A novel dual-fluorescence strategy for functionally validating microRNA targets in 3-prime untranslated regions: regulation of the inward rectifier potassium channel Kir2.1 by miR-212.

Gene targeting by microRNAs is important in health and disease. We developed a functional assay for identifying microRNA targets and applied it to the K+ channel Kir2.1 (KCNJ2) which is dysregulated in cardiac and vascular disorders. The 3'UTR was inserted downstream of the mCherry red fluorescent protein coding sequence in a mammalian expression plasmid. MicroRNA sequences were inserted into the pSM30 expression vector which provides enhanced green fluorescent protein as an indicator of microRNA expression. HEK293 cells were co-transfected with the mCherry-3'UTR plasmid and a pSM30-based plasmid with a microRNA insert. The principle of the assay is that functional targeting of the 3'UTR by the microRNA results in a decrease in the red/green fluorescence intensity ratio as determined by automated image analysis. The method was validated with miR-1, a known downregulator of Kir2.1 expression, and was used to investigate targeting of the Kir2.1 3'UTR by miR-212. Red/green ratio was lower in miR-212-expressing cells compared to non-targeting controls, an effect that was attenuated by mutating the predicted target site. MiR-212 also reduced inward rectifier current and Kir2.1 protein in HeLa cells. This novel assay has several advantages over traditional luciferase-based assays including larger sample size, amenability to time course studies and adaptability to high-throughput screening.

Coexpressing shRNA with fluorescence tags for quantification of cell migration studies

Understanding migration of cells has many implications in human physiology; some examples include developmental biology, healing, immune responses and tissue remodeling. On the other hand, invasive migration by tumor cells is pathological and is a major cause of mortality amongst cancer sufferers. Cell migration assays have been widely used to quantify potentially metastatic genes. In recent years, the use of RNAi has significantly increased the tools available in cell migration research due to its specific gene targeting for knockdown. The inability to ensure 100% transfection/transduction efficiency reduces the sensitivity of cell migration assays because cells not successfully transfected/transduced with the RNAi are also included in the calculations. This study introduces a different experimental setup mathematically expressed in our named normalized relative infected cell count (N-RICC) that analyses cell migration assays by co-expressing retrovirally transduced shRNA with fluorescence tags from a single vector. Vectors transduced into cells are visible under fluorescence, thus alleviating the problems involved with transduction efficiency by individually identifying cells with targeted genes. Designed shRNAs were targeted against a list of potentially metastatic genes in a highly migratory breast cancer cell line model, MDA-MB-231. We have successfully applied N-RICC analysis to show greater sensitivity of integrin alpha5 (ITGA5) and Ras homologue A (RhoA) in cell metastasis over conventional methods in scratch-wound assays and migration chambers assays.

The epidthelial sodium channel ENaC and its regulators in the epidermal permeability barrier function

The highly amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC is well known to be involved in controlling whole body sodium homeostasis and lung liquid clearance. ENaC expression has also been detected in the skin of amphibians and mammals. Mice lacking ENaC expression lose rapidly weight associated with an epidermal barrier defect that develops following birth. This dehydration is accompanied with a highly abnormal lipid matrix composition and an impaired skin surface acidification. This strongly suggests a role of ENaC in the maturation of barrier function rather than in the prenatal generation of the barrier, and may be as such an important modulator for skin hydration. In parallel, gene targeting experiments of regulators of ENaC activity, membrane serine proteases, also termed channel activating proteases, like CAP1/Prss8 and matriptase/MT-SP1 by themselves have been shown to be crucial for the epidermal barrier function. In our review, we mainly focus on the role of ENaC and its regulators in the skin and discuss their importance in the epidermal permeability barrier function.

Improved glusoce homeostasis and enhanced insulin signalling in Grb 14-deficient mice

Gene targeting was used to characterize the physiological role of growth factor receptor-bound (Grb)14, an adapter-type signalling protein that associates with the insulin receptor (IR). Adult male Grb14^-/- mice displayed improved glucose tolerance, lower circulating insulin levels, and increased incorporation of glucose into glycogen in the liver and skeletal muscle. In ex vivo studies, insulin-induced 2-deoxyglucose uptake was enhanced in soleus muscle, but not in epididymal adipose tissue. These metabolic effects correlated with tissue-specific alterations in insulin signalling. In the liver, despite lower IR autophosphorylation, enhanced insulin-induced tyrosine phosphorylation of insulin receptor substrate (IRS)-1 and activation of protein kinase B (PKB) was observed. In skeletal muscle, IR tyrosine phosphorylation was normal, but signalling via IRS-1 and PKB was increased. Finally, no effect of Grb14 ablation was observed on insulin signalling in white adipose tissue. These findings demonstrate that Grb14 functions in vivo as a tissue-specific modulator of insulin action, most likely via repression of IR-mediated IRS-1 tyrosine phosphorylation, and highlight this protein as a potential target for therapeutic intervention.

