Malakoplakia after renal transplantation in the current era of immunosuppressive therapy: case report and literature review

Malakoplakia is a rare chronic granulomatous disease of unknown cause. It is thought to be caused by an acquired bactericidal defect of macrophages. Malakoplakia is associated with chronic infections and immunosuppression. Although it occurs mainly in the urinary tract, it has already been reported in almost every organ system. The isolation of bacteria, especially Escherichia coli, is common in malakoplakia patients. Here, we present a case of primary cutaneous malakoplakia in a kidney transplant recipient who had been taking prednisone, tacrolimus, and mycophenolate. Culture of a lesion grew Burkholderia cepacia complex. Treatment with high doses of trimethoprim-sulfamethoxazole was successful. We also present a systematic review of the literature, identifying 4 previously reported cases of malakoplakia after renal transplantation under similar immunosuppressive therapy, most occurring in the urinary tract or perineum and following benign courses to cure. Data in the literature suggest that malakoplakia has become even rarer since changes were made in the immunosuppressive therapy employed after kidney transplantation.

Serum amyloid A is a growth factor for 3T3-L1 adipocytes, inhibits differentiation and promotes insulin resistance

BACKGROUND/OBJECTIVES: Serum amyloid A (SAA) is an acute-phase protein that has been recently correlated with obesity and insulin resistance. Therefore, we first examined whether human recombinant SAA (rSAA) could affect the proliferation, differentiation and metabolism of 3T3-L1 preadipocytes. DESIGN: Preadipocytes were treated with rSAA and analyzed for changes in viability and [H-3-methyl]-thymidine incorporation as well as cell cycle perturbations using flow cytometry analysis. The mRNA expression profiles of adipogenic factors during the differentiation protocol were also analyzed using real-time PCR. After differentiation, 2-deoxy-[1,2-H-3]-glucose uptake and glycerol release were evaluated. RESULTS: rSAA treatment caused a 2.6-fold increase in cell proliferation, which was consistent with the results from flow cytometry showing that rSAA treatment augmented the percentage of cells in the S phase (60.9 +/- 0.54%) compared with the control cells (39.8 +/- 2.2%, ***P<0.001). The rSAA-induced cell proliferation was mediated by the ERK1/2 signaling pathway, which was assessed by pretreatment with the inhibitor PD98059. However, the exposure of 3T3-L1 cells to rSAA during the differentiation process resulted in attenuated adipogenesis and decreased expression of adipogenesis-related factors. During the first 72 h of differentiation, rSAA inhibited the differentiation process by altering the mRNA expression kinetics of adipogenic transcription factors and proteins, such as PPAR gamma 2 (peroxisome proliferator-activated receptor gamma 2), C/EBP beta (CCAAT/enhancer-binding protein beta) and GLUT4. rSAA prevented the intracellular accumulation of lipids and, in fully differentiated cells, increased lipolysis and prevented 2-deoxy-[1,2-H-3]-glucose uptake, which favors insulin resistance. Additionally, rSAA stimulated the secretion of proinflammatory cytokines interleukin 6 and tumor necrosis factor alpha, and upregulated SAA3 mRNA expression during adipogenesis. CONCLUSIONS: We showed that rSAA enhanced proliferation and inhibited differentiation in 3T3-L1 preadipocytes and altered insulin sensitivity in differentiated cells. These results highlight the complex role of SAA in the adipogenic process and support a direct link between obesity and its co-morbidities such as type II diabetes.

Toll-like receptors 2, 3 and 4 and thymic stromal lymphopoietin expression in fatal asthma

