Overexpression of DR-nm23, a protein encoded by a member of the nm23 gene family, inhibits granulocyte differentiation and induces apoptosis in 32Dc13 myeloid cells.

Chronic myelogenous leukemia evolves in two clinically distinct stages: a chronic and a blast crisis phase. The molecular changes associated with chronic phase to blast crisis transition are largely unknown. We have identified a cDNA clone, DR-nm23, differentially expressed in a blast-crisis cDNA library, which has approximately 70% sequence similarity to the putative metastatic suppressor genes, nm23-H1 and nm23-H2. The deduced amino acid sequence similarity to the proteins encoded by these two latter genes is approximately 65% and includes domains and amino acid residues (the leucine zipper-like and the RGD domain, a serine and a histidine residue in the NH2- and in the COOH-terminal portion of the protein, respectively) postulated to be important for nm23 function. DR-nm23 mRNA is preferentially expressed at early stages of myeloid differentiation of highly purified CD34+ cells. Its constitutive expression in the myeloid precursor 32Dc13 cell line, which is growth-factor dependent for both proliferation and differentiation, results in inhibition of granulocytic differentiation induced by granulocyte colony-stimulating factor and causes apoptotic cell death. These results are consistent with a role for DR-nm23 in normal hematopoiesis and raise the possibility that its overexpression contributes to differentiation arrest, a feature of blastic transformation in chronic myelogenous leukemia.

The alpha 5 beta 1 integrin supports survival of cells on fibronectin and up-regulates Bcl-2 expression.

Anchorage-dependent cells that are prevented from attaching to an extracellular matrix substrate stop proliferating and may undergo apoptosis. Cell adhesion to a substrate is mediated by the integrin family of cell surface receptors, which are known to elicit intracellular signals upon cell adhesion. We show here that Chinese hamster ovary cells expressing the alpha 5 beta 1 integrin, which is a fibronectin receptor, do not undergo apoptosis upon serum withdrawal when the cells are plated on fibronectin. However, the alpha v beta 1 integrin, which is also a fibronectin receptor and binds fibronectin on the same RGD motif as alpha 5 beta 1, did not prevent apoptosis on fibronectin of the same cells. The cytoplasmic domain of the integrin alpha 5 subunit was required for the alpha 5 beta 1-mediated cell survival on fibronectin. The fibronectin-mediated survival effect appeared to be independent of the level of tyrosine phosphorylation of the focal adhesion kinase, which is induced by integrin-mediated cell attachment. The expression of the Bcl-2 protein, which counteracts apoptosis, was elevated in cells attaching to fibronectin through alpha 5 beta 1; cells attaching through alpha v beta 1 survived only if exogenous Bcl-2 was provided. Thus, alpha 5 beta 1, but not the closely related alpha v beta 1 integrin, appears to suppress apoptotic cell death through the Bcl-2 pathway.

Grain size and description on gravity core samples from ANT-IV/2 expedition to the Bransfield Strait

From the above and the grafical results it can be concluded that cores in the research area are locally dominated by turbiditic sequences, which can be observed by a strong increase in coarser sediment (>35 µm). These coarser intercalations are lacking in the vicinity of basaltic seamounts, probably due to a shadowing effect of the seamounts. The infill of the King George Basin might be dominated by a north eastern current. Sedimentary structures as observed in the cores are often lacking or vague due to hydrothermal effects (Suess, L, 1986).

Dynamic, convex, and robust optimization with Bayesian learning for response-guided dosing

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Modelling oxygen diffusion and cell growth in a porous, vascularising scaffold for soft tissue engineering applications

Soft tissue engineering presents significant challenges compared to other tissue engineering disciplines such as bone, cartilage or skin engineering. The very high cell density in most soft tissues, often combined with large implant dimensions, means that the supply of oxygen is a critical factor in the success or failure of a soft tissue scaffold. A model is presented for oxygen diffusion in a 15-60 mm diameter dome-shaped scaffold fed by a blood vessel loop at its base. This model incorporates simple models for vascular growth, cell migration and the effect of cell density on the effective oxygen diffusivity. The model shows that the dynamic, homogeneous cell seeding method often employed in small-scale applications is not applicable in the case of larger scale scaffolds such as these. Instead, we propose the implantation of a small biopsy of tissue close to a blood supply within the scaffold as a technique more likely to be successful. Crown Copyright (c) 2005 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Characterization of heparin-binding site of tissue transglutaminase:its importance in cell surface targeting, matrix deposition, and cell signaling