Increased hippocampal excitability and impaired spatial memory function in mice lacking VGLUT2 selectively in neurons defined by tyrosine hydroxylase promoter activity

Three populations of neurons expressing the vesicular glutamate transporter 2 (Vglut2) were recently described in the A10 area of the mouse midbrain, of which two populations were shown to express the gene encoding, the rate-limiting enzyme for catecholamine synthesis, tyrosine hydroxylase (TH).One of these populations (‘‘TH– Vglut2 Class1’’) also expressed the dopamine transporter (DAT) gene while one did not ("TH–Vglut2 Class2"), and the remaining population did not express TH at all ("TH-Vglut2-only"). TH is known to be expressed by a promoter which shows two phases of activation, a transient one early during embryonal development, and a later one which gives rise to stable endogenous expression of the TH gene. The transient phase is, however, not specific to catecholaminergic neurons, a feature taken to advantage here as it enabled Vglut2 gene targeting within all three A10 populations expressing this gene, thus creating a new conditional knockout. These knockout mice showed impairment in spatial memory function. Electrophysiological analyses revealed a profound alteration of oscillatory activity in the CA3 region of the hippocampus. In addition to identifying a novel role for Vglut2 in hippocampus function, this study points to the need for improved genetic tools for targeting of the diversity of subpopulations of the A10 area

Methicillin resistance in Staphylococcus aureus and coagulase-negative staphylococci: Epidemiological and molecular aspects

Infections caused by the genus Staphylococcus are of great importance for human health. Staphylococcus species are divided into coagulase-positive staphylococci, represented by S. aureus, a pathogen that can cause infections of the skin and other organs in immunocompetent patients, and coagulase-negative staphylococci (CNS) which comprise different species normally involved in infectious processes in immunocompromised patients or patients using catheters. Oxacillin has been one of the main drugs used for the treatment of staphylococcal infections; however, a large number of S. aureus and CNS isolates of nosocomial origin are resistant to this drug. Methicillin resistance is encoded by the mecA gene which is inserted in the SCCmec cassette. This cassette is a mobile genetic element consisting of five different types and several subtypes. Oxacillin-resistant strains are detected by phenotypic and genotypic methods. Epidemiologically, methicillin-resistant S. aureus strains can be divided into five large pandemic clones, called Brazilian, Hungarian, Iberian, New York/Japan and Pediatric. The objective of the present review was to discuss aspects of resistance, epidemiology, genetics and detection of oxacillin resistance in Staphylococcus spp., since these microorganisms are increasingly more frequent in Brazil.

Efficient RNAi-induced Protein Knockdown in Somatic Cells Using Diced or Chemically Produced Small Interfering RNAs (siRNA)

