Molekulare Mechanismen Proteinkinase C-induzierter Nox4-Hochregulation in humanen Endothelzellen

Eine verstärkte Transkription von NADPH-Oxidasen (Nox) wird mit der Entstehung von atherosklerotischer Veränderungen in Verbindung gebracht. Die Arbeit unserer Gruppe zeigte, dass die Aktivität der Proteinkinase C (PKC) zu einer Nox4-Hochregulation führt, der dominanten NOX Isoform in endothelialen Zellen. Die vorliegende Arbeit zielte auf die Aufdeckung der dowm-stream gelegenen Mechanismen. Die Behandlung von humanen EA.hy 926-Zellen mit dem PKC Aktivator Phorbol-12-Myristat-13-Acetat (PMA) für 48 h führte in eine signifikante Nox4-mRNA-Hochregulation, welche mittels PKC-Inhibitoren oder PKC alpha siRNA abgewendet werden konnte. PMA führte zu einer andauernden Aktivierung der MAP-Kinase Erk1/2. Die PMA vermittelte Nox4-Expression konnte durch Erk1/2-Inhibitoren oder durch Erk1/2-Knock-down geblockt werden. Down-stream konnte die Involvierung der Erk1/2-Substarte Elk-1 und c-Fos mittels siRNA-Experimente gezeigt werden. Darüber hinaus blockte die Inhibierung der Histondeacetylasen (HDACs) mit Scriptaid oder durch HDAC3-Knock-down mittels siRNA die PMA-induzierte Nox4-Expression in EA.hy 926-Zellen, weswegen eine Rolle für HADC3 in der Regulation der Nox4-Expression angezeigt wurde. Abschließend reduzierte ein Knock-down von p53 (siRNA) deutlich die basale Expression von Nox4, hatte aber nur einen kleinen Effekt auf die PMA-induzierte Nox4-Expression. Zusammenfassend zeigen die Daten der vorliegenden Arbeit, dass in einer PKC alpha induzierten Nox4-mRNA-Hochregulation Erk1/2, Elk-1, cFos und HDAC3 involviert sind.

Rolle der FOS-Proteine und des MAPK-Signallings in der Regulation der zellulären Antwort auf genotoxischen Stress

