Adenocarcinoma in females detected in serous effusions: Cytomorphologic aspects and immunocytochemical reactivity to cytokeratins 7 and 20

OBJECTIVE: To investigate the usefulness of assessing the immunoreactivity of cytokeratins 7 (CK7) and 20 (CK20) as well as several cytomorphologic parameters in effusions with metastatic adenocarcinomas in the search for the primary site of the tumor. STUDY DESIGN: From the files of the Pathology Department, A. C. Camargo Hospital, we studied cytologic smears from 73 metastatic adenocarcinomas originally from the breast, 63 from the ovary, 40 from the lung and 32 from the stomach, looking for morphologic parameters that could have discriminant potential in suggesting the primary site in a routine situation, including intranuclear inclusions, prominent nucleoli, mitosis, signet-ring cells, psammoma bodies, nuclear crease, binucleation and multinucleation, papillary features, acinar profile (including ball cells) and single cells. Immunoreactions were performed with monoclonal antibodies to CK7 (OV-TL 12/30 and CK20 (Ks 20.8) and included morphologic analysis. Both analyses were studied in a blind fashion regarding the primary site of the tumors. RESULTS: Positivity ratios for breast, ovary, stomach and lung cases were 67.6%, 63.5%, 29.7% and 45.5%, respectively, for CK7 and 17.2%, 15.8%, 13.5% and 32.2%, respectively, for CK20. Discriminant analysis of morphologic and immunocytochemical parameters had an error rate of 42.9% in recognizing the primary site and a Wilk's lambda of .7290. CONCLUSION: The more efficient parameter with discriminant function was the papillary appearance showed by CK7, which should be used in further studies with a similar scope. The set of parameters used in this study were insufficient to discriminate the primary site of female adenocarcinomas in effusions with significant accuracy.

Molekulare Evolution der Intermediärfilament-Proteine des Flussneunauges Lampetra fluviatilis

Über cDNA-Banken und RT-PCR wurden erstmals 15 Intermediärfilament-Proteine (IF-Proteine) des Flussneunauges Lampetra fluviatilis (Agnatha, kieferlose Wirbeltiere) kloniert und sequenziert: drei Typ I-Keratine, vier Typ II-Keratine, fünf keratinartige IF-Proteine (drei Kγ, zwei Kα), die Typ III-Proteine Vimentin und Desmin sowie ein Typ IV-Neurofilament-Protein (NF).Die IF-Proteine wurden aus verschiedenen Organen isoliert und durch zweidimensionale Polyacrylamid-Gelelektrophorese (2D-PAGE) aufgetrennt. Biochemische sowie massenspektrometrische Analysen anhand der 2D-PAGE ermöglichten in Kombination mit den Sequenzdaten die Identifizierung von Vimentin, Desmin sowie aller sequenzierten Keratine bis auf zwei der fünf Kα/Kγ-Proteine. Die meisten Keratine ließen sich darüber hinaus in die Kategorien „E“ (von „epidermal“) und „S“ (von „simple epithelial“) einteilen.Von den sequenzierten Keratinen ist das IIS-Keratin K8 wahrscheinlich ortholog zu den bekannten K8-Sequenzen höherer Vertebraten. Die Bezeichnung K18 für das einzige IS-Keratin des Neunauges in Anlehnung an das IS-Keratin K18 des Menschen basiert auf der stets beobachteten Koexpression mit K8 in einfachen Epithelien.Die Sequenz des Neunaugen-Vimentins zeigt große Übereinstimmungen mit den bekannten Desminsequenzen der Vertebraten. Die keratinartigen Proteine Kα und Kγ sind bis jetzt nur von Agnathen (Neunaugen und Schleimaale) bekannt.In molekularen Stammbäumen können K8, K18, Vimentin, Desmin und das NF_L des Neunauges gut als Außengruppe definiert werden.

