Funktionelle Charakterisierung der Casein Kinase 2 in der Etablierung und Aufrechterhaltung peripherer Toleranz durch dendritische Zellen

Dendritische Zellen (DCs) nehmen eine Schlüsselrolle in unserem Immunsystem ein, indem DCs sowohl Immunität, als auch Toleranz induzieren können. Im Falle der Immunität sind DCs in der Lage die Differenzierung der verschiedenen T-Helferzellen, wie Th1-, Th2- und Th17-Zellen zu steuern und tragen so zu der Qualität einer Immunantwort bei. Auf der anderen Seite können DCs in Gegenwart von TGF-β, IDO und Retinsäure die Differenzierung von regulatorischen T-Zellen induzieren und tragen somit zur Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz bei. Insbesondere in den Darm-assoziierten lymphatischen Geweben (GALT) müssen DCs unverhältnismäßige Immunantworten gegen harmlose Antigene aus der Nahrung und kommensale Bakterien verhindern, während gegen Pathogene schützende Immunantworten induziert werden müssen. Auf Grund dieser entgegengesetzten Funktionen der DCs wollten wir die molekularen Mechanismen der DCs untersuchen, die der Regulation von Immunität und Toleranz zu Grunde liegen. Insbesondere der Wnt-Signalweg ist für die Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz im GALT von Bedeutung. Da die Casein Kinase 2 in diesem Signalweg entscheidend beteiligt ist, haben wir die CK2-Funktion konditionell, unter der Kontrolle des CD11c-Promotors, deletiert. Hierfür haben wir CD11c-cre Mäuse mit Mäusen verpaart, welche ein von loxP-Signalsequenzen flankiertes Ck2β Gen (CK2β-fl/fl) tragen. Die konditionelle Deletion der CK2-Funktion in DCs, führte zu einer verstärkten Expression der kostimulatorischen Moleküle (wie CD40, CD80, CD86) und der Zytokine IL-6 und IL-12 unter „steady-state“ Bedingungen. Detaillierte Untersuchungen der T-Zellen in CD11c-cre x CK2β-fl/fl Mäusen zeigte eine deutlich reduzierte naive T-Zellpopulation, einhergehend mit einer erhöhten Th1- und Th17-Differenzierung. Speziell in den mesenterialen Lymphknoten konnte eine höhere Frequenz von T-bet+ und Rorγt+ CD4+ T-Zellen gefunden werden, welche große Mengen der Zytokine IFN-γ und IL-17 nach ex vivo Stimulation produzierten. Weiterführende in vivo Versuche, hier wurde das Modell der oralen Toleranz gewählt, zeigten das eine CK2-Deletion in DCs die Induktion einer oralen Toleranz verhindert. Unsere Daten zeigen eindeutig, dass die CK2 entscheidend in der Regulation der DC Homöostase und der Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz beteiligt ist.