Background Airway inflammation in asthma involves innate immune responses. Toll-like receptors (TLRs) and thymic stromal lymphopoietin (TSLP) are thought to be involved in airway inflammation, but their expression in asthmatics both large and small airways has not been investigated. Objective To analyse the expression of TLR2, TLR3, TLR4 and TSLP in large and small airways of asthmatics and compare their expression in smoking and non-smoking asthmatics; to investigate whether TLR expression is associated with eosinophilic or neutrophilic airway inflammation and with Mycoplasma pneumoniae and Chlamydophila pneumoniae infection. Methods Using immunohistochemistry and image analysis, we investigated TLR2, TLR3, TLR4 and TSLP expression in large and small airways of 24 victims of fatal asthma, FA, (13 non-smokers, 11 smokers) and nine deceased control subjects (DCtrl). TLRs were also measured in 18 mild asthmatics (MA) and 12 healthy controls (HCtrl). M. pneumoniae and C. pneumoniae in autopsy lung tissue were analysed using real-time polymerase chain reaction. Airway eosinophils and neutrophils were measured in all subjects. Results Fatal asthma patients had higher TLR2 in the epithelial and outer layers of large and small airways compared with DCtrls. Smoking asthmatics had lower TLR2 levels in the inner and outer layers of the small airways than non-smoking asthmatics. TSLP was increased in the epithelial and outer layers of the large airways of FA. FA patients had greater TLR3 expression in the outer layer of large airways and greater TLR4 expression in the outer layer of small airways. Eosinophilic airway inflammation was associated with TLR expression in the epithelium of FA. No bacterial DNA was detected in FA or DCtrls. MA and HCtrls had only a small difference in TLR3 expression. Conclusions and Clinical Relevance Increased expression of TLR 2, 3 and 4 and TSLP in fatal asthma may contribute to the acute inflammation surrounding asthma deaths.

SET overexpression decreases cell detoxification efficiency: ALDH2 and GSTP1 are downregulated, DDR is impaired and DNA damage accumulates

Alcohol and tobacco consumption are risk factors for head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Aldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) and glutathione Stransferase pi 1 (GSTP1) are important enzymes for cellular detoxification and low efficiencies are implicated in cancer. We assessed the potential role of SET protein overexpression, a histone acetylation modulator accumulated in HNSCC, in gene regulation and protein activity of ALDH2 and GSTP1. SET was knocked down in HN13, HN12 and Cal27, and overexpressed in HEK293 cells; ethanol and cisplatin were the chemical agents. Cells with SET overexpression (HEK293/SET, HN13 and HN12) showed lower ALDH2 and GSTP1 mRNA levels and trichostatin A increased them (real-time PCR). Ethanol upregulated GSTP1 and ALDH2 mRNAs, whereas cisplatin upregulated GSTP1 in HEK293 cells. SET-chromatin binding revealed SET interaction with ALDH2 and GSTP1 promoters, specifically via SET NAP domain; ethanol and cisplatin abolished SET binding. ALDH2 and GSTP1 efficiency was assessed by enzymatic and comet assay. A lower ALDH2 activity was associated with greater DNA damage (tail intensity) in HEK293/SET compared with HEK293 cells, whereas HN13/siSET showed ALDH2 activity higher than HN13 cells. HN13/siSET cells showed increased tail intensity. Cisplatin-induced DNA damage response showed negative relationship between SET overexpression and BRCA2 recruitment. SET downregulated repair genes ATM, BRCA1 and CHEK2 and upregulated TP53. Cisplatin-induced cell-cycle arrest occurred in G0/G1 and S in HEK293 cells, whereas HEK293/SET showed G2/M stalling. Overall, cisplatin was more cytotoxic for HN13 than HN13/siSET cells. Our data suggest a role for SET in cellular detoxification, DNA damage response and genome integrity.

Identification and expression analysis of microRNAs and targets in the biofuel crop sugarcane

