ABSTRACT The prevalence of chronic widespread pain (CWP) in people with HIV (PWH) is high, yet the underlying mechanisms are elusive. Leukocytes synthesize the endogenous opioid, β-endorphin (β-END), within their endoplasmic reticulum (ER). When released into plasma, β-END dampens nociceptive transmission by binding to opioid receptors on sensory neurons. In the present study, we hypothesized that heme-induced ER stress attenuates leukocyte levels/release of β-END, thereby increasing pain sensitivity in PWH. Results demonstrate that PWH with CWP have fragile erythrocytes, high plasma levels of cell-free heme, and impaired heme metabolism. Leukocytes from PWH with CWP also had high ER stress and low β-END compared to PWH without CWP and HIV-negative individuals with or without pain. In vitro heme exposure decreased β-END levels/secretion in murine monocytes/macrophages, which was prevented by treatment with sodium 4-phenylbutyrate, an ER stress inhibitor. To mimic hemolytic effects in a preclinical model in vivo , C57BL/6 mice were injected with phenylhydrazine hydrochloride (PHZ). PHZ increased cell-free heme and ER stress, decreased leukocyte β-END levels and hindpaw mechanical sensitivity thresholds. Treatment of PHZ-injected mice with the heme scavenger, hemopexin, blocked these effects, suggesting that heme-induced ER stress and a subsequent decrease in leukocyte β-END may contribute to CWP in PWH.

We previously reported that cell-free heme (CFH) is increased in the plasma of patients with acute and chronic lung injury and causes pulmonary edema in animal model of acute respiratory distress syndrome (ARDS) post inhalation of halogen gas. However, the mechanisms by which CFH causes pulmonary edema are unclear. Herein we report for the first time the presence of CFH and chlorinated lipids (formed by the interaction of halogen gas, Cl2, with plasmalogens) in the plasma of patients exposed to Cl2 gas. Ex vivo incubation of red blood cells (RBCs) with halogenated lipids caused oxidative damage to RBC cytoskeletal protein, spectrin, resulting in hemolysis and release of CFH. Patch clamp and short circuit current measurements revealed that CFH inhibited the activity of amiloride-sensitive epithelial sodium channels (ENaC) in mouse alveolar cells and trans-epithelial Na+ transport across human airway cells with EC50 of 125 nM and 500 nM, respectively. Molecular modeling identified 22 putative heme-docking sites on ENaC (energy of binding range: 86-1563 kJ/mol) with at least 2 sites within the ENaC narrow transmembrane pore, potentially capable of blocking Na+ transport across the channel. In conclusion, results suggested that CFH mediated inhibition of ENaC activity may be responsible for pulmonary edema post inhalation injury.

Mints are perennial aromatic herbs used both for medicinal and aromatic purposes. Flora of Pakistan has reported six species of genus Mentha. Taxonomy of genus Mentha is more complex and confusing due to inter specific hybridization. The present research is the first documented report from Pakistan for the purpose to dissect Mentha specimens using molecular tools. A total of 17 SCoT and SSR markers used to dissect genetic diversity among 41 Mentha specimens. The results revealed substantial variation among Mentha specimens. The molecular data analyzed through NTSYS and Power marker software's. Dendrogram constructed on the base of similarity coefficients generated using weighted pair group method of arithmetic means (UPGMA) recorded high level of polymorphism. Polymorphic Information Content (PIC) for molecular markers recorded in the range of 5-8. Mean genetic distance (GD) was estimated in the range from 0.35% to 100%. The minimum and maximum GD recorded in one combination each as P2-P4 and M41-P10. The present study was explored the efficiency of SCoT and SSR markers for evaluating the genetic diversity of medicinal plants. The present research was concluded that both morphological and molecular dendrogram determined considerable level of diversity among Mentha species. Furthermore, specific primers and DNA chloroplast technology could be needed for further molecular analysis to refine the data more up to varietal level.

Abstract We assessed the mechanisms by which non-encapsulated heme, released in the plasma of mice post exposure to chlorine (Cl 2 ) gas, resulted in the initiation and propagation of acute lung injury. We exposed adult C57BL/6 male and female to Cl 2 (500 ppm for 30 min) in environmental chambers and returned them to room air and injected them intramuscularly with a single dose of human hemopexin (hHPX; 5 µg/ g BW), the most efficient scavenger of heme, 30-60 min post exposure. Concentrations of hHPX in plasma of air and Cl 2 exposed mice were 9081±900 vs. 1879± 293 at 6 h and 2966±463 vs. 1555±250 at 50 h post injection (ng/ml; X±1 SEM=3; p<0.01). Cl 2 exposed mice developed progressive acute lung injury post exposure characterized by increased concentrations of plasma heme, marked inflammatory response, respiratory acidosis and increased concentrations of plasma proteins in the alveolar space. Injection of hHPX decreased the onset of acute lung injury at 24 h post exposure; mean survival, for the saline and hHPX groups were 40 vs. 80% (P<0.001) at 15 d post exposure. Non-supervised global proteomics analysis of mouse lungs at 24 h post exposure, revealed the upregulation of 92 and downregulation of 145 lung proteins. Injection of hHPX at one h post exposure moderated the Cl 2 induced changes in eighty-three of these 237 lung proteins. System biology analysis of the global proteomics data showed that hHPX reversed changes in mitochondrial dysfunction and elF2 and integrin signaling. Western blot analysis of lung tissue showed significant increase of phosphorylated elF2 at 24 h post exposure in vehicle treated mice but normal levels in those injected with hHPX. Similarly, RT-PCR analysis of lung tissue showed that hHPX reversed the onset of mtDNA lesions. A form of recombinant human hemopexin generated in tobacco plants was equally effective in reversing acute lung and mtDNA injury. The results of this study offer new insights as to the mechanisms by which exposure to Cl 2 results in acute lung injury and to the therapeutic effects of hemopexin.

Phosgene (Carbonyl Chloride, COCl2) remains an important chemical intermediate in many industrial processes such as combustion of chlorinated hydrocarbons and synthesis of solvents (degreasers, cleaners). It is a sweet smelling gas, and therefore does not prompt escape by the victim upon exposure. Supplemental oxygen and ventilation are the only available management strategies. This study was aimed to delineate the pathogenesis and identify novel biomarkers of acute lung injury post exposure to COCl2 gas. Adult male and female C57BL/6 mice (20-25 g), exposed to COCl2 gas (10 or 20ppm) for 10 minutes in environmental chambers, had a dose dependent reduction in PaO2 and an increase in PaCO2, 1 day post exposure. However, mortality increased only in mice exposed to 20ppm of COCl2 for 10 minutes. Correspondingly, these mice (20ppm) also had severe acute lung injury as indicated by an increase in lung wet to dry weight ratio, extravasation of plasma proteins and neutrophils into the bronchoalveolar lavage fluid, and an increase in total lung resistance. The increase in acute lung injury parameters in COCl2 (20ppm, 10min) exposed mice correlated with simultaneous increase in oxidation of red blood cells (RBC) membrane, RBC fragility, and plasma levels of cell-free heme. In addition, these mice had decreased plasmalogen (plasmenylethanolamine) and elevated levels of their breakdown product, polyunsaturated lysophosphatidylethanolamine, in the circulation suggesting damage to cellular plasma membranes. This study highlights the importance of free heme in the pathogenesis of COCl2 lung injury and identifies plasma membrane breakdown product as potential biomarkers of COCl2 toxicity.