DO GLIOMA-CELLS EXPRESS CYTOKERATIN

There have been several recent reports of cytokeratin immunoreactivity in glial cells and tumors. We wanted to further test these tissues for cytokeratin immunoreactivity, and to determine whether antibody positivity corresponded to true cytokeratin expression. In the first set of experiments, a series of 10 formalin-fixed, frozen sections of glial tissue were employed; positive immunostaining with a cocktail of monoclonal anti-cytokeratin antibodies was seen only when a pepsin predigestion step was included in the immunostaining procedure. In the second set of experiments, 30 cases of malignant glioma fixed in both methacarn and formalin fixation were employed. Using a panel of three different anti-cytokeratin monoclonal antibodies (35 beta H11, 34 beta E12, CAM5.2), no positive immunostaining was observed in any of the methacarn-fixed tissues; positive immunostaining in the corresponding formalin-fixed tissue was frequently found, but only using the antibodies (35 beta H11, 34 beta E12) requiring enzyme predigestion. In the third set of experiments, immunoblots were performed on cytoskeletal extracts of human gliomas; no bands corresponding to known cytokeratins were observed in any cases. It is concluded that glial tissues and tumors do not, in fact, truly express cytokeratins, despite the fact that it is possible to obtain positive immunostaining of glial tumors and tissues using certain anti-cytokeratin antibodies under certain laboratory conditions.

A morphological and ultrastructural study of the paracloacal (Scent) glands of the marsupial Metachirus nudicaudatus Geoffroy, 1803

Morphological and ultrastructural features of the paracloacal glands of Metachirus nudicaudatus are described. Two pairs of glands, one on the right and the other on the left of the anal canal, are formed, each consisting of a major and a minor portion. Their wall is made up of three layers: a mucosal, a muscular and an external capsule. The inner one is a mucosa the epithelium of which contains holocrine cells characterized by lipid droplets and intermediate filaments. The surrounding vascular lamina propria contains flattened tubular apocrine glands whose epithelial cells contain abundant endoplasmic reticulum, prominent Golgi complexes and numerous secretory granules. The middle layer is formed by skeletal striated muscle and the outer (third layer) consists of dense connective tissue. Each gland originates from a single duct. Transverse sections show that each duct, except in the female major gland, is in fact formed by a duct system. One of these ducts comes from the central cavity, lined by holocrine epithelium, and the others result from the branched tubular glands of the lamina propria.

Expressão dos filamentos intermediários no diagnóstico dos tumores mamários de cadelas

Immunohistochemical evaluation was performed to study the histogenesis of canine mammary tumors and to contribute to a better understanding of their classification. Monoclonal antibodies specific for different types of intermediate filaments (cytokeratins, vimentin, α-actin) were used. Epithelial cells stained positively for cytokeratins and their expression was lost as the malignant transformation occurs. Myoepithelial cells stained positively for vimentin and α-actin. In contrast to vimentin, α-actin lost the expression as the cartilaginous or osseous metaplasia occurs. Immunohistochemical evaluation with monoclonal antibodies proved to be efficient for identification of tumor histogenesis.

Cytokeratins in epithelia of odontogenic neoplasms

Neoplasms and tumours related to the odontogenic apparatus may be composed only of epithelial tissue or epithelial tissue associated with odontogenic ectomesenchyme. The immunohistochemical detection of different cytokeratins (CKs) polypeptides and vimentin has made it easier to explain the histogenesis of many epithelial diseases. The present study aimed to describe the immunohistochemical expression of cytokeratins 7, 8, 10, 13, 14, 18, 19 and vimentin in the epithelial components of the dental germ and of five types of odontogenic tumours. The results were compared and histogenesis discussed. All cells of the dental germ were positive for CK14, except for the preameloblasts and secreting ameloblasts, in which CK14 was gradually replaced by CK19. CK7 was especially expressed in the cells of the Hertwig root sheath and the stellate reticulum. The dental lamina was the only structure to express CK13. The reduced epithelium of the enamel organ contained CK14 and occasionally CK13. Cells similar to the stellate reticulum, present in the ameloblastoma and in the ameloblastic fibroma, were positive for CK13, which indicates a nature other than that of the stellate reticulum of the normal dental germ. The expression of CK14 and the ultrastructural aspects of the adenomatoid odontogenic tumour probably indicated its origin in the reduced dental epithelium. Calcifying odontogenic epithelial tumour is thought to be composed of primordial cells due to the expression of vimentin. Odontomas exhibited an immunohistochemical profile similar to that of the dental germ. In conclusion, the typical IF of odontogenic epithelium was CK14, while CK8, 10 and 18 were absent. Cytokeratins 13 and 19 labelled squamous differentiation or epithelial cells near the surface epithelium, and CK7 had variable expression.

