A knock-out model of paroxysmal nocturnal hemoglobinuria: Pig-a(-) hematopoiesis is reconstituted following intercellular transfer of GPI-anchored proteins.

We created a "knockout" embryonic stem cell via targeted disruption of the phosphatidylinositol glycan class A (Pig-a) gene, resulting in loss of expression of cell surface glycosyl phosphatidylinositol-anchored proteins and reproducing the mutant phenotype of the human disease paroxysmal nocturnal hemoglobinuria. Morphogenesis of Pig-a- embryoid bodies (EB) in vitro was grossly aberrant and, unlike EB derived from normal embryonic stem cells, Pig-A EB produced no secondary hematopoietic colonies. Chimeric EB composed of control plus Pig-A- cells, however, appeared normal, and hematopoiesis from knock-out cells was reconstituted. Transfer in situ of glycosyl phosphatidylinositol-anchored proteins from normal to knock-out cells was demonstrated by two-color fluorescent analysis, suggesting a possible mechanism for these functional effects. Hematopoietic cells with mutated PIG-A genes in humans with paroxysmal nocturnal hemoglobinuria may be subject to comparable pathophysiologic processes and amenable to similar therapeutic protein transfer.

Knock-out of Arabidopsis metal transporter gene IRT1 results in iron deficiency accompanied by cell differentiation defects

IRT1 and IRT2 are members of the Arabidopsis ZIP metal transporter family that are specifically induced by iron deprivation in roots and act as heterologous suppressors of yeast mutations inhibiting iron and zinc uptake. Although IRT1 and IRT2 are thought to perform redundant functions as root-specific metal transporters, insertional inactivation of the IRT1 gene alone results in typical symptoms of iron deficiency causing severe leaf chlorosis and lethality in soil. The irt1 mutation is characterized by specific developmental defects, including a drastic reduction of chloroplast thylakoid stacking into grana and lack of palisade parenchyma differentiation in leaves, reduced number of vascular bundles in stems, and irregular patterns of enlarged endodermal and cortex cells in roots. Pulse labeling with 59Fe through the root system shows that the irt1 mutation reduces iron accumulation in the shoots. Short-term labeling with 65Zn reveals no alteration in spatial distribution of zinc, but indicates a lower level of zinc accumulation. In comparison to wild-type, the irt1 mutant responds to iron and zinc deprivation by altered expression of certain zinc and iron transporter genes, which results in the activation of ZIP1 in shoots, reduction of ZIP2 transcript levels in roots, and enhanced expression of IRT2 in roots. These data support the conclusion that IRT1 is an essential metal transporter required for proper development and regulation of iron and zinc homeostasis in Arabidopsis.

Caracterización del "Knock out" en Boxeo

El objetivo de este trabajo es identificar las cuatro últimas acciones motrices emitidas (golpes) por boxeadores campeones del mundo de los pesos pesados y así poder caracterizar el "Knock out" en boxeo. Para ello, hemos desarrollado una herramienta de observación que consta de cuatro criterios y 35 categorías. Para la selección de la muestra se tuvo en cuenta dos requisitos: haberse proclamado campeón del mundo del peso pesado durante el período que comprende 1921-2007 (desde Jack Dempsey hasta Ruslan Chagaev) y la disponibilidad digital de las imágenes para su análisis. Se obtuvieron datos relativos a la secuencia de acciones motrices que anteceden a la finalización de los combates en boxeo, medido a través de los últimos cuatro golpes lanzados por el ganador. Los resultados del estudio muestran que el "Knock out" en boxeo suele darse haciendo un uso mayoritario de ciertos golpes entre los contendientes, presentando diferencias significativas.

Double incretin receptor knock-out (DIRKO) mice present with alterations of trabecular and cortical micromorphology and bone strength.

International audience

A simple retroelement based knock-down system in Dictyostelium

Characteristics of DIRS-1 Mediated Knock-Downs __ We have previously shown that the most abundant Dictyostelium discoideum retroelement DIRS-1 is suppressed by RNAi mechanisms. Here we provide evidence that both inverted terminal repeats have strong promoter activity and that bidirectional expression apparently generates a substrate for Dicer. A cassette containing the inverted terminal repeats and a fragment of a gene of interest was sufficient to activate the RNAi response, resulting in the generation of ~21 nt siRNAs, a reduction of mRNA and protein expression of the respective endogene. Surprisingly, no transitivity was observed on the endogene. This was in contrast to previous observations, where endogenous siRNAs caused spreading on an artificial transgene. Knock-down was successful on seven target genes that we examined. In three cases a phenotypic analysis proved the efficiency of the approach. One of the target genes was apparently essential because no knock-out could be obtained; the RNAi mediated knock-down, however, resulted in a very slow growing culture indicating a still viable reduction of gene expression.

