Identification of a crab gill FXYD2 protein and regulation of crab microsomal Na, K-ATPase activity by mammalian FXYD2 peptide

This investigation discloses the recognition of an FXYD2 protein in a microsomal Na,K-ATPase preparation from the posterior gills of the blue crab, Callinectes danae, by a mammalian (rabbit) FXYD2 peptide specific antibody (gamma C-33) and MALDI-TOF-TOF mass spectrometry techniques. This is the first demonstration of an invertebrate FXYD2 protein. The addition of exogenous pig FXYD2 peptide to the crab gill microsomal fraction stimulated Na,K-ATPase activity in a dose-dependent manner. Exogenous pig FXYD2 also considerably increased enzyme affinity for K+, ATP and N-4(+)center dot K-0.5 for Na+ was unaffected. Exogenous pig FXYD2 increased the V-max for stimulation of gill Na,K-ATPase activity by Na+, K+ and ATP, by 30% to 40%. The crab gill FXYD2 is phosphorylated by PKA, suggesting a regulatory function similar to that known for the mammalian enzyme. The PKA-phosphorylated pig FXYD2 peptide stimulated the crab gill Na,K-ATPase activity by 80%, about 2-fold greater than did the non-phosphorylated peptide. Stimulation by the PKC-phosphorylated pig FXYD2 peptide was minimal. These findings confirm the presence of an FXYD2 peptide in the crab gill Na, K-ATPase and demonstrate that this peptide plays an important role in regulating enzyme activity. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

1,4-Diamino-2-butanone, a putrescine analogue, promotes redox imbalance in Trypanosoma cruzi and mammalian cells

The putrescine analogue 1,4-diamino-2-butanone (DAB) is highly toxic to various microorganisms, including Trypanosoma cruzi. Similar to other a-aminocarbonyl metabolites. DAB exhibits pro-oxidant properties. DAB undergoes metal-catalyzed oxidation yielding H2O2, NH4+ ion, and a highly toxic alpha-oxoaldehyde. In vitro. DAB decreases mammalian cell viability associated with changes in redox balance. Here, we aim to clarify the DAB pro-oxidant effects on trypomastigotes and on intracellular T. cruzi amastigotes. DAB (0.05-5 mM) exposure in trypomastigotes, the infective stage of T. cruzi, leads to a decline in parasite viability (IC50 c.a. 0.2 mM DAB; 4 h incubation), changes in morphology, thiol redox imbalance, and increased TcSOD activity. Medium supplementation with catalase (2.5 mu M) protects trypomastigotes against DAB toxicity, while host cell invasion by trypomastigotes is hampered by DAB. Additionally, intracellular amastigotes are susceptible to DAB toxicity. Furthermore, pre-treatment with 100-500 mu M buthionine sulfoximine (BSO) of LLC-MK2 potentiates DAB cytotoxicity, whereas 5 mM N-acetyl-cysteine (NAC) protects cells from oxidative stress. Together, these data support the hypothesis that redox imbalance contributes to DAB cytotoxicity in both T. cruzi and mammalian host cells. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Relative CO(2)/NH(3) selectivities of mammalian aquaporins 0-9

