificats per gens que s'indueixen com a resposta a l'hipòxia, al NO i a l'estrés oxidatiu. Dos d'ells, VQ1 i VQ10, codifiquen dues proteïnes amb una gran homologia de seqüència i estructura, que no posseeixen activitat transcripcional. En aquest treball, es descriu que VQ1 i VQ10 interaccionen entre si i amb elles mateixes, i amb les altres tres proteïnes VQ i quatre factors de transcripció WRKY, els gens dels quals també s'indueixen com a resposta a hipòxia, NO i estrés oxidatiu. Un rastreig amb la técnica del doble híbrid en llevat d'una genoteca d'Arabidopsis utilitzant VQ1 com a esquer va permetre identificar al voltant de 300 proteïnes interactores de VQ1 i probablement també de VQ10, suggerint que ambdues proteïnes tenen patrons similars d'interacció proteïna-proteïna. VQ1 i VQ10 són proteïnes citoplasmàtiques i nuclears, de manera que la identificació de gairebé 50 proteïnes cloroplàstiques que interaccionen amb VQ1 en el cloroplast suggereix que aquestes interaccions han d'ocorrer al citoplasma. En el rastreig es va identificar la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfat sintasa (DXS), un enzim clau per a la biosíntesi d'isoprenoides, la fotosíntesi i el creixement de les plantes. En co-immunoprecipitar DXS i VQ1 o VQ10 es va observar que VQ1 i sobretot VQ10 van afavorir la monomerització de DXS en un ambient reductor. A partir de la identificación d'un mutant hipermòrfic vq10-H s'ha procedit a caracteritzar algunes de les funcions reguladores exercides per VQ10. L'anàlisi transcriptòmic comparat de vq10-H i plantes silvestres Col-0 va permetre identificar la regulació exercida per VQ10 en el desenvolupament de les arrels, en les respostes a NO i estrès oxidatiu, així com una potencial funció reguladora del processament alternatiu d'ARNs. La sobreexpressió de VQ10 va provocar l'augment de l'elongació de l'arrel primària, i de la divisió i elongació cel·lular a l'arrel. També va provocar una major tolerància a l'estrès oxidatiu, una menor sensibilitat al NO, i una major eficiencia fotosintètica en comparació amb les plantes silvestres. En conjunt, el treball realitzat en aquesta Tesi suggereix que algunes funcions reguladores de VQ1 i VQ10 en el desenvolupament i les respostes a estrés de les plantes podria estar basat en mecanismes de regulació redox. / [EN] Reactive oxygen species (ROS), molecular oxygen (O2), and nitric oxide (NO) are common factors in diverse plant stress responses. In the past few years, adverse environmental conditions have increased due to climate change, including heavy rains leading to waterlogging or flooding in fields, posing a serious problem for agriculture's development and future. Floods impose severe hypoxia conditions to plants to be later re-oxygenated when water recedes. Therefore, it is essential to understand the genetic and molecular factors that modulate plant responses to hypoxia and other abiotic stresses to address these situations. The VQ-motif containing protein family in Arabidopsis thaliana includes five members encoded by genes induced in response to hypoxia, NO, and oxidative stress. Two of them, VQ1 and VQ10, encode two proteins with significant sequence and structural homology, lacking transcriptional activity. In this study, it is described that VQ1 and VQ10 interact with each other and themselves, as well as with the other three VQ proteins and four WRKY transcription factors whose genes are also induced in response to hypoxia, NO, and oxidative stress. A yeast two-hybrid screening of an Arabidopsis library using VQ1 as bait allowed us identifying almost 300 VQ1-interacting proteins, that likely also interact with VQ10, suggesting that their homology can be extended to protein-protein interaction patterns. VQ1 and VQ10 are cytoplasmic and nuclear proteins, so the identification of nearly 50 chloroplast proteins interacting with VQ1 in the chloroplast suggests that these interactions may be occurring in the cytoplasm. 