Background: RNA interference (RNAi) is a post-transcriptional gene silencing process in which double-stranded RNA (dsRNA) directs the degradation of a specific corresponding target mRNA. The mediators of this process are small dsRNAs of approximately 21 to 23 bp in length, called small interfering RNAs (siRNAs), which can be prepared in vitro and used to direct the degradation of specific mRNAs inside cells. Hence, siRNAs represent a powerful tool to study and control gene and cell function. Rapid progress has been made in the use of siRNA as a means to attenuate the expression of any protein for which the cDNA sequence is known. Individual siRNAs can be chemically synthesized, in vitro-transcribed, or expressed in cells from siRNA expression vectors. However, screening for the most efficient siRNAs for post-transcriptional gene silencing in cells in culture is a laborious and expensive process. In this study, the effectiveness of two siRNA production strategies for the attenuation of abundant proteins for DNA repair were compared in human cells: (a) the in vitro production of siRNA mixtures by the Dicer enzyme (Diced siRNAs); and (b) the chemical synthesis of very specific and unique siRNA sequences (Stealth RNai (TM)). Materials, Methods & Results: For in vitro-produced siRNAs, two segments of the human Ku70 (167 bp in exon 5; and 249 bp in exon 13; NM001469) and Xrcc4 (172 bp in exon 2; and 108 bp in exon 6; NM003401) genes were chosen to generate dsRNA for subsequent "Dicing" to create mixtures of siRNAs. The Diced fragments of siRNA for each gene sequence were pooled and stored at -80 degrees C. Alternatively, chemically synthesized Stealth siRNAs were designed and generated to match two very specific gene sequence regions for each target gene of interest (Ku70 and Xrcc4). HCT116 cells were plated at 30% confluence in 24- or 6-well culture plates. The next day, cells were transfected by lipofection with either Diced or Stealth siRNAs for Ku70 or Xrcc4, in duplicate, at various doses, with blank and sham transfections used as controls. Cells were harvested at 0, 24, 48, 72 and 96 h post-transfection for protein determination. The knockdown of specific targeted gene products was quantified by Western blot using GAPDH as control. Transfection of gene-specific siRNA to either Ku70 or Xrcc4 with both Diced and Stealth siRNAs resulted in a down regulation of the targeted proteins to approximately 10 to 20% of control levels 48 h after transfection, with recovery to pre-treatment levels by 96 h. Discussion: By transfecting cells with Diced or chemically synthesized Stealth siRNAs, Ku70 and Xrcc4, two highly expressed proteins in cells, were effectively attenuated, demonstrating the great potential for the use of both siRNA production strategies as tools to perform loss of function experiments in mammalian cells. In fact, down-regulation of Ku70 and Xrcc4 has been shown to reduce the activity of the non-homologous end joining DNA pathway, a very desirable approach for the use of homologous recombination technology for gene targeting or knockout studies. Stealth RNAi (TM) was developed to achieve high specificity and greater stability when compared with mixtures of enzymatically-produced (Diced) siRNA fragments. In this study, both siRNA approaches inhibited the expression of Ku70 and Xrcc4 gene products, with no detectable toxic effects to the cells in culture. However, similar knockdown effects using Diced siRNAs were only attained at concentrations 10-fold higher than with Stealth siRNAs. The application of RNAi technology will expand and continue to provide new insights into gene regulation and as potential applications for new therapies, transgenic animal production and basic research.

Genetische Analyse des Somatostatin-Systems

Somatostatin ist ein Molekül mit multifunktinonellem Charakter, dem Neurotransmitter-, Neuromodulator- und (Neuro)-Hormoneigenschaften zugeschrieben werden. Gemäß seiner ubiquitären Verteilung in Geweben beeinflusst es Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse, bis hin zu Lern-und Gedächtnisleistungen. Diese Wirkungen resultieren aus dem lokalen und zeitlichen Zusammenspiel eines Liganden und fünf G-Protein gekoppelter Rezeptoren (SSTR1-5). Zur Charakterisierung der biologischen Bedeutung des Somatostatin-Systems im Gesamtorganismus wurde eine Mutationsanalyse einzelner Systemkomponenten durchgeführt. Sie umfaßte die Inaktivierung der Gene für das Somatostatin-Präpropeptid und die der Rezeptoren SSTR3 und SSTR4 durch Gene Targeting. Die entsprechenden Ausfallmutationen belegen: Weder die Rezeptoren 3 und 4, noch Somatostatin sind für das Überleben des Organismus unter Standardhaltungsbedingungen notwendig. Die entsprechenden Mauslinien zeigen keine unmittelbar auffälligen Einschränkungen ihrer Biologie. Die Somatostatin-Nullmaus wurde zum Hauptgegenstand einer detaillierten Untersuchung aufgrund der übergeordneten Position des Liganden in der Signalkaskade und verfügbaren Hinweisen zu seiner Funktion. Folgende Schlußfolgerungen konnten nach eingehender Analyse gezogen werden: Der Ausfall des Somatostatin-Gens hat erhöhte Plasmakonzentrationen an Wachstumshormon (GH) zur Konsequenz. Dies steht im Einklang mit der Rolle Somatostatins als hemmender Faktor der Wachstumshormon-Freisetzung, die in der Mutante aufgehoben ist. Durch die Somatostatin-Nullmaus wurde zudem deutlich: Somatostatin interagiert als wesentliches Bindeglied zwischen der Wachstums- und Streßachse. Permanent erhöhte Corticosteron-Werte in den Mutanten implizieren einen negativen tonischen Einfluß für die Sekretion von Glukocorticoiden in vivo. Damit zeigt die Knockout-Maus, daß Somatostatin normalerweise als ein entscheidendes inhibierendes Kontrollelement der Steroidfreisetzung fungiert. Verhaltensversuche offenbarten ein Defizit im motorischen Lernen. Somatostatin-Nullmäuse bleiben im Lernparadigma “Rotierender Stabtest” hinter ihren Artgenossen zurück ohne aber generell in Motorik oder Koordination eingeschränkt zu sein. Diese motorischen Lernvorgänge sind von einem funktionierenden Kleinhirn abhängig. Da Somatostatin und seine Rezeptoren kaum im adulten, wohl aber im sich entwickelnden Kleinhirn auftreten, belegt dieses Ergebnis die Funktion transient in der Entwicklung exprimierter Neuropeptide – eine lang bestehende, aber bislang experimentell nicht nachgewiesene Hypothese. Die Überprüfung weiterer physiologischer Parameter und Verhaltenskategorien unter Standard-Laborbedingunggen ergab keine sichtbaren Abweichungen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen. Damit steht nun ein Tiermodell zur weiterführenden Analyse für die Somatostatin-Forschung bereit: In endokrinologischen, elektrophysiologischen und verhaltens-biologischen Experimenten ist nun eine unmittelbare Korrelation selektiv mit dem Somatostatin-Peptid bzw. mit den Rezeptoren 3 und 4 aber auch in Kombination der Ausfallmutationen nach entsprechenden Kreuzungen möglich.