Tissue transglutaminase (TG2) is a multifunctional Ca2+ activated protein crosslinking enzyme secreted into the extracellular matrix (ECM), where it is involved in wound healing and scarring, tissue fibrosis, celiac disease and metastatic cancer. Extracellular TG2 can also facilitate cell adhesion important in wound healing through a non-transamidating mechanism via its association with fibronectin (FN), heparan sulphates (HS) and integrins. Regulating the mechanism how TG2 is translocated into the ECM therefore provides a strategy for modulating these physiological and pathological functions of the enzyme. Here, through molecular modelling and mutagenesis we have identified the HS binding site of TG2 202KFLKNAGRDCSRRSSPVYVGR222. We demonstrate the requirement of this binding site for translocation of TG2 into the ECM through a mechanism involving cell surface shedding of HS. By synthesizing a peptide NPKFLKNAGRDCSRRSS corresponding to the HS binding site within TG2, we also demonstrate how this mimicking peptide can in isolation compensate the RGD-induced loss of cell adhesion on FN via binding to syndecan-4, leading to activation of PKCa, pFAK-397 and ERK1/2 and the subsequent formation of focal adhesions and actin cytoskeleton organization. A novel regulatory mechanism for TG2 translocation into the extracellular compartment that depends upon TG2 conformation and the binding of HS is proposed.

Importance of syndecan-4 and syndecan -2 in osteoblast cell adhesion and survival mediated by a tissue transglutaminase-fibronectin complex

Tissue transglutaminase (TG2) has been identified as an important extracellular crosslinking enzyme involved in matrix turnover and in bone differentiation. Here we report a novel cell adhesion/survival mechanism in human osteoblasts (HOB) which requires association of FN bound TG2 with the cell surface heparan sulphates in a transamidase independent manner. This novel pathway not only enhances cell adhesion on FN but also mediates cell adhesion and survival in the presence of integrin competing RGD peptides. We investigate the involvement of cell surface receptors and their intracellular signalling molecules to further explore the pathway mediated by this novel TG-FN heterocomplex. We demonstrate by siRNA silencing the crucial importance of the cell surface heparan sulphate proteoglycans syndecan-2 and syndecan-4 in regulating the compensatory effect of TG-FN on osteoblast cell adhesion and actin cytoskeletal formation in the presence of RGD peptides. By use of immunoprecipitation and inhibitory peptides we show that syndecan-4 interacts with TG2 and demonstrate that syndecan-2 and the a5ß1 integrins, but not a4ß1 function as downstream modulators in this pathway. Using function blocking antibodies, we show activation of a5ß1 occurs by an inside out signalling mechanism involving activation and binding of protein kinase PKCa and phosphorylation of focal adhesion kinase (FAK) at Tyr861 and activation of ERK1/2.

Cross-linking of collagen I by tissue transglutaminase provides a promising biomaterial for promoting bone healing

Transglutaminases (TGs) stabilize proteins by the formation of ε(γ-glutamyl)lysine cross-links. Here, we demonstrate that the cross-linking of collagen I (COL I) by tissue transglutaminase (TG2) causes an alteration in the morphology and rheological properties of the collagen fibers. Human osteoblasts (HOB) attach, spread, proliferate, differentiate and mineralize more rapidly on this cross-linked matrix compared to native collagen. When seeded on cross-linked COL I, HOB are more resistant to the loss of cell spreading by incubation with RGD containing peptides and with α1, α2 and β1 integrin blocking antibodies. Following adhesion on cross-linked collagen, HOB show increased phosphorylation of the focal adhesion kinase, and increased expression of β1 and β3 integrins. Addition of human bone morphogenetic protein to HOB seeded on TG2 cross-linked COL I enhanced the expression of the differentiation marker bone alkaline phosphatase when compared to cross-linked collagen alone. In summary, the use of TG2-modified COL I provides a promising new scaffold for promoting bone healing. © 2014 Springer-Verlag.

