Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

The Endoplasmic Reticulum (ER) is an organelle with extraordinary signaling and homeostatic functions. It is the organelle responsible for protein folding, maturation, quality control and trafficking of proteins destined for the plasma membrane or for secretion into the extracellular environment. Failure, overloading or malfunctioning of any of the signaling or quality control mechanisms occurring in the ER may provoke a stress condition known as ‘ER stress’. Accumulating evidence indicates that ER stress may dramatically perturb interactions between the cell and its environment, and contribute to the development of human diseases, ranging from metabolic diseases and cancer to neurodegenerative diseases, or impact therapeutic outcome.  This book primarily focuses on the pathophysiology of ER stress.  It introduces the molecular bases of ER stress, the emerging relevance of the ER-mitochondria cross-talk, the signaling pathways engaged and cellular responses to ER stress, including the adaptive Unfolded Protein Response (UPR), autophagy as well as cell death. Next the book addresses the role of ER stress in physiology and in the etiology of relevant pathological conditions, like carcinogenesis and inflammation, neurodegeneration and  metabolic disease. The last chapter describes how ER stress pathways can be targeted for therapeutic benefit.  Altogether, this book will provide the reader with an exhaustive view of ER stress biology and the latest insights in the role of ER stress in relevant human diseases.

Endoplasmic reticulum. --- Proteins -- Metabolism. --- Proteins -- Physiological transport. --- Biology --- Health & Biological Sciences --- Cytology --- Medicine. --- Immunology. --- Molecular biology. --- Cell biology. --- Cell physiology. --- Apoptosis. --- Biomedicine. --- Biomedicine general. --- Molecular Medicine. --- Cell Biology. --- Cell Physiology. --- Cell organelles --- Cytology. --- Immunobiology --- Life sciences --- Serology --- Cell function --- Physiology --- Cell biology --- Cellular biology --- Cells --- Cytologists --- Clinical sciences --- Medical profession --- Human biology --- Medical sciences --- Pathology --- Physicians --- Health Workforce --- Biomedicine, general. --- Cell death --- Molecular biochemistry --- Molecular biophysics --- Biochemistry --- Biophysics --- Biomolecules --- Systems biology

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

The Endoplasmic Reticulum (ER) is an organelle with extraordinary signaling and homeostatic functions. It is the organelle responsible for protein folding, maturation, quality control and trafficking of proteins destined for the plasma membrane or for secretion into the extracellular environment. Failure, overloading or malfunctioning of any of the signaling or quality control mechanisms occurring in the ER may provoke a stress condition known as ˜ER stress'. Accumulating evidence indicates that ER stress may dramatically perturb interactions between the cell and its environment, and contribute to the development of human diseases, ranging from metabolic diseases and cancer to neurodegenerative diseases, or impact therapeutic outcome.  This book primarily focuses on the pathophysiology of ER stress.  It introduces the molecular bases of ER stress, the emerging relevance of the ER-mitochondria cross-talk, the signaling pathways engaged and cellular responses to ER stress, including the adaptive Unfolded Protein Response (UPR), autophagy as well as cell death. Next the book addresses the role of ER stress in physiology and in the etiology of relevant pathological conditions, like carcinogenesis and inflammation, neurodegeneration and  metabolic disease. The last chapter describes how ER stress pathways can be targeted for therapeutic benefit.  Altogether, this book will provide the reader with an exhaustive view of ER stress biology and the latest insights in the role of ER stress in relevant human diseases.