Zur Evolution des Cytoskeletts beim Sibirischen Stör Acipenser baeri

Im Rahmen meiner Arbeit wurden erstmals die Intermediärfilament-Proteine (IF-Proteine) des Sibirischen Störs Acipenser baeri (Strahlenflosser, Knorpelganoid) kloniert und sequenziert. Aus einer cDNA-Bank konnten die Sequenzen von 13 IF-Proteine gewonnen werden. Von insgesamt zehn Keratinen codieren sieben für Typ I-Keratine und drei für Typ II. Zusätzlich konnten noch Desmin, Vimentin und ein Lamin identifiziert werden. Je einem Typ I- (K13) und einem Typ-II-Keratin (K2) fehlen wenige Aminosäuren in der Head-Domäne.Cytoskelett-Präparationen aus Epidermis, Mitteldarm, Magen und Kieme wurden mittels 2D-PAGE aufgetrennt. Durch Einsatz des CKBB-Test und Immunoblots wurden die verschiedenen Typ I und II-Keratine sowie Desmin und Vimentin identifiziert. Die gewebsspezifische Expression der Keratine ermöglichte zumeist ihre Einteilung in 'E' (epidermal) und 'S' ('simple epithelial').Die MALDI-MS-Analyse einer 2D-PAGE-Koelektrophorese von Seitenflosse und Mitteldarm zeigte, daß die 34 vorhandenen Proteinflecke auf nur 13 verschiedene IF-Proteine zurückgehen. Neun dieser Flecke konnten Sequenzen zugewiesen werden. Zusammen mit den verbleibenden vier Proteinflecken ergeben sich für den Stör nunmehr insgesamt 17 bekannte IF-Proteine. Von drei biochemisch identifizierten IS-Keratinen kommt eines nur im Mitteldarm vor und nur einem konnte eine Sequenz zugeordnet werden (K18). Dem einzigen Typ IIS-Keratin konnte keine Sequenz zugeordnet werden, wahrscheinlich handelt es sich um dabei um das K8-Orthologe. Jedem der fünf Typ IE-Proteine konnte eine Sequenz zugeordnet werden (K10 bis K14), ebenso wie dem einzigen identifizierten Typ IIE-Keratin (K2). Von den Typ III-Proteinen wurden Desmin und Vimentin ihren Proteinflecken zugeordnet. Die nicht zugeordnete Sequenz aba-k1 codiert möglicherweise für ein IIE-Keratin, während aba-k15 vermutlich die Sequenz für ein IE-Keratin enthält. Bei den Proteinflecken, denen eine Sequenz zugeordnet werden konnten, kann für Aba-K2 die Zugehörigkeit zum IIE-Typ angenommen werden, während es sich bei Aba-K10 wahrscheinlich um ein IE-Keratin handelt.Durch Datenbankvergleiche und molekulare Stammbäume konnte die Zugehörigkeit der identifizierten Lamin-Sequenz zum B3-Subtyp der Vertebraten gezeigt werden.Die Daten der Biochemie und indirekten Immunfluoreszenzmikroskopie zeigen, daß Keratine in Epithelien und Vimentin in mesenchymalen Geweben vorkommen. Es existieren starke Hinweise, daß im letzten Gewebetyp Keratine auch koexprimiert werden. Desmin kommt in großen Mengen im Magen und im Mitteldarm vor und stellt dort das prominenteste Protein.Mit den gewonnenen Sequenzdaten wurden molekulare Stammbäume und Sequenzidentitäten berechnet. Die daraus resultierenden Konsequenzen für die Verwandtschaftsverhältnisse der verschiedenen IF-Proteine sowie der Wirbeltiere werden diskutiert.

Non-coding keratin variants associate with liver fibrosis progression in patients with hemochromatosis

Background Keratins 8 and 18 (K8/K18) are intermediate filament proteins that protect the liver from various forms of injury. Exonic K8/K18 variants associate with adverse outcome in acute liver failure and with liver fibrosis progression in patients with chronic hepatitis C infection or primary biliary cirrhosis. Given the association of K8/K18 variants with end-stage liver disease and progression in several chronic liver disorders, we studied the importance of keratin variants in patients with hemochromatosis. Methods The entire K8/K18 exonic regions were analyzed in 162 hemochromatosis patients carrying homozygous C282Y HFE (hemochromatosis gene) mutations. 234 liver-healthy subjects were used as controls. Exonic regions were PCR-amplified and analyzed using denaturing high-performance liquid chromatography and DNA sequencing. Previously-generated transgenic mice overexpressing K8 G62C were studied for their susceptibility to iron overload. Susceptibility to iron toxicity of primary hepatocytes that express K8 wild-type and G62C was also assessed. Results We identified amino-acid-altering keratin heterozygous variants in 10 of 162 hemochromatosis patients (6.2%) and non-coding heterozygous variants in 6 additional patients (3.7%). Two novel K8 variants (Q169E/R275W) were found. K8 R341H was the most common amino-acid altering variant (4 patients), and exclusively associated with an intronic KRT8 IVS7+10delC deletion. Intronic, but not amino-acid-altering variants associated with the development of liver fibrosis. In mice, or ex vivo, the K8 G62C variant did not affect iron-accumulation in response to iron-rich diet or the extent of iron-induced hepatocellular injury. Conclusion In patients with hemochromatosis, intronic but not exonic K8/K18 variants associate with liver fibrosis development.