The Expression of Rap6 in the Adult Mouse Brain and Early Mouse Embryonic Development

The previously identified RAP6 (Rab5 activating protein 6) was associated with plasma membrane mediated endocytosis and contains a Rab5 guanine nucleotide exchange factor (GEF) domain. RAP6 has been shown to act a Ras activating protein (GAP) domain. The identification of RAP6 and its crucial role in both receptors mediated endocytosis and fluid phase endocytosis presents the opportunity to investigate its role in murine embryonic development and in the adult brain. To confirm and characterize the presence of RAP6 during embryonic development and in the adult brain, the current study examined the expression of both the RGD and the Vps9 domains of RAP6 through in situ hybridization. We present an extensive evaluation of the expression for both RAP6 domains through in situ hybridization of 12.5 and 14.5 weeks old C67 mouse embryos and adult C67 mouse brain. The current study confirms the presence of both RAP6 domains and presents an extensive evaluation its expression in embryonic development and the adult brain. These data together support the role of RAP6 in receptor mediated endocytosis and fluid phase endocytosis relevant active during murine embryonic development and adult brain processes.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Entwicklung von neuen Radiomarkierungsverfahren und deren Anwendung zur Synthese von Radiotracern für die Positronen-Emissions-Tomographie

In den letzten 30 Jahren hat sich die Positronen Emissions Tomographie (PET) zu einem der wichtigsten Instrumente in der klinischen Diagnostik entwickelt. Neben den ständigen technischen Verbesserungen verdankt die PET ihren klinischen Stellenwert vor allem dem ihr inhärenten Potenzial, physiologische und biochemische Prozesse auf molekularer Ebene und in Echtzeit darzustellen. Aufgrund der wachsenden Zahl neuer und krankheitsspezifischer Radiotracer nimmt sie auch auf dem Gebiet der Wirkstoffentwicklung sowie beim Monitoring von pharmakologischen Interventionen eine immer wichtigere Rolle ein. Grundlegend hierfür ist einerseits das intelligente Design innovativer und selektiver molekularer Sonden mit der Fähigkeit zur Visualisierung molekularer Targets, die in physiologischen und pathophysiologischen Prozessen involviert sind und andererseits die Entwicklung der dafür notwendigen fortschrittlichen Markierungsstrategien. Letzteres ist zentraler Bestandteil der radiochemischen Grundlagenforschung und Hauptgegenstand dieser kumulativen Promotionsarbeit, in dessen Rahmen ein neues „minimalistisches“ Protokoll zur Radiofluorierung ausgearbeitet wurde. Die Entwicklung der sog. „minimalistische“ Methode ermöglicht eine vereinfachte und zeitsparende Herstellung von unterschiedlichsten 18F-markierten Verbindungen, da sie weder der azeotropen Trocknung noch des Zusatzes einer Base oder anderer Additive bedarf. Das neue Radiomarkierungsverfahren umfasst eine direkte Elution von 18F- mittels alkoholischer Lösung der Ammonium-, Diaryliodonium- oder Triarylsulfoniumsalz Vorläufern. Nach Entfernung des Alkohols wird das resultierende [18F]Fluoridsalz in einem geeigneten Lösungsmittel erhitzt. Die hohe Effizienz der auf der „minimalistischen“ Methode basierenden Synthese bietet somit auch einen schnellen Zugang zu 18F-markierten Fluorbenzaldehyden ([18F]FBAs) in großen Aktivitätsmengen, was einen entscheidenden Vorteil für die Entwicklung neuer Markierungsmethoden mit Hilfe dieses Radiomarkierungsbausteins darstellt. Darauf aufbauend wurde, ausgehend von [18F]FBA, auf der Basis der Seyferth-Gilbert Homologisierung, ein innovatives Verfahren zur Synthese von bisher unbekannten 18F-markierten Fluorarylacetylenen entwickelt. Hierdurch konnten über Cycloadditions- und Kreuzkupplungsreaktionen unterschiedliche radiomarkierte Modellverbindungen sowie PET-Tracer hergestellt und somit die Vielseitigkeit der neuen radiomarkierten Synthone aufgezeigt werden. Die durch die „minimalistische“ Methode gesteigerte Effizienz der Synthese von [18F]FBA ermöglicht es ebenfalls, den bereits in der Literatur bekannten Markierungsbaustein C-(4-[18F]Fluorphenyl)-N-phenylnitron [18F]FPPN in ausreichenden Mengen zu produzieren und für die zielgerichtete Synthese diverser radiofluorierter -Lactame über die Kinugasa-Reaktion einzusetzen. Mit dem Erhalt der radiofluorierten β-Lactam-Peptid und -Protein-Konjugate in hohen radiochemischen Ausbeuten unter sehr milden Bedingungen, konnte die Eignung der Kinugasa-Reaktion als neues und leistungsstarkes Radiofluorierungsverfahren eindrucksvoll demonstriert werden. 

