Novas alternativas terapêuticas para o tratamento da Criptococose: análogos de Resveratrol e microRNAs

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

No evidence of UV cone input to mono- and biphasic horizontal cells in the goldfish retina

Many animal species make use of ultraviolet (UV) light in a number of behaviors, such as feeding and mating. The goldfish (Carassius auratus) is among those with a UV photoreceptor and pronounced UV sensitivity. Little is known, however, about the retinal processing of this input. We addressed this issue by recording intracellularly from second-order neurons in the adult goldfish retina. In order to test whether cone-driven horizontal cells (HCs) receive UV cone inputs, we performed chromatic adaptation experiments with mono- and biphasic HCs. We found no functional evidence of a projection from the UV-sensitive cones to these neurons in adult animals. This suggests that goldfish UV receptors may contact preferentially triphasic HCs, which is at odds with the hypothesis that all cones contact all cone-driven HC types. However, we did find evidence of direct M-cone input to monophasic HCs, favoring the idea that cone-HC contacts are more promiscuous than originally proposed. Together, our results suggest that either UV cones have a more restricted set of post-synaptic partners than the other three cone types, or that the UV input to mono- and biphasic HCs is not very pronounced in adult animals.

Regulatory variation in a TBX5 enhancer leads to isolated congenital heart disease

Recent studies have identified the genetic underpinnings of a growing number of diseases through targeted exome sequencing. However, this strategy ignores the large component of the genome that does not code for proteins, but is nonetheless biologically functional. To address the possible involvement of regulatory variation in congenital heart diseases (CHDs), we searched for regulatory mutations impacting the activity of TBX5, a dosage-dependent transcription factor with well-defined roles in the heart and limb development that has been associated with the HoltOram syndrome (hearthand syndrome), a condition that affects 1/100 000 newborns. Using a combination of genomics, bioinformatics and mouse genetic engineering, we scanned approximate to 700 kb of the TBX5 locus in search of cis-regulatory elements. We uncovered three enhancers that collectively recapitulate the endogenous expression pattern of TBX5 in the developing heart. We re-sequenced these enhancer elements in a cohort of non-syndromic patients with isolated atrial and/or ventricular septal defects, the predominant cardiac defects of the HoltOram syndrome, and identified a patient with a homozygous mutation in an enhancer approximate to 90 kb downstream of TBX5. Notably, we demonstrate that this single-base-pair mutation abrogates the ability of the enhancer to drive expression within the heart in vivo using both mouse and zebrafish transgenic models. Given the population-wide frequency of this variant, we estimate that 1/100 000 individuals would be homozygous for this variant, highlighting that a significant number of CHD associated with TBX5 dysfunction might arise from non-coding mutations in TBX5 heart enhancers, effectively decoupling the heart and hand phenotypes of the HoltOram syndrome.

Duplications of BHLHA9 are associated with ectrodactyly and tibia hemimelia inherited in non-Mendelian fashion

Background Split-hand/foot malformation (SHFM)-also known as ectrodactyly-is a congenital disorder characterised by severe malformations of the distal limbs affecting the central rays of hands and/or feet. A distinct entity termed SHFLD presents with SHFM and long bone deficiency. Mouse models suggest that a defect of the central apical ectodermal ridge leads to the phenotype. Although six different loci/mutations (SHFM1-6) have been associated with SHFM, the underlying cause in a large number of cases is still unresolved. Methods High resolution array comparative genomic hybridisation (CGH) was performed in patients with SHFLD to detect copy number changes. Candidate genes were further evaluated for expression and function during limb development by whole mount in situ hybridisation and morpholino knock-down experiments. Results Array CGH showed microduplications on chromosome 17p13.3, a locus previously associated with SHFLD. Detailed analysis of 17 families revealed that this copy number variation serves as a susceptibility factor for a highly variable phenotype with reduced penetrance, particularly in females. Compared to other known causes for SHFLD 17p duplications appear to be the most frequent cause of SHFLD. A similar to 11.8 kb minimal critical region was identified encompassing a single gene, BHLHA9, a putative basic loop helix transcription factor. Whole mount in situ hybridisation showed expression restricted to the limb bud mesenchyme underlying the apical ectodermal ridge in mouse and zebrafish embryos. Knock down of bhlha9 in zebrafish resulted in shortening of the pectoral fins. Conclusions Genomic duplications encompassing BHLHA9 are associated with SHFLD and non-Mendelian inheritance characterised by a high degree of non-penetrance with sex bias. Knock-down of bhlha9 in zebrafish causes severe reduction defects of the pectoral fin, indicating a role for this gene in limb development.