Cell junctions in fish seminiferous epithelium

Similar to mammals, in fish the cellular interactions between Sertoli cells (SC) and germ cells (GC) in the seminiferous epithelium have important structural and functional roles. In this review, we give a brief summary of these interactions, in particular those on the cell junctions. Despite the scarcity of detailed empirical data, it appears that both basic types of adhesive junctions (actin- and intermediate filaments-related) are present between SC. However, the actin-related multifunctional junction known as the ectoplasmic specialization is seemingly present only in some cartilaginous fish. Conversely, SC in other fish species are joined by actin-related junctions similar to typical zonulae or puncta adherens found in other epithelia. Adhesive junctions are also found between SC and GC and between GC and GC, and due to their particular characteristics these junctions are known as desmosome-like junctions. In terms of intercellular communication, connexins and gap junctions have been shown to occur between SC in fish, and they may be involved in the coordination of the synchronous development of GC within the cysts. It is also possible that gap junctions may form an interconnected network between SC and GC within a cyst. Concerning the SC barrier, tight junctions between fish SC apparently form a functional barrier only in cysts containing haploid GC, and different from mammals, meiotic GC in fish are not shielded from the vascular system. In summary, although still not well investigated, cell-cell interactions in the seminiferous epithelium of fish seem to be crucial for GC development, and their disturbance, for example by changing environmental conditions, will probably affect GC survival and fertility. © Springer Science+Business Media B.V. 2008.

Estudo imuno-histoquímico da co-expressão de citoqueratinas, vimentina e actina em neoplasias de glândula salivar

Human salivary gland tumors originated from intercalated ducts present a broad range of histologic and cytologic patterns, mainly due to the presence of myoepithelial cells. The aim of this study is to verify the differentiation grade of neoplastic cells and a possible relation between myoepithelial cell differentiation and the presence of luminal secretory contents. The expression of vimentin and cytokeratin (CK) intermediate filaments, actin myofilament and epithelial membrane antigen (EMA) was investigated by double labeling immunocytochemical technique, in thirty salivary gland neoplasms: 5 pleomorphic adenomas, 5 myoepitheliomas, 3 basal cell adenomas, 7 adenoid cystic carcinomas (ACC) and 10 polimorphous low grade adenocarcinomas (PLGA). Tumors with intercalated duct differentiation (pleomorphic adenomas, basal cell adenomas and ACC) express CKs 7, 8, 18 and 19 in the luminal cells and coexpress eventually CK14 with these CKs. Some luminal cells stained with anti-EMA antibody, mainly where a secretory content in the lumen was observed. Outer ductal cells and other myoepithelial-like cells express vimentin, sometimes coexpressing actin and/or CK14 with vimentin. Plasmacytoid cells in myoepitheliomas and pleomorphic adenomas express vimentin and rarely CKs 7, 8, 18 and 19, sometimes coexpressing these CKs with CK14 but they are negative for the remaining antigens. Tumors without intercalated duct differentiation (solid basal cell adenoma and PLGA) express vimentin and CKs 7, 8, 14 and 18, sometimes coexpressing CKs 8 and 18 with CK14. In conclusion, in tumors with intercalated duct differentiation, myoepithelial cells express vimentin and sometimes coexpress actin and/or CK14 with vimentin, never coexpressing other CKs with vimentin. CK14 and actin are independently expressed by myoepithelial cells, so their expression is probably induced by different stimulus. However, the secretory function of luminal cells, visualized by EMA staining, ....

Quantification of cellular action fibers alignment from confocal microscopic images.

The cellular rheology has recently undergone a rapid development with particular attention to the cytoskeleton mechanical properties and its main components - actin filaments, intermediate filaments, microtubules and crosslinked proteins. However it is not clear what are the cellular structural changes that directly affect the cell mechanical properties. Thus, in this work, we aimed to quantify the structural rearrangement of these fibers that may emerge in changes in the cell mechanics. We created an image analysis platform to study smooth muscle cells from different arteries: aorta, mammary, renal, carotid and coronary and processed respectively 31, 29, 31, 30 and 35 cell image obtained by confocal microscopy. The platform was developed in Matlab (MathWorks) and it uses the Sobel operator to determine the actin fiber image orientation of the cell, labeled with phalloidin. The Sobel operator is used as a filter capable of calculating the pixel brightness gradient, point to point, in the image. The operator uses vertical and horizontal convolution kernels to calculate the magnitude and the angle of the pixel intensity gradient. The image analysis followed the sequence: (1) opens a given cells image set to be processed; (2) sets a fix threshold to eliminate noise, based on Otsu's method; (3) detect the fiber edges in the image using the Sobel operator; and (4) quantify the actin fiber orientation. Our first result is the probability distribution II(Δθ) to find a given fiber angle deviation (Δθ) from the main cell fiber orientation θ0. The II(Δθ) follows an exponential decay II(Δθ) = Aexp(-αΔθ) regarding to its θ0. We defined and determined a misalignment index α of the fibers of each artery kind: coronary αCo = (1.72 ‘+ or =’ 0.36)rad POT -1; renal αRe = (1.43 + or - 0.64)rad POT -1; aorta αAo = (1.42 + or - 0.43)rad POT -1; mammary αMa = (1.12 + or - 0.50)rad POT -1; and carotid αCa = (1.01 + or - 0.39)rad POT -1. The α of coronary and carotid are statistically different (p < 0.05) among all analyzed cells. We discussed our results correlating the misalignment index data with the experimental cell mechanical properties obtained by using Optical Magnetic Twisting Cytometry with the same group of cells.

