Heart failure is a syndrome in which the heart is unable to supply the entire body with oxygen. It is manifested in shortness of breath and exercise intolerance. One class of drugs that have proven effective in managing the progression of heart failure is β-blockers. These drugs bind to β-adrenergic receptors with high affinity, thus preventing the binding of endogenous catecholamines such as epinephrine and norepinephrine to the receptors by outcompeting them. The most common explanation of how β-blockers help manage the progression of heart failure is that by slowing the heart rate, it reduces the strain put on the heart. There may however be other ways that β-blockers help decrease morbidity and mortality of heart failure. Alternative reasons to how β-blockers aid the treatment of heart failure have been proposed based on the literature. It was found that the compensatory mechanisms intended to alleviate failure may be the main reasons that actually worsen it. Prolonged stimulation by epinephrine and norepinephrine damage the myocardium through oxidative damage, signaling for apoptosis and cardiac remodeling, as well as causing an increase in blood volume through the RAS-system. By blocking these maladaptive responses, β-blockers such as Carvedilol, Metoprolol and Nebivolol, together with other drugs such as ACE-inhibitors, and lifestyle changes help manage the progression of heart failure as well as increase the quality of life for the patients suffering from it

The beneficial effects of angiotensin II type 1 (AT1) receptor blockers (ARB) in cerebrovascular disease have been shown in clinical trials. However, the effects of ARBs vary based on their unique pharmacologic properties. In this study, we focused on telmisartan, a fat-soluble ARB with selective peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ) agonist activity, and investigated its effects on ischemic injury in cerebral vasculature using murine models of both transient and permanent focal ischemia. Analysis by triphenyltetrazolium-staining revealed that pre-treatment of mice with telmisartan reduced stroke volume 72 h after the transient ischemic insult in a dose-dependent manner, though such treatment did not reduce stroke volume due to permanent ischemia. Transient ischemia induced pro-inflammatory adhesion molecules, such as ICAM-1 and P-selectin in the ischemic region, and treatment with telmisartan diminished the expression of these adhesion molecules with diminished infiltration of inflammatory cells. The beneficial effect of telmisartan was attenuated, in part, by administration of a PPARγ antagonist. Treatment with valsartan (an ARB without PPARγ agonist activity) also decreased ischemic injury after transient ischemia, though to a lesser extent than telmisartan. Our findings indicate that telmisartan has a beneficial effect in a murine model of ischemia/reperfusion injury through blockade of AT1 receptors, and, in addition, due to a positive effect via its specific anti-inflammatory PPARγ agonist activity.

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13126号 / 論医博第2135号 / 新制||医||1024(附属図書館) / (主査)教授 湊谷 謙司, 教授 椛島 健治, 教授 岩井 一宏 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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An Herzinsuffizienz sind in Deutschland weit mehr als 1 Mio. Menschen erkrankt. Ihre Häufigkeit steigt stetig an. Die Herzinsuffizienz wird als dominierende Herz-Kreislauf-Erkrankung des 21. Jahrhunderts angesehen. Die Hauptursache der Herzinsuffizienz ist die koronare Herzerkrankung besonderes nach stattgehabtem Myokardinfarkt. Sowohl für den akuten Myokardinfarkt als auch für die sich auf dieser Basis entwickelnde Herzinsuffizienz werden Veränderungen im Stoffwechsel der Sauerstoffradikale als pathophysiologisch bedeutsam angesehen. Es wird angenommen, dass als Folge der akuten Myokardischämie oxidativer Stress im Myokard hervorgerufen wird. Dieser kann über die akute Infarktphase hinaus prolongieren. Dadurch werden Mechanismen induziert (Hypertrophie und Apoptose, Störung myokardialer Signaltransduktion), die letztlich zur Herzinsuffizienz führen. Folgerichtig sollten therapeutische Maßnahmen, die zu einer Minimierung von oxidativem Stress führen, protektiv wirken. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Modell des Ligaturinfarktes der Ratte gezeigt, dass es in der Akutphase des Infarktes (30-36 h nach Ligatur) zu gesteigertem oxidativen Stress kommt. Dieser ließ sich anhand gesteigerter myokardialer Konzentration an Lipidperoxiden, die mit einer verminderten Konzentration antioxidativer Enzyme im Herz kombiniert war, dokumentieren. Werden solche Tiere 6 Wochen nach Ligatur untersucht, weisen sie im Herz im Vergleich zu scheinoperierten Tieren eine signifikant erhöhte Konzentration von Lipidperoxiden als Zeichen gesteigerten oxidativen Stresses auf. Parallel dazu werden typische Zeichen einer Herzinsuffizienz (Herzhypertrophie, erhöhter LVEDP, verminderte Kontraktilität) beobachtet. Wurden solche Tiere beginnend nach der akuten Myokardphase mit dem ACE-Hemmer Ramipril und dem Beta-Blocker Metoprolol behandelt - von beiden ist bekannt, dass sie protektiv in den Stoffwechsel der Sauerstoffradikale eingreifen können - wurde ein geringerer myokardialer oxidativer Stress beobachtet, der mit einer verminderten Ausprägung der morphologischen und funktionellen Herzinsuffizienzzeichen einherging. Die kombinierte Gabe von Beta-Blocker und ACE-Hemmer erwies sich dabei sowohl in der Reduktion von oxidativem Stress als auch in ihrem Einfluss auf Herzfunktion und Morphologie den Einzeltherapien überlegen. Als wesentlich für die Reduktion von oxidativem Stress durch Beta-Blockade und ACE-Hemmung wurde die kompensatorische Zunahme des enzymatischen antioxidativen Schutzes im Herz (GSH-Px, SOD) ausgewiesen. / In Germany, more than 1 million people suffer from heart failure and the incidence is continuously growing. Consequently, heart failure is accepted to be the dominant disease of the heart and circulatory system in the 21st century. The main reason for heart failure is coronary heart disease in general, and especially myocardial infarction (MI). Changes in the oxygen radical metabolism are thought to be essential in the pathogenesis of myocardial infarction and heart failure as its important consequence. It is supposed that, as a result of myocardial ischemia, oxidative stress arises in the heart, which can activate and prolong mechanisms (hypertrophy, apoptosis, disturbed signal transduction) well documented to result in heart failure. Consequently, treatment, which reduces the myocardial oxidative stress, should be beneficial. Using the model of ligature infarction in rats, our study shows increased myocardial oxidative stress in the acute phase of MI (30-36 h after ligature) documented by increased concentration of lipid peroxides (LPO) combined with reduced activity of the antioxidative enzymes. When the animals were analyzed 6 weeks after ligature in comparison to sham operated animals, increased oxidative stress and in parallel typical signs for heart failure (myocardial hypertrophy, increased LVEDP, reduced contractility) were observed. Treatment of the animals starting after acute myocardial infarction with the ACE-inhibitor Ramipril and the beta-blocker Metoprolol - both are known to interfere protectively with the oxygen radical metabolism - reduced the myocardial oxidative stress and the morphological and functional signs of failing heart. This effect was most impressive after combined treatment with Metoprolol and Ramipril. The elevated enzymatic antioxidative defense (GSH-Px, SOD) which we found in the heart after beta-blockade and ACE inhibition could be the reason.

This thesis is dedicated to all volleyball fans and mainly to volleyball coaches who are interested in problematics of a set in volleyball. The thesis contains chapters on the history of volleyball, characteristics of playing actions of an individual, game systems, and what does the setter do. The practical part deals with the most frequently played signals by setter and blocker in two the best teams of women`s extraleague volleyball. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

In the course of this study, several endogenous compounds and model substances were used to mimic the conditions in patients suffering from hypertension. As endogenous compounds, angiotensin II and aldosterone were chosen. As model substances, 4-nitroquinoline-1-oxide (NQO), hydrogen peroxide and phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) were selected. Benfotiamine as well as α-tocopherol proved in the course of the experiments to be able to prevent angiotensin II-induced formation of oxidative DNA strand breaks and micronuclei. This could be due to a prior inhibition of the release of reactive oxygen species and is in contrast to results which were achieved using thiamine. Furthermore, experiments in which cells were pre-incubated with benfotiamine