Vitrification of primordial germ cells using whole embryos for gene-banking in loach, Misgurnus anguillicaudatus

In gene-banking, primordial germ cells (PGCs), which are embryonic precursor cells of germ cells, are useful for cryopreservation because PGCs have a potential to differentiate into both eggs and sperm via germ-line chimera. Here, we have established vitrification methods for PGCs cryopreservation using 12- to 17-somite stage embryos in loach, Misgurnus anguillicaudatus, which were dechorionated, removed their yolk and injected with green fluorescent protein (GFP) -nos1 3'UTR mRNA to visualize their PGCs. In order to optimize cryopreservation medium for vitrification, the toxicity of cryoprotectants was analyzed. Different concentrations (2, 3, 4, 5 m) of dimethyl sulfoxide (DMSO), methanol (MeOH), ethylene glycol (EG) and propylene glycol (PG) as cryoprotectants were tested. Then, 5 m DMSO showed significantly-high toxicity. Based on this information, combinations called DMP (2 m (14.2% [v/v]) DMSO, 2 m (8.1% [v/v]) MeOH and 2 m (14.4% [v/v]) PG), DP (2 m (14.2% [v/v]) DMSO and 4 m (28.7% [v/v]) PG) and DE (2.1 m (15% [v/v]) DMSO and 2.7 m (15% [v/v]) EG) were evaluated for their toxicities and efficacy of PGCs cryopreservation using two types of equilibration step: direct immersion of cryopreservation media (one-step) and serial exposure to half and full concentration of cryopreservation media (two-step). Viable PGCs were obtained from post-thaw embryos which were cryopreserved by DP and DE with both 1- and 2-step equilibrations. Despite DP showing the highest toxicity, it gave the highest survival rate of embryonic cells after cryopreservation. When PGCs recovered from vitrified embryos were transplanted into host embryos at the blastula stage, the transplanted PGCs were able to migrate to a host genital ridge similarly as endogenous PGCs. It suggests that our methods could be useful to create a germ-line chimera for the production of gametes from PGCs of cryopreserved embryos.

Bioimaging of animal embryogenesis: mathematical methods and computational algorithms

Some fundamental biological processes such as embryonic development have been preserved during evolution and are common to species belonging to different phylogenetic positions, but are nowadays largely unknown. The understanding of cell morphodynamics leading to the formation of organized spatial distribution of cells such as tissues and organs can be achieved through the reconstruction of cells shape and position during the development of a live animal embryo. We design in this work a chain of image processing methods to automatically segment and track cells nuclei and membranes during the development of a zebrafish embryo, which has been largely validates as model organism to understand vertebrate development, gene function and healingrepair mechanisms in vertebrates. The embryo is previously labeled through the ubiquitous expression of fluorescent proteins addressed to cells nuclei and membranes, and temporal sequences of volumetric images are acquired with laser scanning microscopy. Cells position is detected by processing nuclei images either through the generalized form of the Hough transform or identifying nuclei position with local maxima after a smoothing preprocessing step. Membranes and nuclei shapes are reconstructed by using PDEs based variational techniques such as the Subjective Surfaces and the Chan Vese method. Cells tracking is performed by combining informations previously detected on cells shape and position with biological regularization constraints. Our results are manually validated and reconstruct the formation of zebrafish brain at 7-8 somite stage with all the cells tracked starting from late sphere stage with less than 2% error for at least 6 hours. Our reconstruction opens the way to a systematic investigation of cellular behaviors, of clonal origin and clonal complexity of brain organs, as well as the contribution of cell proliferation modes and cell movements to the formation of local patterns and morphogenetic fields.

