Distribution of carotenoids in sub-cellular and sub-plastidic fractions of radish seedlings (Raphanus sativus) grown in the presence of bleaching herbicides

The intracellular and intraplastidic distribution of carotenoids has been investigated in radish seedlings grown in the presence of the herbicides amitrole and SAN 6706. Both herbicides caused bleaching and the plants became deficient in chlorophylls and the usual chloroplast cyclic carotenoids, but accumulated the acyclic carotenoid biosynthetic intermediates 15-cis-phytoene and all-trans-lycopene. In both the untreated and herbicide-treated plants all carotenoids, including phytoene and lycopene, were contained in the plastid. In all cases the normal cyclic carotenoids were located virtually exclusively in the thylakoid or prothylakoid fraction. In amitrole-treated plants, lycopene also was contained only in the thylakoid fraction, whereas phytoene, in these and in SAN 6706-treated plants, was detected in both the thylakoid fraction and an envelope preparation. Possible implications for the biosynthesis of the carotenoids are discussed.     

Incorporation von [D-4,5-3H]-Ieucine und [2-14C]-Acetat in die photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella pyrenoidosa

Der Metabolismus der photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella wurde mit Hilfe von ¹⁴CO₂, [2-¹⁴C]-Acetat und [D-4,5-³H]-Leucin als Vorstufen der Isoprenoidsynthese untersucht. Auch wurde untersucht, ob Leucin als Vorstufe in der Biosynthese der Terpenoide fungiert. Die Verwendung der Doppelmarkierung sollte bestehende Unterschiede in der Regulation und Biosynthese der Isoprenoide der Chloroplasten, Mitochondrien und des Zytoplasmas aufdecken. Neben der Verwendung von Radioisotopen wurde die Inkorporation von Deuterium in die Carotinoide verwendet, um den turnover der Prenyl-Lipide direkt nachzuweisen. In tracer-kinetischen Untersuchungen mit ¹⁴CO₂ konnte gezeigt werden, daß ¹⁴-C-α-Carotin zu ¹⁴C-Lutein und ¹⁴C-ß-Carotin zu ¹⁴C-Zeaxanthin umgesetzt wird. Eine Vorstufenfunktion läßt sich auch für Plastohydrochinon-9 nachweisen, das in Plastochinon-9 umgesetzt wird. Die Markierungskinetik der einzelnen Prenyl-Lipide deutet auf einen schnellen turnover hin. Anhand der ¹⁴C-Inkorporationskinetik wurden Halbwertszeiten im Bereich von 30 min bis 220 min ermittelt, während sich aus den Dekorporationskinetiken Zeiten von 9 bis 113 h ergeben. Prenyl-Lipide wie die Carotine, Chlorophyll a und Plastochinon-9, die einerseits Vorstufenfunktion besitzen, andererseits aber auch direkt an der Photosynthese beteiligt sind, werden schneller umgesetzt als ihre Folgeprodukte. Somit scheint ein direkter Zusammenhang zwischen der Funktion des Prenyl-Lipides im Chloroplasten und seinem Umsatz zu bestehen. Sowohl Acetat wie auch Leucin werden von Chlorella als Vorstufen in der Terpenoidbiosynthese verwendet. Acetat wird aber wesentlich schneller inkorporiert als Leucin, was vielleicht darauf zurückzuführen ist, daß Leucin im Zytoplasma zu Acetat oder Mevalonsäure metabolisiert wird und dann in den Chloroplasten gelangt. Auch im tracer-kinetischen Experiment mit ¹⁴C-Acetat und ³H-Leucin läßt sich eine Vorstufen-Produkt-Beziehung für die Chlorophylle, Carotinoide und Chinone zeigen. Im Vergleich zu den Experimenten mit ¹⁴CO₂ zeigen die tracer-kinetischen Experimente mit ¹⁴C-Acetat und ³H-Leucin, daß die Chloroplasten-Isoprenoide wesentlich langsamer metabolisiert werden und ihre Umsatzraten mehr jenen entsprechen, die aus den ¹⁴C-Dekorporationskinetiken des ¹⁴CO₂-Experimentes resultieren. Es zeigt sich aber auch hier, daß jene Prenyl-Lipide, die direkt an der Photosynthese beteiligt sind, schneller metabolisiert werden. Daß die Chloroplasten-Isoprenoide in autotroph kultivierten Chlorellen einem ständigen turnover unterliegen, läßt sich auch sehr eindrucksvoll mit Hilfe der Deuterium-Inkorporation für die Carotine zeigen. Die aus der Deuterium-Inkorporation erhaltenen Umsätze der Carotine entsprechen in etwa denen, die sich aus ihrer Dekorporationskinetik im tracer-kinetischen Experiment mit [2-¹⁴C]-Acetat und [D-4,5-³H]-Leucin ergeben, zeigen allerdings, daß a-Carotin wesentlich schneller umgesetzt wird als ß-Carotin. Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Austausch mit der British Royal Society an K.H.G. unterstützt, wofür wir uns bedanken.     