followed by incubation with NQO showed that benfotiamine was not able to prevent the induction of oxidative stress. The hypothesis that benfotiamine has, like α-tocopherol, direct antioxidative capacity was fortified by measurements in cell free systems. In brief, a new working mechanism for benfotiamine in addition to the ones already known could be provided. In the second part of the study, angiotensin II was shown to be dose-dependently genotoxic. This effect is mediated via the angiotensin II type 1 receptor (AT1R) which. Further experiments were extended from in vitro settings to the isolated perfused kidney. Here it could be shown that angiotensin II caused vasoconstriction and DNA strand breaks. Co-perfusion of kidneys with angiotensin II and candesartan prevented vasoconstriction and formation of strand breaks. DNA strand break formation due to mechanical stress or hypoxia could be ruled out after additional experiments with the thromboxane mimetic U 46619. Detailed investigation of the DNA damage in vitro revealed that angiotensin II induces single strand breaks, double strand breaks and 8-hydroxydeoxyguanosine (8-oxodG)-adducts as well as abasic sites. Investigations of the effects of aldosterone-treatment in kidney cells showed an increase of oxidative stress, DNA strand breaks and micronuclei which could be prevented by the steroidal mineralocorticoid receptor antagonist eplerenone. Additional experiments with the non-steroidal mineralocorticoid receptor antagonist (S)-BR-4628 revealed that this substance was also able to prevent oxidative stress and genomic damage and proved to be more potent than eplerenone. In vivo, hyperaldosteronism was imitated in rats by aid of the deoxycorticosteroneacetate (DOCA) salt model. After this treatment, levels of DNA strand breaks and chromosomal aberrations in the kidney could be observed. Furthermore, an increase in the release of ROS could be measured. Treatment of these animals with spironolactone , BR-4628 and enalaprile revealed that all antagonists were effective BR-4628 was the most potent drug. Finally, rosuvastatin was investigated. In HL-60 cells phorbol 12-myristate 13-acetate caused oxidative stress. Rosuvastatin was able to prevent the release of ROS and subsequent oxidative DNA damage when co-incubated with PMA. Furthermore, not only an inhibition of PMA-induced oxidative stress but also inhibition of the unspecific release of ROS induced by hydrogen peroxide was observable. Addition of farnesyl pyrophosphate (FPP), geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP), and mevalonate, intermediates of the cholesterol pathway, caused only a marginal increase of oxidative stress in cells treated simultaneously with PMA and rosuvastatin, thus indicating the effect of rosuvastatin to be HMG-CoA-reductase-independent. Investigation of the gene expression of subunits of NAD(P)H oxidase revealed a down-regulation of p67phox following rosuvastatin-treatment. Furthermore, it could be shown that rosuvastatin treatment alone or in combination with PMA increased total glutathione levels probably due to an induction of the gene expression and enzyme activity of γ-glutamylcysteine synthetase (γ-GCS). / Im Zuge dieser Studie wurden sowohl endogene Substanzen als auch Modellsubstanzen eingesetzt, um die pathologischen Verhältnisse in Patienten, die an Bluthochdruck leiden, zu imitieren. Als endogene Substanzen wurden Angiotensin II und Aldosteron ausgewählt. Als Modellsubstanzen wurden 4-Nitrochinolin-1-oxid (NQO), Wasserstoffperoxid und Phorbol-12-myristat-13-gewählt. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit zwei Vitaminen, nämlich Benfotiamin und α-Tocopherol. Sowohl Benfotiamin als auch α-Tocopherol zeigten im Laufe der Experimente, dass sie in der Lage sind, durch Angiotensin II verursachte DNA-Strangbrüche und chromosomale Aberrationen zu verhindern. Dies ist möglicherweise auf eine ebenfalls beobachtbare vorausgegangene Inhibition der Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies zurückzuführen. Zusammenfassend konnte ein neuer Wirkmechanismus für Benfotiamin vorgestellt werden. Im zweiten Teil dieser Studie konnte nachgewiesen werden, dass Angiotensin II eine dosisabhängige Gentoxizität verursacht. Dieser Effekt wird durch den Angiotensin II-Rezeptor Typ 1 vermittelt. Im weiteren Verlauf der Studie wurden die in vitro Experimente auf das Modell der isolierten perfundierten Mäuseniere ausgeweitet. Hier konnte gezeigt werden, dass Angiotensin II