Die mittlere Überlebenszeit nach Erkennung eines Glioblastoms ohne Behandlung liegt bei 3 Monaten und kann durch die Behandlung mit Temozolomid (TMZ) auf etwa 15 Monate gesteigert werden. Neben TMZ sind die chlorethylierenden Nitrosoharnstoffe die meistversprechendsten und am häufigsten eingesetzten Chemotherapeutika in der Gliomtherapie. Hier liegt die mittlere Überlebenszeit bei 17,3 Monaten. Um die Therapie des Glioblastoms noch effektiver zu gestalten und Resistenzen zu begegnen, werden unterschiedlichste Ansätze untersucht. Eine zentrale Rolle spielen hierbei das activator protein 1 (AP-1) und die mitogen aktivierten Proteinkinasen (MAPK), deren Funktion in bisherigen Arbeiten noch unzureichend beleuchtet wurde.rnBesonders mit der Rolle des AP-1-bildenden Proteins FRA-1 in der Therapie des Glioblastoms haben sich bisher nur wenige Arbeiten beschäftigt, weshalb im ersten Teil der vorliegenden Arbeit dessen Funktion in der Regulation der Chemosensitivität gegenüber dem chlorethylierenden Agenz ACNU genauer untersucht wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die FRA 1-Expression durch Behandlung mit ACNU induziert wird. Die Induktion erfolgte über die beiden MAPKs ERK1/2 und p38K. JNK hatte keinen Einfluss auf die Induktion. Durch die Herunterregulation der FRA-1-Expression mit Hilfe von siRNA und eines shRNA exprimierenden Plasmids kam es zu einer signifikanten Sensitivierung gegenüber ACNU. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulation der FRA-1-Expression in einer verminderten AP 1-Bildung, bedingt durch eine reduzierte Menge an FRA-1 im AP-1-Komplex resultiert. Die Sensitivierung gegenüber ACNU ist weder durch eine Veränderung in der DNA-Reparatur, noch in der Modulation der FAS-Ligand- bzw. FAS-Rezeptor-Expression bedingt. Auch die hier untersuchten BCL 2-Familienmitglieder wiesen keine Unterschiede in der Expression durch Modulation der FRA 1-Expression auf. Allerdings kam es durch die verminderte FRA-1-Expression zu einer Reduktion der Zellzahl in der G2/M-Phase nach Behandlung mit ACNU. Diese ging einher mit einer reduzierten Menge an phosphoryliertem und unphosphoryliertem CHK1, weshalb davon auszugehen ist, dass FRA 1 nach ACNU-Behandlung in Gliomzellen vor der Apoptose schützt, indem es modulierend auf die Zellzykluskontrolle einwirkt.rnIm zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Regulation der apoptotischen Antwort nach Behandlung mit ACNU und TMZ genauer beleuchtet, wobei ein spezielles Augen¬merk auf AP 1 und die MAPKs gelegt wurde. Hier konnte gezeigt werden, dass die Apoptose nach Behandlung mit ACNU bzw. TMZ sowohl durch Spaltung von Pro-Caspase 8, als auch Pro-Caspase 9 eingeleitet wird. Dabei akkumulierte in beiden Fällen p53 vermehrt im Zellkern. Eine Inhibierung der transkriptionellen Aktivität von p53 führte nach ACNU-Behandlung zu einer Sensitivierung der Zellen, nach TMZ-Behandlung kam es zu einem leichten Anstieg in der Vitälität. Der FAS-Rezeptor wurde nach ACNU- und nach TMZ-Behandlung aktiviert und auch die DNA-Reparaturproteine DDB2 und XPC wurden in beiden Fällen vermehrt exprimiert. Für die MAPKs JNK und ERK1/2 konnte gezeigt werden, dass diese pro-apoptotisch wirken. Die AP-1-Bildung nach ACNU-Behandlung erfolgte bereits nach 24 h und war von langer Dauer, wohingegen nach TMZ-Behandlung nur eine transiente AP 1-Bildung zu relativ späten Zeitpunkten detektiert werden konnte. Ebenso konnte für das AP-1-Zielgen FAS-Ligand nach ACNU-Behandlung eine relativ schnelle, lang anhaltende Aktivierung detektiert werden, wohingegen nach TMZ-Behandlung zu einem späten Zeitpunkt ein kurzer Anstieg im Signal zu verzeichnen war. In späteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass das BCL-2-Familienmitglied BIM eine zentrale Rolle in der Regulation des intrinsischen Apoptosesignalweges nach Behandlung mit ACNU und TMZ spielt. Die hier entstanden Ergebnisse tragen entscheidend zum Verständnis der durch diese beiden Agenzien gesteuerten, apoptotischen Signalwege bei und bieten eine fundierte Grundlage für weitere Untersuchungen.rn

Synthese und Charakterisierung von zylindrischen Bürsten mit polypept(o)idischen Seitenketten als nanopartikuläre Trägersysteme

Zylindrische Polymerbürsten mit pept(o)idischen Seitenketten sind auf Grund ihrer elongierten Topologie, Bioverträglichkeit und hohen Dichte an funktionellen Gruppen vielversprechende Kandidaten für Anwendungen im Bereich des kontrollierten Wirkstoff- bzw. Gentransportes.In dieser Arbeit wurden Polylysin und Polysarkosin als Bestandteile der Seitenketten verwendet. Polylysin dient als positiv geladener Polypeptidblock für die Komplexierung von Polynukleotiden. Polysarkosin reduziert mit seinem „Stealth“-Effekt die Toxizität des Trägersystems und vermindert Wechselwirkungen mit dem Immunsystem. Über den „grafting from“-Ansatz und mit Hilfe der ringöffnenden NCA-Polymerisation konnten erstmals zylindrische Bürsten mit reinen Polysarkosin-Seitenketten sowie mit amphiphilen Seitenketten aus einem Polylysinkern und einer Polysarkosinschale hergestellt werden. Die Bürsten wurden mittels Lichtstreuung, GPC, CD-Spektroskopie und AFM charakterisiert. Die hohe Biokompatibilität beider Bürsten konnte durch Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum nachgewiesen werden.Die Polysarkosin-Bürsten konnten zusätzlich an den Seitenkettenenden mit Azidgruppen funktionalisiert werden, welche eine effektive Biokonjugation ermöglichen. Die zylindrischen Bürsten zeigten nach ihrer Modifikation keine unspezifische Aufnahme in dendritische Zellen und könnten somit als Ausgangssubstanzen für die Synthese polymerbasierter Antikörper-Antigen-Konjugate in der Krebsimmuntherapie verwendet werden.Die Kern-Schale-Bürsten konnten erfolgreich mit siRNA komplexiert werden, ohne dass dabei eine Aggregation auftrat. In ersten Gen-Knockdown-Experimenten zeigten ihre Komplexe eine signifikante Verminderung der ApoB100-Proteinexpression in AML-12 Hepatozyten und könnten daher zukünftig als Transfektionsmittel in der Gentherapie ihren Einsatz finden.