Previous work showed that aquaporin 1 (AQP1), AQP4-M23, and AQP5 each has a characteristic CO(2)/NH(3) and CO(2)/H(2)O permeability ratio. The goal of the present study is to characterize AQPs 0-9, which traffic to the plasma membrane when heterologously expressed in Xenopus oocytes. We use video microscopy to compute osmotic water permeability (P(f)) and microelectrodes to record transient changes in surface pH (ΔpH(S)) caused by CO(2) or NH(3) influx. Subtracting respective values for day-matched, H(2)O-injected control oocytes yields the channel-specific values P(f)* and ΔpH(S)*. We find that P(f)* is significantly >0 for all AQPs tested except AQP6. (ΔpH(S)*)(CO(2)) is significantly >0 for AQP0, AQP1, AQP4-M23, AQP5, AQP6, and AQP9. (ΔpH(S)*)(NH(3)) is >0 for AQP1, AQP3, AQP6, AQP7, AQP8, and AQP9. The ratio (ΔpH(S)*)(CO(2))/P(f)* falls in the sequence AQP6 (∞) > AQP5 > AQP4-M23 > AQP0 ≅ AQP1 ≅ AQP9 > others (0). The ratio (ΔpH(S)*)(NH(3))/P(f)* falls in the sequence AQP6 (∞) > AQP3 ≅ AQP7 ≅ AQP8 ≅ AQP9 > AQP1 > others (0). Finally, the ratio (ΔpH(S)*)(CO(2))/(-ΔpH(S)*)(NH(3)) falls in the sequence AQP0 (∞) ≅ AQP4-M23 ≅ AQP5 > AQP6 > AQP1 > AQP9 > AQP3 (0) ≅ AQP7 ≅ AQP8. The ratio (ΔpH(S)*)(CO(2))/(-ΔpH(S)*)(NH(3)) is indeterminate for both AQP2 and AQP4-M1. In summary, we find that mammalian AQPs exhibit a diverse range of selectivities for CO(2) vs. NH(3) vs. H(2)O. As a consequence, by expressing specific combinations of AQPs, cells could exert considerable control over the movements of each of these three substances

Rapid screening of potential autophagic inductor agents using mammalian cell lines

Recent progress in understanding the molecular basis of autophagy has demonstrated its importance in several areas of human health. Affordable screening techniques with higher sensitivity and specificity to identify autophagy are, however, needed to move the field forward. In fact, only laborious and/or expensive methodologies such as electron microscopy, dye-staining of autophagic vesicles, and LC3-II immunoblotting or immunoassaying are available for autophagy identification. Aiming to fulfill this technical gap, we describe here the association of three widely used assays to determine cell viability - Crystal Violet staining (CVS), 3-[4, 5-dimethylthiaolyl]-2, 5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) reduction, and neutral red uptake (NRU) - to predict autophagic cell death in vitro. The conceptual framework of the method is the superior uptake of NR in cells engaging in autophagy. NRU was then weighted by the average of MTT reduction and CVS allowing the calculation of autophagic arbitrary units (AAU), a numeric variable that correlated specifically with the autophagic cell death. The proposed strategy is very useful for drug discovery, allowing the investigation of potential autophagic inductor agents through a rapid screening using mammalian cell lines B16-F10, HaCaT, HeLa, MES-SA, and MES-SA/Dx5 in a unique single microplate.

Photobiological effect of low-level laser irradiation in bovine embryo production system

The objectives of this study were to evaluate the effect of low-level laser irradiation (LLLI) on bovine oocyte and granulosa cells metabolism during in vitro maturation (IVM) and further embryo development. Cumulus-oocytes complexes (COCs) were subjected (experimental group) or not (control group) to irradiation with LLLI in a 633-nm wavelength and 1 J/cm2 fluency. The COCs were evaluated after 30 min, 8, 16, and 24 h of IVM. Cumulus cells were evaluated for cell cycle status, mitochondrial activity, and viability (flow cytometry). Oocytes were assessed for meiotic progression status (nuclear staining), cell cycle genes content [real-time polymerase chain reaction (PCR)], and signal transduction status (western blot). The COCs were also in vitro fertilized, and the cleavage and blastocyst rates were assessed. Comparisons among groups were statistically performed with 5% significance level. For cumulus cells, a significant increase in mitochondrial membrane potential and the number of cells progressing through the cycle could be observed. Significant increases on cyclin B and cyclin-dependent kinase (CDK4) levels were also observed. Concerning the oocytes, a significantly higher amount of total mitogen-activated protein kinase was found after 8 h of irradiation, followed by a decrease in all cell cycle genes transcripts, exception made for the CDK4. However, no differences were observed in meiotic progression or embryo production. In conclusion, LLLI is an efficient tool to modulate the granulosa cells and oocyte metabolism