Vasokonstriktion und DNA-Strangbrüche verursacht. Co-Perfusion der Nieren mit Angiotensin II und Candesartan verhinderte hingegen die Vasokonstriktion und die Bildung von DNA-Strangbrüchen. Die Verursachung von Strangbrüchen durch mechanischen Stress oder Hypoxie konnte ausgeschlossen werden. Die Untersuchung der ex vivo beobachteten DNA-Schäden in vitro ließ erkennen, dass Angiotensin II Einzelstrangbrüche, Doppelstrangbrüche, die Bildung des DNA-Addukts 8-OxodG und abasische Stellen induziert. Ein Reparatur-Comet Assay, parallel durchgeführt mit der Messung des phosphorylierten Histons 2AX (γ-H2AX) über 24 h, zeigte eine vollständige Reparatur der Einzelstrangbrüche, wohingegen die Zahl der Doppelstrangbrüche in diesem Zeitraum sogar zunahm. Untersuchungen der Effekte, die eine Aldosteron-Behandlung auf Nierenzellen hat, zeigten einen Anstieg des oxidativen Stress, der DNA Strangbrüche und der Mikrokerne. Diese Effekte konnten durch Eplerenon verhindert werden. Weitere Experimente mit dem nicht-steroidalen Mineralocorticoid Rezeptor-Antagonisten (S)-BR-4628 zeigten, dass auch diese Substanz oxidativen Stress und DNA Schäden verhindern konnte, im Gegensatz hierzu hatte das (R)-Isomer, das keine Aktivität am Mineralocorticoid Rezeptor zeigt, keine präventiven Effekte. In vivo wurde der Hyperaldosteronismus mit Hilfe des Deoxycorticosteronacetat- (DOCA) Salzmodells nachgeahmt. Unter dieser Behandlung konnten Level an DNA-Strangbrüchen und chromosomalen Aberrationen beobachtet werden. Des Weiteren konnten in den DOCA-Tieren erhöhte Level an oxidativem Stress gemessen werden. Wurden die Versuchstiere zusätzlich zur DOCA-Behandlung mit Spironolacton, BR-4628 und dem Enalapril behandelt, konnte gezeigt werden, dass BR-4628 potenter war als Spironolacton Enalapril. Zuletzt wurde mit Rosuvastatin eine Substanz untersucht, die die antioxidative Abwehr der Zellen aktivieren kann. In der humanen Leukämie-Zelllinie HL-60 verursachte Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA) oxidativen Stress. Rosuvastatin war in der Lage, die Freisetzung von ROS und daraus resultierende DNA-Strangbrüche bei Co-Inkubation mit PMA zu verhindern. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Rosuvastatin nicht nur PMA-induzierten oxidativen Stress, sondern auch die unspezifische Wasserstoffperoxid-induzierte Freisetzung von ROS verhinderte. Die Untersuchung der Genexpression von Untereinheiten der NAD(P)H Oxidase ergab, dass p67phox nach Rosuvastatin-Behandlung herabreguliert wurde. Behandlung mit Rosuvastatin allein oder zusammen mit PMA konnte außerdem die Glutathion-Spiegel erhöhen. Dies ist vermutlich auf die Induktion der Genexpression und der Enzymaktivität der γ-Glutamylcystein-Synthetase (γ-GCS), des Schrittmacherenzyms des Glutathionsystems, zurückzuführen.

The increasing use of antibiotics has led to a huge problem for society, as some bacteria have developed resistance towards many of the antibiotics currently available. To help find solutions to this problem we studied small molecules that inhibit bacterial virulence, the ability to cause disease. The type III secretion system (T3SS) is a conserved virulence system found in several gram-negative bacteria, including human and plants pathogens, such as Yersinia spp., Pseudomonas aeruginosa, Chlamydia spp., Salmonella spp., Shigella spp, enteropathogenic Escherichia coli (EPEC), enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC), and Erwinia spp. One class of virulence-blocking compounds is the salicylidene acylhydrazides. They were first identified in a screen towards the T3SS in Yersinia pseudotuberculosis and have since been shown to block the T3SS in a panel of gram-negative bacteria such as Chlamydia spp. Salmonella enterica, Shigella flexneri and EPEC. We designed and synthesized a library of 58 salicylidene acylhydrazides and evaluated their activity as virulence-blocking compounds in Y. pseudotuberculosis followed by calculations of quantitative structure activity relationships (QSARs). Four QSAR models were calculated, and when used in consensus they correctly classified between five out of eight compounds for Y. pseudotuberculosis as active or inactive and six out of eight compounds for C. trachomatis. Since the target and mode of action of the salicylidene acylhydrazides were unknown, we used solution and solid phase synthesis to synthesize three different affinity reagents. One of these affinity reagents was used in affinity chromatography experiments, where 