Evaluation of polymeric nanocarriers for RNA delivery

Therapeutic RNAs, especially siRNAs, are a promising approach for treating diseases like cancer, neurodegenerative disorders and viral infections. Their application, however, is limited due to a lack of safe and efficient delivery systems. Nanosized carriers with the ability to either complex or entrap RNA species are a promising option. rn rn rnSuch a carrier has to meet a lot of requirements, some of which are even partly contradictive. Understanding and controlling the interplay between the different demands would advance a strategic design at an early stage of therapeutic development. rn rn This work is centered around a systematic evaluation of polyplexes, such carriers that are able to complex siRNA due to electrostatic interactions. Six structurally and chemically diverse candidates, poly-L-lysine brushes, block copolymers, cationic peptides, cationic lipids, nanohydrogels, and manganese oxide particles, were tested in a simultaneous fashion. The assays, mostly based on fluorescently labeled siRNA, ranged from the evaluation of polyplex formation and stability to in vitro parameters like cellular uptake and knockdown capability. The analysis from several perspectives offered insight into the interplay between the specifications of one polyplex. Assessing the different carriers under exactly the same experimental conditions also allowed conclusions about favourable traits and starting points for further optimization. This comparative approach also revealed weaknesses of some of the conventional protocols, which were therefore contrasted with alternative methods. In addition, in vitro knockdown assays were optimized and the impact of fluorescently labeled siRNA on knockdown efficiency was assessed. rn rn rn A second class of carriers, which share the ability to entrap siRNA inside their matrix, are briefly addressed. Nanocapsules, dextran particles and liposomes were assessed for basic features like siRNA encapsulation and knockdown capability. rn rn rn rn In an approach towards targeted delivery of RNA, liposomes were endowed with mitochondriotropic tags. Despite successful functionalization, no colocalization between the liposomal cargo and mitochondria was so far observed, which makes further optimization necessary.