Identificazione delle Lamine di tipo A come nuovi substrati della protein chinasi Akt/PKB

Akt (also called PKB) is a 63 kDa serine/threonine kinase involved in promotion of cell survival, proliferation a nd metabolic responses downstream the phosphoinositide-3-kinase (PI 3-kinase) signaling pathway. In resting cells, Akt is a predominantly cytosolic enzyme; however generation of PI 3-kinase lipid products recruits Akt to the plasma membrane, resulting in a conformational change which confers full enzymatic activity through the phosphorylation of the membrane-bound protein at two residues, Thr308, and Ser473. Activated Akt redistributes to cytoplasm and nucleus, where phosphorylation of specific substrates occurs. Both the presence and the activity of Akt in the nucleus have been described. An interesting mechanism that mediates nuclear translocation of Akt has been described in human mature T-cell leukemia: the product of TCL1 gene, Tcl1, interacts with the PH domain of phosphorylated Akt, thus driving Akt to the nucleus. In this context, Tcl1 may act as a direct transporter of Akt or may contribute to the formation of a complex that promotes the transport of active Akt to the nucleus, where it can phosphorylate nuclear substrates. A well described nuclear substrate if Foxo. IGF-1 triggers phosphorylation of Foxo by Akt inside the nucleus, where phospho-Foxo associates to 14.3.3 proteins that, in turn, promote its export to the cytoplasm where it is sequestered. Remarkably, Foxo phosphorylation by Akt has been shown to be a crucial event in Akt-dependent myogenesis. However, most Akt nuclear substrates have so far remained elusive, as well as nuclear Akt functions. This lack of information prompted us to undertake a search of substrates of Akt in the nucleus, by the combined use of 2D-separation/mass spectrometry and anti-Akt-phosphosubstrate antibody. This study presents evidence of A-type lamins as novel nuclear substrates of Akt. Lamins are type V intermediate filaments proteins found in the nucleus of higher eukaryotes where, together with lamin-binding proteins, they form the lamina at the nuclear envelope, providing mechanical stability for the nuclear membrane. By coimmunoprecipitation, it is demonstrated here that endogenous lamin A and Akt interact, and that A-type lamins are phosphorylated by Akt both in vitro and in vivo. Moreover, by phosphoaminoacid analysis and mutagenesis, it is further demonstrated that Akt phosphorylates lamin A at Ser404, and, more importantly, that while lamin A/C phosphorylation is stable throughout the cell cycle, phosphorylation of the precursor prelamin A becomes detectable as cells enter the G2 phase, picking at G2/M. This study also shows that lamin phosphorylation by Akt creates a binding site for 14.3.3 adaptors which, in turn, promote prelamin A degradation. While this mechanism is in agreement with a general role of Akt in the regulation of a subset of its substrates, opposite to what has been described, degradation is not mediated through a ubiquitination and proteasomal mechanism but through a lysosomal pathway, as indicated by the reverting action of the lysosomal inhibitor cloroquine. Phosphorylation is a key event in the mitotic breakdown of the nuclear lamina. However, the kinases and the precise sites of phosphorylation are scarcely known. Therefore, these results represent an important breakthrough in this very significant but understudied area. The phosphorylation of the precursor protein prelamin A and its subsequent degradation at G2/M, when both the nuclear envelop and the nuclear lamina disassemble, can be view as part of a mechanism to dispose off the precursor that is not needed in this precise context. The recently reported finding that patients affected by Emery-Dreifuss muscular dystrophy carry a mutation at Arg 401, in the Akt phosphorylation motif, open new perspective that warrant further investigation in this very important field.