Peptide-mediated oligonucleotide delivery into eucaryotic cells

Nukleinsäuren sind viel versprechende Moleküle um genetisch bedingte Erkrankungen zu behandeln. Die unzureichende Serumstabilität und die schlechte Zellaufnahme aufgrund des hohen Molekulargewichts, der negativen Ladung und des hydrophilen Charakters der Nukleinsäure, erschweren jedoch die klinischen Anwendungen. Des Weiteren müssen bevor die Nukleinsäuren einem Patienten verabreicht werden können, geeignete in vitro-Systeme entwickelt werden, um die Auswirkungen der Nukleinsäure auf die Zellen zu untersuchen. Daher wurden zahlreiche virale als auch nicht-virale Transportsysteme entwickelt, um den Transport der therapeutischen Nukleinsäuren in die Zellen zu erleichtern. Da jedoch die Anwendung von viralen Vektoren mit vielen Nachteilen verbunden ist, werden nicht-virale Transportsysteme mit einem guten Wirkungsgrad und einer geringen Toxizität dringend benötigt. In den letzten Jahren sind sogenannte zellpenetrierende Peptide (cell penetrating peptides, CPP) als effektive, nicht-virale Vektoren für den Nukleinsäure-Transfer in den Fokus der Forschung getreten. Sie sind in der Lage, Moleküle in das Zellinnere zu transportieren, welche aufgrund ihrer Ladung, Größe und Hydrophilie normalerweise nicht die Zellmembran passieren können. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung von geeigneten in vitro-Systemen sowie die Entwicklung von neuen peptid-basierten Transportmolekülen, die über eine nicht-kovalente Verbindung in der Lage sind, die Nukleinsäuren in die Zellen zu transportieren. Hierfür wurden verschiedene CPPs im Hinblick auf ihre Transportfähigkeit für Forschungsbereiche untersucht, die noch geeignete Transporter benötigen. Die untersuchten CPPs wurden sowohl von dem humanen Calcitonin (hCT) als auch von dem kationischen antimikrobiellen Peptid CAP18 (sC18) abgeleitet. Die in dieser Arbeit untersuchten CPPs waren in der Lage, Nukleinsäuren erfolgreich in verschiedene Zelllinien (MCF-7, HEK-293 und hTERT RPE-1) zu transportierten, ohne dabei die Vitalität der Zellen zu beeinflussen. Des Weiteren konnte für das CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 eine bemerkenswert hohe Transfektions-Effizienz erzielt werden, nachdem nicht-differenzierte hTERT RPE-1 Zellen damit transfiziert wurden. Die Effizienz überschritt sogar die von Lipofectamin, welches als positiv Kontrolle verwendet wurde. CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 war zudem in der Lage in einzellige Protisten (Choanoflagellate) zu internalisieren.