Die Rolle von LRP1 in der Funktion des NMDA-Rezeptors

Ein funktionelles Zusammenspiel von LRP1, einem Mitglied der LDL-Rezeptorfamilie, mit dem NMDA-Rezeptor, einem Glutamat Rezeptor, wurde durch die Interaktion beider Proteine sowie eine tPa-vermittelte, LRP1-abhängige Signalübertragung durch den NMDA-Rezeptor belegt. Darüber hinaus zeigen Mäuse mit einem konditionellen neuronalen knock-out des Lrp1 Gens Verhaltensänderungen, die mit einer beeinträchtigten Signalübertragung durch NMDA-Rezeptoren assoziiert werden könnten. Die genaue Rolle von LRP1 in der NMDA-Rezeptor-Funktion bleibt allerdings noch unklar. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von LRP1 bei der Expression der NR2B-Untereinheit des NMDA-Rezeptors an der Zelloberfläche primärer kortikaler Neurone untersucht. Zu diesem Zweck wurde die knock-in Mauslinie LRP1ΔNPxY2, die sich durch eine Alanin Substitution im NPxY2 Motiv des LRP1 auszeichnet, eingesetzt. rnEs konnte gezeigt werden, dass diese knock-in Mutation in einer erhöhten Expression von LRP1 und der NMDA-Rezeptoruntereinheiten NR1 und NR2B an der Zelloberfläche primärer kortikaler Neurone resultiert. Der Effekt konnte durch eine reduzierte Endozytoserate von LRP1 und der NR1-und NR2B-Untereinheiten in primären LRP1ΔNPxY2 Neuronen erklärt werden. Darüber hinaus wurde ein verändertes Phosphorylierungsmuster der Internalisierungssignale der NR2B-Rezeptoruntereinheit Serin S1480 und Tyrosin Y1472 an der Zelloberfläche primärer LRP1ΔNPxY2 Neurone detektiert. Die verantwortlichen Kinasen Fyn und Kasein-Kinase II sind allerdings in LRP1ΔNPxY2 Neuronen im Vergleich zu den Wildtyp-Kontrollen nicht abweichend reguliert. In den Co-Immunopräzipitationsexperimenten wurde gezeigt, dass die Bindung von LRP1 mit NR2B durch die Phosphorylierung reguliert wird und dieser Regulationsmechanismus in LRP1ΔNPxY2 Neuronen beeinträchtigt ist. Dies resultiert in einer stärkeren Bindung von NR2B-Rezeptoruntereinheit an LRP1. Aufgrund reduzierter Internalisierungsraten von LRP1 in LRP1ΔNPxY2 Neuronen führt dieser Umstand zu einer Akkumulation beider Rezeptorproteine an der Zelloberfläche. Schließlich wurden die NMDA-Rezeptor-assoziierten Verhaltensänderungen wie die Hyperaktivität und die Defizite im direkten und umgekehrten räumlichen Lernvermögen in den LRP1ΔNPxY2 Tieren nachgewiesen. Zusammengefasst, demonstrieren diese Ergebnisse, dass LRP1 eine kritische Rolle in der Regulierung der NR2B-Expression an der Zelloberfläche spielt.

Immunregulatorische Mechanismen bei einer experimentellen akuten Graft-versus-Host-Disease

Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation ist bereits seit mehreren Jahrzehnten zur Therapie von Leukämien und anderen malignen Erkrankungen etabliert, aber ihre Effektivität wird durch Graft-versus-Host Reaktionen weiterhin deutlich eingeschränkt. Um die zu Grunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen und Möglichkeiten zur Modulation zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit verschiedene Ansätze verfolgt.rnRegulatorische T-Zellen sind in der Lage allogene T-Zell-Antworten, wie sie auch bei einer GvH-Erkrankung auftreten zu supprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass dies unabhängig von Interleukin-10 geschieht, dafür jedoch ein kontaktabhängiger Mechanismus eine wichtige Rolle spielt. Dabei wird cAMP von Treg über Gap-Junctions in allogene Dendritische Zellen übertragen und deren Aktivierung dadurch verhindert. Versuche zur Modulation dieses Mechanismus mithilfe von Phosphodiesterase-Inhibitoren haben gezeigt, dass diese nicht nur die suppressiven Fähigkeiten von Treg verbessern, sondern ebenfalls direkt auf die T-Zellen einwirken, die schließlich die GvH-Erkrankung auslösen. Diese Ergebnisse konnten in vivo bestätigt werden und zeigen somit einen möglichen Ansatz hin zu einer kombinierten zellulären und pharmakologischen Therapie von GvH-Erkrankungen. Ein großer Vorteil dabei wäre, dass bereits eine Palette an PDE-Inhibitoren in der Klinik zur Verfügung steht.rnInterleukin-10 ist ein immunsuppressives und anti-inflammatorisches Zytokin, dem bei der Regulation des Immunsystems eine wichtige Rolle zukommt. Wie in dieser und anderen Arbeiten gezeigt, ist diese Funktion von IL-10 auch bei GvH-Erkrankungen essentiell. Ein Ziel war es daher, die Zellpopulationen, die für die Produktion des Zytokins verantwortlich sind, zu identifizieren. Mittels einer IL-10 Reporter-Maus konnten B-Zellen vom Spender, wie auch vom Empfänger als IL-10 Produzenten ausgemacht werden. Darüberhinaus zeigen die so gefundenen Zellen auch einen typischen Phänotyp für sog. immunregulatorische B-Zellen. Transplantationsexperimente mit Mäusen, die einen B-Zell-spezifischen Knock-out für IL-10 tragen, konnten die Relevanz der B Zellen als IL-10 Produzenten in vivo belegen.rnDendritische Zellen sind sehr potente Antigenpräsentierende Zellen und somit in der Lage GvH-Reaktionen zu induzieren. Überraschenderweise ist das Überleben von Versuchsmäusen, denen alle DC oder auch nur die BATF3-abhängige Subpopulation der CD8α+ DC fehlt, nicht besser als das des WT, sondern sogar deutlich schlechter. Dies geht einher mit entsprechenden Veränderungen im Zytokinmilieu der peripheren lymphatischen Organe. Bei Abwesenheit der CD8α+ DC sind die Zellen der mesenterialen Lymphknoten nach dem Konditionierungsprotokoll stärkere Stimulatoren für allogene T-Zell-Proliferation, was eine Erklärung für die stärkere GvH-Erkrankung ist. Eine Erklärung für diese Befunde liefert die verringerte Anzahl an Treg, die nach einer Transplantation in Abwesenheit der CD8α+ DC zu beobachten ist.rnDie aufgezeigten immunsupressiven Mechanismen stellen gute Ansatzpunkte dar, um GvH-Erkrankungen besser zu verstehen und damit die Effektivität der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation zu verbessern.rn

Behavioural analysis of mouse mutants with altered neuronal and glial genes

Im ersten Teil dieser Doktorarbeit beabsichtigte meine Arbeit, die funktionelle Beteiligung des CB1 Rezeptors, einer Hauptkomponente des neuronalen Endocannabinoid-Systems (ECS), an der Ausbildung von verschiedenen Verhaltensphänotypen mit Hilfe von konditionalen Mausmutanten, denen der CB1 Rezeptor auf verschiedenen neuronalen Unterpopulationen fehlt, aufzuschlüsseln und zu untersuchen. Verschiedene Verhaltensmodelle wurden hierzu getestet. Dabei lag der Fokus dieser Arbeit auf der CB1f/f;D1-Cre Mauslinie, welche der CB1 Rezeptor auf den D1 Rezeptor exprimierenden Neuronen des Striatums fehlt. Ich konnte zeigen, dass der Verlust des CB1 Rezeptors auf diesen Neuronen keinen Einfluss auf basale neurologische Funktionen, Gewicht, Bewegung, Exploration, Sozialverhalten, Angst und Stressbewältigung der Tiere hat, jedoch eine Beteiligung an der Entwicklung von Suchtverhalten gegeben ist. Bei Betrachtung des Kokain-induzierten Suchtverhaltens zeigten die konditionalen Mausmutanten eine reduzierte Suchtanfälligkeit sowohl im Vergleich zu Tieren mit einem totalen CB1 Rezeptor Verlust in allen Körperzellen, als auch zu genetisch unveränderten Kontrollmäusen beider Linien.rnDes Weiteren zeigen die Ergebnisse dieser Studie eine große, aber gegensätzliche Beteiligung des ECS bei der Regulation von Exploration in Abhängigkeit des Verlustes des CB1 Rezeptors auf GABAergen Neuronen des Vorderhirns und kortikalen glutamatergen Neuronen, jedoch nicht auf striatalen Neuronen alleine. Zusätzlich war ich in der Lage, die Wichtigkeit des genetischen Hintergrunds von Mauslinien nicht nur auf die Ausbildung von spezifischen Verhaltensphänotypen, sondern auch auf die Genexpression zu zeigen.rnIn dem zweiten Teil dieser Arbeit, in dem ich mich auf die Funktion von Gliazellen konzentrierte, wurden ebenfalls Mausmutanten in verschiedenen Verhaltensmodellen getestet. Ein genetisches Auslöschen des NG2 Glykoproteins in Gliazellen sorgt in den Knock-out Mäusen für ein schlechteres Hörvermögen und ein reduziertes Depressionsverhalten im Vergleich zu ihren Wildtyp-Kontrollmäusen. Interessanterweise zeigten diese Tiere auch eine reduzierte Empfänglichkeit bei chemisch induzierten epileptischen Krämpfen, was eine Rolle des NG2 Glykoproteins bei der Kontrolle der glutamatergen Homöostase vorschlägt, die wahrscheinlich durch Strukturänderungen der Neuron-Glia-Synapse verursacht wird. rn