19 putative target proteins from an E. coli O157 bacterial lysate were identified. We studied four of the proteins, Tpx, WrbA, FolX, and AdhE, in more detail in Y. pseudotuberculosis and E. coli O157. We believe that the salicylidene acylhydrazides act on multiple targets that together result in down-regulation of T3SS functions. A knockout of AdhE in E. coli O157 showed a similar phenotype as salicylidene acylhydrazide treated E. coli, suggesting that this protein may be particularly interesting as a drug target. Many of the antibiotics used today originate form natural sources. In contrast, most virulence-blocking compounds towards the T3SS are small synthetic organic molecules. Therefore, a prefractionated natural product library with marine and terrestrial biota samples was screened towards the T3SS in Y. pseudotuberculosis. Neohopeaphenol A was identified as a hit and shown to have micromolar activity towards Y. pseudotuberculosis and P. aeruginosa in cell-based infection models. / Det ökande användandet av antibiotika har lett till stora problem för samhället. Många bakterier har utvecklat resistens mot de antibiotika som finns tillgängliga. För att försöka hitta en möjlig lösning på detta problem, arbetar vi med en strategi där vi med hjälp av små organiska molekyler inhiberar bakteriernas virulenssystem, deras förmåga att orsaka sjukdom. Traditionella antibiotika är antingen, bakteriocida, avdödande eller bakteriostatiska, tillväxthämmande. Bakteriernas enda sätt för att överleva antibiotikabehandlingen är att utveckla resistens. Forskarvärlden tror att molekyler som inhiberar bakteriernas virulenssystem, leder till ett minskat tryck att utveckla resistens mot dessa molekyler, eftersom de inte dödar eller hämmar bakterietillväxten, utan bara avväpnar bakterierna. Typ III sekretionssystemet är ett virulenssystem som finns i många gram-negativa bakterier, t.ex., Yersinia spp., Pseudomonas aeruginosa, Chlamydia spp., Salmonella spp., Shigella spp, enteropatogena Escherichia coli (EPEC) och Erwinia spp. Salicylidenacylhydraziderna är en substansklass virulensblockare som inhiberar typ III sekretionssystemet i de ovan nämnda bakterierna. I denna avhandling har vi designat och syntetiserat ett bibliotek med 58 salicylidenacylhydrazider och utvärderat deras biologiska aktivitet som virulensblockare i Y. pseudotuberculosis. Vi relaterade den biologiska aktiviteten till de kemiska egenskaperna hos salicylidenacylhydraziderna i kvantitativa strukturaktivitetssamband. Med hjälp av dessa samband kunde vi prediktera och validera aktiviteten till aktiv eller inaktiv för fem av åtta nya salicylidenacylhydrazider i Y. pseudotuberculosis och sex av åtta i C. trachomatis. Eftersom verkningsmekanismen för salicylidenacylhydraziderna var okänd, så syntetiserade vi tre olika affinitetsmolekyler med kombinerad lösnings- och fastfas-syntes. En av affinitetsmolekylerna användes sedan för att ”fiska ut” och identifiera 19 potentiella målproteiner i ett bakterielysat från E. coli. Fyra av dessa proteiner, TpX, WrbA, FolX och AdhE har vi studerat vidare i Y. pseudotuberculosis och E. coli. Utifrån resultaten tror vi att salicylidenacylhydraziderna interagerar med flera proteiner som tillsammans resulterar i en nedreglering av type III sekretionssystemen. Vår samarbetspartner, Andrew Roe och hans forskargrupp (Universitetet i Glasgow), har studerat AdhE i E. coli.  De har visat att E. coli som saknar genen för proteinet AdhE, har samma fenotyp som E. coli behandlad med salicylidenacylhydraziderna, d.v.s. ett nedreglerat T3SS, vilket gör AdhE till ett speciellt intressant målprotein. I jämförelse med många av våra nuvarande antibiotika som har ett naturligt ursprung så är de flesta studerade virulensblockare små syntetiska organiska molekyler. Därför testades en stor kollektion av naturprodukter från marina och landlevande växter och invertebrater från Sydostasien, för att hitta nya inhibitorer mot typ III sekretionssystemet i Y. pseudotuberculosis. Neohopeaphenol A som kommer från barken på Hopea hainanensis, ett träd som växer i sydostasiens regnskogar, identifierades som en ny virulensblockare. Neohopeaphenol A visade sig vara en potent virulensblockare i in vitro infektionsförsök med Y. psudotuberkulosis eller Pseudomonas aeruginosa. Forskningen i denna avhandling visar att virulensblockare kan hjälpa oss att förstå hur bakterier orsakar sjukdom. Förhoppningsvis kan det i framtiden leda till nya typer av läkemedel mot infektionssjukdomar.