Untersuchungen zur Globinexpression in Karpfenfischen

In der vorliegenden Arbeit untersuchte ich die Diversität und die sauerstoffabhängige Expression der Globine von Karpfenfischen. Mit Globin X konnte ein fünfter Globintyp identifiziert werden, dessen Vorkommen auf Fische und Amphibien beschränkt ist. Globin X wird sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene in zahlreichen Geweben exprimiert. Zur Aufklärung der genauen Funktion müssen noch weitere Analysen durchgeführt werden. Phylogenetische Untersuchungen ergaben eine ursprüngliche Verwandtschaft zwischen Neuroglobin und Globin X und deuten darauf hin, dass der letzte gemeinsame Vorfahre der Protostomia und Deuterostomia bereits zwei verschiedene Globintypen besessen hat. Im Zebrabärbling und im Goldfisch konnte ich eine Myoglobin-Expression neben dem Herzen auch in Hirn, Kieme, Leber und Niere nachweisen und somit zeigen, dass Myoglobin nicht nur im Muskelgewebe lokalisiert ist. Des Weiteren konnte eine hirnspezifische Myoglobin-Isoform im Goldfisch identifiziert werden, deren Funktion noch unklar ist und weiterer Untersuchungen bedarf. Das Vorhandensein der zweiten Isoform ist innerhalb der Cyprinidae (Karpfenfische) aufgrund einer Genomduplikation bei den Cyprininae (Kärpflinge) auf diese Unterfamilie beschränkt. Durch Hypoxieexperimente konnte gezeigt werden, dass die Expression der Globine von der Intensität des Sauerstoffmangels abhängig ist und gewebe- und artspezifisch erfolgt. Im Zebrabärbling wurde eine Abnahme der Hämoglobin- und Globin X-Konzentration beobachtet, während das Cytoglobin-Expressionsniveau nahezu unverändert blieb. Im Fall von Myoglobin und Neuroglobin konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die hypoxieinduzierte Zunahme der mRNA-Menge auch mit einer verstärkten Expression des jeweiligen Proteins korreliert ist. Im Vergleich dazu war die Veränderung der Expression der meisten Globine im Goldfisch gering, lediglich Myoglobin wurde im Fischkörper auf mRNA-Ebene nach Hypoxie deutlich verstärkt exprimiert. Durch einen Vergleich der konstitutiven Neuroglobin-Expression beider Karpfenfische konnte in Auge und Hirn des hypoxietoleranten Goldfisches eine 3- bzw. 5-fach höhere Neuroglobin-Konzentration als im hypoxiesensitiven Zebrabärbling nachgewiesen werden. Meine Ergebnisse stützen somit die Hypothese, dass Neuroglobin eine myoglobinähnliche Funktion einnimmt und den aeroben Stoffwechsel im neuronalen Gewebe auch unter Sauerstoffmangel aufrechterhält.