Die Rolle der Oligodendrozyten-Vorläuferzellen im Zentralen Nervensystem

Im Fokus dieser Studie stehen die zu den Gliazellen zählenden OPC, sowie das von diesen exprimierte Typ-1 Membranprotein NG2. Dieses wird auf eine Prozessierung durch α- und γ-Sekretase, in Analogie zu Proteinen wie Notch oder APP, untersucht.rnEine solche Prozessierung ginge mit zusätzlichen intrazellulären Spaltprodukten neben der bekannten Ektodomäne einher. Da OPC mit dem Neuronalen Netzwerk durch synaptische Innervierungen in Verbindung stehen, stellt sich die Frage, ob diese mit der Spaltung von NG2 in Verbindung gebracht werden können. Dazu käme mechanistisch beispielsweise eine aktivitätsabhängige Regulierung der Proteolyse, wie sie jüngst für das neuronale synaptische cell adhesion molecule Neuroligin gezeigt werden konnte, in Frage. Zudem werden eine physiologische Rolle der NG2 Ektodomäne bzw. der möglichen intrazellulären Fragmente untersuchen. Insbesondere potentielle neuromodulatorische Funktionen sind hier von Interesse, da diese die OPC tiefer in das Neuronale Netzwerk integrieren würden. Die Existenz eines NG2 Homologes in D. melanogaster, wirft weiterhin die Frage auf, in wie weit diese Mechanismen in diesem Modellsystem konserviert sind.rnIn Analogie zur Lokalisierung von Markerproteinen an Neuron-Neuron Synapsen in vivo, ergibt sich die Frage ob sich die synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen und OPC in ähnlicher Weise darstellen lassen.rnEin Charakteristikum von OPC ist die Teilungsaktivität in sich entwickelnden und adulten Säugern. Zudem gibt es Evidenzen für direkte funktionelle Verknüpfungen zwischen dem NG2 Protein und dem Teilungsmodus der OPC. Deshalb war ein weiteres Ziel mögliche Änderungen in der Zellteilung der OPC, die mit dem NG2 Protein in Verbindung stehen könnten, in NG2 -/- Mäusen zu untersuchen.rn

Nedd4-1 and beta-arrestin-1 are key regulators of Na+/H+ exchanger 1 ubiquitylation, endocytosis, and function