Knock down von Desmoglein 2 durch induzierbare Cre-spezifische Rekombination in der Maus

Desmosomen sind hoch organisierte adhäsive interzelluläre Verbindungen, die benachbarte Zellen durch Verankerung mit den Intermediärfilamenten des Zytoskeletts miteinander verknüpfen und so Zellen und Geweben Stabilität verleihen. Die Adhäsionsmoleküle der Desmosomen sind die desmosomalen Cadherine. Diese transmembranen Glykoproteine gehen im Interzellulärraum Verbindungen mit den desmosomalen Cadherinen der Nachbarzelle ein und sind im zytoplasmatischen Bereich Anheftungspunkte für weitere an der Desmosomenbildung beteiligte Proteine. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Rolle von Desmoglein 2 (Dsg 2), einem in allen Epithelien exprimierten desmosomalen Cadherin. Da der konstitutive knock out von Dsg 2 embryonal letal ist, wurde im Rahmen dieser Doktorarbeit eine transgene Maus generiert, in der die Reduktion von Dsg 2 temporär regulierbar war (konditionaler knock down). Dazu wurde der Mechanismus der RNA Interferenz genutzt, wodurch Sequenz-spezifische, post-transkriptionelle Regulation von Genen möglich ist. Unter Verwendung eines über Cre/lox-induzierbaren Vektors wurden transgene Mäuse generiert, welche nach Induktion Dsg 2 shRNA exprimieren, die in der Zelle in siRNA umgewandelt wird und zum Abbau der Dsg 2 mRNA führt. Durch Verpaarung der generierten Dsg 2 knock down Maus mit der über Tamoxifen induzierbaren Cre Deleter knock in Mauslinie Rosa26CreERT2 konnte deutliche Reduktion der Dsg 2 Proteinmenge in Leber, Darm und Herz erreicht werden. In Immunfärbungen der Leber wurde zudem eine reduzierte Desmosomenbildung durch Expression der Dsg 2 shRNA detektiert. Die für diese Versuche generierte und getestete Rosa26CreERT2 Mauslinie ermöglichte jedoch nicht in allen Zellen eines Gewebes die komplette Aktivierung der Cre Rekombinase und damit die Expression der shRNA. Dadurch entstanden mosaikartige Wildtyp/knock down-Gewebe, in denen noch ausreichend Desmosomen gebildet wurden, um die Gewebestabilität und -struktur zu erhalten. Für eine funktionale Untersuchung von Dsg 2 in Zusammenhang mit der chronisch entzündlichen Darmerkrankung Colitis ulcerosa wurden die Dsg 2 knock down Mäuse mit Darm-spezifischen, induzierbaren Cre Deleter Mäusen (VillinCreERT2) verpaart. Nach Aktivierung der Cre Rekombinase mittels Tamoxifen wurde in bitransgenen Tieren über Gabe von Azoxymethan (AOM) und Dextransodiumsulfat (DSS) Colitis ulcerosa induziert. Diese entzündliche Erkrankung des Darms ist mit der Induktion von Darmtumoren assoziiert. Bereits nach einmaliger Induktion mit AOM/DSS wurde in der ersten endoskopischen Untersuchung eine starke Entzündung des Darmgewebes und die Ausbildung von flächig wachsenden Tumoren in den Dsg 2 knock down Tieren hervorgerufen. Es ist anzunehmen, dass durch knock down von Dsg 2, und die damit verbundene verminderte Desmosomenbildung und Zelladhäsion, Infiltration von Bakterien durch die epitheliale Barriere des Darms möglich war, und so die Entzündungsreaktion in der Darmmukosa verstärkte. In Zusammenhang mit Verlust der epithelialen Festigkeit durch verringerte Zellkontakte kam es zur Hyperproliferation der Darmmukosa, die sich in Ausbildung von flächigen Tumoren äußerte. In weiteren Experimenten müssen nun die Tumore und das entzündete Gewebe der Colitis-induzierten Mäuse mittels Immunfluoreszenz untersucht werden, um Veränderungen in der Desmosomenformation in situ detektieren zu können. Des Weiteren sind Verpaarungen der Dsg 2 knock down Maus mit anderen Cre Rekombinase exprimierenden Mauslinien möglich, um den Einfluss von Dsg 2 auch in anderen Geweben, beispielsweise im Herzen, zu untersuchen. Die hier vorgelegte Arbeit zeigt also erstmalig den ursächlichen Zusammenhang zwischen Dsg 2 und dem Auftreten von Colitis-assoziierten Tumoren in einem konditionalen RNAi-vermittelten knock down Tiermodell. Die Etablierung dieser Maus ist somit das erste konditionale Mausmodell, welches die bei vielen Krebspatienten gefundenen flachzellig wachsenden Tumore in vivo rekapituliert. Vorausschauend kann man sagen, dass mit Hilfe des im Rahmen dieser Doktorarbeit entwickelten Tiermodells wichtige Erkenntnisses über die Pathologie von Darmtumoren erbracht werden können, die unser Verständnis der Colitis-induzierten Tumorentstehung verbessern.