Abstract Background MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory RNAs, some of which are conserved in diverse plant genomes. Therefore, computational identification and further experimental validation of miRNAs from non-model organisms is both feasible and instrumental for addressing miRNA-based gene regulation and evolution. Sugarcane (Saccharum spp.) is an important biofuel crop with publicly available expressed sequence tag and genomic survey sequence databases, but little is known about miRNAs and their targets in this highly polyploid species. Results In this study, we have computationally identified 19 distinct sugarcane miRNA precursors, of which several are highly similar with their sorghum homologs at both nucleotide and secondary structure levels. The accumulation pattern of mature miRNAs varies in organs/tissues from the commercial sugarcane hybrid as well as in its corresponding founder species S. officinarum and S. spontaneum. Using sugarcane MIR827 as a query, we found a novel MIR827 precursor in the sorghum genome. Based on our computational tool, a total of 46 potential targets were identified for the 19 sugarcane miRNAs. Several targets for highly conserved miRNAs are transcription factors that play important roles in plant development. Conversely, target genes of lineage-specific miRNAs seem to play roles in diverse physiological processes, such as SsCBP1. SsCBP1 was experimentally confirmed to be a target for the monocot-specific miR528. Our findings support the notion that the regulation of SsCBP1 by miR528 is shared at least within graminaceous monocots, and this miRNA-based post-transcriptional regulation evolved exclusively within the monocots lineage after the divergence from eudicots. Conclusions Using publicly available nucleotide databases, 19 sugarcane miRNA precursors and one new sorghum miRNA precursor were identified and classified into 14 families. Comparative analyses between sugarcane and sorghum suggest that these two species retain homologous miRNAs and targets in their genomes. Such conservation may help to clarify specific aspects of miRNA regulation and evolution in the polyploid sugarcane. Finally, our dataset provides a framework for future studies on sugarcane RNAi-dependent regulatory mechanisms.

Motor recovery and synaptic preservation after ventral root avulsion and repair with a fibrin sealant derived from snake venom

Background: Ventral root avulsion is an experimental model of proximal axonal injury at the central/peripheral nervous system interface that results in paralysis and poor clinical outcome after restorative surgery. Root reimplantation may decrease neuronal degeneration in such cases. We describe the use of a snake venom-derived fibrin sealant during surgical reconnection of avulsed roots at the spinal cord surface. The present work investigates the effects of this fibrin sealant on functional recovery, neuronal survival, synaptic plasticity, and glial reaction in the spinal motoneuron microenvironment after ventral root reimplantation. Methodology/Principal Findings: Female Lewis rats (7 weeks old) were subjected to VRA and root replantation. The animals were divided into two groups: 1) avulsion only and 2) replanted roots with fibrin sealant derived from snake venom. Post-surgical motor performance was evaluated using the CatWalk system twice a week for 12 weeks. The rats were sacrificed 12 weeks after surgery, and their lumbar intumescences were processed for motoneuron counting and immunohistochemistry (GFAP, Iba-1 and synaptophysin antisera). Array based qRT-PCR was used to evaluate gene regulation of several neurotrophic factors and receptors as well as inflammatory related molecules. The results indicated that the root reimplantation with fibrin sealant enhanced motor recovery, preserved the synaptic covering of the motoneurons and improved neuronal survival. The replanted group did not show significant changes in microglial response compared to VRA-only. However, the astroglial reaction was significantly reduced in this group. Conclusions/Significance: In conclusion, the present data suggest that the repair of avulsed roots with snake venom fibrin glue at the exact point of detachment results in neuroprotection and preservation of the synaptic network at the microenvironment of the lesioned motoneurons. Also such procedure reduced the astroglial reaction and increased mRNA levels to neurotrophins and anti-inflammatory cytokines that may in turn, contribute to improving recovery of motor function.

High-throughput sequencing of small RNA transcriptomes reveals critical biological features targeted by microRNAs in cell models used for squamous cell cancer research