The ubiquitously expressed mammalian Na(+)/H(+) exchanger 1 (NHE1) controls cell volume and pH but is also critically involved in complex biological processes like cell adhesion, cell migration, cell proliferation, and mechanosensation. Pathways controlling NHE1 turnover at the plasma membrane, however, are currently unclear. Here, we demonstrate that NHE1 undergoes ubiquitylation at the plasma membrane by a process that is unprecedented for a mammalian ion transport protein. This process requires the adapter protein ?-arrestin-1 that interacts with both the E3 ubiquitin ligase Nedd4-1 and the NHE1 C terminus. Truncation of NHE1 C terminus to amino acid 550 abolishes binding to ?-arrestin-1 and NHE1 ubiquitylation. Overexpression of ?-arrestin-1 or of wild type but not ligase-dead Nedd4-1 increases NHE1 ubiquitylation. siRNA-mediated knock-down of Nedd4-1 or ?-arrestin-1 reduces NHE1 ubiquitylation and endocytosis leading to increased NHE1 surface levels. Fibroblasts derived from ?-arrestin-1 and Nedd4-1 knock-out mice show loss of NHE1 ubiquitylation, increased plasmalemmal NHE1 levels and greatly enhanced NHE1 transport compared with wild-type fibroblasts. These findings reveal Nedd4-1 and ?-arrestin-1 as key regulators of NHE1 ubiquitylation, endocytosis, and function. Our data suggest a broader role for ?-arrestins in the regulation of membrane ion transport proteins than currently known.

Cannabinoid receptor type I modulates alcohol-induced liver fibrosis

The cannabinoid system (CS) is implicated in the regulation of hepatic fibrosis, steatosis and inflammation, with cannabinoid receptors 1 and 2 (CB1 and CB2) being involved in regulation of pro- and antifibrogenic effects. Daily cannabis smoking is an independent risk factor for the progression of fibrosis in chronic hepatitis C and a mediator of experimental alcoholic steatosis. However, the role and function of CS in alcoholic liver fibrosis (ALF) is unknown so far. Thus, human liver samples from patients with alcoholic liver disease (ALD) were collected for analysis of CB1 expression. In vitro, hepatic stellate cells (HSC) underwent treatment with acetaldehyde, Δ9-tetrahydrocannabinol H(2)O(2), endo- and exocannabinoids (2-arachidonoylglycerol (2-AG) and [THC]), and CB1 antagonist SR141716 (rimonabant). In vivo, CB1 knockout (KO) mice received thioacetamide (TAA)/ethanol (EtOH) to induce fibrosis. As a result, in human ALD, CB1 expression was restricted to areas with advanced fibrosis only. In vitro, acetaldehyde, H(2)O(2), as well as 2-AG and THC, alone or in combination with acetaldehyde, induced CB1 mRNA expression, whereas CB1 blockage with SR141716 dose-dependently inhibited HSC proliferation and downregulated mRNA expression of fibrosis-mediated genes PCα1(I), TIMP-1 and MMP-13. This was paralleled by marked cytotoxicity of SR141716 at high doses (5-10 μmol/L). In vivo, CB1 knockout mice showed marked resistance to alcoholic liver fibrosis. In conclusion, CB1 expression is upregulated in human ALF, which is at least in part triggered by acetaldehyde (AA) and oxidative stress. Inhibition of CB1 by SR141716, or via genetic knock-out protects against alcoholic-induced fibrosis in vitro and in vivo.

Brain infiltration of leukocytes contributes to the pathophysiology of temporal lobe epilepsy

Clinical and experimental evidence indicates that inflammatory processes contribute to the pathophysiology of epilepsy, but underlying mechanisms remain mostly unknown. Using immunohistochemistry for CD45 (common leukocyte antigen) and CD3 (T-lymphocytes), we show here microglial activation and infiltration of leukocytes in sclerotic tissue from patients with mesial temporal lobe epilepsy (TLE), as well as in a model of TLE (intrahippocampal kainic acid injection), characterized by spontaneous, nonconvulsive focal seizures. Using specific markers of lymphocytes, microglia, macrophages, and neutrophils in kainate-treated mice, we investigated with pharmacological and genetic approaches the contribution of innate and adaptive immunity to kainate-induced inflammation and neurodegeneration. Furthermore, we used EEG analysis in mutant mice lacking specific subsets of lymphocytes to explore the significance of inflammatory processes for epileptogenesis. Blood-brain barrier disruption and neurodegeneration in the kainate-lesioned hippocampus were accompanied by sustained ICAM-1 upregulation, microglial cell activation, and infiltration of CD3(+) T-cells. Moreover, macrophage infiltration was observed, selectively in the dentate gyrus where prominent granule cell dispersion was evident. Unexpectedly, depletion of peripheral macrophages by systemic clodronate liposome administration affected granule cell survival. Neurodegeneration was aggravated in kainate-lesioned mice lacking T- and B-cells (RAG1-knock-out), because of delayed invasion by Gr-1(+) neutrophils. Most strikingly, these mutant mice exhibited early onset of spontaneous recurrent seizures, suggesting a strong impact of immune-mediated responses on network excitability. Together, the concerted action of adaptive and innate immunity triggered locally by intrahippocampal kainate injection contributes seizure-suppressant and neuroprotective effects, shedding new light on neuroimmune interactions in temporal lobe epilepsy.