1-Deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase (DXS), a key enzyme in isoprenoid biosynthesis, photosynthesis, and plant growth, was identified in the screening. Co-immunoprecipitation of DXS with VQ1 or VQ10 showed that VQ1 and, particularly, VQ10 promoted the monomerization of DXS under reducing conditions. Based on the identification of a hypermorphic vq10-H mutant, some of the regulatory functions exerted by VQ10 have been characterized. Comparative transcriptomic analysis of the hypermorphic vq10-H mutant and Col-0 wild type plants allowed us identifying the regulation exerted by VQ10 in root development, in responses to NO and oxidative stress, as well as in the alternative splicing of RNAs. Overexpression of VQ10 led to increased primary root elongation, and increased root cell division and elongation. It also triggered an enhanced oxidative stress tolerance, reduced sensitivity to NO, and enhanced photosynthetic efficiency compared to wild type plants. Altogether, the work carried out in this thesis suggest that some of the regulatory functions exerted by VQ1 and VQ10 on development and stress responses in plants, could be based on redox mechanisms. / Gayubas Balaguer, B. (2023). Función de las proteínas VQ1 y VQ10 codificadas por genes inducibles por hipoxia, óxido nítrico, y estrés oxidativo en la regulación del desarrollo y las respuestas a estrés en Arabidopsis thaliana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202571

AMP-activated protein kinase (AMPK) is known as a pivotal cellular energy sensor, mediating the adaptation to low energy levels by deactivating anabolic processes and activating catabolic processes in order to restore the cellular ATP supply when the cellular AMP/ATP ratio is increased. Besides this well-known role, it has also been shown to exert protective effects under hypoxia. While an insufficient supply with oxygen might easily deplete cellular energy levels, i.e., ATP concentration, manifold other mechanisms have been suggested and are heavily disputed regarding the activation of AMPK under hypoxia independently from cellular AMP concentrations. However, an activation of AMPK preceding energy depletion could induce a timely adaptation reaction preventing more serious damage. A connection between AMPK and the master regulator of hypoxic adaptation via gene transcription, hypoxia-inducible factor (HIF), has also been taken into account, orchestrating their concerted protective action. This review will summarize the current knowledge on mechanisms of AMPK activation under hypoxia and its interrelationship with HIF.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Sirt3, une des sept sirtuines chez les mammifères, est une déacétylase mitochondriale NAD+-dépendante qui joue un rôle dans le contrôle des facteurs clés de plusieurs voies métaboliques. Sirt3 déacétyle et active un grand nombre d'enzymes mitochondriales impliquées dans l'activité de la chaîne respiratoire, la production d'ATP, le cycle de Krebs, ainsi que le cycle de l'urée. Parallèlement à son rôle dans le métabolisme énergétique, l'activité mitochondriale intervient également dans l'induction de l'apoptose ainsi que dans la régulation de la prolifération et la différenciation cellulaires. En particulier les travaux du laboratoire ont montré qu'il existe une véritable régulation de la différenciation myogénique par l'activité mitochondriale. Comme Sirt3 régule l'activité mitochondriale, nous nous sommes intéressés à étudier l'implication de cette sirtuine dans la différenciation des myoblastes. Dans une première partie, nous avons évalué l'expression endogène de Sirt3 au cours de la différenciation des myoblastes murins C2C12, puis étudié l'effet de son inhibition sur le processus de différenciation et sur l'activité mitochondriale. Nous avons montré que l'expression de Sirt3 endogène augmente après induction de la différenciation des C2C12. Une inhibition stable de l'expression de Sirt3 par interférence (Short hairpin Sirt3, shSirt3) entraîne : 1) un blocage de la différenciation terminale des C2C12 reflété par une chute