Anticancer drug screening from images of zebrafish embryogenesis

During the previous 10 years, global R&D expenditure in the pharmaceuticals and biotechnology sector has steadily increased, without a corresponding increase in output of new medicines. To address this situation, the biopharmaceutical industry's greatest need is to predict the failures at the earliest possible stage of the drug development process. A major key to reducing failures in drug screenings is the development and use of preclinical models that are more predictive of efficacy and safety in clinical trials. Further, relevant animal models are needed to allow a wider testing of novel hypotheses. Key to this is the developing, refining, and validating of complex animal models that directly link therapeutic targets to the phenotype of disease, allowing earlier prediction of human response to medicines and identification of safety biomarkers. Morehover, well-designed animal studies are essential to bridge the gap between test in cell cultures and people. Zebrafish is emerging, complementary to other models, as a powerful system for cancer studies and drugs discovery. We aim to investigate this research area designing a new preclinical cancer model based on the in vivo imaging of zebrafish embryogenesis. Technological advances in imaging have made it feasible to acquire nondestructive in vivo images of fluorescently labeled structures, such as cell nuclei and membranes, throughout early Zebrafishsh embryogenesis. This In vivo image-based investigation provides measurements for a large number of features at cellular level and events including nuclei movements, cells counting, and mitosis detection, thereby enabling the estimation of more significant parameters such as proliferation rate, highly relevant for investigating anticancer drug effects. In this work, we designed a standardized procedure for accessing drug activity at the cellular level in live zebrafish embryos. The procedure includes methodologies and tools that combine imaging and fully automated measurements of embryonic cell proliferation rate. We achieved proliferation rate estimation through the automatic classification and density measurement of epithelial enveloping layer and deep layer cells. Automatic embryonic cells classification provides the bases to measure the variability of relevant parameters, such as cell density, in different classes of cells and is finalized to the estimation of efficacy and selectivity of anticancer drugs. Through these methodologies we were able to evaluate and to measure in vivo the therapeutic potential and overall toxicity of Dbait and Irinotecan anticancer molecules. Results achieved on these anticancer molecules are presented and discussed; furthermore, extensive accuracy measurements are provided to investigate the robustness of the proposed procedure. Altogether, these observations indicate that zebrafish embryo can be a useful and cost-effective alternative to some mammalian models for the preclinical test of anticancer drugs and it might also provides, in the near future, opportunities to accelerate the process of drug discovery.

Investigations on formation and specification of neural precursor cells in the central nervous system of the Drosophila melanogaster embryo

Investigations on formation and specification of neural precursor cells in the central nervous system of the Drosophila melanogaster embryoSpecification of a unique cell fate during development of a multicellular organism often is a function of its position. The Drosophila central nervous system (CNS) provides an ideal system to dissect signalling events during development that lead to cell specific patterns. Different cell types in the CNS are formed from a relatively few precursor cells, the neuroblasts (NBs), which delaminate from the neurogenic region of the ectoderm. The delamination occurs in five waves, S1-S5, finally leading to a subepidermal layer consisting of about 30 NBs, each with a unique identity, arranged in a stereotyped spatial pattern in each hemisegment. This information depends on several factors such as the concentrations of various morphogens, cell-cell interactions and long range signals present at the position and time of its birth. The early NBs, delaminating during S1 and S2, form an orthogonal array of four rows (2/3,4,5,6/7) and three columns (medial, intermediate, and lateral) . However, the three column and four row-arrangement pattern is only transitory during early stages of neurogenesis which is obscured by late emerging (S3-S5) neuroblasts (Doe and Goodman, 1985; Goodman and Doe, 1993). Therefore the aim of my study has been to identify novel genes which play a role in the formation or specification of late delaminating NBs.In this study the gene anterior open or yan was picked up in a genetic screen to identity novel and yet unidentified genes in the process of late neuroblast formation and specification. I have shown that the gene yan is responsible for maintaining the cells of the neuroectoderm in an undifferentiated state by interfering with the Notch signalling mechanism. Secondly, I have studied the function and interactions of segment polarity genes within a certain neuroectodermal region, namely the engrailed (en) expressing domain, with regard to the fate specification of a set of late neuroblasts, namely NB 6-4 and NB 7-3. I have dissected the regulatory interaction of the segment polarity genes wingless (wg), hedgehog (hh) and engrailed (en) as they maintain each other’s expression to show that En is a prerequisite for neurogenesis and show that the interplay of the segmentation genes naked (nkd) and gooseberry (gsb), both of which are targets of wingless (wg) activity, leads to differential commitment of NB 7-3 and NB 6-4 cell fate. I have shown that in the absence of either nkd or gsb one NB fate is replaced by the other. However, the temporal sequence of delamination is maintained, suggesting that formation and specification of these two NBs are under independent control.