Keratin 8 sequence variants in patients with pancreatitis and pancreatic cancer

Keratin 8 (KRT8) is one of the major intermediate filament proteins expressed in single-layered epithelia of the gastrointestinal tract. Transgenic mice over-expressing human KRT8 display pancreatic mononuclear infiltration, interstitial fibrosis and dysplasia of acinar cells resulting in exocrine pancreatic insufficiency. These experimental data are in accordance with a recent report describing an association between KRT8 variations and chronic pancreatitis. This prompted us to investigate KRT8 polymorphisms in patients with pancreatic disorders. The KRT8 Y54H and G62C polymorphisms were assessed in a cohort of patients with acute and chronic pancreatitis of various aetiologies or pancreatic cancer originating from Austria (n=16), the Czech Republic (n=90), Germany (n=1698), Great Britain (n=36), India (n=60), Italy (n=143), the Netherlands (n=128), Romania (n=3), Spain (n=133), and Switzerland (n=129). We also studied 4,234 control subjects from these countries and 1,492 control subjects originating from Benin, Cameroon, Ethiopia, Ecuador, and Turkey. Polymorphisms were analysed by melting curve analysis with fluorescence resonance energy transfer probes. The frequency of G62C did not differ between patients with acute or chronic pancreatitis, pancreatic adenocarcinoma and control individuals. The frequency of G62C varied in European populations from 0.4 to 3.8%, showing a northwest to southeast decline. The Y54H alteration was not detected in any of the 2,436 patients. Only 3/4,580 (0.07%) European, Turkish and Indian control subjects were heterozygous for Y54H in contrast to 34/951 (3.6%) control subjects of African descent. Our data suggest that the KRT8 alterations, Y54H and G62C, do not predispose patients to the development of pancreatitis or pancreatic cancer.

Transgenic mice carrying a human mutant superoxide dismutase transgene develop neuronal cytoskeletal pathology resembling human amyotrophic lateral sclerosis lesions.

Mutations in the human Cu,Zn superoxide dismutase gene (SOD1) are found in 20% of kindreds with familial amyotrophic lateral sclerosis. Transgenic mice (line G1H) expressing a human SOD1 containing a mutation of Gly-93 --> Ala (G93A) develop a motor neuron disease similar to familial amyotrophic lateral sclerosis, but transgenic mice (line N1029) expressing a wild-type human SOD1 transgene do not. Because neurofilament (NF)-rich inclusions in spinal motor neurons are characteristic of amyotrophic lateral sclerosis, we asked whether mutant G1H and/or N1029 mice develop similar NF lesions. NF inclusions (i.e., spheroids, Lewy body-like inclusions) were first detected in spinal cord motor neurons of the G1H mice at 82 days of age about the time these mice first showed clinical evidence of disease. Other neuronal intermediate filament proteins (alpha-internexin, peripherin) also accumulated in these spheroids. The onset of accumulations of ubiquitin immunoreactivity in the G1H mice paralleled the emergence of vacuoles and NF-rich spheroids in neurons, but they did not colocalize exclusively with spheroids. In contrast, NF inclusions were not seen in the N1029 mice until they were 132 days old, and ubiquitin immunoreactivity was not increased in the N1029 mice even at 199 days of age. Astrocytosis in spinal cord was associated with a marked increase in glial fibrillary acidic protein immunoreactivity in the G1H mice, but not in the N1029 mice. Finally, comparative studies revealed a striking similarity between the cytoskeletal pathology in the G1H transgenic mice and in patients with amyotrophic lateral sclerosis. These findings link a specific SOD1 mutation with alterations in the neuronal cytoskeleton of patients with amyotrophic lateral sclerosis. Thus, neuronal cytoskeletal abnormalities may be implicated in the pathogenesis of human familial amyotrophic lateral sclerosis.