Plakoglobin-dependent disruption of the desmosomal plaque in pemphigus vulgaris

We recently reported that the pathogenesis of pemphigus vulgaris (PV), an autoimmune blistering skin disorder, is driven by the accumulation of c-Myc secondary to abrogation of plakoglobin (PG)-mediated transcriptional c-Myc suppression. PG knock-out mouse keratinocytes express high levels of c-Myc and resemble PVIgG-treated wild-type keratinocytes in most respects. However, they fail to accumulate nuclear c-Myc and loose intercellular adhesion in response to PVIgG-treatment like wild-type keratinocytes. This suggested that PG is also required for propagation of the PVIgG-induced events between augmented c-Myc expression and acantholysis. Here, we addressed this possibility by comparing PVIgG-induced changes in the desmosomal organization between wild-type and PG knock-out keratinocytes. We found that either bivalent PVIgG or monovalent PV-Fab (known to trigger blister formation in vivo) disrupt the linear organization of all major desmosomal components along cell borders in wild-type keratinocytes, simultaneously with a reduction in intercellular adhesive strength. In contrast, PV-Fab failed to affect PG knock-out keratinocytes while PVIgG cross-linked their desmosomal cadherins without significantly affecting desmoplakin. These results identify PG as a principle effector of the PVIgG-induced signals downstream of c-Myc that disrupt the desmosomal plaque at the plasma membrane.

Truncated recombinant human SP-D attenuates emphysema and type II cell changes in SP-D deficient mice

BACKGROUND: Surfactant protein D (SP-D) deficient mice develop emphysema-like pathology associated with focal accumulations of foamy alveolar macrophages, an excess of surfactant phospholipids in the alveolar space and both hypertrophy and hyperplasia of alveolar type II cells. These findings are associated with a chronic inflammatory state. Treatment of SP-D deficient mice with a truncated recombinant fragment of human SP-D (rfhSP-D) has been shown to decrease the lipidosis and alveolar macrophage accumulation as well as production of proinflammatory chemokines. The aim of this study was to investigate if rfhSP-D treatment reduces the structural abnormalities in parenchymal architecture and type II cells characteristic of SP-D deficiency. METHODS: SP-D knock-out mice, aged 3 weeks, 6 weeks and 9 weeks were treated with rfhSP-D for 9, 6 and 3 weeks, respectively. All mice were sacrificed at age 12 weeks and compared to both PBS treated SP-D deficient and wild-type groups. Lung structure was quantified by design-based stereology at the light and electron microscopic level. Emphasis was put on quantification of emphysema, type II cell changes and intracellular surfactant. Data were analysed with two sided non-parametric Mann-Whitney U-test. MAIN RESULTS: After 3 weeks of treatment, alveolar number was higher and mean alveolar size was smaller compared to saline-treated SP-D knock-out controls. There was no significant difference concerning these indices of pulmonary emphysema within rfhSP-D treated groups. Type II cell number and size were smaller as a consequence of treatment. The total volume of lamellar bodies per type II cell and per lung was smaller after 6 weeks of treatment. CONCLUSION: Treatment of SP-D deficient mice with rfhSP-D leads to a reduction in the degree of emphysema and a correction of type II cell hyperplasia and hypertrophy. This supports the concept that rfhSP-D might become a therapeutic option in diseases that are characterized by decreased SP-D levels in the lung.