Untersuchungen zur Autonomie des Chloroplasten in bezug auf seine Terpenoidbiosynthese

Isolierte Spinatchloroplasten mit einer photosynthetischen Aktivität von 280 μmol Sauerstoff je mg Chlorophyll und h und einer Intaktheit von 85 % wurden mit¹⁴C-markiertem CO₂, Phosphoglycerat, Phosphoenolpyruvat, Pyruvat, Acetat und Mevalonat für 60 min inkubiert und die Inkorporation von Radioaktivität in die Chlorophylle und Carotinoide untersucht. Alle verwendeten Substrate wurden vom Chloroplasten aufgenommen und Radioaktivität in die Chlorophylle inkorporiert. Auch die Carotinoide nehmen mit Ausnahme von Phosphoenolpyruvat Radioaktivität von den einzelnen Substraten auf. Aus den Inkorporationsexperimenten wird geschlossen, daß Chloroplasten in bezug auf ihre Terpenoidbiosynthese autonom sind. Chloroplasten sind somit in der Lage, aus im Calvin-Zyklus fixiertem CO₂ über Phosphoglycerinsäure und Pyruvat Acetyl-Coenzym-A zu synthetisieren. Acetyl-Coenzym-A kann dann einerseits direkt zur Biosynthese von Fettsäuren verwendet werden, andererseits aber auch zur Biosynthese von Carotinoiden und den isoprenoiden Seitenketten der Chinone und Chlorophylle. Die Untersuchungen wurden durch eine Sachbeihilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.     

Acute N-methyl-D,L-aspartate administration stimulates the luteinizing hormone releasing hormone pulse generator in the ovine fetus

To assess whether fetal luteinizing hormone releasing hormone (LH-RH) neurosecretory neurons have the capacity to respond to an exogenous stimulus, a synthetic excitatory amino acid analogue, N-methyl-D-L-aspartate (NMDA; 15 mg/kg), was given rapidly intravenously to 8 chronically catheterized fetuses (130-142 days of gestation; term 147 +/- 3 days). All 8 fetuses exhibited a rise in plasma ovine luteinizing hormone (oLH) and ovine follicle-stimulating hormone (oFSH) within 5 min. The mean maximal increments of oLH (2.25 +/- 0.36 ng/ml) and oFSH (1.21 +/- 0.32 ng/ml) were significantly greater than in 6 normal saline-injected controls (oLH p < 0.0002; oFSH p < 0.03). The secretion of ovine prolactin (oPRL) and ovine growth hormone (oGH) was unaffected. LH-RH (5 microg) evoked a greater oLH response (p < 0.0009) and a greater oFSH response (p < 0.03) than NMDA (n = 6). Desensitization of the fetal gonadotrope by a potent LH-RH agonist, D-Trp6Pro9NEt-LH-RH (10 microg/day i.v. x 4 days), abolished the fetal oLH and the oFSH response to NMDA (n = 5). Moreover, D, L-2-amino-5-phosphonovalerate, a specific competitive antagonist for the NMDA receptor, completely inhibited the fetal oLH and oFSH response to NMDA, whereas D-L-2-amino-5-phosphonovalerate alone did not affect the plasma oLH or oFSH levels, the gonadotropin response to LH-RH, or the release of oGH or oPRL (n = 3). In primary ovine fetal pituitary cell cultures, NMDA (10(-10) to 10(-6) M) had no effect on oLH, oFSH, oGH, or oPRL secretion, whereas LH-RH stimulated oLH (10(-8) M; p < 0.0004) and oFSH (10(-8) M; p < 0. 0001) release, evidence that NMDA did not have a direct pituitary effect. The results suggest that NMDA induces oLH and oFSH secretion by stimulation of the fetal LH-RH pulse generator and is mediated by central NMDA receptors. Fetal LH and FSH secretion and the response to LH-RH decrease in late gestation in the ovine and human fetus. The relative importance of sex steroid dependent and sex steroid independent central nervous system inhibition in this developmental change is unclear. It appears that central neural inhibition in addition to sex steroid negative feedback contributes to the decrease in fetal gonadotropin concentrations in late gestation. NMDA did not affect fetal oGH or oPRL secretion.     