Expressions- und Funktionsanalysen von Neuroglobin und Cytoglobin

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Untersuchungen zur Expression und Funktion der respiratorischen Proteine Neuroglobin (Ngb) und Cytoglobin (Cygb) in Vertebraten durchgeführt. Beide Globine wurden erst kürzlich entdeckt, und ihre Funktionen konnten trotz vorliegender Daten zur Struktur und biochemischen Eigenschaften dieser Proteine bisher nicht eindeutig geklärt werden. Im ersten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wurde die zelluläre und subzelluläre Lokalisation von Neuroglobin und Cytoglobin in murinen Gewebeschnitten untersucht. Die Expression von Ngb in neuronalen und endokrinen Geweben hängt offensichtlich mit den hohen metabolischen Aktivitäten dieser Organe zusammen. Insbesondere im Gehirn konnten regionale Unterschiede in der Ngb-Expression beobachtet werden. Dabei korrelierte eine besonders starke Neuroglobin-Expression mit Gehirnbereichen, die bekanntermaßen die höchsten Grundaktivitäten aufweisen. In Anbetracht dessen liegt die Funktion des Neuroglobins möglicherweise im basalen O2-Metabolismus dieser Gewebe, wobei Ngb als O2-Lieferant und kurzfristiger O2-Speicher den vergleichsweise hohen Sauerstoffbedarf vor Ort sicherstellen könnte. Weitere Funktionen in der Entgiftung von ROS bzw. RNS oder die kürzlich publizierte mögliche Rolle des Ngb bei der Verhinderung der Mitochondrien-vermittelten Apoptose durch eine Reduktion des freigesetzten Cytochrom c wären darüber hinaus denkbar. Die Cygb-Expression im Gehirn beschränkte sich auf relativ wenige Neurone in verschiedenen Gehirnbereichen und zeigte dort vorwiegend eine Co-Lokalisation mit der neuronalen NO-Synthase. Dieser Befund legt eine Funktion des Cytoglobins im NO-Metabolismus nahe. Quantitative RT-PCR-Experimente zur mRNA-Expression von Ngb und Cygb in alternden Säugern am Bsp. der Hamsterspezies Phodopus sungorus zeigten keine signifikanten Änderungen der mRNA-Mengen beider Globine in alten im Vergleich zu jungen Tieren. Dies widerspricht publizierten Daten, in denen bei der Maus anhand von Western Blot-Analysen eine Abnahme der Neuroglobin-Menge im Alter gezeigt wurde. Möglicherweise handelt es sich hierbei um speziesspezifische Differenzen. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte vergleichende Sequenzanalyse der humanen und murinen NGB/Ngb-Genregion liefert zum einen Hinweise auf die mögliche Regulation der Ngb-Expression und zum anderen eine wichtige Grundlage für die funktionellen Analysen dieses Gens. Es konnte ein minimaler Promotorbereich definiert werden, der zusammen mit einigen konservierten regulatorischen Elementen als Basis für experimentelle Untersuchungen der Promotoraktivität in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen dienen wird. Bioinformatische Analysen führten zur Identifizierung des sog. „neuron restrictive silencer element“ (NRSE) im Ngb-Promotor, welches vermutlich für die vorwiegend neuronale Expression des Proteins verantwortlich ist. Die kontrovers diskutierte O2-abhängige Regulation der Ngb-Expression konnte hingegen anhand der durchgeführten komparativen Sequenzanalysen nicht bestätigt werden. Es wurden keine zwischen Mensch und Maus konservierten Bindestellen für den Transkriptionsfaktor HIF-1 identifiziert, der die Expression zahlreicher hypoxieregulierter Gene, z.B. Epo und VEGF, vermittelt. Zusammen mit den in vivo-Daten spricht dies eher gegen eine Regulation der Ngb-Expression bei verminderter Verfügbarkeit von Sauerstoff. Die Komplexität der Funktionen von Ngb und Cygb im O2-Stoffwechsel der Vertebraten macht den Einsatz muriner Modellsysteme unerlässlich, die eine sukzessive Aufklärung der Funktionen beider Proteine erlauben. Die vorliegende Arbeit liefert auch dazu einen wichtigen Beitrag. Die hergestellten „gene-targeting“-Vektorkonstrukte liefern in Verbindung mit den etablierten Nachweisverfahren zur Genotypisierung von embryonalen Stammzellen die Grundlage zur erfolgreichen Generierung von Ngb-knock out sowie Ngb- und Cygb-überexprimierenden transgenen Tieren. Diese werden für die endgültige Entschlüsselung funktionell relevanter Fragestellungen von enormer Bedeutung sein.