Abnormal collagen fibrils in cartilage of matrilin-1/matrilin-3-deficient mice

Matrilins are oligomeric extracellular matrix adaptor proteins mediating interactions between collagen fibrils and other matrix constituents. All four matrilins are expressed in cartilage and mutations in the human gene encoding matrilin-3 (MATN3) are associated with different forms of chondrodysplasia. Surprisingly, however, Matn3-null as well as Matn1- and Matn2-null mice do not show an overt skeletal phenotype, suggesting a dominant negative pathomechanism for the human disorders and redundancy/compensation among the family members in the knock-out situation. Here, we show that mice lacking both matrilin-1 and matrilin-3 develop an apparently normal skeleton, but exhibit biochemical and ultrastructural abnormalities of the knee joint cartilage. At the protein level, an altered SDS-PAGE band pattern and a clear up-regulation of the homotrimeric form of matrilin-4 were evident in newborn Matn1/Matn3 and Matn1 knock-out mice, but not in Matn3-null mice. The ultrastructure of the cartilage matrix after conventional chemical fixation was grossly normal; however, electron microscopy of high pressure frozen and freeze-substituted samples, revealed two consistent observations: 1) moderately increased collagen fibril diameters throughout the epiphysis and the growth plate in both single and double mutants; and 2) increased collagen volume density in Matn1(-/-)/Matn3(-/-) and Matn3(-/-) mice. Taken together, our results demonstrate that matrilin-1 and matrilin-3 modulate collagen fibrillogenesis in cartilage and provide evidence that biochemical compensation might exist between matrilins.

Endothelial nitric oxide synthase is not essential for the development of fibrosis and portal hypertension in bile duct ligated mice

BACKGROUND/AIMS: It is postulated that nitric oxide (NO) is responsible for the hyperdynamic circulation of portal hypertension. Therefore, we investigated induction of fibrosis and hyperdynamic circulation in endothelial NO synthase knock-out (KO) mice. METHODS: Fibrosis was induced by bile duct ligation. Hemodynamic studies were performed after portal vein ligation. All studies were performed in wild-type (WT) and KO mice. RESULTS: Three to 4 weeks after bile duct ligation (BDL), both WT and KO groups had similar degrees of portal hypertension, 12 (9-14) and 11(8-15) mmHg, median (range), and liver function. Fibrosis increased from 0.0% in sham operated to 1.0 and 1.1% in WT and KO mice, respectively. Cardiac output was similar after portal vein ligation (20 and 17 ml/min in WT and KO mice, respectively). There was no difference in liver of mRNA for endothelin 1, inducible NO synthase (iNOS) and hem-oxygenase 1 (HO1); proteins of iNOS, HO1 and HO2; nor in endothelin A and B (EtA and EtB) receptor density between WT and KO mice after BDL. CONCLUSIONS: These results suggest that endothelial NO synthase is neither essential for the development of fibrosis and portal hypertension in bile duct ligated mice, nor for the hyperdynamic circulation associated with portal hypertension in the portal vein ligated mice.

Activation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) by a novel metalloprotease pathway