Markierung der Zellinien im Embryo von Platynereis

Die Zellgenealogie des Polychaeten Platynereis dumerilii wurde durch Farbstoffinjektion in die Blastomeren des 2-, 4- und 8-Zellstadiums, sowie die Zellen 2d, 2d112, 4d und 4d1 untersucht. Injektionen gelangen durch Aufweichung der Vitellinhülle mittels Dithioerythritol und Trypsin. Die injizierten Keime wurden zur Trochophora bzw zum dreisegmentigen Jungwurm aufgezogen, fixiert und mit dem konfokalen Rasterlichtmikroskop dreidimensional aufgenommen. Die animal-vegetale Achse des Frühkeims entspricht der antero-posterioren Achse des Jungwurms. Die Mikromeren des ersten Quartetts sind radiär um die antero-posteriore Achse angeordnet und bilden den Kopf. Die Mikromere 2d proliferiert bilateralsymmetrisch von der dorsalen Mittellinie aus und liefert das gesamte Rumpfektoderm. Indirekt ließ sich ableiten, daß die Mikromeren 2a1 bis 2c1 schmale ektodermale Streifen zwischen Kopf und Rumpf bilden und aus 2a2 und 2c2 das ektodermale Stomodaeum hervorgeht. Die Mikromeren des dritten Quartetts sowie möglicherweise 2b2 bilden 'Ektomesoderm'. 4d proliferiert ebenfalls bilateralsymmetrisch von der dorsalen Mittellinie aus zum Rumpfmesoderm und liefert vielleicht noch kleine Beiträge zum Aufbau des Darmes. Der Mitteldarm stammt von den dotterreichen Makromeren 4A bis 4D.