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

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

The characterization of the Atxn2-CAG42-knock-in mouse as a model for Spinocerebellar Ataxia Type 2

Die Ursache der neurodegenerativen Erkrankung Spinozerebelläre Ataxie Typ 2 (SCA2) ist eine expandierte Polyglutamin-Domäne im humanen ATXN2-Gen von normalerweise 22 auf über 31 CAGs. Von der Degeneration sind vorwiegend die zerebellären Purkinje Neuronen betroffen, in denen zunehmend zytoplasmatische Aggregate sichtbar werden. Auch wenn die genaue Funktion von ATXN2 und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen noch immer ungeklärt sind, werden ein toxischer Funktionsgewinn sowie der Verlust der normalen Proteinfunktion als mögliche Ursachen diskutiert.rnUm ein wirklichkeitsgetreues Tiermodell für die SCA2 zu haben, wurde eine knock-in Maus generiert, deren einzelnes CAG im Atxn2-Gen durch 42 CAGs ersetzt wurde. Dieses Mausmodell ist durch eine stabile Vererbung der Expansion charakterisiert. Weiterhin zeigt sie ein verringertes Körpergewicht sowie eine spät beginnende motorische Inkoordination, was dem Krankheitsbild von SCA2 entspricht. rnIm Weiteren konnte gezeigt werden, dass, obwohl die Atxn2 mRNA-Spiegel in Großhirn und Kleinhirn erhöht waren, die Menge an löslichem ATXN2 im Laufe der Zeit abnahm und dies mit einem Auftreten an unlöslichem ATXN2 korrelierte. Dieser im Kleinhirn progressive Prozess resultierte schließlich in zytoplasmatischen Aggregaten innerhalb der Purkinje Neuronen alter Mäuse. Der Verlust an löslichem ATXN2 könnte Effekte erklären, die auf einen partiellen Funktionsverlust von ATXN2 zurückzuführen sind, wobei die Aggregatbildung einen toxischen Funktionsgewinn wiederspiegeln könnte. Neben ATXN2 wurde auch sein Interaktor PABPC1 zunehmend unlöslich. Während dies im Großhirn eine Erhöhung der PABPC1 mRNA- und löslichen Proteinspiegel zur Folge hatte, konnte keine kompensatorische Veränderung seiner mRNA und zudem eine Verminderung an löslichem PABPC1 im Kleinhirn beobachtet werden. Auch PABPC1 wurde in Aggregate sequestriert. Diese Unterschiede zwischen Großhirn und Kleinhirn könnten zu der spezifischen Vulnerabilität des Kleinhirns beitragen.rnUm die Folgen auf mRNA-Prozessierung zu untersuchen, wurde ein Transkriptomprofil im mittleren sowie fortgeschrittenen Alter der Mäuse erstellt. Hierbei war eine erhöhte Expression von Fbxw8 im Kleinhirn alter Mäuse auffällig. Als Komponente eines Ubiquitin-E3-Ligase-Komplexes, hilft FBXW8 in der Degradierung von Zielproteinen und könnte somit die Toxizität des expandieren ATXN2 verringern. rnZur näheren Beschreibung der physiologischen Funktion von ATXN2, konnte in ATXN2-knock-out Mäusen gezeigt werden, dass das Fehlen von ATXN2 zu einer reduzierten globalen Proteinsyntheserate führte und somit eine Rolle als Translationsaktivator möglich erscheint. Kompensatorisch wurde eine erhöhte S6-Phosphorylierung gemessen.

Estrogen receptor-Beta activated apoptosis in benign hyperplasia and cancer of the prostate is androgen independent and TNF-alpha mediated

Prostate cancer (PCa) and benign prostatic hyperplasia (BPH) are androgen-dependent diseases commonly treated by inhibiting androgen action. However, androgen ablation or castration fail to target androgen-independent cells implicated in disease etiology and recurrence. Mechanistically different to castration, this study shows beneficial proapoptotic actions of estrogen receptor–β (ERβ) in BPH and PCa. ERβ agonist induces apoptosis in prostatic stromal, luminal and castrate-resistant basal epithelial cells of estrogen-deficient aromatase knock-out mice. This occurs via extrinsic (caspase-8) pathways, without reducing serum hormones, and perturbs the regenerative capacity of the epithelium. TNFα knock-out mice fail to respond to ERβ agonist, demonstrating the requirement for TNFα signaling. In human tissues, ERβ agonist induces apoptosis in stroma and epithelium of xenografted BPH specimens, including in the CD133+ enriched putative stem/progenitor cells isolated from BPH-1 cells in vitro. In PCa, ERβ causes apoptosis in Gleason Grade 7 xenografted tissues and androgen-independent cells lines (PC3 and DU145) via caspase-8. These data provide evidence of the beneficial effects of ERβ agonist on epithelium and stroma of BPH, as well as androgen-independent tumor cells implicated in recurrent disease. Our data are indicative of the therapeutic potential of ERβ agonist for treatment of PCa and/or BPH with or without androgen withdrawal.