Neutrophil Elastase (NE) is a pro-inflammatory protease present at higher than normal levels in the lung during inflammatory disease. NE regulates IL-8 production from airway epithelial cells and can activate both EGFR and TLR4. TACE/ADAM17 has been reported to trans-activate EGFR in response to NE. Here, using 16HBE14o-human bronchial epithelial cells we demonstrate a new mechanism by which NE regulates both of these events. A high molecular weight soluble metalloprotease activity detectable only in supernatants from NE-treated cells by gelatin and casein zymography was confirmed to be meprin alpha by Western immunoblotting. In vitro studies demonstrated the ability of NE to activate meprin alpha, which in turn could release soluble TGFalpha and induce IL-8 production from 16HBE14o- cells. These effects were abrogated by actinonin, a specific meprin inhibitor. NE-induced IL-8 expression was also inhibited by meprin alpha siRNA. Immunoprecipitation studies detected EGFR/TLR4 complexes in NE-stimulated cells overexpressing these receptors. Confocal studies confirmed colocalization of EGFR and TLR4 in 16HBE14o- cells stimulated with meprin alpha. NFkappaB was also activated via MyD88 in these cells by meprin alpha. In bronchoalveolar lavage fluid from NE knock-out mice infected intra-tracheally with Pseudomonas aeruginosa meprin alpha was significantly decreased compared with control mice, and was significantly increased and correlated with NE activity, in bronchoalveolar lavage fluid from individuals with cystic fibrosis but not healthy controls. The data describe a previously unidentified lung metalloprotease meprin alpha, and its role in NE-induced EGFR and TLR4 activation and IL-8 production.

Ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase 1 (E-NTPDase1/CD39) regulates neutrophil chemotaxis by hydrolyzing released ATP to adenosine

Polymorphonuclear neutrophils release ATP in response to stimulation by chemoattractants, such as the peptide N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine. Released ATP and the hydrolytic product adenosine regulate chemotaxis of neutrophils by sequentially activating purinergic nucleotide and adenosine receptors, respectively. Here we show that that ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase 1 (E-NTPDase1, CD39) is a critical enzyme for hydrolysis of released ATP by neutrophils and for cell migration in response to multiple agonists (N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine, interleukin-8, and C5a). Upon stimulation of human neutrophils or differentiated HL-60 cells in a chemotactic gradient, E-NTPDase1 tightly associates with the leading edge of polarized cells during chemotaxis. Inhibition of E-NTPDase1 reduces the migration speed of neutrophils but not their ability to detect the orientation of the gradient field. Studies of neutrophils from E-NTPDase1 knock-out mice reveal similar impairments of chemotaxis in vitro and in vivo. Thus, E-NTPDase1 plays an important role in regulating neutrophil chemotaxis by facilitating the hydrolysis of extracellular ATP.

Role of CYP27A1 in progesterone metabolism in vitro and in vivo

In the kidney, progesterone is inactivated to 20alpha-dihydro-progesterone (20alpha-DH-progesterone) to protect the mineralocorticoid receptor from progesterone excess. In an attempt to clone the enzyme with 20alpha-hydroxysteroid activity using expression cloning in CHOP cells and a human kidney expression library, serendipitously cDNA encoding CYP27A1 was isolated. Overexpression of CYP27A1 in CHOP cells decreased progesterone conversion to 20alpha-DH-progesterone in a dose-dependent manner, an effect enhanced by cotransfection with adrenodoxin and adrenodoxin reductase. Incubation of CHOP cells with 27-hydroxycholesterol, a product of CYP27A1, increased the ratio of progesterone/20alpha-DH-progesterone in a concentration-dependent manner, indicating that the effect of CYP27A1 overexpression was mediated by 27-hydroxycholesterol. In order to analyze whether these observations are relevant in vivo, progesterone and 20alpha-DH-progesterone were measured by GC-MS in 24-h urine of CYP27A1 gene knock out (ko) mice and their control wild type (wt) and heterozygote (hz) littermates. In CYP27A1 ko mice, urinary progesterone concentrations were decreased, 20alpha-DH-progesterone increased and the progesterone/20alpha-DH-progesterone ratio decreased threefold (p<0.001). Thus, CYP27A1 modulates progesterone concentrations. The underlying mechanism is inhibition of 20alpha-hydroxysteroid dehydrogenase by 27-hydroxycholesterol. Key words: Progesterone, sterol 27-hydroxylase, 27-hydroxycholesterol, 20a-steroid dehydrogenase, 20a-DH-progesterone.