Abstract Background The implication of post-transcriptional regulation by microRNAs in molecular mechanisms underlying cancer disease is well documented. However, their interference at the cellular level is not fully explored. Functional in vitro studies are fundamental for the comprehension of their role; nevertheless results are highly dependable on the adopted cellular model. Next generation small RNA transcriptomic sequencing data of a tumor cell line and keratinocytes derived from primary culture was generated in order to characterize the microRNA content of these systems, thus helping in their understanding. Both constitute cell models for functional studies of microRNAs in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), a smoking-related cancer. Known microRNAs were quantified and analyzed in the context of gene regulation. New microRNAs were investigated using similarity and structural search, ab initio classification, and prediction of the location of mature microRNAs within would-be precursor sequences. Results were compared with small RNA transcriptomic sequences from HNSCC samples in order to access the applicability of these cell models for cancer phenotype comprehension and for novel molecule discovery. Results Ten miRNAs represented over 70% of the mature molecules present in each of the cell types. The most expressed molecules were miR-21, miR-24 and miR-205, Accordingly; miR-21 and miR-205 have been previously shown to play a role in epithelial cell biology. Although miR-21 has been implicated in cancer development, and evaluated as a biomarker in HNSCC progression, no significant expression differences were seen between cell types. We demonstrate that differentially expressed mature miRNAs target cell differentiation and apoptosis related biological processes, indicating that they might represent, with acceptable accuracy, the genetic context from which they derive. Most miRNAs identified in the cancer cell line and in keratinocytes were present in tumor samples and cancer-free samples, respectively, with miR-21, miR-24 and miR-205 still among the most prevalent molecules at all instances. Thirteen miRNA-like structures, containing reads identified by the deep sequencing, were predicted from putative miRNA precursor sequences. Strong evidences suggest that one of them could be a new miRNA. This molecule was mostly expressed in the tumor cell line and HNSCC samples indicating a possible biological function in cancer. Conclusions Critical biological features of cells must be fully understood before they can be chosen as models for functional studies. Expression levels of miRNAs relate to cell type and tissue context. This study provides insights on miRNA content of two cell models used for cancer research. Pathways commonly deregulated in HNSCC might be targeted by most expressed and also by differentially expressed miRNAs. Results indicate that the use of cell models for cancer research demands careful assessment of underlying molecular characteristics for proper data interpretation. Additionally, one new miRNA-like molecule with a potential role in cancer was identified in the cell lines and clinical samples.

Anti-Leishmania infantum IgG Antibody Avidity in Visceral Leishmaniasis

IgG avidity tests are used to discriminate acute from chronic infections. There are few reports on the IgG avidity profile of patients with visceral leishmaniasis (VL). This study investigated the anti-Leishmania IgG avidity in patients with classic VL (n = 10), patients showing clinical cure after treatment (n = 18), and asymptomatic subjects with at least one positive Leishmania test (n = 20). All subjects were from areas in Brazil where VL is endemic. Serum samples were collected from each subject on two different occasions. IgG avidity was evaluated by Western blotting. The proportion of high-avidity antibodies was higher in all samples from patients with classic VL. In contrast, low-avidity antibodies predominated in subjects with a history of VL, including 13 cases (72.2%) in the first assessment and 14 (77.8%) in the second. Fifteen (75%) of the asymptomatic subjects presented a predominance of low-avidity antibodies in the first assessment, and the frequency of high-avidity antibodies increased over time in seven subjects (35%) of this group. Antibodies against the 14- and/or 16-kDa antigen fraction were detected in the first assessment in all patients with classic VL, in 10 (55.5%) treated patients, and in 10 (50%) asymptomatic subjects. These were high-avidity antibodies in most cases. In the asymptomatic group, an increase in IgG avidity against the 14- and/or 16-kDa antigen fraction was observed in three cases (15%). The results indicate distinct responses in infected and asymptomatic subjects, probably associated with the length of time after infection. In this respect, IgG avidity tests represent a new approach to better characterize asymptomatic VL.