Novel mouse models for use in IL-17A and Th17 research

Th17 cells have emerged as a proinflamatory cell type with strong links to autoimmunity and immunopathology. The aims of this thesis are two-fold; Firstly, generation of a novel mouse model that allows in vivo and/or ex vivo observation and manipulation of Th17 cells. Secondly, to generate a mouse model capable of conditionally overexpressing the hallmark Th17 cytokine, IL-17A. Given the expertise and experience in our lab with respect to conditional gene targeting, Cre-LoxP-mediated approaches were chosen and utilized to achieve this goal in both mouse models. The resulting strains and the knowledge generated from their useage are discussed in this work. Furthermore, the recently generated IL-6Rα conditional allele allows for ablation of IL-6 signaling in a cell type-specific manner. We wanted to analyze the role of IL-6 signaling with respect to EAE pathogenesis and development of pathogenic Th17 cells, and the results generated are published in this work.

Die Regulation des Enzyms Paraoxonase-2 sowie dessen Einfluss auf die Hämatopoese

In der vorliegenden Arbeit wurden durch den Einsatz von drei unabhängigen Methoden Proteine und Faktoren identifiziert, die die PON2-mRNA-Expression beeinflussen. Anhand der erhaltenen Faktoren wurden verstärkt solche ausgewählt, die eine Rolle in der Tumorbiologie spielen. Unter Verwendung verschiedener Zellmodelle wurde schließlich der Effekt dieser Faktoren auf die PON2-Expression analysiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die PON2-Expression in K562-Zellen durch den PI3K / Akt-Signalweg, der in vielen Tumoren übermäßig aktiviert vorliegt, gesteigert wird. Auch eine Beteiligung des Wnt / β-Catenin-Signalweges kann nicht ausgeschlossen werden. Pharmakologische Inhibitoren von GSK-3β, einer Kinase die in beiden Signalwegen involviert ist, führt zu einer Steigerung der PON2-Expression durch den Transkriptionsfaktor LEF-1. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Familie der FoxO-Transkriptionsfaktoren an der Regulation der PON2-Expression in K562-Zellen beteiligt sind, wenn gleich es für die jeweiligen FoxO-Isoformen Unterschiede gibt.rnIm Hinblick auf die Assoziation von PON2 mit Leukämien wurde anhand eines PON2-/--Mausmodells, der Einfluss von PON2 auf die Hämatopoese untersucht. Dabei wurden signifikante Unterschiede in einigen Stammzellkompartimenten festgestellt. Ferner scheint PON2 die Entwicklung von Erythrozyten und Thrombozyten zu beeinflussen. Dies äußert sich in einer offensichtlichen Splenomegalie, zumindest bei alten weiblichen PON2-/--Mäusen.rnAbschließend wurde zur Generierung eines konditionalen PON2-Überexpressionsmausmodells erfolgreich ein Gene-Targeting-Vektor entwickelt. Durch eine gewebe-, zeit- und zellspezifische Steigerung der PON2-Expression ist es möglich, den Effekt einer PON2-Überexpression im Hinblick auf verschiedene Erkrankungen zu untersuchen.rnBisher war wenig über die Regulation des humanen PON2 bekannt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen erstmals, durch welche Signalwege und Transkriptionsfaktoren PON2 in Leukämiezellen reguliert wird. Im Hinblick auf die Rolle von PON2 in der Tumorbiologie ist es erstmals möglich, die PON2-Expression gezielt durch die Inhibition bzw. Aktivierung der PON2-regulierenden Faktoren zu beeinflussen, und damit neue Wege in der Krebstherapie zu beschreiten. rn