Das Globingen-Repertoire von Amphibien und Teleostiern

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde die molekulare Evolution von Globinen in Amphibien und Teleostiern untersucht und Analysen zur Genexpression ausgewählter Globine durchgeführt. Die bisher besonders für die neueren Mitglieder der Superfamilie der Globine – Neuroglobin und Cytoglobin – schwerpunktmäßig in Mammaliern erbrachten Daten sollten durch die Analyse in Amphibien und Teleostiern auf ihre generelle Gültigkeit für Vertebraten überprüft werden. Die Analysen zur Genexpression wurden sowohl in silico, basierend auf genomischen wie EST-Daten, als auch experimentell durch qualitative und quantitative RT-PCR-Nachweise durchgeführt. Die mRNA-Lokalisation wurde durch in situ-Hybridisierungen an Gewebeschnitten beziehungsweise durch Whole mount in situ-Hybridisierung an ganzen Embryonen detektiert. In einem ersten Teil der Arbeit wurde das Globin-Repertoire von Xenopus tropicalis umfassend analysiert. Die Expressionsanalyse der gefundenen Globine umfasste nicht nur adulte Tiere, sonder erstmals auch detailliert die Entwicklungsstadien eines Vertebraten. Dabei wurde festgestellt, dass die vorwiegend neuronale Expression des streng konservierten Neuroglobins ein generelles Charakteristikum aller Tetrapoden ist und bereits in der frühembryonalen Entwicklung auftritt. Auch für das als Einzelkopie im Amphibiengenom vertretene Cytoglobin konnte eine strenge Sequenzkonservierung gezeigt werden. Das Expressionsmuster des Amphibien-Cytoglobins stimmte mit dem aus Mammaliern bekannten überein und zeigte konservierte Charakteristika dieses Globins bei Tetrapoden auf. Die Analyse des Xenopus-Genoms ergab zudem, dass Krallenfrösche nicht über Myoglobin verfügen. Genomische Vergleiche syntäner Genregionen ließen auf Rearrangements in diesem Genombereich im Verlauf der Evolution schließen, in deren Folge das Myoglobingen in den Krallenfröschen deletiert wurde. Die Hämoglobine wurden in Xenopus tropicalis erstmals in einem Amphibium umfassend analysiert. Die Gene zeigten demnach eine geclusterte Anordnung: der tropische Krallenfrosch verfügte über je ein funktionelles α- bzw. β-adultes und sieben bzw. vier α- bzw. β-larvale Hämoglobine, die während der Entwicklung bzw. in adulten Tieren charakteristisch exprimiert wurden. Die Analyse der Hämoglobine hinsichtlich ihrer Lage in einem Cluster, ihrer phylogenetischen Relation zueinander und nicht zuletzt ihres Expressionsmusters ließen Rückschlüsse auf ihre Evolution zu. Zusätzlich zu diesen bereits bekannten Globinen konnte im Rahmen dieser Dissertation das Globingen-Repertoirs von Xenopus um zwei weitere, bisher unbekannte Globine erweitert werden. Diese wurden entsprechend ihrer bisher unbekannten Funktion als GlobinX und GlobinY bezeichnet. Während GlobinY bisher ausschließlich in Amphibien nachgewiesen werden konnte, wurde GlobinX zudem in Teleostiern detektiert und repräsentiert damit ein auf Anamnia beschränktes Globin. Die rekombinante Proteinexpression von Neuroglobin, Cytoglobin, GlobinX und GlobinY des tropischen Krallenfrosches zeigte ein hexakoordiniertes Bindungsschema dieser Globine in ihrem Deoxy-Zustand. In einem zweiten Teil dieser Dissertation wurden Neuroglobin und Cytoglobin in Teleostiern untersucht und die Analyse für diese zwei Gene somit über die Tetrapoden hinaus auf den gesamten Stammbaum der Vertebraten ausgedehnt. Dabei wurde deutlich, dass die vorwiegend neuronale Expression des seit 420 Millionen Jahren streng konservierten Neuroglobins ein generelles Merkmal dieses Globins in allen Vertebraten ist. Der in Amphibien und Teleostiern erbrachte und mit Ergebnissen in Mammaliern übereinstimmende Nachweis von Neuroglobin in neuronalen Geweben mit einem hohen Stoffwechsel lässt derzeit eine Funktion dieses Globins im Sauerstoffmetabolimus als wahrscheinlich erscheinen. Ob Neuroglobin dabei als kurzzeitiger Sauerstoffspeicher, O2-Transoprter oder aber in der Detoxifikation reaktiver Sauerstoff- bzw. Stickstoffspezies agiert, bleibt zu untersuchen. Für Cytoglobin konnte eine offenbar alle Teleostier betreffende Genduplikation nachgewiesen werden. Phylogenetische Analysen zeigen die Monophylie der Vertebraten-Cytoglobine. Der Vergleich der paralogen Cytoglobine der Teleostier mit dem syntänen Genombereich des humanen Cytoglobins zeigte die wahrscheinliche Entstehung der Fisch-Cytoglobine durch eine Genomduplikation in einem Vorfahren aller Teleostier vor etwa 300-450 Millionen Jahren. Die paralogen Cytoglobine zeigten in Danio rerio und Tetraodon nigroviridis differierende, charakteristische Expressionsmuster, die mit der Theorie der Subfunktionalisierung von Genen in Folge eines Duplikationsereignisses kompatibel sind. Die Analyse zeigte, dass Cygb-1 prädominant in Gehirn und Herz exprimiert wurde, Cygb-2 hingegen bevorzugt in Gehirn und Auge. Dies bestätigte indirekt die Hypothese, nach der das Cytoglobin der Mammalier zwei unterschiedliche Funktionen in differenten Geweben wahrnimmt. Die rekombinante Expression von Cygb-1 des Zebrabärblings zeigte zudem, das auch dieses Globin in seiner Deoxy-Form über ein hexakoordiniertes Bindungsschema verfügt.