Gene-expression profiling reveals distinct expression patterns for classic versus variant Merkel cell phenotypes and new classifier genes to distinguish Merkel cell from small-cell lung carcinoma

Merkel cell carcinoma (MCC) is a rare aggressive skin tumor which shares histopathological and genetic features with small-cell lung carcinoma (SCLC), both are of neuroendocrine origin. Comparable to SCLC, MCC cell lines are classified into two different biochemical subgroups designated as 'Classic' and 'Variant'. With the aim to identify typical gene-expression signatures associated with these phenotypically different MCC cell lines subgroups and to search for differentially expressed genes between MCC and SCLC, we used cDNA arrays to pro. le 10 MCC cell lines and four SCLC cell lines. Using significance analysis of microarrays, we defined a set of 76 differentially expressed genes that allowed unequivocal identification of Classic and Variant MCC subgroups. We assume that the differential expression levels of some of these genes reflect, analogous to SCLC, the different biological and clinical properties of Classic and Variant MCC phenotypes. Therefore, they may serve as useful prognostic markers and potential targets for the development of new therapeutic interventions specific for each subgroup. Moreover, our analysis identified 17 powerful classifier genes capable of discriminating MCC from SCLC. Real-time quantitative RT-PCR analysis of these genes on 26 additional MCC and SCLC samples confirmed their diagnostic classification potential, opening opportunities for new investigations into these aggressive cancers.

Vimentin and epithelial-mesenchymal transition in human breast cancer : observations in vitro and in vivo

Breast cancer is a highly prevalent disease among women worldwide. While the expression of certain proteins within these tumours is used for prognosis and selection of therapies, there is a continuing need for additional markers to be identified. A considerable amount of current literature, based predominantly on cell culture systems, suggests that a major mechanism responsible for the progression of breast cancer is due to tumour cells losing their epithelial features and gaining mesenchymal properties. These events are proposed to be very similar to the epithelial-mesenchymal transition (EMT) process that has been well characterised in embryonic development. For the developmental and putative cancer EMT, the cell intermediate filament status changes from a keratin-rich network which connects to adherens junctions and hemidesmosomes, to a vimentin-rich network connecting to focal adhesions. This review summarises observations of vimentin expression in breast cancer model systems, and discusses the potential role of EMT in human breast cancer progression, and the prognostic usefulness of vimentin expression.

Foot-and-mouth disease virus, but not bovine enterovirus, targets the host cell cytoskeleton via the nonstructural protein 3Cpro.

Foot-and-mouth disease virus (FMDV), a member of the Picornaviridae, is a pathogen of cloven-hoofed animals and causes a disease of major economic importance. Picornavirus-infected cells show changes in cell morphology and rearrangement of cytoplasmic membranes, which are a consequence of virus replication. We show here, by confocal immunofluorescence and electron microscopy, that the changes in morphology of FMDV-infected cells involve changes in the distribution of microtubule and intermediate filament components during infection. Despite the continued presence of centrosomes in infected cells, there is a loss of tethering of microtubules to the microtubule organizing center (MTOC) region. Loss of labeling for -tubulin, but not pericentrin, from the MTOC suggests a targeting of -tubulin (or associated proteins) rather than a total breakdown in MTOC structure. The identity of the FMDV protein(s) responsible was determined by the expression of individual viral nonstructural proteins and their precursors in uninfected cells. We report that the only viral nonstructural protein able to reproduce the loss of -tubulin from the MTOC and the loss of integrity of the microtubule system is FMDV 3Cpro. In contrast, infection of cells with another picornavirus, bovine enterovirus, did not affect -tubulin distribution, and the microtubule network remained relatively unaffected.