Entstehung und Dynamik des Keratinfilament-Netzwerks

Das zytoplasmatische Zytoskelett besteht aus drei Filamentsystemen, die aus Aktin, Tubulin und Intermediärfilamentproteinen aufgebaut sind und dreidimensionale Netzwerke ausbilden. Das Intermediärfilamentsystem, dem vor allem mechanische Stabilisierungsfunktionen zugesprochen werden, unterscheidet sich von den anderen durch seine Fähigkeit, spontan aus seinen Polypeptiduntereinheiten ohne weitere Kofaktoren zu polymerisieren und durch seinen unpolaren Aufbau. Es ist bis heute unbekannt, wie Intermediärfilamentnetzwerke in vivo moduliert werden und wie ihre Anordnung in den Kontext des Gesamtzytoskeletts koordiniert wird. Am Beispiel der epithelialen Intermediärfilamentproteine, den Keratinen, sollte daher untersucht werden, wie und wo neue Intermediärfilamente entstehen, welche Bedeutung den anderen Filamentsystemen bei dem Netzwerkaufbau und –Turn-Over zukommen und wie die Netzwerkbildung gesteuert wird. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden Zellklone hergestellt, die fluoreszierende Keratine synthetisieren. In der Zelllinie SK8/18-2, deren gesamtes Netzwerk aus derartigen Chimären aufgebaut ist, konnten anhand von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen der Fluoreszenzmuster Keratinfilamentvorläufer (KFP) identifiziert und deren Dynamik direkt in lebenden Zellen verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die KFP in einem Plasmamembran-nahen Bereich entstehen, in dem sie zuerst als punktförmige Partikel detektiert werden. Nach einer initialen, sphäroidalen Wachstumsphase elongieren die Partikel zu kleinen Filamentstückchen. Diese können miteinander fusionieren und werden über ihre Enden in das periphere Netzwerk integriert. Der Wachstumsprozess ist gekoppelt an eine kontinuierliche, langsame Bewegung in Richtung auf das Zellzentrum. Diese Motilität sistiert vollständig nach pharmakologisch induziertem Abbau der Aktinfilamente. In Zeitraffer-aufnahmen kann jedoch in derartig behandelten Zellen ein wesentlich schnellerer Transport, der in verschiedene Richtungen verläuft und durch lange Ruhephasen unterbrochen wird, beobachtet werden. Dieser Modus, der gelegentlich auch in unbehandelten Zellen gefunden wurde, ist abhängig von intakten Mikrotubuli. Erst durch Zerstörung der Aktinfilamente und der Mikrotubuli erlischt die Motilität der KFPs vollständig. Bei der Suche nach Regulatoren der Keratinnetzwerkbildung wurde die p38 MAPK als zentraler Faktor identifiziert. Erstmals konnte eine direkte räumliche und zeitliche Korrelation zwischen einer spezifischen Enzymaktivität durch Nachweis der phosphorylierten p38 MAPK, der daraus folgenden Phosphorylierung eines Keratins, hier Serin 73 des Keratin 8, und der daraus resultierenden Veränderung des Netzwerkaufbaus, d. h. der Ausbildung von Keratingranula, nachgewiesen werden. Diese koordinierten Veränderungen wurden in unterschiedlichen Stresssituationen in verschiedenen Zellsystemen und in Zellen mit mutierten Keratinen beobachtet. Genetische (shRNA) und pharmakologische Manipulationen der p38 MAPK-Aktivität deuten auf einen engen kausalen Zusammenhang hin.

Identifizierung und Charakterisierung von Intermediärfilament-Organisatoren in Caenorhabditis elegans