Analysen zur molekularen Charakterisierung von Proteinen des humanen Usher-Syndroms und Evaluation genbasierter Therapiestrategien

Analysen zur molekularen Charakterisierung von Proteinen des humanen Usher-Syndroms und Evaluation genbasierter Therapiestrategien rnDas humane Usher Syndrom (USH) ist die häufigste Form vererbter Taub-Blindheit. In der vorliegenden Dissertation wurde diese komplexe Erkrankung auf verschiedenen Ebenen analysiert: in Arbeiten zur Expression und Lokalisation von USH-Proteinen, der Analyse der USH-Proteinnetzwerke und deren Funktionen sowie darauf aufbauend die Entwicklung von Therapiestrategien für USH.rnIm Rahmen der Arbeit wurde die Expression und (sub)-zelluläre Lokalisation des USH1D-Genproduktes CDH23 in der Retina und Cochlea analysiert. CDH23-Isoformen werden in der Maus zeitlich und räumlich differentiell exprimiert. In den Retinae von Mäusen, nicht humanen Primaten und Menschen zeigten Analysen eine unterschiedliche Expression und Lokalisation des Zell-Zelladhäsionsmoleküls CDH23, was auf Funktions-unterschiede der einzelnen Isoformen in den analysierten Spezies hindeutet.rnAnalysen zur Aufklärung der USH-Proteinnetzwerke ergaben eine potentielle Interaktion des USH1G-Gerüstproteins SANS mit dem Golgi- und Centrosom-assoziierten Protein Myomegalin. Die direkte Interaktion der Proteine konnte durch unabhängige Experimente verifiziert werden. Beide Interaktionspartner sind in den Retinae verschiedener Spezies partiell ko-lokalisiert und partizipieren im periciliären USH-Proteinnetzwerk. Die Assoziation von SANS und Myomegalin mit dem Mikrotubuli-Cytoskelett weist auf eine Funktion des Proteinkomplexes in gerichteten Transportprozessen innerhalb der Photorezeptoren hin und bekräftigt die Hypothese einer Rolle von SANS und assoziierten Netzwerken mit Transportprozessen.rnDas hier gewonnene erweiterte Verständnis der molekularen Grundlagen sowie die Aufklärung der zellulären Funktion der Proteinnetzwerke ermöglichen die Entwicklung therapeutischer Strategien für USH. Ein Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf der Entwicklung genbasierter Therapiestrategien und deren Evaluation, wobei der Schwerpunkt auf der Therapiestrategie der Genreparatur lag. Die mit Hilfe von Zinkfinger-Nukleasen (ZFN) induzierte Homologe Rekombination für die Genkorrektur wurde exemplarisch an der 91C>T/p.R31X-Mutation im USH1C-Gen gezeigt. Effiziente ZFN wurden identifiziert, generiert und erfolgreich im Zellkulturmodellsystem eingesetzt. Die Analysen demonstrierten eine Reparatur der Mutation durch Homologe Rekombination auf genomischer Ebene und die Expression des wiederhergestellten Proteins. Durch die Genkorrektur im endogenen Lokus sind Größe des Gens, Isoformen oder die Art der Mutation keine limitierenden Faktoren für die Therapie. Die in der vorliegenden Arbeit durchgeführten Experimente unterstreichen das enorme Potential ZFN-basierter Therapiestrategien hin zu personalisierten Therapieformen nicht nur für USH sondern auch für andere erbliche Erkrankungen, deren genetische Grundlagen bekannt sind.rn