A coiled-coil-repeat protein 'Ccrp' in Bdellovibrio bacteriovorus prevents cellular indentation, but is not essential for vibroid cell morphology

Bdellovibrio bacteriovorus are small, vibroid, predatory bacteria that grow within the periplasmic space of a host Gram-negative bacterium. The intermediate-filament (IF)-like protein crescentin is a member of a broad class of IF-like, coiled-coil-repeat-proteins (CCRPs), discovered in Caulobacter crescentus, where it contributes to the vibroid cell shape. The B. bacteriovorus genome has a single ccrp gene encoding a protein with an unusually long, stutter-free, coiled-coil prediction; the inactivation of this did not alter the vibriod cell shape, but caused cell deformations, visualized as chiselled insets or dents, near the cell poles and a general 'creased' appearance, under the negative staining preparation used for electron microscopy, but not in unstained, frozen, hydrated cells. Bdellovibrio bacteriovorus expressing 'teal' fluorescent protein (mTFP), as a C-terminal tag on the wild-type Ccrp protein, did not deform under negative staining, suggesting that the function was not impaired. Localization of fluorescent Ccrp-mTFP showed some bias to the cell poles, independent of the cytoskeleton, as demonstrated by the addition of the MreB-specific inhibitor A22. We suggest that the Ccrp protein in B. bacteriovorus contributes as an underlying scaffold, similar to that described for the CCRP protein FilP in Streptomyces coelicolor, preventing cellular indentation, but not contributing to the vibroid shape of the B. bacteriovorus cells.

Accumulation of the PX domain mutant Frank-ter Haar syndrome protein Tks4 in aggresomes

BACKGROUND: Cells deploy quality control mechanisms to remove damaged or misfolded proteins. Recently, we have reported that a mutation (R43W) in the Frank-ter Haar syndrome protein Tks4 resulted in aberrant intracellular localization.

RESULTS: Here we demonstrate that the accumulation of Tks4(R43W) depends on the intact microtubule network. Detergent-insoluble Tks4 mutant colocalizes with the centrosome and its aggregate is encaged by the intermediate filament protein vimentin. Both the microtubule inhibitor nocodazole and the histone deacetylase inhibitor Trichostatin A inhibit markedly the aggresome formation in cells expressing Tks4(R43W). Finally, pretreatment of cells with the proteasome inhibitor MG132 markedly increases the level of aggresomes formed by Tks4(R43W). Furthermore, two additional mutant Tks4 proteins (Tks4(1-48) or Tks4(1-341)) have been investigated. Whereas the shorter Tks4 mutant, Tks4(1-48), shows no expression at all, the longer Tks4 truncation mutant accumulates in the nuclei of the cells.

CONCLUSIONS: Our results suggest that misfolded Frank-ter Haar syndrome protein Tks4(R43W) is transported via the microtubule system to the aggresomes. Lack of expression of Tks4(1-48) or aberrant intracellular expressions of Tks4(R43W) and Tks4(1-341) strongly suggest that these mutations result in dysfunctional proteins which are not capable of operating properly, leading to the development of FTHS.

Structural stability and reversible unfolding of recombinant porcine S100A12

Porcine S100A12 is a member of the S100 proteins, family of small acidic calcium-binding proteins characterized by the presence of two EF-hand motifs. These proteins are involved in many cellular events such as the regulation of protein phosphorylation, enzymatic activity, protein-protein interaction, Ca(2+) homeostasis, inflammatory processes and intermediate filament polymerization. In addition, members of this family bind Zn(2+) or Ca(2+) with cooperative effect on binding. In this study, the gene sequence encoding porcine S100A12 was obtained by the synthetic gene approach using E. coli codon bias. Additionally, we report a thermodynamic study of the recombinant S100A12 using circular dichroism, fluorescence and isothermal titration calorimetry. The results of urea and temperature induced unfolding and refolding processes indicated a reversible two-state process. Also, the ANS fluorescence studies showed that in presence of divalent ions the protein exposes hydrophobic sites which could facilitate the interaction with other proteins and trigger the physiological responses. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Adenocarcinoma polimorfo de baixo grau de malignidade do tipo papilífero. Estudo morfológico e imuno-histoquímico.

Two cases of polymorphous low-grade adenocarcinoma of the papillary type, from minor salivary glands were studied by light microscopy and immunohistochemistry. One case exhibited a predominance of the papillary pattern, whereas the other presented the following patterns of histological appearance: papillary, solid, pseudocystic and tubular. Utilizing the peroxidase-antiperoxidase (PAP) method, the intermediate filament vimentin, keratin and S100 protein were observed in tumor cells. The immunohistochemical analysis revealed two types of neoplastic cells: myoepithelial and luminal.