A new epidermal ciliary photoreceptive cell type in Plagiostomum lemani (Plathelminthes, Prolecithophora)

 Plagiostomum lemani possesses extremely specialized intraepidermal sensory cells. These obvious photoreceptors, which are not visible with the light microscope, are ciliary aggregations located in an intracellular cavity. The numerous spiralled cilia have the classic 9 × 2 + 2 arrangement at their base and a modified pattern of microtubules apically. The discovered differentiations do not show a connection to the surface. Neither mantle cells nor pigment cells have been found. The structural similarities with other epidermal photoreceptors of species among the different taxa of free-living Plathelminthes are outlined. Besides the larval stages of the taxon Polycladida known so far, the same kind of light-sensing photoreceptive cell has never been described in any other species of the Plathelminthes. Accepted: 16 November 1997     

LXA4 stimulates ZO-1 expression and transepithelial electrical resistance in human airway epithelial (16HBE14o-) cells

Lipoxin A(4) (LXA(4)) is a biologically active eicosanoid produced in human airways that displays anti-inflammatory properties. In cystic fibrosis and severe asthma, LXA(4) production has been reported to be decreased, and, in such diseases, one of the consequences of airway inflammation is disruption of the tight junctions. In the present study, we investigated the possible role of LXA(4) on tight junction formation, using transepithelial electrical resistance (TER) measurements, Western blotting, and immunofluorescence. We observed that exposure to LXA(4) (100 nM) for 2 days significantly increased zonula occludens-1 (ZO-1), claudin-1, and occludin expression at the plasma membrane of confluent human bronchial epithelial 16HBE14o- cells. LXA(4) (100 nM) stimulated the daily increase of the 16HBE14o- cell monolayer TER, and this effect was inhibited by boc-2 (LXA(4) receptor antagonist). LXA(4) also had a rapid effect on ZO-1 immunofluorescence at the plasma membrane and increased TER within 10 min. In conclusion, our experiments provide evidence that LXA(4) plays certainly a new role for the regulation of tight junction formation and stimulation of the localization and expression of ZO-1 at the plasma membrane through a mechanism involving the LXA(4) receptor.     

IL-13-induced changes in endogenous glucocorticoid metabolism in the lung regulate the proasthmatic response

Endogenous glucocorticoid (GC) activation is regulated by the intracellular GC-activating and -inactivating enzymes 11β-hydroxysteroid dehydrogenase (11β-HSD)1 and 11β-HSD2, respectively, that catalyze interconversion of inert cortisone and its bioactive metabolite cortisol. Because endogenous GCs are critically implicated in suppressing the asthmatic state, this study examined the roles of the 11β-HSD enzymes in regulating GC activation and bronchoprotection during proasthmatic stimulation. Airway hyperresponsiveness to methacholine and inflammation were assessed in rabbits following inhalation of the proasthmatic/proinflammatory cytokine IL-13 with and without pretreatment with the 11β-HSD inhibitor carbenoxolone (CBX). Additionally, IL-13-induced changes in 11β-HSD isozyme expression and GC metabolism were examined in epithelium-intact and -denuded tracheal segments and peripheral lung tissues. Finally, the effects of pretreatment with CBX or 11β-HSD2-targeted siRNAs were investigated with respect to cortisol prevention of IL-13-induced airway constrictor hyperresponsiveness and eotaxin-3 production by airway epithelial cells. IL-13-exposed rabbits exhibited airway hyperresponsiveness, inflammation, and elevated bronchoalveolar lung fluid levels of eotaxin-3. These responses were inhibited by pretreatment with CBX, suggesting a permissive proasthmatic role for 11β-HSD2. Supporting this concept, extended studies demonstrated that 1) IL-13-treated tracheal epithelium and peripheral lung tissues exhibit upregulated 11β-HSD2 activity, 2) the latter impairs cortisone-induced cortisol accumulation and the ability of administered cortisol to prevent both IL-13-induced heightened airway contractility and eotaxin-3 release from epithelial cells, and 3) these proasthmatic responses are prevented by cortisol administration in the presence of 11β-HSD2 inhibition. Collectively, these data demonstrate that the proasthmatic effects of IL-13 are enabled by impaired endogenous GC activation in the lung that is attributed to upregulation of 11β-HSD2 in the pulmonary epithelium.