Kaiso und CTCF regulieren geprägte Gene in cis und in trans

Geprägte Gene besitzen die Besonderheit, dass sie jeweils nur von einem Allel exprimiert werden und in der Regel in Imprinting Clustern (ICs) im Genom vorliegen. Bei der Regulation in solchen ICs spielen differentiell methylierte Imprinting Kontrollregionen (ICRs) und dort stattfindende Proteinbindungen eine wichtige Rolle. Die essentielle Bedeutung der CTCF-Bindung an die ICR1 in 11p15.5 für die Expressionsregulation der geprägten Gene H19 und IGF2 ist bereits bekannt. In der vorliegenden Arbeit sollte die Bindung von Kaiso an die unmethylierte ICR1 bei humanen Zellen mit maternaler uniparentaler Disomie von 11p15 (upd(11p15)mat) nachgewiesen und die genaue Bindungsverteilung von Kaiso und CTCF in den B-Repeats der Kontrollregion bestimmt werden. Cis-regulatorische und chromosomenübergreifende transkriptionelle Effekte der ICR1-Proteinbindungen sollten dann durch qPCR-Analysen geprägter Gene bei Zellen mit maternaler und paternaler upd(11p15) und nach siRNA-basierter Herunterregulation der beiden Proteine in Zellen mit upd(11p15)mat analysiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass Kaiso an die unmethylierte ICR1 bindet. Dabei kann zumindest von einer Bindestellennutzung in der distalen ICR1-Hälfte ausgegangen werden. Für CTCF hingegen wurde eine Nutzung aller analysierten Repeats in beiden ICR1-Hälften gefunden. In der maternalen bzw. paternalen upd(11p15) entspricht die Expression der 11p15.5-Gene IGF2, H19, CDKN1C und KCNQ1OT1 dem jeweiligen Disomie-Status. Von den nicht auf Chromosom 11 gelegenen geprägten Genen zeigen MEST und PLAGL1 bei Zellen mit upd(11p15)pat sowie PEG3 und GRB10 bei der upd(11p15)mat eine stärkere Expression. Ein CTCF-knockdown in Zellen mit upd(11p15)mat führt zur IGF2-Expressionssteigerung. Dies tritt in noch stärkerem Maße beim knockdown von Kaiso auf, wobei hier zusätzlich eine gesteigerte Expression von H19 vorliegt. Des Weiteren findet man beim CTCF-knockdown einen MEST-Expressionsanstieg und beim Kaiso-knockdown gesteigerte Expressionen der Gene PEG3, GRB10 und PLAGL1. Damit lassen sich sowohl eigenständige cis-regulatorische Effekte der ICR1-Bindung beider Proteine auf geprägte Gene des IC1 als auch chromosomenübergreifende Effekte erkennen. Vor allem die starken H19-Expressionsanstiege beim Kaiso-knockdown treten korrelierend mit Veränderungen von geprägten Genen anderer Chromosomen auf. Damit unterstützen die Daten die Theorie, dass die Expressionsregulation geprägter Gene koordiniert in einer Art Netzwerk stattfinden könnte und dabei bestimmte Faktoren wie H19 und PLAGL1 eine übergeordnete Regulatorfunktion besitzen, wie es in Vergangenheit in der Maus beschrieben wurde. Die Expressionsanalysen von PLAGL1 und MEST deuten darüber hinaus durch ihre tendenziell übereinstimmenden Werte bei der paternalen upd mit hypermethylierter ICR1 und den knockdowns auf die Existenz von Chromatin-Interaktionen zwischen der ICR1 und Abschnitten auf den Chromosomen 6 und 7 hin, ggf. mit einem entsprechenden lokalen Effekt der Proteine in diesen Loci. Proteinbindungen an die maternale ICR1 scheinen damit sowohl cis-regulatorisch die Transkription der geprägten Gene IGF2 und H19 zu beeinflussen als auch durch die H19-Expression ein funktionelles Netzwerk geprägter Gene als trans-Faktor zu regulieren und für Interaktionen zwischen verschiedenen Chromosomen mit transkriptionsregulierender Wirkung verantwortlich zu sein.

Optimization of RNA-based transgene expression by targeting Protein Kinase R

The aim of this thesis was to establish a method for repeated transfection of in vitro transcribed RNA (IVT-RNA) leading to a sustained protein expression lasting for days or even weeks. Once transfected cells recognize IVT-RNA as "non-self" and initiate defense pathways leading to an upregulated interferon (IFN) response and stalled translation. In this work Protein Kinase R (PKR) was identified as the main effector molecule mediating this cellular response. We assessed four strategies to inhibit PKR and the IFN response: A small molecule PKR inhibitor enhanced protein expression and hampered the induction of IFN-transcripts, but had to be excluded due to cytotoxicity. A siRNA mediated PKR knockdown and the overexpression of a kinase inactive PKR mutant elevated the protein expression, but the down-regulation of the IFN response was insufficient. The co-transfer of the viral inhibitors of PKR and the IFN response was most successful. The use of E3, K3 and B18R co-transfection enabled repeated IVT-RNA-based transfection of human fibroblasts. Thus, the developed protocol allows a continuous IVT-RNA encoded protein expression of proteins, which could be the basis for the generation of induced pluripotent stem cells (iPS) for several therapeutic applications in regenerative medicine or drug research.