Endogene DNA-Schädigung als Ursache genetischer Instabilität

Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt Untersuchungen über die zellulären Mechanismen, die zur Bildung dieser DNA-Schäden führen, sowie über die biologischen Auswirkungen dieser Schäden. Die Untersuchungen zu Uracil in der DNA wurden in ung-knockout-MEFs und Mäusen durchgeführt, die es erlauben, die Konsequenzen eines Ausfalls der wichtigsten Reparaturglykosylase für Uracil zu beleuchten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation von Uracil in den ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zum Wildtyp. In frisch isolierten Leber- und Milzzellen der Mäuse konnte dieser genotypspezifische Unterschied, wenn auch weniger ausgeprägt, ebenso beobachtet werden, nicht jedoch in reifen Spermien. Dieser gewebespezifische Unterschied und die quantitativ stärker ausgeprägte Akkumulation in ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zu den Mäusegeweben gab Anlass zur Vermutung, dass die Proliferation der Zellen für den Haupteintrag an Uracil in die DNA verantwortlich ist. Erstmals konnte in Versuche mit konfluenten (nicht mehr proliferierenden) ung-/--Mausfibroblasten gezeigt werden, dass nicht die spontane hydrolytische Desaminierung von Cytosin, sondern der Fehleinbau von dUMP während der DNA-Replikation die Hauptquelle für Uracil in der DNA von Säugerzellen darstellt. Da der Uracilmetabolismus ein wichtiges Target in der Chemotherapie ist, lag es nahe, das zur Verfügung stehende ung-knockout-Modell der MEFs zur Untersuchung mit Fluorpyrimidinen, die als Zytostatika verwendet werden, einzusetzen. Da bisher die Ursachen der beobachteten Apoptose der Tumorzellen und aller anderen metabolisch hochaktiven Zellen eines behandelten Organismus noch nicht vollständig verstanden ist, wurden diese Zellen mit verschiedenen Fluorpyrimidinen behandelt, die als Thymidylatsynthasehemmer die de novo Synthese von Thymidin unterbinden. Es konnte gezeigt werden, dass ung-/- Mausfibroblasten, im Gegensatz zu ung+/+ Mausfibroblasten, verstärkt Uracil in der DNA akkumulieren. Obwohl die ung+/+ Mausfibroblasten keine erhöhten Uracil-Spiegel in der DNA aufwiesen, zeigten sie bei Inkubation mit einem der beiden Thymidylatsynthasehemmern, 5-Fluoruracil (5-FU), die gleiche Sensitivität in einem nachfolgenden Proliferationsversuch wie die ung-/- Mausfibroblasten. Dies lässt darauf schließen, dass weder Reparatur noch Einbau von Uracil in die DNA für die beobachtete Toxizität dieser Zytostatika notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung des DNA-schädigenden Potenzials endogener ROS, die aus dem Fremdstoffmetabolismus stammen. Dazu wurden V79-Zellen verwendet, die mit dem humanen Enzym Cytochrom 2E1 (CYP2E1) transfiziert wurden (V79 CYP2E1) sowie Zellen, die ebenfalls durch Transfektion das humane Enzym Cytochromreduktase (auch Oxidoreduktase genannt) überexprimieren (V79 hOR). Beide Enzyme sind zusammen an der Hydroxylierung von Fremdstoffen beteiligt, bei der die Reduktion von molekularem Sauerstoff durch Übertragung von zwei Elektronen notwendig ist. Wird anstatt zweier Elektronen in Folge nur eines auf den Sauerstoff übertragen, so führt dieser von der Substratoxygenierung enkoppelte Vorgang zur Bildung von Superoxid. Daher galt es zu klären, ob das so erzeugte Superoxid und daraus gebildete ROS in der Lage sind, die DNA zu schädigen. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von CYP2E1 nicht zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden führt und die Metabolisierung von Ethanol durch dieses Enzym ebenfalls keine DNA-Modifikationen verursacht. Die Überexpression der Cytochromreduktase hingegen führte gegenüber dem Wildtyp zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer Basenmodifikationen nach Depletion von Glutathion, einem wichtigen zellulären Antioxidans. Im Mikrokerntest, der gentoxische Ereignisse wie Chromosomenbrüche in Zellen aufzeigt, zeigte sich schon ohne Glutathion-Depletion eine doppelt so hohe Mikrokernrate im Vergleich zum Wildtyp. In weiteren Versuchen wurden die V79-hOR-Zellen mit dem chinoiden Redoxcycler Durochinon inkubiert, um zu untersuchen, ob das vermutlich durch die Reduktase vermittelte Redoxcycling über Generierung von ROS in der Lage ist, einen oxidativen DNA-Schaden und Toxizität zu verursachen. Hier zeigte sich, dass die Überexpression der Reduktase Voraussetzung für Toxizität und den beobachteten DNA-Schaden ist. Die Wildtyp-Zellen zeigten weder einen DNA-Schaden noch Zytotoxizität, auch eine zusätzliche Glutathion-Depletion änderte nichts an dem Befund. Die V79-hOR-Zellen hingegen reagierten auf die Inkubation mit Durochinon mit einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Einzelstrangbrüche und oxidativen Basenmodifikationen, wobei sich der DNA-Schaden durch vorherige Glutathion-Depletion verdoppeln ließ.