significative de l'index de fusion ainsi que de l'expression des marqueurs myogéniques MyoD, Myogénine et troponine T ; 2) une diminution de l'activité mitochondriale reflétée par une altération de l'expression de PGC-1alpha, VDAC et citrate synthase, et une diminution des activités enzymatiques des complexes de la chaîne respiratoire et de la respiration maximale des myoblastes ; 3) une augmentation de la production de DROs. Ces résultats suggèrent un rôle important de Sirt3 dans la différenciation des myoblastes, en relation avec son influence sur l'activité mitochondriale.Dans une seconde partie, nous avons évalué l'importance de Sirt3 in vivo sur le développement et le métabolisme du tissu musculaire en étudiant le phénotype de souris surexprimant l'isoforme courte (MCK-SIRT3M3) ou l'isoforme longue (MCK-SIRT3M1) de Sirt3 spécifiquement dans le muscle squelettique. Nos premiers résultats obtenus à l'âge de 3 mois montrent que la capacité oxydative des souris MCK-SIRT3M1 est plus faible et celle des souris MCK-SIRT3M3 plus élevée par rapport aux souris sauvages. Les souris MCK-SIRT3M3 présentent une atrophie musculaire dès l'âge de trois mois alors que la capacité musculaire et l'activité mitochondriale dans les muscles de ces souris ne sont pas modifiées. Avec l'âge, le phénotype des souris surexprimant l'isoforme M3 dans le muscle est plus marqué : l'atrophie s'accentue, le nombre de mitochondries augmente, et l'expression de la myosine de type 1 augmente alors que l'expression des myosines de type II diminue. Ces données indiquent que l'isoforme courte de Sirt 3 aurait une influence dans le développement et le métabolisme du muscle squelettique de souris. / Sirt3, one of the seven mammalian sirtuins, is a mitochondrial nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)-dependent deacetylase, and has been shown to control multiple key metabolic pathways. Sirt3 deacetylates and activates a large number of mitochondrial enzymes implicated in the activity of respiratory chain and ATP production, TCA and Urea cycles. We have previously shown that mitochondrial activity is importantly involved in the regulation of myoblast differentiation. Since Sirt3 modulates mitochondrial activity, we have investigated its influence on myoblast differentiation. First, we have evaluated endogen Sirt3 expression during C2C12 myoblast differentiation and then we examined the effect of its inhibition on the differentiation processes and on mitochondrial activity. We have shown that Sirt3 protein expression increased after the induction of myoblast differentiation. A stable inhibition of Sirt3 expression, using short hairpin Sirt3 (shSirt3) in C2C12 myoblasts resulted in: 1) abrogation of terminal differentiation reflected by a sharp decrease of the fusion index and a significant decrease of Myogenin, MyoD and Troponin T protein expression; 2) a decrease in mitochondrial activity reflected by alterations in PGC1-alpha, VDAC and citrate synthase expression, and a decrease in respiratory chain complexes activity and myoblast maximal respiration, 3) an increase in ROS production. These data suggest that Sirt3 plays an important role in the regulation of myoblast differentiation through its influence on mitochondrial activity.In a second part, to investigate the role of Sirt3, in vivo, in myogenesis and in mitochondrial activity, we have studied the effect of Sirt3 isoforms (short and long, MCK-SIRT3M3 and MCK-SIRT3M1 respectively) overexpression exclusively in skeletal muscle tissue of transgenic mice. We show that basal metabolism is lower MCK-SIRT3M1 mice and higher in MCK-SIRT3M3 compared to WT mice at 3 months of age. In 3 month-old MCK-SIRT3M3 mice, skeletal muscle is atrophied while muscle capacity and mitochondrial activity are not altered. Skeletal muscle phenotype evolves with age, in MCK-SIRT3M3 mice : increase in muscle atrophy, mitochondrial content. These data suggest that Sirt3 short isoform plays an important role in skeletal muscle development and metabolism in mice.