Intermediärfilamente (IFs) sind neben Mikrotubuli und Aktinfilamenten die dritte filamentäre Komponente des Zytoskeletts. Sie wirken als mechanische Stabilisatoren, sind außerdem an Zelldifferenzierung, Proliferation und Apoptose beteiligt und tragen zu Zellpolarität bei. IFs sind dynamische Strukturen, die zelltypspezifisch in unterschiedlichen Anordnungen und Abundanzen vorkommen und von Signalkaskaden beeinflusst werden. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen dieser fein abgestimmten Prozesse sind weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit sollte deswegen ein Tiermodell entwickelt werden, um Regulatoren der IF-(Netzwerk)-Organisation in vivo zu untersuchen und zu identifizieren. Dazu wurde C. elegans ausgewählt, da es sich hierbei um einen genetisch gut charakterisierten und leicht manipulierbaren Organismus handelt, in dessen Genom elf Gene für zytoplasmatische IFs kodieren. Zunächst wurden stabil transgene C. elegans-Linien generiert, die fluoreszierende IFs exprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass das darmspezifische IFB-2::CFP im Bereich des apikalen Junktionskomplex verankert ist und nahezu vollständig im subapikalen Terminalgeflecht der Enterozyten lokalisiert, das als Teil der endotube besonders stabil und widerstandsfähig ist. Wenn diese Tiere mit dsRNA gegen das ebenfalls im Terminalgeflecht exprimierte IF ifc-2 behandelt wurden, entwickelten sich blasenförmige Ausstülpungen des Darmlumens, die auf eine Schwächung der rigiden und formgebenden endotube hinwiesen und damit einen direkten in vivo-Beweis für die stressprotektive Funktion des intestinalen IF-Netzwerks lieferten. Die leichte Detektierbarkeit des IFB-2::CFP-Musters wurde in einem optischen Screen ausgenutzt, bei dem nach chemischer Mutagenese nach Veränderungen im IF-Muster gefahndet wurde. Hierbei wurden drei Mutanten isoliert. In Komplementationsanalysen stellte sich heraus, dass es sich in zwei Fällen um Allele desselben Gens handelt. Die Identifizierung der betroffenen Gene gelang durch eine PCR-basierte Kartierung von single nucleotide polymorphisms nach Verpaarung mit dem Hawaii-Stamm (snp-mapping) und anschließender RNAi-Analyse der Einzelgene in den identifizierten Chromosomenabschnitten. Im einen Fall handelte es sich um das sma-5-Gen, einer Serin/Threonin-Kinase mit Homologie zu den MAP-Kinasen MAPK7/ERK5 der Säuger. Hier wurden, ebenso wie beim ifc-2 (RNAi)-Phänotyp, progressive blasenförmige Ausstülpungen des Darmlumens beobachtet. Die beiden anderen Allele tragen Mutationen in einem bisher nicht näher charakterisierten Gen. In diesen Würmern kommt es zu einem vollständigen Auflösung des IFB-2::CFP-Netzwerks mit prominenten Akkumulationen um die apikalen Junktionen. Das Darmlumen ist stellenweise geweitet und das elektronendichte Terminalgeflecht fehlt fast vollständig, die Integrität des Darmepithels ist jedoch nicht kompromittiert. Die anderen IFs des Terminalgeflechts sind ebenfalls fehlverteilt, und die intestinale Expression von Aktin ist stark reduziert. Expressionskonstrukte des Gens zeigten weiterhin, dass es darmspezifisch synthetisiert wird und mit den IFs im Terminalgeflecht kolokalisiert. Das Protein ist, ähnlich wie das IF-assoziierte Filaggrin der Säuger ausgesprochen histidinreich. Es enthält außerdem eine Prolin-reiche Domäne, die Teil einer potentiellen Aktin-Bindedomäne ist. Auf Grund all dieser Eigenschaften wird die Bezeichnung IFO-1 (intermediate filament organizer) für das neue Protein vorgeschlagen, das möglicherweise als struktureller Zytoskelett-Linker wirkt. Die vorgestellten Ergebnisse untermauern die Bedeutung von C. elegans für die Identifizierung von Faktoren, die IF-Netzwerke regulieren, und die Möglichkeit, Defekte im lebenden Gesamtorganismus zu bestimmen.