Processing of O 6 - methylguanine in mammalian cells

DNA methylating compounds are widely used as anti-cancer chemotherapeutics. The pharmaceutical critical DNA lesion induced by these drugs is O6-methylguanine (O6MeG). O6MeG is highly mutagenic and genotoxic, by triggering apoptosis. Despite the potency of O6MeG to induce cell death, the mechanism of O6MeG induced toxicity is still poorly understood. Comparing the response of mouse fibroblasts wild-type (wt) and deficient for ataxia telangiectasia mutant protein (ATM), a kinase responsible for both the recognition and the signalling of DNA double-strand breaks (DSBs), it was shown that ATM deficient cells are more sensitive to the methylating agents N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG), methyl methansulfonate (MMS) and the anti-cancer drug temozolomide, in both colony formation and apoptosis assays. This clearly shows that DSBs are involved in O6MeG toxicity. By inactivating the O6MeG repair enzyme O6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) with the specific inhibitor O6-benzylguanine (O6BG), ATM wt and deficient cells became more sensitive to MNNG and MMS. The opposite effect was observed when over-expressing MGMT in ATM -/- cells. The results show that O6MeG is the critical DNA lesion causing death in ATM cells following MNNG treatment, and is partially responsible for the toxicity observed following MMS treatment. Furthermore, by inhibiting the ATM kinase activity with caffeine, it was shown that the resistance of wt cells to MNNG was due to the kinase activity of ATM, as wt cells underwent more apoptosis following methylating agent treatment in the presence of caffeine. Apoptosis and caspase-3 activation were late events, starting 48h after treatment. This lends support to the model where O6MeG lesions are converted into DSBs during replication. As ATM wt and deficient cells showed similar G2/M blockage and Chk1 activation following MNNG and MMS treatment, it was concluded that the protective effect of ATM is not due to cell cycle progression control. The hypersensitivity of ATM deficient cells was accompanied by their inability to activate the anti-apoptotic NFkB pathway. In a second part of this study, it was shown that the inflammatory cytokine IL-1 up-regulates the DNA repair gene apurinic endonuclease 2 (APEX2). Up-regulation of APEX2 occurred by transcriptional regulation as it was abrogated by actinomycin D. APEX2 mRNA accumulation was accompanied by increase in APEX2 protein level. IL-1 induced APEX2 expression as well as transfection of cells with APEX2 cDNA positively correlated with a decrease in apoptosis after treatment with genotoxic agents, particularly affecting cell death after H2O2. This indicates an involvement of APEX2 in the BER pathway in cells responding to IL-1.