La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) et le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) de l’adulte constituent des affections sévères du poumon distal, avec un pronostic sombre pour les patients. A ce jour, aucun traitement n’est réellement efficace. De manière intéressante, une hypoxie alvéolaire est retrouvée dans ces pathologies.La thérapie cellulaire utilisant des cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMh) pourrait représenter un intérêt thérapeutique chez l’Homme. Cependant, leurs mécanismes d’action sont multiples et encore mal définis. Aussi, nous avons testé in vitro l’hypothèse selon laquelle les CSMh pourraient exercer un effet cytoprotecteur paracrine sur les cellules épithéliales alvéolaires (CEA) soumises à l’hypoxie.Dans une première étude, nous avons montré qu’une exposition prolongée à l’hypoxie telle que celle rencontrée au cours de la FPI induisait des modifications phénotypiques des CEA primaires de rat, évocatrices d’une transition épithélio-mésenchymateuse (TEM). On observe une perte progressive d’expression des marqueurs épithéliaux (TTF1, AQP5, ZO-1 et E-Cadhérine), couplée à l’apparition tardive de marqueurs mésenchymateux (α-SMA et Vimentine). Ces modifications phénotypiques s’accompagnent de l’expression dès les premières heures d’hypoxie de facteurs de transcription impliqués dans la TEM (SNAI1, TWIST1 et ZEB1) ou induits par l’hypoxie (HIF-1α et HIF-2α), et de protéines induisant la TEM (TGF-β1 et CTGF). La co-culture des CEA avec des CSMh en fond de puits prévient les modifications phénotypiques induites par l’hypoxie ainsi que l’expression des facteurs pro-TEM TWIST1, ZEB1, TGF-β1 et CTGF. Cet effet bénéfique des CSM est en partie expliqué par la sécrétion d’un facteur de croissance épithélial, le KGF.Dans une deuxième étude, nous avons confirmé que les CEA entraient en apoptose en condition hypoxique, via l’induction de deux voies de signalisations hypoxiques pro-apoptotiques. D’une part, les facteurs de transcription induits par l’hypoxie HIF sont stabilisés, et une cible pro-apoptotique, Bnip3, est induite. D’autre part, l’hypoxie induit une accumulation d’espèces réactives à l’oxygène délétère pour la cellule, perturbant l’équilibre redox de la cellule, endommageant l’ADN, et conduisant à l’apoptose. Cette accumulation pourrait résulter notamment d’une diminution de l’activité des enzymes anti-oxydantes SOD, en hypoxie. Le manque d’oxygène entraine également l’expression de CHOP, facteur de transcription pro-apoptotique impliqué dans le stress du réticulum endoplasmique, qui va13inhiber l’expression de la protéine anti-apoptotique Bcl-2. Nous avons montré que la culture des CEA en présence de milieu conditionné de CSMh (mc-CSMh) permet de prévenir partiellement l’apoptose des CEA en hypoxie, en modulant la voie de signalisation HIF, et en prévenant l’accumulation et les effets délétères des ROS. L’effet protecteur des CSM impliquerait le KGF comme observé lors de la première étude, mais également le HGF.Ces deux études indiquent que les CSMh sont susceptibles d’exercer des effets cytoprotecteurs paracrines vis-à-vis des CEA soumises à l’hypoxie aiguë ou prolongée, en limitant d’une part les modifications phénotypiques évocatrices de TEM, et d’autre part l’apoptose des CEA via la modulation des voies de signalisations hypoxiques. La sécrétion par les CSMh de KGF et de HGF, facteurs de croissance épithéliaux connus pour leurs effets bénéfiques sur les CEA, explique en partie les effets protecteurs paracrines des CSMh. Nos résultats suggèrent que les effets cytoprotecteurs des CSMh vis-à-vis des CEA pourraient contribuer aux effets bénéfiques des CSMh observés in vivo dans différents modèles animaux de fibrose induite, ou lors d’agressions alvéolaires aiguës. / Acute or chronic alveolar injuries provoke massive apoptosis of alveolar epithelial cells (AEC) that