Untersuchungen des Keratinfilament-Turnovers in lebenden Zellen

Das Zytoskelett eukaryotischer Zellen besteht aus drei verschiedenen Protein-Netzwerken: den Aktinfilamenten, Mikrotubuli und Intermediärfilamenten. Intermediärfilamente wurden ursprünglich als statische Strukturen angesehen, die die mechanische Stabilisierung der Zellen übernehmen. In den letzten Jahren hat sich dieses Bild jedoch geändert: Intermediärfilament-Netzwerke sind hochdynamisch und unterliegen kontinuierlichen Veränderungen, welche durch Phosphorylierungen reguliert werden. Sie interagieren mit anderen Zytoskelett-Proteinen und greifen in die Regulation von Schlüsselsignalwegen, die Zellwachstum und Zellteilung sowie Apoptose und Stressantwort bestimmen, ein. Die Mechanismen der Filamentplastizität konnten bisher jedoch nicht vollständig aufgeklärt werden. So ist beispielsweise unklar, wo Auf- und Abbau der Filamente stattfindet und welche Faktoren an der Netzwerkmodulation beteiligt sind. Ziel meiner Arbeit war es, einen Beitrag zur Aufklärung dieser Mechanismen am Beispiel der epithelialen Keratin-Intermediärfilamente zu leisten. Mit Hilfe von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen von fluoreszenzmarkierten Zellklonen wurden Nukleationszentren in der Zellperipherie identifiziert, in denen Keratinfilamentvorläufer gebildet werden. Es handelt sich dabei um fokale Adhäsionskomplexe, die als Anheftungsstellen zwischen der extrazellulären Matrix und dem intrazellulären Aktinfilament-System dienen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Filamentvorläufer-Entstehung für alle untersuchten Keratinisoformen gültig ist und in epitelialen als auch nicht-epithelialen Zelltypen abläuft. Knock-Down der Adhäsionskomponente Talin verhinderte die Keratinfilamentbildung. Modulation der fokalen Adhäsionskinase, die den Auf- und Abbau der Adhäsionskomplexe koordiniert, beeinflusste ebenso die Bildung der Keratinfilamentnetzwerke. Es konnte weiterhin beobachtet werden, dass die N-terminalen Isoformen IE und IF des Zytolinkers Plectin in fokalen Adhäsionen lokalisieren und damit möglicherweise an der Vernetzung von Keratinfilamentvorläufern, Zelladhäsionen und Aktinfilamenten beteiligt sind. Letztlich stellte sich heraus, dass die Bildung der Keratinfilamentvorläufer unabhängig von Proteintranslation ist. In den mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen wurde im Anschluss an die Keratinfilamentbildung ein kontinuierlicher zentripetaler Transport der wachsenden Vorläuferpartikel beobachtet. An Hand von pharmakologischen Experimenten konnte gezeigt werden, dass dieser Transport Aktinfilament-abhängig ist. Zeitgleich kommt es zu Partikelfusion und Integration in das periphere Netzwerk, das sich weiterhin in Richtung auf das Zellzentrum bewegt. Mit Hilfe von Photoaktivierungsversuchen und Zellfusionsexperimenten konnte die Hypothese bestätigt werden, dass der Abbau der einwandernden Keratinfilamente in lösliche, rasch diffusible Zwischenstufen den kontinuierlichen peripheren Neuaufbau ermöglicht. Aus den Beobachtungen und bereits bekannten Ergebnissen wurde ein Modell des Keratin-Zyklus entwickelt, das die folgenden Stadien umfasst: Nukleation von Keratinfilamentvorläufern an fokalen Adhäsionen in der Zellperipherie, Elongation und Fusion der Keratinfilamentvorläufer bei zeitgleichem Aktinfilament-abhängigem zentripetalen Transport, Integration der Keratinfilamentvorläufer in das periphere Netzwerk, Bündelung der Filamente, Filamentabbau in lösliche Untereinheiten und Neubeginn des Zyklus in der Zellperipherie. Eine Störung dieses Zyklus liegt bei mutierten Keratinen vor, welche die Ursache von Blasen-bildenden Hauterkrankungen sind. In der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel von Keratin 6a-Mutanten, welche die Hauterkrankung Pachyonychia congenita verursachen, gezeigt, dass bei diesen Keratinen die Nukleation zwar im Bereich der Adhäsionskomplexe regelrecht abläuft, die anschließende Elongation und Netzwerkbildung aber gestört ist, so dass statt dessen kurzlebige, hyperphosphorylierte Granula entstehen. Der resultierende frustrane Keratin-Zyklus in der Zellperipherie ist stark beschleunigt und kann durch p38-Inhibierung gestoppt werden. Bei Proteasomeninhibierung wird der Zyklus in Richtung der Granulabildung verschoben. In dieser Arbeit wird erstmals das Keratin-Tretmühlen-Modell vorgestellt, das den regulierbaren Auf- und Abbau-Zyklus des Keratinnetzwerks beschreibt. Damit liegen testbare Hypothesen für die Aufklärung der Keratinfilament-Plastizität in physiologischen und pathologischen Situationen vor, die nach unseren ersten Ergebnissen auch von Relevanz für andere Intermediärfilamenttypen sind.

Die Schleimkeratine TK-alpha and TK-gamma des Zebrabärblings Danio rerio

Die Schleimkeratine TKα und TKγ aus dem Schleimaal Eptatretus stoutii besitzten für Keratine außergewöhnliche Eigenschaften. In speziellen Drüsen reifen die Schleimkeratine zu 3 µm dicken und bis zu 60 cm langen kabelartigen Filamenten heran und werden anschließend zur Feindabwehr ins umgebende Wasser extrazellulär sezerniert, wodurch die viskoelastischen Eigenschaften des Schleims modifiziert werden. Mittlerweile wurden die Schleimkeratine auch in höheren Wirbeltiergruppen (Knochenfische und Amphibien) entdeckt. Zu Beginn meiner Promotion war jedoch bis auf EST-Verteilungsprofile noch nichts über die Expression und Funktion der Schleimkeratine in diesen Organismen bekannt. rnIm Rahmen meiner Arbeit wurden die Schleimkeratine TKα und TKγ erstmalig im Zebrabärbling Danio rerio identifiziert und näher charakterisiert. Mittels rekombinanter Expression wurden TKα und TKγ in ausreichenden Mengen hergestellt und auf ihre Bindungseigenschaften hin untersucht. Hierbei konnte ich zeigen, dass TKα und TKγ einerseits miteinander Heteromere formen und andererseits, dass das TKα in der Lage ist, auch homopolymere Strukturen auszubilden. Letztere Eigenschaft wurde bisher noch bei keinem bekannten cytoplasmatischen Keratin beschrieben. Ergänzend zu diesen Untersuchungen wurde eine Expressionsanalyse durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Schleimkeratine im Zebrabärbling nicht extrazellulär sezerniert werden und zum anderen keine höheren, kabelartigen Strukturen ausformen. Vielmehr werden die Schleimkeratine bei adulten Tieren in den basalen Zellschichten der Epidermis exprimiert, welche keinen mechanischen Schutz in Form von Schuppen aufweisen (Stirnhautepidermis, Epidermis in Geweben zwischen den Flossenstrahlen). Innerhalb dieser Zellen formen die Schleimkeratine ein filamentöses Netzwerk aus, dass sich an der basalen Zellseite konzentriert. Eine mögliche Funktion von TKα und TKγ könnte demnach in der Erhöhung der mechanischen Integrität von stark beanspruchten Geweben liegen, die keinen Schutz in Form von Schuppen aufweisen. So werden TKα und TKγ in larvalen Entwicklungsstadien in der Epidermis, sowie im mechanisch stark beanspruchten Notochord koexprimiert. rnDa das Notochord im Zebrabärbling auch in entwicklungsbiologischen Vorgängen eine entscheidende Rolle spielt und weiterhin in aktuellen Untersuchungen am glatten Krallen-frosch Xenopus laevis Funktionen der Schleimkeratine TKα und TKγ innerhalb von Degenerationsprozessen während der Metamorphose nachgewiesen werden konnten, sind auch im Zebrabärbling Danio rerio Funktionen der Schleimkeratine TKα und TKγ im Rahmen von Entwicklungsprozessen denkbar.rn