Konditionale Mutagenese von Desmoglein 2 in der Maus

Desmosomen sind hoch organisierte interzelluläre Verbindungen, die Zellverbänden eine mechanische Stabilität verleihen. Die Intermediärfilamentnetzwerke benachbarter Zellen werden mit Hilfe der desmosomalen Cadherine vom Desmoglein- und Desmocollin-Typ miteinander verknüpft. Diese Glykoproteine interagieren miteinander im Interzellularspalt zwischen benachbarten Zellen und stellen mit ihren zytoplasmatischen Domänen einen Ankerpunkt für desmosomale Brückenproteine dar, an welche wiederum die Proteine des Intermediärfilament-Zytoskeletts binden. Bei der Maus spielt das desmosomale Cadherin Desmoglein 2 (DSG2) bereits in frühen Stadien der Embryogenese eine entscheidende Rolle. Homozygote DSG2-Knockout-Mäuse sterben bereits vor der Implantation des Embryos ab. Im adulten Tier ist Dsg2 die am weitesten verbreitete Isoform, in Darm, Leber und Herzmuskel wird es zudem exklusiv exprimiert. Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung von Dsg2 in differenzierten Gewebeverbänden adulter Tiere zu untersuchen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden mehrere transgene Mauslinien hergestellt, in denen mit Hilfe des Cre/loxP-Systems eine Deletion im DSG2-Gen konditional und gewebsspezifisch induziert werden konnte. Dazu wurden zuerst zwei loxP-Sequenzen und eine mit zwei FRT-Stellen flankierte Neomyzinresistenzgen-Kassette in das DSG2-Gen von embryonalen Stammzellen durch homologe Rekombination eines Targeting-Konstrukts inseriert. Diese Zellen wurden in Blastozysten injiziert und Mauslinien hergestellt. Mit Hilfe der Flpe-Rekombinase wurde anschließend die Resistenzenzgen-Kassette entfernt. Diese Stämme wurden mit Mäusen verpaart, die eine induzierbare und gewebsspezifische Synthese der Cre-Rekombinase ermöglichen. Im Darmepithel und der Leber konnte eine gewebsspezifische Rekombination des DSG2-Gens induziert werden. Untersuchungen der DSG2-mRNA zeigten, dass die DSG2-Rekombination in der Darmschleimhaut nahezu vollständig erfolgte. Immunfluoreszenz-Analysen an Gewebsfragmenten induzierter Tiere mit Isotyp-spezifischen Antikörpern, die im Rahmen dieser Arbeit hergestellt worden waren, zeigten jedoch keine signifikanten Unterschiede der Desmosomenzahl und -verteilung. Daher wurden eGFP-Hybride des zu erwartenden mutierten Dsg2-Proteins in Zellen exprimiert und mit wildtypischem Dsg2 verglichen. Es konnte hinsichtlich der Verteilung und Morphologie der Desmosomen keine Unterschiede zwischen beiden Dsg2-Proteinen festgestellt werden. Der Dsg2-Mutante fehlen wichtige Proteinbereiche, die für die trans-Interaktion der extrazellulären Domäne verantwortlich sind, die Haupt-N-Glykosylierungsstelle, sowie eine der insgesamt vier Kalzium-Bindestellen. Dies sind Eigenschaften, von denen man bisher annahm, dass sie eine zentrale Bedeutung für die desmosomale Adhäsion besitzen. Weitere Experimente werden zeigen, inwieweit die hergestellte Dsg2-Mutante in „Stresssituationen“, wie sie z.B. bei Regenerationsvorgängen oder der Tumorgenese auftreten, zu veränderten adhäsiven Eigenschaften führt.