Soft tissue sarcoma: biology and therapeutic correlates

Soft tissue sarcomas (STS) comprise a heterogenenous group of greater than 50 malignancies of putative mesenchymal cell origin and as such they may arise in diverse tissue types in various anatomical locations throughout the whole body. Collectively they account for approximately 1% of all human malignancies yet have a spectrum of aggressive behaviours amongst their subtypes. They thus pose a particular challenge to manage and remain an under investigated group of cancers with no generally applicable new therapies in the past 40 years and an overall 5-year survival rate that remains stagnant at around 50%. From September 2000 to July 2006 I undertook a full time post-doctoral level research fellowship at the MD Anderson Cancer Center, Houston, Texas, USA in the department of Surgical Oncology to investigate the biology of soft tissue sarcoma and test novel anti- sarcoma adenovirus-based therapy in the preclinical nude rat model of isolated limb perfusion against human sarcoma xenografts. This work, in collaboration with colleagues as indicated herein, led to a number of publications in the scientific literature furthering our understanding of the malignant phenotype of sarcoma and reported preclinical studies with wild-type p53, in a replication deficient adenovirus vector, and oncolytic adenoviruses administered by isolated limb perfusion. Additional collaborative and pioneering preclinical studies reported the molecular imaging of sarcoma response to systemically delivered therapeutic phage RGD-4c AAVP. Doxorubicin chemotherapy is the single most active broadly applicable anti-sarcoma chemotherapeutic yet only has an approximate 30% overall response rate with additional breakthrough tumour progression and recurrence after initial chemo-responsiveness further problematic features in STS management. Doxorubicin is a substrate for the multi- drug resistance (mdr) gene product p-glycoprotein drug efflux pump and exerts its main mode of action by induction of DNA double-strand breaks during the S-phase of the cell cycle. Two papers in my thesis characterise different aspects of chemoresistance in sarcoma. The first shows that wild-type p53 suppresses Protein Kinase Calpha (PKCα) phosphorylation (and activation) of p-glycoprotein by transcriptional repression of PKCα through a Sp-1 transcription factor binding site in its -244/-234 promoter region. The second paper demonstrates that Rad51 (a central mediator of homologous recombination repair of double strand breaks) has elevated levels in sarcoma and particularly in the S- G2 phase of the cell cycle. Suppression of Rad51 with small interfering RNA in sarcoma cell culture led to doxorubicin chemosensitisation. Reintroduction of wild-type p53 into STS cell lines resulted in decreased Rad51 protein and mRNA expression via transcriptional repression of the Rad51 promoter through increased AP-2 binding. In light of poor response rates to chemotherapy, escape from local control portends a poor prognosis for patients with sarcoma. Two papers in my thesis characterise aspects of sarcoma angiogenesis, invasion and metastasis. Human sarcoma samples were found to have high levels of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) with expression levels that correlated with p53 mutational status. MMP-9 is known to degrade extracellular collagen, contribute to the control of the angiogenic switch necessary in primary tumour progression and facilitate invasion and metastasis. Reconstitution of wild-type p53 function led to decreased levels of MMP-9 protein and mRNA as well as zymography-assessed MMP-9 proteolytic activity and decreased tumour cell invasiveness. Reintroduction of wild-type p53 into human sarcoma xenografts in-vivo decreased tumour growth and MMP-9 protein expression. Wild-type p53 was found to suppress mmp-9 transcription via decreased binding of NF-κB to its -607/-595 mmp-9 promoter element. Studies on the role of the VEGF165 in sarcoma found that sarcoma cells stably transfected with VEGF165 formed more aggressive xenografted tumours with increased vascularity, growth rate, metastasis, and resistance to chemotherapy. Use of the anti-VEGFR2 antibody DC101 enhanced doxorubicin sensitivity at sub-conventional dosing, inhibited tumour growth, decreased development of metastases, and reduced tumour micro-vessel density while increasing the vessel maturation index. These effects were explained primarily through effects on endothelial cells (e.c.s), rather than the tumour cells per se, where DC101 induced e.c. sensitivity to doxorubicin and suppressed e.c. production of MMPs. The p53 tumour suppressor pathway is the most frequently mutated pathway in sarcoma. Recapitulation of wild-type p53 function in sarcoma exerts a number of anti-cancer outcomes such as growth arrest, resensitisation to chemotherapy, suppression of invasion, and attenuation of angiogenesis. Using a modified nude rat-human sarcoma xenograft model for isolated limb perfusion (ILP) delivery of wild-type p53 in a replication deficient adenovirus vector I showed that functionally competent wild-type p53 could be delivered to and detected in human leiomyosarcoma xenografts confirming preclinical feasibility - although not efficacious due to low transgene expression. Viral fibre modification to express the RGD tripeptide motif led to greater viral uptake by sarcoma cells in vitro (transductional targeting) and changing the transgene promoter to a response element active in cells with active telomerase expression restricted the transgene expression to the tumour intracellular environment (transcriptional targeting). Delivery of the fibre-modified, selectively replication proficient oncolytic adenovirus Ad.hTC.GFP/ E1a.RGD by ILP demonstrated a more robust, and tumour-restricted, transgene expression with evidence of anti-sarcoma effect confirmed microscopically. Collaborative studies using the fibre modified phage RGD-4C AAVP confirmed that systemic delivery specifically, efficiently, and repeatedly targets human sarcoma xenografts, binds to αv integrins in tumours, and demonstrates a durable, though heterogeneous, transgene expression of 1-4 weeks. Incorporation of the Herpes Simplex Virus thymidine kinase (HSVtk) transgene into RGD-4C AAVP permitted CT-PET spatial and temporal molecular imaging in vivo of transgene expression and allowed quantification of tumour metabolic activity both before and after interval administration of a systemic cytotoxic with predictable and measurable response to treatment before becoming apparent clinically. These papers further the medical and scientific community’s understanding of the biology of soft tissue sarcoma and report preclinical studies with novel and promising anti- sarcoma therapeutics.