Histology. Cytology --- Molecular biology --- Human histology. Human cytology --- Human biochemistry --- Immunology. Immunopathology --- immunologie --- medische biochemie --- apoptose --- biochemie --- cytologie --- histologie --- moleculaire biologie

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Fotodynamische therapie (PDT) is een erkende, minimaal invasieve therapeutische aanpak voor de behandeling van verschillende tumoren en sommige goedaardige gezwellen. PDT is gebaseerd op het gecombineerd gebruik van een licht absorberende stof (fotosensibilisator), die preferentieel accumuleert in maligne tumoraal weefsel, en de bestraling met zichtbaar licht van een golflengte die overeenkomt met het absorptiespectrum van de fotosensibilisator. Dit belichtingsproces leidt in de aanwezigheid van moleculaire zuurstof tot de ontwikkeling van reactieve zuurstof moleculen wat tenslotte resulteert in celdood. Bijgevolg staat PDT een tweezijdige specificiteit toe daar de simultane aanwezigheid van zowel de fotosensibilisator als licht noodzakelijk is. Hypericine, een polycyclische aromatische verbinding die behoort tot de chemische klasse van de fenantroperyleenchinonen, is een natuurlijk voorkomende fotosensibilisator aanwezig in Hypericum perforatum , beter gekend als St.-Janskruid. Zijn fotochemische en -fysische eigenschappen samen met het feit dat hypericine in het donker noch toxisch, noch genotoxisch is, maken van deze fotosensibilisator een beloftevol middel in PDT. Voorafgaande studies met humane kankercellen hebben reeds aangetoond dat PDT met hypericine apoptose of necrose induceert, afhankelijk van de gebruikte concentratie en licht dosis. In een experimenteel diermodel leidde hypericine PDT van een blaaskanker cel tot een dramatische vermindering van het groeipotentieel van de tumorcellen, maar heropleving van de tumor kan optreden. Daarom werd deze studie opgezet met als doel om op moleculair niveau de mogelijke targets op te sporen die deze adaptieve respons van de kankercel op hypericine PDT reguleren. In dit werk werd duidelijk aangetoond dat zowel hypericine als pyropheophorbide-a methyl ester (PPME) gebaseerde PDT van humane kankercellen, leidt tot een verhoogde expressie van het induceerbare cyclooxygenase-2 (COX-2) enzym en een daarmee samengaande secretie van prostaglandine E2 (PGE2). De signaalwegen en het mechanisme die verantwoordelijk zijn voor deze COX-2 inductie blijken fotosensibilisator specifiek te zijn. Het uitdiepen van de signaalwegen legde bloot dat het p38 MAPK een belangrijke rol speelt in de door hypericine PDT geïnduceerde overexpressie van COX-2. Het blokkeren van deze signaalweg met behulp van een farmacologische remmer van het p38 MAPK (PD169316), verhinderde de PDT geïnduceerde COX-2 expressie volledig, en dit effect kon worden omgekeerd door de overexpressie van een drugresistente mutant van het p38 MAPK. Bovendien vertoonde p38a MAPK knock-out MEFs een gebrekkige COX-2 inductie na hypericine PDT. Verdere ontleding van deze signaalweg toonde aan dat de COX-2 expressie in antwoord op hypericine PDT afhankelijk is van de selectieve activering van het p38 MAPK substraat MAPK geactiveerd proteïnekinase-2 (MK2). Het mechanisme dat verantwoordelijk is voor de PDT geïnduceerde COX-2 mRNA en proteïne niveaus heeft geen betrekking tot NF-kB activering. Meer nog, dit inductieproces is onafhankelijk van de transcriptionele activering van de cox-2 genpromoter. Uit de studie van de halfwaardetijd van het COX-2 mRNA blijkt dat het p38 MAPK zijn effect hoofdzakelijk uitoefent via de stabilisering van het COX-2 transcript. Bijgevolg duiden deze data op de betrokkenheid van een door p38 MAPK-MK2 tot stand gebrachte stabilisering van het COX-2 transcript na hypericine PDT. In tegenstelling, PPME PDT induceert de transcriptionele activering van de cox-2 genpromoter en deze activering kan worden verhinderd door het gebruik van een IKK antagonist (BAY117085). Bovendien waren Hela cellen, die de NF-kB super-repressor IkBa (S32-36A) tot expressie brengen, aangetast in hun PDT geïnduceerde COX-2 expressie, wat duidelijk het belang van de IKK-IkBa-NF-kB weg in deze PDT respons aantoont. In een tweede deel van deze studie hebben we de functionele rol van deze COX-2 regulatie bestudeerd in de PDT geïnduceerde cellulaire respons. We ontdekten dat vrij arachidonzuur (AA), dat na hypericine PDT vrijgesteld wordt uit de membraan fosfolipiden door PLA2 activiteit, zou kunnen functioneren als een belangrijke regelaar in het bepalen van de celdood/overlevingsbalans na PDT. Aan de ene kant functioneert AA als een ‘dood boodschapper’, en aan de andere kant