Funktionelle Analyse der Gliazellwanderung im Drosophila-Embryo

Gliazellen kommen in allen höheren Organismen vor und sind sowohl für die korrekte Entwicklung, als auch für die Funktionalität des adulten Nervensystems unerlässlich. Eine der mannigfachen Funktionen dieses Zelltyps ist die Umhüllung von Axonen im zentralen und peripheren Nervensystem (ZNS und PNS). Um eine vollständige Umhüllung zu gewährleisten, wandern Gliazellen während der Neurogenese zum Teil über enorme Distanzen von ihrem Entstehungsort aus. Dies trifft insbesondere auf die Gliazellen zu, durch deren Membranausläufer die distalen Axonbereiche der peripheren Nerven isoliert werden.rnIn dieser Arbeit wurde die Migration von Gliazellen anhand des Modelorganismus Drosophila untersucht. Ein besonderes Interesse galt dabei der Wanderung einer distinkten Population von Gliazellen, den sogenannten embryonalen Peripheren Gliazellen (ePG). Die ePGs werden überwiegend im sich entwickelnden ventralen Bauchmark geboren und wandern anschließend entlang der peripheren Nerventrakte nach dorsal aus, um diese bis zum Ende der Embryogenese zu umhüllen und dadurch die gliale Blut-Nerv-Schranke zu etablieren. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, neue Faktoren bzw. Mechanismen aufzudecken, durch welche die Migration der ePGs reguliert wird. Dazu wurde zunächst der wildtypische Verlauf ihrer Wanderung detailliert analysiert. Es stellte sich heraus, dass in jedem abdominalen Hemisegment eine invariante Anzahl von 12 ePGs von distinkten neuralen Vorläuferzellen generiert wird, die individuelle Identitäten besitzen und mittels molekularer Marker auf Einzelzellebene identifiziert werden können. Basierend auf der charakteristischen Lage der Zellen erfolgte die Etablierung einer neuen, konsistenten Nomenklatur für sämtliche ePGs. Darüber hinaus offenbarten in vivo Migrationsanalysen, dass die Wanderung individueller ePGs stereotyp verläuft und demzufolge weitestgehend prädeterminiert ist. Die genaue Kenntnis der wildtypischen ePG Migration auf Einzelzellebene diente anschließend als Grundlage für detaillierte Mutantenanalysen. Anhand derer konnte für den ebenfalls als molekularen Marker verwendeten Transkriptionsfaktor Castor eine Funktion als zellspezifische Determinante für die korrekte Spezifizierung der ePG6 und ePG8 nachgewiesen werden, dessen Verlust in einem signifikanten Migrationsdefekt dieser beiden ePGs resultiert. Des Weiteren konnte mit Netrin (NetB) der erste diffusible und richtungsweisende Faktor für die Migration von ePGs enthüllt werden, der in Interaktion mit dem Rezeptor Uncoordinated5 speziell die Wanderung der ePG6 und ePG8 leitet. Die von den übrigen Gliazellen unabhängige Navigation der ePG6 und ePG8 belegt, dass zumindest die Migration von Gruppen der ePGs durch unterschiedliche Mechanismen kontrolliert wird, was durch die Resultate der durchgeführten Ablationsexperimente bestätigt wird. rnFerner konnte gezeigt werden, dass während der frühen Gliogenese eine zuvor unbekannte, von Neuroblasten bereitgestellte Netrinquelle an der initialen Wegfindung der Longitudinalen Gliazellen (eine Population Neuropil-assoziierter Gliazellen im ZNS) beteiligt ist. In diesem Kontext erfolgt die Signaldetektion bereits in deren Vorläuferzelle, dem Longitudinalen Glioblasten, zellautonom über den Rezeptor Frazzled. rnFür künftige Mutantenscreens zur Identifizierung weiterer an der Migration der ePGs beteiligter Faktoren stellt die in dieser Arbeit präsentierte detaillierte Beschreibung eine wichtige Grundlage dar. Speziell in Kombination mit den vorgestellten molekularen Markern liefert sie die Voraussetzung dafür, individuelle ePGs auch im mutanten Hintergrund zu erfassen, wodurch selbst subtile Phänotypen überhaupt erst detektiert und auf Einzelzellebene analysiert werden können. Aufgrund der aufgezeigten voneinander unabhängigen Wegfindung, erscheinen Mutantenanalysen ohne derartige Möglichkeiten wenig erfolgversprechend, da Mutationen vermutlich mehrheitlich die Migration einzelner oder weniger ePGs beeinträchtigen. Letzten Endes wird somit die Aussicht verbessert, weitere neuartige Migrationsfaktoren im Modellorganismus Drosophila zu entschlüsseln, die gegebenenfalls bis hin zu höheren Organismen konserviert sind und folglich zum Verständnis der Gliazellwanderung in Vertebraten beitragen.