Mechanismen der Caveolin-Genregulation in neuralen Zellsystemen

Caveolae sind vesikuläre Invaginationen der eukaryontischen Zellmembran, die bei einer Vielzahl zellbiologischer Prozesse eine bedeutende Rolle spielen. Die strukturellen und funktionellen Hauptbestandteile der Caveolae sind die Caveolin-Proteine, welche von drei homologen Genen (Caveolin-1,-2,-3) kodiert werden. Die Caveoline stellen die Struktur-Organisatoren der Caveolae dar, und regulieren direkt die Aktivität von zahlreichen Caveolae-assoziierten Rezeptorproteinen und Signalmolekülen. Oftmals werden die pleiotropen Effekte der Caveoline über eine Veränderung der Caveolin-Genexpressionsstärke moduliert. In der vorliegenden Arbeit wurden drei unterschiedliche biologische Steuerfaktoren identifiziert, unter deren Kontrolle die Caveolin-Genexpression in neuralen Zellsystemen steht. Bei diesen Faktoren handelt es sich um das Steroidhormon Oestrogen und seine Rezeptoren, den Wachstumsfaktor TGFa und den sekundären Botenstoff zyklisches AMP (cAMP). Oestrogen wirkt über die Aktivierung von Oestrogen-Rezeptoren (ERs) im zentralen Nervensystem in der Regel als neurotropher Faktor. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmalig gezeigt werden, daß in humanen Neuroblastom-Zellen (SK-N-MC) die stabile, rekombinante Expression des ERa-Subtyps zu einer drastischen Reduktion der Caveolin-1/-2-Transkription führt, und daß in der Folge die zelluläre Caveolin-Biosynthese eingestellt wird. Eine Analyse des Caveolin-1-Gens ergab, daß einhergehend mit der Inaktivierung der Caveolin-1-Transkription eine Vielzahl der im Promoter enthaltenen CpG-Dinukleotide methyliert vorliegen. Durch pharmakologische Inhibition der nukleären DNA-Methyltransferasen sowie der Histon-Deacetylasen konnte die Caveolin-1-Transkription teilweise wiederhergestellt werden. Diese Befunde lassen auf die Existenz eines DNA-Methylierungs-abhängigen Stilllegungsmechanismus der Caveolin-Genexpression durch ERa schließen. Dagegen führte die Überexpression des ERb-Subtyps in SK-N-MC-Zellen zu keiner Veränderung der Caveolin-1/-2-Expression. Interessanterweise wurde die supprimierende Wirkung des ERa durch die gleichzeitige Überexpression des ERb vollständig aufgehoben. Der mitogene Wachstumsfaktor TGFa wurde als zweites extrazelluläres Signalmolekül identifiziert, welches eine Reduktion der Caveolin-1/-2-Genexpression bewirkt. In primären kortikalen Astrozyten konnte gezeigt werden, daß TGFa seine supprimierende Wirkung auf die Caveolin-1-Expression partiell über die Aktivierung des PI3-Kinase-abhängigen Signalweges vermittelt. Zudem wurde die supprimierende Wirkung von TGFa durch einen Inhibitior der Histon-Deacetylasen relativiert. Daher scheinen sowohl für den ERa als auch für TGFa epigenetische Prozesse bei der Suppression der Caveolin-1-Genexpression eine entscheidende Rolle zu spielen. Intrazellulär wirkte neben der PI3-Kinase auch der Botenstoff cAMP in kortikalen Astrozyten als Suppressor der Caveolin-Genexpression. Es wäre denkbar, daß die Caveolin-Suppression funktioneller Bestandteil des seit langem etablierten Effekts der cAMP-induzierten Astrozyten-Differenzierung ist. Desweiteren wiesen der cAMP- und TGFa-abhängige Signalweg ein überlappendes, Gehirnregion-spezifisches Regulationsprofil der Caveolin-Expression in Astrozyten auf: während in Kortex und Striatum eine Regulation durch cAMP und TGFa erfolgte, blieb diese in Klein- und Zwischenhirn aus. Somit bewirken drei zentrale regulatorische Faktoren der Proliferation und Differenzierung neuraler Zellen eine Reduktion in der Konzentration der pleiotrop funktionellen Caveoline. Zukünftige Studien müssen zeigen, inwieweit die reduzierte Caveolin-Expression für die morphologischen und biochemischen Primärwirkungen dieser Faktoren während der Entwicklung und im Zuge der Tumorgenese mitverantwortlich ist. Außerdem könnten über die Beobachtungen der zellbiologischen Auswirkungen reduzierter Caveolin-Spiegel neue Erkenntnisse über die Funktion dieser Proteine gewonnen werden.

Der Carrier DcuB als zweiter Sensor des Zweikomponentensystems DcuSR in Escherichia coli