Chlamydiae host cell interaction and immune evasion strategies

Chlamydiae are obligate intracellular bacteria with a strong global prevalence. They cause infections of the eye, lung and the genital tract and can either replicate in inclusion compartments or persist inside their host cell. In this thesis we focused on two aspects of chlamydiae infection. We hypothesize that transcription factor AP-1 is crucial for a replicative chlamydiae infection in epithelial cells. In addition we suggest that chlamydiae hide inside apoptotic blebs for a silent uptake by macrophages as immune evasion strategy.rnFocusing on AP-1, we could demonstrate that during Chlamydia pneumoniae infection, protein expression and phosphorylation of the AP-1 family member c-Jun significantly increased in a time and dose dependent manner. A siRNA knockdown of c-Jun in HEp-2 cells reduced chlamydial load, resulting in smaller inclusions and a significant lower chlamydial recovery. Furthermore, inhibition of the c-Jun containing AP-1 complexes, using Tanshinone IIA, changed the replicative infection into a persistent phenotype, characterized by (i) smaller, aberrant inclusions, (ii) a strong decrease in chlamydial load, as well as by (iii) its reversibility after removal of Tanshinone IIA. As chlamydiae are energy parasites, we investigated whether Tanshinone IIA interferes with energy/metabolism related processes. rnA role for autophagy or gene expression of glut-1 and c-jun in persistence could not be determined. However we could demonstrate Tanshinone IIA treatment to be accompanied by a significant decrease of ATP levels, probably causing a chlamydiae persistent phenotype.rnRegarding the chlamydial interaction with human primary cells we characterized infection of different chlamydiae species in either pro-inflammatory (type I) or anti-inflammatory (type II) human monocyte derived macrophages (hMDM). We found both phenotypes to be susceptible to chlamydiae infection. Furthermore, we observed that upon Chlamydia trachomatis and GFP-expressing Chlamydia trachomatis infection more hMDM type II were infected. However the chlamydial load was higher in hMDM type I and correspondingly, more replicative-like inclusions were found in this phenotype. Next, we focused on the chlamydial transfer using a combination of high speed live cell imaging and GFP-expressing Chlamydia trachomatis for optimal visualization. Thereby, we could successfully visualize the formation of apoptotic, chlamydiae-containing blebs and the interaction of hMDM with these blebs. Moreover, we observed the development of a replicative infection in hMDM. rnIn conclusion, we demonstrated a crucial role of AP-1 for C. pneumoniae development and preliminary time lapse data suggest that chlamydiae can be transferred to hMDMs via apoptotic blebs. In all, these data may contribute to a better understanding of chlamydial infection processes in humans.rn

CXC receptor-4 mRNA silencing abrogates CXCL12-induced migration of colorectal cancer cells

Background Interactions between CXCR4 and its ligand CXCL12 have been shown to be involved in cancer progression in colorectal cancer (CRC). We performed a comparative CXCL12/CXCR4 expression analysis and assessed the effect of external CXCL12 stimulation on migration of CRC cells without and with CXCR4 inhibition. Methods Expression of CXCL12/CXCR4 was assessed by quantitative real-time PCR, ELISA and immunohistochemistry in resection specimens of 50 CRC patients as well as in the corresponding normal tissues and in three human CRC cell lines with different metastatic potential (Caco-2, SW480 and HT-29). Migration assays were performed after stimulation with CXCL12 and CXCR4 was inhibited by siRNA and neutralizing antibodies. Results In CRC tissues CXCL12 was significantly down-regulated and CXCR4 was significantly up-regulated compared to the corresponding normal tissues. In cell lines CXCR4 was predominantly expressed in SW480 and less pronounced in HT-29 cells. CXCL12 was only detectable in Caco-2 cells. CXCL12 stimulation had no impact on Caco-2 cells but significantly increased migration of CXCR4 bearing SW480 and HT-29 cells. This effect was significantly abrogated by neutralizing anti-CXCR4 antibody as well as by CXCR4 siRNAs (P < 0.05). Conclusions CXCR4 expression was up-regulated in CRC and CXCL12 stimulation increased migration in CXCR4 bearing cell lines. Migration was inhibited by both neutralizing CXCR4 antibodies and CXCR4 siRNAs. Thus, the expression and functionality of CXCR4 might be associated with the metastatic potential of CRC cells and CXCL12/CXCR4 interactions might therefore constitute a promising target for specific treatment interventions.

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.