compromises an efficient repair of the alveolar epithelium and leads to lung diseases such as ARDS or IPF. These disorders are commonly associated with local alveolar hypoxia aggravating their progression through the stimulation of AEC apoptosis. Administration of allogenic mesenchymal stem cells (MSCs) has been shown to limit lung inflammation and fibrosis in murine models of alveolar injury, through a still poorly understood paracrine mechanism. In a first study, we showed that long term exposure of AEC in hypoxia leads to phenotypic alterations which looks like epithelio-mesenchymal transition (EMT). Co-culture with MSCs prevent hypoxia-induced EMT.In a second work, we studied whether MSC could protect AEC from hypoxia-induced apoptosis and the mechanisms involved. hMSC-conditioned media (hMSC-CM) significantly reduced hypoxia-induced apoptosis of AEC. Such a anti-apoptotic effect was also obtained with ROS scavenger N-acetylcystein or HIF1a inhibitor YC-1. hMSC-CM decreased the protein expression of HIF1α and HIF2α and of their pro-apoptotic target Bnip3 in hypoxic AEC. hMSC-CM also reduced ROS accumulation in hypoxic AEC by enhancing the activity of anti-oxidant enzymes and prevented the induction of CHOP, a pro-apoptotic factor induced by ROS signaling. The paracrine effect of hMSC was partly dependent on KGF and HGF secretion. hMSC prevent via a paracrine effect hypoxia-induced apoptosis of AEC by modulating hypoxic and ROS signaling.These two studies show that MSCs exert cytoprotective effects in vitro against hypoxia-induced apoptosis and EMT in AEC

Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of mortality and disability. As common sequelae in survivors of TBI are disabling functional, emotional and cognitive disturbances, improved treatment of TBI patients is urgently needed. At present, no neuroprotective pharmacological treatment exists. The formation of oxygen-centered free radicals, reactive oxygen species (ROS), is considered an important event in the pathophysiology of TBI. In the present thesis, the fluid percussion (FPI) and controlled cortical contusion injury models of TBI in rats were used. Two nitrone radical scavengers, α-Phenyl-N-tert -butyl nitrone (PBN) and the sulfonated analogue of PBN, 2-sulfophenyl-N-tert-butyl nitrone (S-PBN), were used as tools to study the role of ROS in TBI. Pre-treatment with PBN (30 mg/kg) improved morphological and cognitive outcome after severe controlled cortical contusion injury. Treatment with equimolar doses of PBN and S-PBN administered 30 min after FPI followed by a 24 h intravenous infusion improved morphological outcome. Only S-PBN improved cognitive outcome as assessed in the Morris Water Maze. Surprisingly, pre-treatment with PBN increased the number of apoptotic neurons at 24 hours after injury despite a reduced lesion volume. FPI resulted in an early increase in glucose uptake and a reduction in regional cerebral blood flow (rCBF) assessed by fluoro-2-deoxyglucose (FDG) and hexamethylpropylene amine oxime (HMPAO) autoradiography. At 12 h, a marked reduction in glucose uptake and rCBF ensued. These TBI-induced changes were attenuated by PBN and S-PBN pre-treatment. A method for ROS detection using 4-hydroxybenzoate in conjunction with microdialysis was evaluated. The results showed a marked increase in ROS formation as assessed by an increase in the single adduct 3,4-DHBA, lasting 90 min after injury. In a separate study, PBN and S-PBN equally reduced 3,4-DHBA formation despite no detectable brain concentrations of S-PBN at 30 or 60 min post-injury. In conclusion, ROS play an important role in the injury process after TBI. We report a method for ROS detection with potential clinical utility. Nitrones increased ROS elimination and improved functional and morphological outcome. Nitrone treatment may have a clinical potential as a neuroprotective concept in TBI.