draagt het bij tot de activering van de p38 MAPK-COX-2 cascade. Dus, overexpressie van COX-2 fungeert als een intracellulaire ‘gootsteen’ voor niet veresterd AA en bevordert de productie van PGE2. Hoewel we konden aantonen dat het blokkeren van de p38 MAPK activiteit de apoptotische respons na PDT versterkt, was dit niet het geval voor de inhibitie van COX-2 activiteit. Het is bijgevolg onwaarschijnlijk dat COX-2 de stroomafwaartse mediator voorstelt van de p38 MAPK signaalcascade die een negatieve invloed heeft op de aanvang van het apoptotische proces in PDT beschadigde cellen. Hoe dan ook, een belangrijk rol kan toegeschreven worden voor de p38 MAPK-COX-2 cascade in het proces van neo-angiogenese, daar PDT geïnduceerde PGE2 en VEGF secretie endotheelcel migratie veroorzaakt, een essentiële stap in angiogenese. Hoewel endotheelcel migratie in dezelfde mate wordt verhinderd door de COX-2 remmer NS398, is de inhibitie van de p38 MAPK signaalweg efficiënter in het blokkeren van VEGF synthese. Samenvattend blijkt de inhibitie van de p38 MAPK signaalweg meer belovend te zijn als een nieuwe behandelingsstrategie voor hypericine PDT vergeleken met het gebruik van COX-2 remmers, daar het alle COX-2 afhankelijke fenotypes zou kunnen omvatten. Alles bij elkaar moedigen deze resultaten aan tot verdere in vivo studies om het anti-angiogene en pro-apoptotische potentieel te bepalen van hypericine PDT van tumoren gecombineerd met de farmacologische inhibitie van p38 MAPK. Photodynamic therapy (PDT) is an approved, minimally invasive therapeutic approach for the management of a variety of tumors and certain benign diseases. In sensu stricto PDT is based on the combined use of a light-absorbing compound (photosensitizer), which accumulates preferentially in cancerous tissues, and visible light irradiation of a wavelength matching the absorption spectrum of the photosensitizer. This irradiation process leads, in the presence of molecular oxygen, to the photochemical generation of reactive oxygen species, which ultimately kills the target cells. Thus, PDT permits dual selectivity since the simultaneous presence of both photosensitizer and light is required. Hypericin, a polycyclic aromatic compound belonging to the chemical class of phenanthroperylenequinones, is a naturally occurring photosensitizing dye present in Hypericum perforatum , commonly known as St. John’s wort. Its photochemical and -physical properties together with the fact that hypericin in dark has neither toxic nor genotoxic effects, makes this photosensitizer a potential tool in PDT. Previous studies with human cancer cell lines already showed that PDT with hypericin induces either apoptosis or necrosis, depending on its concentration and light dose applied to the cells. In an experimental animal model, hypericin-mediated PDT of urinary bladder TCC resulted in a dramatic loss of tumor cells clonogenic survival, but recurrence was found to occur. Therefore this study was initiated with the aim to identify, at the molecular level, the potential targets mediating the cancer cell adaptive responses to hypericin-mediated PDT. In this work, we have clearly shown that both, hypericin and pyropheophorbide-a methyl ester (PPME) based PDT of human cancer cells, leads to up-regulation of the inducible cyclooxygenase-2 (COX-2) enzyme and the subsequent release of PGE2. However, the signaling pathways and mechanism responsible for the COX-2 up-regulation seems to be photosensitizer specific. In hypericin PDT, dissection of the signaling pathways involved, disclosed that the p38 MAPK plays an important part in this COX-2 over-expression. Blocking this pathway by the pharmacological inhibitor of the p38 MAPK (PD169316) completely abolished PDT-induced COX-2 expression and this inhibition was reversed by over-expressing a drug-resistant mutant of p38 MAPK. In addition, p38a MAPK knockout MEFs showed an abolished COX-2 up-regulation in response to hypericin-PDT. Further analysis of this pathway showed that COX-2 expression in response to hypericin-PDT depends on the selective activation of the p38 MAPK substrate, MAPK activated protein kinase-2 (MK2). The mechanism responsible for the induced COX-2 mRNA and protein levels after PDT does not involve NF-kB activation. Remarkably, this process does not involve any transcriptional activation of the cox-2 promoter. Study of the half-life of the COX-2 messenger suggested that the p38 MAPK mainly acts by stabilizing the COX-2 transcript. Thus, our data strongly suggest the involvement of a p38 MAPK-MK2 mediated stabilization of the COX-2 transcript after hypericin-PDT. In