Escherichia coli kann C4-Dicarboxylate und andere Carbonsäuren als Substrate für den aeroben und anaeroben Stoffwechsel nutzen. Die Anwesenheit von C4-Dicarboxylaten im Außenmedium wird über das Zweikomponentensystem DcuSR, bestehend aus der membranständigen Sensorkinase DcuS und dem cytoplasmatischen Responseregulator DcuR, erkannt. Die Bindung von C4-Dicarboxylaten an die periplasmatische Domäne von DcuS führt zu einer Induktion der Zielgene. Hierzu zählen die Gene für den anaeroben Fumarat/Succinat-Antiporter DcuB (dcuB), die anaerobe Fumarase (fumB) und die Fumaratreduktase (frdABCD). Unter aeroben Bedingungen stimuliert DcuSR die Expression des dctA Gens, das für den aeroben C4-Dicarboxylat-Carrier DctA kodiert. Für den Carrier DcuB konnte eine regulatorische Funktion bei der Expression der DcuSR-regulierten Gene gezeigt werden. Die Inaktivierung des dcuB Gens führte bereits ohne Fumarat zu einer maximalen Expression einer dcuB´-´lacZ Reportergenfusion und anderer DcuSR-abhängiger Gene. Diese Stimulierung erfolgte nur in einem dcuS-positiven Hintergrund. DcuB unterscheidet sich damit von den alternativen Carriern DcuA und DcuC, die diesen Effekt nicht zeigten. Mithilfe ungerichteter Mutagenese wurden DcuB-Punktmutanten hergestellt (Thr394Ile und Asp398Asn), die eine Geninduktion verursachten, aber eine intakte Transportfunktion besaßen. Dies zeigt, dass der regulatorische Effekt von DcuB unabhängig von dessen Transportfunktion ist. Durch gerichtete Mutagenese wurde die Funktion einer Punktmutation (Thr394) näher charakterisiert. Es werden zwei Modelle zur Membrantopologie von DcuB und der Lage der Punktmutationen im Protein vorgestellt. Da DcuB seine regulatorische Funktion über eine Interaktion mit DcuS vermitteln könnte, wurden mögliche Wechselwirkungen zwischen DcuB und DcuS als auch DcuR mithilfe von Two-Hybrid-Systemen untersucht. Für biochemische Untersuchungen von DcuB wurde außerdem die Expression des Proteins in vivo und in vitro versucht. Unter aeroben Bedingungen beeinflusst der C4-Dicarboxylat-Carrier DctA die Expression der DcuSR-abhängigen Gene. Eine Mutation des dctA Gens bewirkte eine stärkere Expression einer dctA´-´lacZ Reportergenfusion im Vergleich zum Wildtyp. Diese Expression nahm in einem dcuS-negativen Hintergrund ab, die Succinat-abhängige Induktion blieb jedoch erhalten. Unter anaeroben Bedingungen kann das dctA Gen auch durch Inaktivierung von DcuB induziert werden. Es wird ein Modell vorgestellt, das die Beteiligung beider Carrier an der DcuSR-abhängigen Regulation erklärt.

Charakterisierung der Apolipoprotein J-Genregulation in Fibroblasten und glatten Gefäßmuskelzellen durch nekrotische Zellen und Toll-like Rezeptoren

Apolipoprotein J (ApoJ) ist ein sezerniertes heterodimeres 80kDa Glykoprotein mit zytoprotektiven und antiinflammatorischen Eigenschaften, das ein nahezu ubiquitäres Expressionsmuster aufweist. Eine stark erhöhte ApoJ-Expression ist mit neurodegenerativen Erkrankungen, Atherosklerose, myokardialem Infarkt sowie einer Vielzahl anderer pathophysiologischer Bedingungen assoziiert. Die potentielle Bedeutung von ApoJ umfasst eine Funktion als extrazelluläres Chaperon, Komplementinhibitor, NF-kB-Inhibitor sowie eine Beteiligung an der Endozytose von nekrotischen Zellfragmenten. Unter Bedingungen, die zu einer massiven Akkumulation von absterbenden Zellen führen, ist eine vermehrte Expression von ApoJ auf die überlebenden Nachbarzellen in den betroffenen Geweben beschränkt. Die molekularen Mechanismen, die dieser gesteigerten ApoJ-Genexpression zugrunde liegen, sind jedoch unbekannt. Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe konnten zeigen, dass eine Inkubation mit nekrotischem Zellmaterial in vitro eine Akkumulation von ApoJ-mRNA in Fibroblasten der Zelllinie Rat1 induziert, was darauf hindeutet, dass unter pathophysiologischen Bedingungen von nekrotischen Zellen exponierte bzw. freigesetzte Faktoren zu einer gesteigerten ApoJ-Genexpression in umliegenden vitalen Zellen beitragen können. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen eine Korrelation zwischen der Expression von Toll-like Rezeptoren (TLRs) in Fibroblasten (Rat1), glatten Gefäßmuskelzellen (CRL2018) sowie embryonalen Dottersackzellen (10A) und einer durch nekrotische Zellen induzierten ApoJ-mRNA-Expression in diesen Zelllinien. Es wird angenommen, dass TLRs neben pathogenassoziierten Strukturen (PAMPs) auch durch körpereigene Agonisten wie Hitzeschockproteine und Nukleinsäuren aktiviert werden. In weiterführenden Experimenten stellte sich unter anderem heraus, dass neben nekrotischen Zellen auch der TLR3-spezifische Agonist Poly(I:C), eine synthetische doppelsträngige RNA, ausschließlich in den beiden TLR3-exprimierenden Zelllinien CRL2018 und Rat1, nicht jedoch in TLR3-defizienten 10A-Zellen, die ApoJ-mRNA-Expression induziert. Darüber hinaus führt auch die Inkubation mit eukaryotischer RNA (Gesamt-RNA, t-RNA) zu einer Akkumulation von ApoJ-mRNA in CRL2018-Zellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen erstmals, dass die Expression von ApoJ-mRNA durch extrazelluläre Ribonukleinsäuren in TLR3-abhängiger Weise induziert wird, was darauf hindeutet, dass in verletzten Geweben aus post-apoptotischen oder nekrotischen Zellen freigesetzte Ribonukleinsäuren zu einer vermehrten ApoJ-Genexpression in vitalen Nachbarzellen beitragen.