Pesticides are among the most pervasive environmental contaminants and they are an important potential risk for human health. Agricultural workers are constantly exposed to pesticide spray, drift and residues in the soil and foliage. Many agricultural pesticides are readily absorbed by the body, through contact with the skin, the respiratory track, the eyes, and the gastrointestinal system. Multiple studies have reported a strong association between pesticide exposure and various health outcomes including cancer. Oxidative stress and DNA damage have been proposed as mechanisms linking pesticide exposure to health effects and neurological diseases. The focus of the present translational study is to examine the relationship between human exposure to the organophosphate pesticide azinphos methyl (AZM) and oxidative stress by measuring biomarkers of oxidative stress in biological fluids (i.e., urine, serum) and peripheral blood lymphocytes (PBLs) of agricultural workers. The findings from these field studies will be validated in vitro by examining cultures of human lymphocytes treated with AZM for similar biomarkers of oxidative stress. Since the collection of PBLs from study participants is highly invasive and not suitable for studies involving younger subjects, we also examined buccal cells for biomarkers of oxidative stress (i.e., DNA damage) as a more universal source of human tissue to assess oxidative stress in pesticide exposed individuals. We demonstrated in this study that AZM induces oxidative stress and causes DNA damage in human tissues. Agricultural workers who had been exposed to AZM showed elevated serum levels of lipid peroxides, increased urinary levels of 8-OH-dG, and lymphocytes from these individuals showed increased DNA damage and associated changes in oxidative DNA repair enzymes. Biomarkers of oxidative stress were also elevated in human lymphocytes treated with physiologically relevant concentrations of AZM. In cultures of human lymphocytes, AZM caused a concentration-dependent loss of viability and associated increases in ROS and a reduction in intracellular GSH. We also demonstrated that viable leukocytes from the oral cavity can be readily obtained from humans and these buccal cells can be used to assess DNA damage following exposure to occupational and environmental genotoxicants. We also noted that oral leukocytes are especially sensitive to cryopreservation with DMSO and thus, these cells must be cryoprotected with 5% DMSO to preserve the viability of these cells for subsequent biochemical studies. In summary, these in vivo and in vitro studies demonstrated that AZM induces oxidative stress in a dose-dependent matter and that oral lymphocytes are a good source of human tissue for assessing DNA damage and possibly other biochemical changes. The possible health implications of the variations in these biomarkers of oxidative stress and DNA damage are undetermined. Yet the findings from these studies have provided a strong foundation for determining the mechanism by which pesticide induce oxidative stress, to explore the putative relationship between pesticide-induced oxidative stress and disease (e.g. cancer, neurodegenerative disorders) and determine whether tissue damage in humans is brought about by direct or by indirect action of organophosphate pesticides. / Graduation date: 2010

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.

<p>Eurycoma longifolia (Tongkat Ali / TA) is a Malaysian shrub used to treat various illnesses including male infertility. Considering that TA is also used to improve male fertility and no report&nbsp / regarding its safety has been published, this study investigated the effects of a patented, aqueous TA extract on various sperm and testicular functions. Materials and Methods This study&nbsp / encompasses two parts (part 1: on spermatozoa / part 2: on TM3-Leydig and TM4-Sertoli cells). Part 1: Semen samples of 27 patients and 13 fertile donors were divided into two groups,&nbsp / washed and swim-up prepared spermatozoa, and incubated with different concentrations of TA (1, 10, 20, 100, 2000 &mu / g/ml) for 1 hour at 37&deg / C. A sample without addition of TA served as control. After incubation with TA,&nbsp / the following parameters were evaluated: viability (Eosin-Nigrosin test), total and progressive motility (CASA), acrosome reaction (triple stain technique), sperm production of reactive oxygen&nbsp / species (ROS / dihydroethidium test / DHE), sperm DNA fragmentation (TUNEL assay) and mitochondrial membrane potential (&Delta / &psi / m) (Depsipher kit). Part 2: TM3-Leydig and TM4-Sertoli cells&nbsp / incubated with different concentrations of TA (0.4, 0.8, 1.6, 3.125, 6.25, 12.5, 25, 50 &mu / g/ml) and control (without extract) for 48 and 96 hours. After incubation with TA, the following parameters were&nbsp / evaluated: viability (XTT), cell proliferation (protein assay), testosterone (testosterone ELISA test) and pyruvate (pyruvate assay). Results Part 1: For washed spermatozoa, significant&nbsp / dose-dependent trends were found&nbsp / for viability, total motility, acrosome reaction and sperm ROS production. However, these trends were only significant if the highest concentrations were included in the calculation. In the swim-up spermatozoa, ROS production of spermatozoa showed a biphasic relationship with its lowest percentage at 10 &mu / g/ml, yet, no significance could be&nbsp / observed (P=0.9505). No influence of TA could be observed for sperm DNA fragmentation nor &Delta / &psi / m.</p>