RNA interference in mammalian cell systems

In the last decade, few areas of biology have been transformed as thoroughly as RNA molecular biology. Without any doubt, one of the most significant advances has been the discovery of small (20-30 nucleotide) noncoding RNAs that regulate genes and genomes. The effects of small RNAs on gene expression and control are generally inhibitory, and the corresponding regulatory mechanisms are therefore collectively subsumed under the heading of RNA silencing and/or RNA interference. Two primary categories of these small RNAs - short interfering RNAs (siRNAs) and microRNAs (miRNAs) - act in both somatic and germline lineages of eukaryotic species to regulate endogenous genes and to defend the genome from invasive nucleic acids. Recent advances have revealed unexpected diversity in their biogenesis pathways and the regulatory mechanisms that they access. Our understanding of siRNA and miRNA-based regulation has direct implications for fundamental biology as well as disease aetiology and treatment as it is discussed in this review on 'new techniques in molecular biology'.

Improving gene silencing of siRNAs via tricyclo-DNA modification

;Small interfering RNAs (siRNAs) can be exploited for the selective silencing of disease-related genes via the RNA interference (RNAi) machinery and therefore raise hope for future therapeutic applications. Especially chemically modified siRNAs are of interest as they are expected to convert lead siRNA sequences into effective drugs. To study the potential of tricyclo-DNA (tc-DNA) in this context we systematically incorporated tc-DNA units at various positions in a siRNA duplex targeted to the EGFP gene that was expressed in HeLa cells. Silencing activity was measured by FACS, mRNA levels were determined by RT-PCR and the biostability of the modifed siRNAs was determined in human serum. We found that modifications in the 3'-overhangs in both the sense and antisense strands were compatible with the RNAi machinery leading to similar activities compared to wild type (wt) siRNA. Additional modifications at the 3'-end, the 5'- end and in the center of the sense (passenger) strand were also well tolerated and did not compromise activity. Extensive modifications of the 3'- and the 5'-end in the antisense (guide) strand, however, abolished RNAi activity. Interestingly, modifications in the center of the duplex on both strands, corresponding to the position of the cleavage site by AGO2, increased efficacy relative to wt by a factor of 4 at the lowest concentrations (2 nM) investigated. In all cases, reduction of EGFP fluorescence was accompanied with a reduction of the EGFP mRNA level. Serum stability analysis further showed that 3'-overhang modifications only moderately increased stability while more extensive substitution by tc-DNA residues significantly enhanced biostability.

FOXA1 Promotes Tumor Progression in Prostate Cancer and Represents a Novel Hallmark of Castration-Resistant Prostate Cancer

Forkhead box protein A1 (FOXA1) modulates the transactivation of steroid hormone receptors and thus may influence tumor growth and hormone responsiveness in prostate cancer. We therefore investigated the correlation of FOXA1 expression with clinical parameters, prostate-specific antigen (PSA) relapse-free survival, and hormone receptor expression in a large cohort of prostate cancer patients at different disease stages. FOXA1 expression did not differ significantly between benign glands from the peripheral zone and primary peripheral zone prostate carcinomas. However, FOXA1 was overexpressed in metastases and particularly in castration-resistant cases, but was expressed at lower levels in both normal and neoplastic transitional zone tissues. FOXA1 levels correlated with higher pT stages and Gleason scores, as well as with androgen (AR) and estrogen receptor expression. Moreover, FOXA1 overexpression was associated with faster biochemical disease progression, which was pronounced in patients with low AR levels. Finally, siRNA-based knockdown of FOXA1 induced decreased cell proliferation and migration. Moreover, in vitro tumorigenicity was inducible by ARs only in the presence of FOXA1, substantiating a functional cooperation between FOXA1 and AR. In conclusion, FOXA1 expression is associated with tumor progression, dedifferentiation of prostate cancer cells, and poorer prognosis, as well as with cellular proliferation and migration and with AR signaling. These findings suggest FOXA1 overexpression as a novel mechanism inducing castration resistance in prostate cancer.