Evaluation of an inactivated Ross River virus vaccine in active and passive mouse immunization models and establishment of a correlate of protection

Ross River Virus has caused reported outbreaks of epidemic polyarthritis, a chronic debilitating disease associated with significant long-term morbidity in Australia and the Pacific region since the 1920s. To address this public health concern, a formalin- and UV-inactivated whole virus vaccine grown in animal protein-free cell culture was developed and tested in preclinical studies to evaluate immunogenicity and efficacy in animal models. After active immunizations, the vaccine dose-dependently induced antibodies and protected adult mice from viremia and interferon α/β receptor knock-out (IFN-α/βR(-/-)) mice from death and disease. In passive transfer studies, administration of human vaccinee sera followed by RRV challenge protected adult mice from viremia and young mice from development of arthritic signs similar to human RRV-induced disease. Based on the good correlation between antibody titers in human sera and protection of animals, a correlate of protection was defined. This is of particular importance for the evaluation of the vaccine because of the comparatively low annual incidence of RRV disease, which renders a classical efficacy trial impractical. Antibody-dependent enhancement of infection, did not occur in mice even at low to undetectable concentrations of vaccine-induced antibodies. Also, RRV vaccine-induced antibodies were partially cross-protective against infection with a related alphavirus, Chikungunya virus, and did not enhance infection. Based on these findings, the inactivated RRV vaccine is expected to be efficacious and protect humans from RRV disease

Vitronectin – master controller or micromanager?

The concept of the cellular glycoprotein vitronectin acts as a biological ‘glue’ and key controller of mammalian tissue repair and remodelling activity is emerging from nearly 50 years of experimental in vitro and in vivo data. Unexpectedly, the vitronectin-knock-out mouse was found to be viable and to have largely normal phenotype. However, diligent observation revealed that the VN-KO animal exhibits delayed coagulation and poor wound healing. This is interpreted to indicate that vitronectin occupies a role in the earliest events of thrombogenesis and tissue repair. That role is as a foundation upon which the thrombus grows in an organised structure. In addition to closing the wound, the thrombus also serves to protect the underlying tissue from oxidation, is a reservoir of mitogens and tissue repair mediators and provides a provisional scaffold for the repairing tissue. In the absence of vitronectin (e.g. VN-KO animal) this cascade is disrupted before it begins. Our data demonstrates that a wide variety of biologically active species associate with VN. While initial studies were focused on mitogens, other classes of bioactives (e.g. glycosaminoglycans, metalloproteinases) are now also known to specifically interact with VN. Many of these interactions are long-lived, often resulting in multi-protein complexes, while others are stable for prolonged periods. Multiprotein complexes provide several advantages: prolonging molecular interaction; sustaining local concentrations, facilitating co-stimulation of cell surface receptors and thereby enhancing cellular / biological responses. We contend that these, or equivalent, multi-protein complexes mediate vitronectin functionality in vivo. It is also likely that many of the species demonstrated to associate with vitronectin in vitro, also associate with vitronectin in vivo in similar multi-protein complexes. Thus the predominant biological function of vitronectin is that of a master controller of the extracellular environment; informing, and possibly instructing cells ‘where’ to behave, ‘when’ to behave, and ‘how’ to behave (i.e. appropriately for the current circumstance).

Calcitonin receptor plays a physiological role to protect against hypercalcemia in mice

It is well established that calcitonin is a potent inhibitor of bone resorption; however, a physiological role for calcitonin acting through its cognate receptor, the calcitonin receptor (CTR), has not been identified. Data from previous genetically modified animal models have recognized a possible role for calcitonin and the CTR in controlling bone formation; however, interpretation of these data are complicated, in part because of their mixed genetic background. Therefore, to elucidate the physiological role of the CTR in calcium and bone metabolism, we generated a viable global CTR knockout (KO) mouse model using the Cre/loxP system, in which the CTR is globally deleted by >94% but <100%. Global CTRKOs displayed normal serum ultrafiltrable calcium levels and a mild increase in bone formation in males, showing that the CTR plays a modest physiological role in the regulation of bone and calcium homeostasis in the basal state in mice. Furthermore, the peak in serum total calcium after calcitriol [1,25(OH)2D3]-induced hypercalcemia was substantially greater in global CTRKOs compared with controls. These data provide strong evidence for a biological role of the CTR in regulating calcium homeostasis in states of calcium stress.

Large Scale Simulations of Hippocampal-Neocortical Interactions in a Parallel Version of Genesis

A hippocampal-CA3 memory model was constructed with PGENESIS, a recently developed version of GENESIS that allows for distributed processing of a neural network simulation. A number of neural models of the human memory system have identified the CA3 region of the hippocampus as storing the declarative memory trace. However, computational models designed to assess the viability of the putative mechanisms of storage and retrieval have generally been too abstract to allow comparison with empirical data. Recent experimental evidence has shown that selective knock-out of NMDA receptors in the CA1 of mice leads to reduced stability of firing specificity in place cells. Here a similar reduction of stability of input specificity is demonstrated in a biologically plausible neural network model of the CA3 region, under conditions of Hebbian synaptic plasticity versus an absence of plasticity. The CA3 region is also commonly associated with seizure activity. Further simulations of the same model tested the response to continuously repeating versus randomized nonrepeating input patterns. Each paradigm delivered input of equal intensity and duration. Non-repeating input patterns elicited a greater pyramidal cell spike count. This suggests that repetitive versus non-repeating neocortical inpus has a quantitatively different effect on the hippocampus. This may be relevant to the production of independent epileptogenic zones and the process of encoding new memories.