Gen knockdown der Metalloproteasen Meprin alpha 1, alpha 2 und beta im Zebrabärbling Danio rerio

Die Metalloproteasen Meprin α und β übernehmen Schlüsselfunktionen in vielen (patho-) physiologischenrnProzessen. So sind sie beteiligt an der Umstrukturierung der extrazellulären Matrix, an immunologischenrnReaktionen oder an entzündlichen Gewebserkrankungen. Die beiden Enzyme kommenrnhauptsächlich in den Bürstensaummembranen von Niere und Darm sowie in der Haut von Vertebratenrnvor. Für die Erforschung der biologischen Aktivität der Meprine wurde in dieser Arbeit der ModellorganismusrnDanio rerio verwendet, der vor allem durch die Möglichkeit der gentechnischen Manipulationrnprädestiniert ist. Im Fisch konnten drei homologe Enzyme (Meprin α1, α2 und β) nachgewiesenrnwerden. Während mRNA-Analysen eine nahezu ubiquitäre Verteilung der Meprine offenbarten,rnkonnte ich mittels spezifischer Antikörper die Expression auf Proteinebene nachweisen. WährendrnMeprin α1 und β verstärkt im Darmepithel und in der Epidermis lokalisiert sind, konnte Meprinrnα2 ausschließlich in der Lamina propria des Darms identifiziert werden.rnDer Hauptteil der vorliegenden Arbeit zielt auf die spezifische Reduzierung des Expressionslevels derrnMeprine in Embryonen des Zebrabärblings. Dies wurde durch die Mikroinjektion von sogenanntenrnMorpholinos in die Zygote erzielt. Morpholinos sind RNA-Moleküle, die spezifisch an die mRNA desrnZielproteins binden können und die Translation verhindern. Die auftretenden Effekte durch das Fehlenrnder Meprine lassen so Rückschlüsse auf ihre physiologische Funktion zu. Nach der Injektion vonrnMorpholinos gegen Meprin α1 zeigten sich lediglich leichte epidermale Deformationen. Bei Meprin βrnhingegen kam es zu einer massiven Fehlbildung von Organen im Rumpf- und Schwanzbereich. Diesesrnführte zu erheblichen Defekten; die Embryonen starben innerhalb der ersten 24 Stunden nach derrnBefruchtung. Demzufolge müssen Meprin α1 und Meprin β insbesondere an der Gewebsdifferenzierungrnbeteiligt sein. Dies korreliert mit verschiedenen Experimenten, u.a. an knockout Mäusen, ausrndenen hervorgeht, dass die Prozessierung und Aktivierung der Cytokine Interleukin-1β oder Interleukin-rn18 durch Meprin β erfolgen kann.rnDie Injektion von Meprin α2-Morpholinos erbrachte ein weiteres, eindrucksvolles Ergebnis: Das Blutgefäßsystemrnvon injizierten Embryonen war vollständig unterbrochen und es sammelten sich Erythrozytenrnim Bereich der Caudalvene an. Diese Phänotypen gleichen den knockdown-Experimenten mitrndem vascular endothelial growth factor VEGF-A, dem entscheidenden Wachstumsfaktor in der Angiogenesern(Blutgefäßbildung). Eine Inkubation des humanen VEGF-A mit (humanem) rekombinantemrnMeprin α bzw. β führte zu einer differenzierten Prozessierung des Moleküls. Diese Ergebnisse legenrnnahe, dass Meprin α pro-angiogenetisch wirkt, indem es VEGF-A prozessiert und damit die Gefäßbildungrnaktiviert. Aus den Daten dieser Arbeit wird die hohe Signifikanz der Meprine für die Proliferationrnund Differenzierung spezieller Gewebe deutlich, welche somit eine wichtige Grundlage für Studienrnan höheren Vertebraten darstellt.