High-throughput mutation profiling of CTCL samples reveals KRAS and NRAS mutations sensitizing tumors toward inhibition of the RAS/RAF/MEK signaling cascade

Cutaneous T-cell lymphomas (CTCLs) are malignancies of skin-homing lymphoid cells, which have so far not been investigated thoroughly for common oncogenic mutations. We screened 90 biopsy specimens from CTCL patients (41 mycosis fungoides, 36 Sézary syndrome, and 13 non-mycosis fungoides/Sézary syndrome CTCL) for somatic mutations using OncoMap technology. We detected oncogenic mutations for the RAS pathway in 4 of 90 samples. One mycosis fungoides and one pleomorphic CTCL harbored a KRAS(G13D) mutation; one Sézary syndrome and one CD30(+) CTCL harbored a NRAS(Q61K) amino acid change. All mutations were found in stage IV patients (4 of 42) who showed significantly decreased overall survival compared with stage IV patients without mutations (P = .04). In addition, we detected a NRAS(Q61K) mutation in the CTCL cell line Hut78. Knockdown of NRAS by siRNA induced apoptosis in mutant Hut78 cells but not in CTCL cell lines lacking RAS mutations. The NRAS(Q61K) mutation sensitized Hut78 cells toward growth inhibition by the MEK inhibitors U0126, AZD6244, and PD0325901. Furthermore, we found that MEK inhibitors exclusively induce apoptosis in Hut78 cells. Taken together, we conclude that RAS mutations are rare events at a late stage of CTCL, and our preclinical results suggest that such late-stage patients profit from MEK inhibitors.

DNase 2 is the main DNA-degrading enzyme of the stratum corneum

The cornified layer, the stratum corneum, of the epidermis is an efficient barrier to the passage of genetic material, i.e. nucleic acids. It contains enzymes that degrade RNA and DNA which originate from either the living part of the epidermis or from infectious agents of the environment. However, the molecular identities of these nucleases are only incompletely known at present. Here we performed biochemical and genetic experiments to determine the main DNase activity of the stratum corneum. DNA degradation assays and zymographic analyses identified the acid endonucleases L-DNase II, which is derived from serpinB1, and DNase 2 as candidate DNases of the cornified layer of the epidermis. siRNA-mediated knockdown of serpinB1 in human in vitro skin models and the investigation of mice deficient in serpinB1a demonstrated that serpinB1-derived L-DNase II is dispensable for epidermal DNase activity. By contrast, knockdown of DNase 2, also known as DNase 2a, reduced DNase activity in human in vitro skin models. Moreover, the genetic ablation of DNase 2a in the mouse was associated with the lack of acid DNase activity in the stratum corneum in vivo. The degradation of endogenous DNA in the course of cornification of keratinocytes was not impaired by the absence of DNase 2. Taken together, these data identify DNase 2 as the predominant DNase on the mammalian skin surface and indicate that its activity is primarily targeted to exogenous DNA.

Synthesis, maturation, and trafficking of human Na+-dicarboxylate cotransporter NaDC1 requires the chaperone activity of cyclophilin B

Renal excretion of citrate, an inhibitor of calcium stone formation, is controlled mainly by reabsorption via the apical Na(+)-dicarboxylate cotransporter NaDC1 (SLC13A2) in the proximal tubule. Recently, it has been shown that the protein phosphatase calcineurin inhibitors cyclosporin A (CsA) and FK-506 induce hypocitraturia, a risk factor for nephrolithiasis in kidney transplant patients, but apparently through urine acidification. This suggests that these agents up-regulate NaDC1 activity. Using the Xenopus lævis oocyte and HEK293 cell expression systems, we examined first the effect of both anti-calcineurins on NaDC1 activity and expression. While FK-506 had no effect, CsA reduced NaDC1-mediated citrate transport by lowering heterologous carrier expression (as well as endogenous carrier expression in HEK293 cells), indicating that calcineurin is not involved. Given that CsA also binds specifically to cyclophilins, we determined next whether such proteins could account for the observed changes by examining the effect of selected cyclophilin wild types and mutants on NaDC1 activity and cyclophilin-specific siRNA. Interestingly, our data show that the cyclophilin isoform B is likely responsible for down-regulation of carrier expression by CsA and that it does so via its chaperone activity on NaDC1 (by direct interaction) rather than its rotamase activity. We have thus identified for the first time a regulatory partner for NaDC1, and have gained novel mechanistic insight into the effect of CsA on renal citrate transport and kidney stone disease, as well as into the regulation of membrane transporters in general.