contrast, PPME-PDT induced the transcriptional activity of the cox-2 promoter and this promoter activity was abolished by a IKK antagonist (BAY117085). Furthermore, HeLa cells lines expressing the NF-kB super-repressor IkBa (S32-36A) were affected in their PDT-induced COX-2 expression, clearly demonstrating the importance of IKK-IkBa-NFkB pathway in this PDT-response. In a second part of this study we investigated the functional role of this COX-2 up-regulation in the PDT-induced cellular response. We found that free arachidonic acid (AA), which is released upon hypericin-PDT from membrane phospholipids by PLA2 activity, could function as a key rheostat in the cell death/survival response after PDT. On one hand, AA functions as a death messenger, and on the other hand, it contributes to the activation of the p38 MAPK-COX-2 cascade. As such, over-expression of COX-2 acts as an intracellular "sink" for unesterified AA, and promotes the production of PGE2. Even though we could show that blocking p38 MAPK activity enhances the apoptotic response to PDT, inhibition of COX-2 activity did not. So it is unlikely that COX-2 represents the unique downstream mediator of the p38 MAPK-mediated cascade, which negatively interferes with the onset of apoptotic cell death in the photo-damaged cells. However, we could address an important role for the p38 MAPK-COX-2 cascade in the process of neo-angiogenesis, since PDT-induced PGE2 and VEGF secretion provokes endothelial cell migration, an essential step in angiogenesis. Although endothelial cell migration is blocked to a similar extent by the COX-2 inhibitor NS398, inhibition of the p38 MAPK pathway is more effective in blocking VEGF synthesis. Thus in conclusion, the inhibition of p38 MAPK appears more promising as new treatment strategy for hypericin-PDT than the use of COX-2 inhibitors, since it may encompass all COX-2 dependent phenotypes. Taken together, these results encourage further in vivo studies to assess the potential anti-angiogenic and pro-apoptotic role of the combined pharmacological inhibition of p38 MAPK in hypericin-based PDT of tumors. Fotodynamische therapie (PDT) is een erkende antikanker therapie die de kankercel doodt op basis van de fotochemische productie van ROS door een fotosensibilisator die specifiek accumuleert in de tumor. Alhoewel klinische resultaten veelbelovend zijn, is een optimalisering van het PDT proces nodig om heropleving van de tumor te voorkomen. In dit werk werd duidelijk aangetoond dat zowel hypericine als pyropheophorbide-a methyl ester (PPME) gebaseerde PDT van humane kankercellen leidt tot een verhoogde expressie van het induceerbare cyclooxygenase-2 (COX-2) enzym en de daarmee samengaande secretie van PGE2. De signaalwegen en het mechanisme die hiervoor verantwoordelijk zijn blijken fotosensibilisator specifiek te zijn. Voor hypericine-PDT brengt de selectieve activering van p38 MAPK de COX-2 inductie tot stand via de activering van MK2 en doormiddel van een post-transcriptioneel mechanisme dat leidt tot een verhoogde COX-2 mRNA stabiliteit. In tegenstelling, PPME-PDT induceert een IKK-IkBa-NF-kB afhankelijke transcriptionele activering van de cox-2 genpromoter die volledig p38 MAPK onafhankelijk is. In een tweede deel tonen we aan dat het blootstellen van blaaskankercellen aan hypericine-PDT leidt tot een snelle verhoging van de cyctosolische calcium concentratie die gevolgd wordt door de vrijstelling van arachidonzuur (AA) door fosfolipase A2 (PLA2). We ontdekten dat dit vrij AA zou kunnen functioneren als een belangrijke regelaar in het bepalen van de celdood /overlevingsbalans na PDT, daar het aan de ene kant functioneert als een ‘dood boodschapper’, en aan de andere kant bijdraagt tot de activering van de p38 MAPK-COX-2 cascade, die de productie van PGE2 promoot. We konden eveneens aantonen dat het blokkeren van de p38 MAPK activiteit de apoptotische respons na PDT versterkt, maar het is onwaarschijnlijk dat COX-2 de stroomafwaartse mediator voorstelt daar inhibitie van COX-2 geen invloed heeft op de aanvang van het apoptotische proces in PDT beschadigde cellen. Belangrijk is dat de inhibitie van p38 MAPK de vrijstelling van VEGF blokkeert en de tumorgeïnduceerde migratie van endotheliale cellen, een belangrijke stap in het angiogenese proces, onderdrukt. Vandaar dat de gerichte inhibitie van p38 MAPK therapeutisch bevorderlijk kan zijn voor PDT, daar het zowel de COX-2 expressie als de geïnduceerde vrijstelling van groei en angiogene factoren door kankercellen voorkomt, en de vrijstelling van AA, dat apoptose promoot, bevordert.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)