Ricerca di nuove strategie differenziative: Analisi degli effetti di stimoli fisici e molecolari su cellule mesenchimali umane isolate da tessuto adiposo

Introduzione. Le cellule mesenchimali derivate dal tessuto adiposo (hASC) rappresentano un importante strumento per la terapia cellulare, in quanto derivano da un tessuto adulto abbondante e facilmente reperibile. Con il dispositivo medico Lipogems l’isolamento di tali cellule è eseguito esclusivamente mediante sollecitazioni meccaniche. Il prodotto ottenuto è quindi minimamente manipolato e subito utilizzabile. Ad oggi, il condizionamento pro-differenziativo delle staminali è per lo più attuato mediante molecole di sintesi. Tuttavia, altri fattori possono modulare la fisiologia cellulare, come gli stimoli fisici e molecole naturali. Onde elettromagnetiche hanno indotto in modelli cellulari staminali l’espressione di alcuni marcatori di differenziamento e, in cellule adulte, una riprogrammazione, mentre estratti embrionali di Zebrafish sono risultati antiproliferativi sia in vitro che in vivo. Metodi. La ricerca di nuove strategie differenziative sia di natura fisica che molecolare, nel particolare onde acustiche ed estratti embrionali di Zebrafish, è stata condotta utilizzando come modello cellulare le hASC isolate con Lipogems. Onde acustiche sono state somministrate mediante l’utilizzo di due apparati di trasduzione, un generatore di onde meccaniche e il Cell Exciter . I trattamenti con gli estratti embrionali sono stati effettuati utilizzando diverse concentrazioni e diversi tempi sperimentali. Gli effetti sull’espressione dei marcatori di staminalità e differenziamento relativi ai trattamenti sono stati saggiati in RT-PCR quantitativa relativa e/o in qPCR. Per i trattamenti di tipo molecolare è stata valutata anche la proliferazione. Risultati e conclusioni. La meta-analisi dei dati delle colture di controllo mostra la stabilità d’espressione genica del modello. I trattamenti con i suoni inducono variazioni dell’espressione genica, suggerendo un ruolo regolatorio di tali stimoli, in particolare del processo di commitment cardiovascolare. Due degli estratti embrionali di Zebrafish testati inibiscono la proliferazione alle 72 ore dalla somministrazione. L’analisi d’espressione associata ai trattamenti antiproliferativi suggerisce che tale effetto abbia basi molecolari simili ai processi di differenziamento.

Aktivität der humanen Meprin-Metalloproteasen unter Berücksichtigung potentieller Aktivatoren

Die Metalloproteasen Meprin α und Meprin β sind an essentiellen (patho)physiologischen Prozessen beteiligt. Um die Funktion dieser Proteasen zu verstehen, ist es von Bedeutung, sie nicht isoliert, sondern im gesamten proteolytischen Netzwerk zu betrachten.rnDie Meprine werden in einer Vielzahl von Geweben, in Leukozyten, aber auch in Krebszellen exprimiert. In der Haut konnten die beiden Enzyme in unterschiedlichen dermalen Schichten detektiert werden, wo sie u.a. an der Kollagenassemblierung durch Abspaltung der Propeptide beteiligt sind. rnIm Zuge von Proteomics Analysen konnten mehr als 3000 proteolytische Schnittstellen von fünf Astacin-Metalloproteasen (Meprin α, Meprin β, Astacin, LAST und LAST_MAM) in Peptiden und nativen Substraten identifiziert werden und somit eine Aussage über die Spaltspezifität getroffen werden. In der vorliegenden Arbeit konnten diese Spaltspezifitäten mit Hilfe von fluorogenen Substraten in vitro verifiziert werden. Bemerkenswert hierbei ist die starke Präferenz der beiden Meprine und LAST_MAM für die Aminosäuren Aspartat und Glutamat in der P1‘ Position. rnMeprine werden als Zymogene exprimiert und müssen durch proteolytische Prozessierung einer tryptischen Protease aktiviert werden. Ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit waren Aktivitätsbestimmungen beider Meprine unter Berücksichtigung potentieller Aktivatoren und Substrate. Es konnten die kallikrein-related peptidases (KLK) 4, 5 und 8 als spezifische Aktivatoren identifiziert werden, wobei nur KLK5 beide Proteasen aktiviert. Sowohl KLK4 als auch KLK8 sind lediglich in der Lage, das Propeptid von Meprin β abzuspalten. Außerdem konnte biochemisch und mittels Proteomics gezeigt werden, dass proKLK7 von Meprin β prozessiert wird. Durch N-terminale Sequenzierung wurde eine Schnittstelle zwei Aminosäuren N-terminal der eigentlichen Aktivierungsstelle identifiziert. Dieser Schritt beschleunigt die Aktivierung von KLK7, wenn durch Trypsin noch das verbliebene Dipeptid abgespalten wird. rnDa einige Vertreter der humanen kallikrein-related peptidases (KLK) als Meprin-Aktivatoren identifiziert werden konnten, sollten diese im Zuge dieser Arbeit im Modellorganismus Danio rerio untersucht werden. Durch in silico und RT-PCR Analysen konnte gezeigt werden, dass keine funktionellen KLK-Homologe im Zebrafisch codiert sind. Da somit andere tryptische Proteasen an der Aktivierung der Meprine beteiligt sein müssen, wurde die Transmembran-Serinprotease TMPRSS4 analysiert. In der Tat zeigte die Reduktion des Expressionslevels von TMPRSS4 durch Morpholino-Injektion drastische Störungen in der embryonalen Entwicklung von Zebrabärblingen. Mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie ließ sich eine Fehlbildung der epidermalen Haut bis zu einem Ablösen der Keratinozyten von dem darunter liegenden Gewebe feststellen. rn