Origin of renal myofibroblasts in the model of unilateral ureter obstruction in the rat

Tubulo-interstitial fibrosis is a constant feature of chronic renal failure and it is suspected to contribute importantly to the deterioration of renal function. In the fibrotic kidney there exists, besides normal fibroblasts, a large population of myofibroblasts, which are supposedly responsible for the increased production of intercellular matrix. It has been proposed that myofibroblasts in chronic renal failure originate from the transformation of tubular cells via epithelial-mesenchymal transition (EMT) or from infiltration by bone marrow-derived precursors. Little attention has been paid to the possibility of a transformation of resident fibroblasts into myofibroblasts in renal fibrosis. Therefore we examined the fate of resident fibroblasts in the initial phase of renal fibrosis in the classical model of unilateral ureter obstruction (UUO) in the rat. Rats were perfusion-fixed on days 1, 2, 3 and 4 after ligature of the right ureter. Starting from 1 day of UUO an increasing expression of alpha-smooth muscle actin (alphaSMA) in resident fibroblasts was revealed by immunofluorescence and confirmed by the observation of bundles of microfilaments and webs of intermediate filaments in the electron microscope. Inversely, there was a decreased expression of 5'-nucleotidase (5'NT), a marker of renal cortical fibroblasts. The RER became more voluminous, suggesting an increased synthesis of matrix. Intercellular junctions, a characteristic feature of myofibroblasts, became more frequent. The mitotic activity in fibroblasts was strongly increased. Renal tubules underwent severe regressive changes but the cells retained their epithelial characteristics and there was no sign of EMT. In conclusion, after ureter ligature, resident peritubular fibroblasts proliferated and they showed progressive alterations, suggesting a transformation in myofibroblasts. Thus the resident fibroblasts likely play a central role in fibrosis in that model.

The functional and structural interactions between v-{\it mos\/} proteins and cell cycle control elements

The v-mos gene of Moloney murine sarcoma virus (Mo-MuSv) encodes a serine/threonine protein kinase capable of inducing cellular transformation. The c-mos protein is an important cell cycle regulator that functions during meiotic cell division cycles in germ cells. The overall function of c-mos in controlling meiosis is becoming better understood but the role of v-mos in malignant transformation of cells is largely unknown.^ In this study, v-mos protein was shown to be phosphorylated by M phase kinase in vitro and in vivo. The kinase activity and neoplastic transforming ability of v-mos is positively regulated by the phosphorylation. Together with the earlier finding of activation of M phase kinase by c-mos, these results raise the possibility of mutual regulation between M phase kinase and mos kinases.^ In addition to its functional interaction with the M phase kinase, the v-mos protein was shown to be present in the same protein complex with a cyclin-dependent kinase (cdk). In addition, an antibody that recognizes the cdk proteins was shown to co-precipitate the v-mos proteins in the interphase and mitotic cells transformed by p85$\sp{\rm gag-mos}$. Cdk proteins have been shown to be associated with nonmitotic cyclins which are potential oncogenes. The perturbation of cdk kinase or the activation of non-mitotic cyclins as oncogenes by v-mos could contribute directly to v-mos induced cellular transformation. v-mos proteins were also shown to interact with tubulin and vimentin, the essential components of microtubules and type IV intermediate filaments, respectively. The organizations of both microtubules and intermediate filaments are cell cycle-regulated. These results suggest that the v-mos kinase could be directly involved in inducing morphological changes typically seen in transformed cells.^ The interactions between the v-mos protein and these cell cycle control elements in regards to v-mos induced neoplastic transformation are discussed in detail in the text. ^