AICAR and metformin, but not exercise, increase muscle glucose transport through AMPK-, ERK-, and PDK1-dependent activation of atypical PKC

Activators of 5'-AMP-activated protein kinase (AMPK) 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-d-ribofuranoside (AICAR), metformin, and exercise activate atypical protein kinase C (aPKC) and ERK and stimulate glucose transport in muscle by uncertain mechanisms. Here, in cultured L6 myotubes: AICAR- and metformin-induced activation of AMPK was required for activation of aPKC and ERK; aPKC activation involved and required phosphoinositide-dependent kinase 1 (PDK1) phosphorylation of Thr410-PKC-zeta; aPKC Thr410 phosphorylation and activation also required MEK1-dependent ERK; and glucose transport effects of AICAR and metformin were inhibited by expression of dominant-negative AMPK, kinase-inactive PDK1, MEK1 inhibitors, kinase-inactive PKC-zeta, and RNA interference (RNAi)-mediated knockdown of PKC-zeta. In mice, muscle-specific aPKC (PKC-lambda) depletion by conditional gene targeting impaired AICAR-stimulated glucose disposal and stimulatory effects of both AICAR and metformin on 2-deoxyglucose/glucose uptake in muscle in vivo and AICAR stimulation of 2-[(3)H]deoxyglucose uptake in isolated extensor digitorum longus muscle; however, AMPK activation was unimpaired. In marked contrast to AICAR and metformin, treadmill exercise-induced stimulation of 2-deoxyglucose/glucose uptake was not inhibited in aPKC-knockout mice. Finally, in intact rodents, AICAR and metformin activated aPKC in muscle, but not in liver, despite activating AMPK in both tissues. The findings demonstrate that in muscle AICAR and metformin activate aPKC via sequential activation of AMPK, ERK, and PDK1 and the AMPK/ERK/PDK1/aPKC pathway is required for metformin- and AICAR-stimulated increases in glucose transport. On the other hand, although aPKC is activated by treadmill exercise, this activation is not required for exercise-induced increases in glucose transport, and therefore may be a redundant mechanism.

Pathogen recognition by the long pentraxin PTX3

Innate immunity represents the first line of defence against pathogens and plays key roles in activation and orientation of the adaptive immune response. The innate immune system comprises both a cellular and a humoral arm. Components of the humoral arm include soluble pattern recognition molecules (PRMs) that recognise pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) and initiate the immune response in coordination with the cellular arm, therefore acting as functional ancestors of antibodies. The long pentraxin PTX3 is a prototypic soluble PRM that is produced at sites of infection and inflammation by both somatic and immune cells. Gene targeting of this evolutionarily conserved protein has revealed a nonredundant role in resistance to selected pathogens. Moreover, PTX3 exerts important functions at the cross-road between innate immunity, inflammation, and female fertility. Here, we review the studies on PTX3, with emphasis on pathogen recognition and cross-talk with other components of the innate immune system.

XIAP discriminates between type I and type II FAS-induced apoptosis

FAS (also called APO-1 and CD95) and its physiological ligand, FASL, regulate apoptosis of unwanted or dangerous cells, functioning as a guardian against autoimmunity and cancer development. Distinct cell types differ in the mechanisms by which the 'death receptor' FAS triggers their apoptosis. In type I cells, such as lymphocytes, activation of 'effector caspases' by FAS-induced activation of caspase-8 suffices for cell killing, whereas in type II cells, including hepatocytes and pancreatic beta-cells, caspase cascade amplification through caspase-8-mediated activation of the pro-apoptotic BCL-2 family member BID (BH3 interacting domain death agonist) is essential. Here we show that loss of XIAP (X-chromosome linked inhibitor of apoptosis protein) function by gene targeting or treatment with a second mitochondria-derived activator of caspases (SMAC, also called DIABLO; direct IAP-binding protein with low pI) mimetic drug in mice rendered hepatocytes and beta-cells independent of BID for FAS-induced apoptosis. These results show that XIAP is the critical discriminator between type I and type II apoptosis signalling and suggest that IAP inhibitors should be used with caution in cancer patients with underlying liver conditions.