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

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

Ephrin-B2 controls VEGF-induced angiogenesis and lymphangiogenesis

In development, tissue regeneration or certain diseases, angiogenic growth leads to the expansion of blood vessels and the lymphatic vasculature. This involves endothelial cell proliferation as well as angiogenic sprouting, in which a subset of cells, termed tip cells, acquires motile, invasive behaviour and extends filopodial protrusions. Although it is already appreciated that angiogenesis is triggered by tissue-derived signals, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) family growth factors, the resulting signalling processes in endothelial cells are only partly understood. Here we show with genetic experiments in mouse and zebrafish that ephrin-B2, a transmembrane ligand for Eph receptor tyrosine kinases, promotes sprouting behaviour and motility in the angiogenic endothelium. We link this pro-angiogenic function to a crucial role of ephrin-B2 in the VEGF signalling pathway, which we have studied in detail for VEGFR3, the receptor for VEGF-C. In the absence of ephrin-B2, the internalization of VEGFR3 in cultured cells and mutant mice is defective, which compromises downstream signal transduction by the small GTPase Rac1, Akt and the mitogen-activated protein kinase Erk. Our results show that full VEGFR3 signalling is coupled to receptor internalization. Ephrin-B2 is a key regulator of this process and thereby controls angiogenic and lymphangiogenic growth.

Structures of SAS-6 suggest its organization in centrioles

Centrioles are cylindrical, ninefold symmetrical structures with peripheral triplet microtubules strictly required to template cilia and flagella. The highly conserved protein SAS-6 constitutes the center of the cartwheel assembly that scaffolds centrioles early in their biogenesis. We determined the x-ray structure of the amino-terminal domain of SAS-6 from zebrafish, and we show that recombinant SAS-6 self-associates in vitro into assemblies that resemble cartwheel centers. Point mutations are consistent with the notion that centriole formation in vivo depends on the interactions that define the self-assemblies observed here. Thus, these interactions are probably essential to the structural organization of cartwheel centers.

Vestibular deficits do not underlie looping behavior in achiasmatic fish

Zebrafish belladonna (bel) mutants carry a mutation in the lhx2 gene that encodes a Lim domain homeobox transcription factor, leading to a defect in the retinotectal axon pathfinding. As a result, a large fraction of homozygous bel mutants is achiasmatic. Achiasmatic bel mutants display ocular motor instabilities, both reserved optokinetic response (OKR) and spontaneous eye oscillations, and an unstable swimming behavior, described as looping. All these unstable behaviors have been linked to the underlying optic nerve projection defect. Looping has been investigated under different visual stimuli and shown to be vision dependent and contrast sensitive. In addition, looping correlates perfectly with reversed OKR and the spontaneous oscillations of the eyes. Hence, it has been hypothesized that looping is a compensatory response to the perception of self-motion induced by the spontaneous eye oscillations. However, both ocular and postural instabilities could also be caused by a yet unidentified vestibular deficit. Here, we performed a preliminary test of the vestibular function in achiasmatic bel larval mutants in order to clarify the potential role of a vestibular deficit in looping. We found that the vestibular ocular reflex (VOR) is normally directed in both bel mutants and wild types and therefore exclude the possibility that nystagmus and looping in reverse to the rotating optokinetic drum can be attributed to an underlying vestibular deficit.