Untersuchungen zur Expression und Lokalisation der respiratorischen Proteine Neuroglobin (Ngb) und Cytoglobin (Cygb) in Säugern

Die vorliegende Dissertation beinhaltet Untersuchungen zur Expression und Funktion der respiratorischen Proteine Neuroglobin (Nbg) und Cytoglobin (Cygb) in Vertebraten. rnrnUm die Expression der Globine während der Entwicklung des Säugerhirns zu untersuchen, wurden die Hirne von Maus-Embryonen ab dem Fötalstadium MF10 bis zum Tag eins nach der Geburt (T1) mit Adulttieren verglichen. Quantifiziert wurde sowohl die mRNA- als auch die Protein-Expression. Beide Globine zeigten im Verlauf der Entwicklung einen stetigen Anstieg der mRNA-Expression, wobei Ngb zu Beginn in zehnfach höherer Konzentration vorlag und im zeitlichen Verlauf einen 130-fachen Anstieg zeigte. Cygb zeigte lediglich einen 16-fachen Anstieg bis zum Adultstadium. Auf Proteinebene konnte die Expressionszunahme beider Globine im Laufe der Entwicklung bestätigt werden. Weder in den hypoxieresistenten Frühembryonalstadien noch während der mit Sauerstoff-Stress verbundenen Geburt zeigte sich ein Expressionsmaximum. Dies spricht gegen eine Globin-Funktion in der Oxidanz-Abwehr. Eher ist zumindest Ngb mit der Reifung der Neurone und dem damit einhergehenden, gesteigerten oxidativen Stoffwechsel assoziiert.rnrnDes Weiteren sollte die zelluläre und intrazelluläre Lokalisation beider Globine anhand einer primären Zellkultur aus dem Hippocampus pränataler Ratten und in immortalen Zelllinien untersucht werden. Neuroglobin wurde dabei nur in Neuronen, nicht jedoch in Gliazellen nachgewiesen. Das Färbemuster war in allen Ngb-exprimierenden Zellen zytoplasmatisch. Cytoglobin wurde in der Primärkultur in den Neuronen jedoch ebenso in den mit anti-GFAP markierten Gliazellen beobachtet. In beiden Zellpopulationen war auch der Kern durch das CyGB-Antiserum markiert. rnEine genauere Untersuchung der intrazellulären Lokalisation sollte durch die Transfektion von Globin-pEGFP-Fusionsproteinen erfolgen. Nach Transfektion der Fusionskonstrukte wurde die GFP-Färbung bei beiden Globinen sowohl im Zytoplasma als auch im Kern beobachtet. Eine rein nukleäre Lokalisation, die insbesondere für Cygb von anderen Autoren postuliert wurde, konnte somit ausgeschlossen werden. rnrnIn primären Zellkulturen aus Cerebellum und Kortex, die mit Hilfe von Paraquat oxidativem Stress ausgesetzt wurden, wurde der Verlauf der Globin-mRNA-Expression mit dem unregulierten 18s rRNA-Referenzgen und mit den Antioxidanz-Enzymen Cu-Zn-SOD und Gpx verglichen. Neuroglobin zeigte einen Expressionsverlauf ähnlich dem der beiden Antioxidanz-Enzyme, jedoch liegt seine mRNA im Hirngewebe in hundertfach niedrigerer Menge als Cu-Zn-SOD und Gpx vor. Cytoglobin zeigte keine Veränderung der Expression. Eine Funktion der Globine im Sinne einer ROS-Abwehr kann aus den Befunden nicht abgeleitet werden. rnrnUntersuchungen von Tumor und Normalgewebe mittels eines cDNA-Cancer-Arrays zeigten, dass NGB in Tumoren verschiedenen Ursprungs nicht exprimiert wird, CyGB dagegen keine Änderung seiner Expression in Tumor versus Normalgewebe erfährt. Eine Induktion der beiden Globine z.B. durch Hypoxie in soliden Tumoren kann daher ausgeschlossen werden.rn