Untersuchungen des Keratinfilament-Turnovers in lebenden Zellen

Das Zytoskelett eukaryotischer Zellen besteht aus drei verschiedenen Protein-Netzwerken: den Aktinfilamenten, Mikrotubuli und Intermediärfilamenten. Intermediärfilamente wurden ursprünglich als statische Strukturen angesehen, die die mechanische Stabilisierung der Zellen übernehmen. In den letzten Jahren hat sich dieses Bild jedoch geändert: Intermediärfilament-Netzwerke sind hochdynamisch und unterliegen kontinuierlichen Veränderungen, welche durch Phosphorylierungen reguliert werden. Sie interagieren mit anderen Zytoskelett-Proteinen und greifen in die Regulation von Schlüsselsignalwegen, die Zellwachstum und Zellteilung sowie Apoptose und Stressantwort bestimmen, ein. Die Mechanismen der Filamentplastizität konnten bisher jedoch nicht vollständig aufgeklärt werden. So ist beispielsweise unklar, wo Auf- und Abbau der Filamente stattfindet und welche Faktoren an der Netzwerkmodulation beteiligt sind. Ziel meiner Arbeit war es, einen Beitrag zur Aufklärung dieser Mechanismen am Beispiel der epithelialen Keratin-Intermediärfilamente zu leisten. Mit Hilfe von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen von fluoreszenzmarkierten Zellklonen wurden Nukleationszentren in der Zellperipherie identifiziert, in denen Keratinfilamentvorläufer gebildet werden. Es handelt sich dabei um fokale Adhäsionskomplexe, die als Anheftungsstellen zwischen der extrazellulären Matrix und dem intrazellulären Aktinfilament-System dienen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Filamentvorläufer-Entstehung für alle untersuchten Keratinisoformen gültig ist und in epitelialen als auch nicht-epithelialen Zelltypen abläuft. Knock-Down der Adhäsionskomponente Talin verhinderte die Keratinfilamentbildung. Modulation der fokalen Adhäsionskinase, die den Auf- und Abbau der Adhäsionskomplexe koordiniert, beeinflusste ebenso die Bildung der Keratinfilamentnetzwerke. Es konnte weiterhin beobachtet werden, dass die N-terminalen Isoformen IE und IF des Zytolinkers Plectin in fokalen Adhäsionen lokalisieren und damit möglicherweise an der Vernetzung von Keratinfilamentvorläufern, Zelladhäsionen und Aktinfilamenten beteiligt sind. Letztlich stellte sich heraus, dass die Bildung der Keratinfilamentvorläufer unabhängig von Proteintranslation ist. In den mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen wurde im Anschluss an die Keratinfilamentbildung ein kontinuierlicher zentripetaler Transport der wachsenden Vorläuferpartikel beobachtet. An Hand von pharmakologischen Experimenten konnte gezeigt werden, dass dieser Transport Aktinfilament-abhängig ist. Zeitgleich kommt es zu Partikelfusion und Integration in das periphere Netzwerk, das sich weiterhin in Richtung auf das Zellzentrum bewegt. Mit Hilfe von Photoaktivierungsversuchen und Zellfusionsexperimenten konnte die Hypothese bestätigt werden, dass der Abbau der einwandernden Keratinfilamente in lösliche, rasch diffusible Zwischenstufen den kontinuierlichen peripheren Neuaufbau ermöglicht. Aus den Beobachtungen und bereits bekannten Ergebnissen wurde ein Modell des Keratin-Zyklus entwickelt, das die folgenden Stadien umfasst: Nukleation von Keratinfilamentvorläufern an fokalen Adhäsionen in der Zellperipherie, Elongation und Fusion der Keratinfilamentvorläufer bei zeitgleichem Aktinfilament-abhängigem zentripetalen Transport, Integration der Keratinfilamentvorläufer in das periphere Netzwerk, Bündelung der Filamente, Filamentabbau in lösliche Untereinheiten und Neubeginn des Zyklus in der Zellperipherie. Eine Störung dieses Zyklus liegt bei mutierten Keratinen vor, welche die Ursache von Blasen-bildenden Hauterkrankungen sind. In der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel von Keratin 6a-Mutanten, welche die Hauterkrankung Pachyonychia congenita verursachen, gezeigt, dass bei diesen Keratinen die Nukleation zwar im Bereich der Adhäsionskomplexe regelrecht abläuft, die anschließende Elongation und Netzwerkbildung aber gestört ist, so dass statt dessen kurzlebige, hyperphosphorylierte Granula entstehen. Der resultierende frustrane Keratin-Zyklus in der Zellperipherie ist stark beschleunigt und kann durch p38-Inhibierung gestoppt werden. Bei Proteasomeninhibierung wird der Zyklus in Richtung der Granulabildung verschoben. In dieser Arbeit wird erstmals das Keratin-Tretmühlen-Modell vorgestellt, das den regulierbaren Auf- und Abbau-Zyklus des Keratinnetzwerks beschreibt. Damit liegen testbare Hypothesen für die Aufklärung der Keratinfilament-Plastizität in physiologischen und pathologischen Situationen vor, die nach unseren ersten Ergebnissen auch von Relevanz für andere Intermediärfilamenttypen sind.