Lernassoziierte Genexpression im murinen Hippokampus

Die bei Lern- und Gedächtnisvorgängen ablaufenden neurobiologischen Prozesse sind in ihrer Funktion bis heute nur unzureichend verstanden, wobei besonders die Rolle der lernabhängigen Genexpression unklar ist. Wiederholungen im Lernprozess fördern die Bildung von stabilen Gedächtnisinhalten. Die Lerneffiktivität kann hierbei durch lernfreie Zeitintervalle, insbesondere durch eingeschobene Schalfperioden, zusätzlich gesteigert werden. Entsprechend kann man den mehrtägigen Morris Water Maze (MWM)-Test mit einer verborgenen Plattform als einen mehrstufigen räumlichen Lernprozess bezeichnen. Dieser Test ist Hippokampus-abhängig und produziert Langzeitgedächtnisspuren in Nagern. Für diese Studie wurden FVB/NxC57Bl/6-Mäuse der F1-Generation über vier Tage in der MWM trainiert, das Erlernte in einem Probe Trial an Tag 5 überprüft und die Tiere gemäß ihrer Lernleistung in die beiden Gruppen „gute“ und „schlechte Lerner“ eingeteilt. Eine Analyse der hippokampalen Expression von Kandidatengenen per Microarray und Real-Time PCR erfolgte eine, sechs beziehungsweise 24 Stunden nach dem jeweils letzten Trainingslauf eines Tages. Durch den Vergleich von Schwimmkontrollen mit Test-naiven Mäusen wurde eine gleichgeschaltete, mit dem impliziten Lernen der MWM-Erfahrung der Tiere assoziierte unspezifische Genexpression festgestellt. Beim Vergleich der Schwimmkontrollen (ohne Plattform) mit den trainierten Tieren (verborgene Plattform mit konstanter Lokalisation) wurde in guten Lernern zu bestimmten Zeitpunkten eine Hochregulation von Genen, die mit Lernen und Gedächtnis (PP1, Kibra), neuronaler Aktivität (mt-CO1), Epigenetik (Dnmt3a, Dnmt3b) und neurodegenerativen Erkrankungen (Mapt, Sorl1) assoziiert sind, gefunden. Im Hippokampus der schlechten Lerner wurde eine im Vergleich zu den guten Lernern gesteigerte Synthese der mRNA von Genen festgestellt, die mit Lernen und Gedächtnis (Reelin, PP1, Kibra), Epigenetik (Dnmt1, Dnmt3a, Dnmt3b) und neurodegenerativen Erkrankungen (Mapt, Sorl1, APP) in Zusammenhang stehen. Diese Studie liefert somit den bisher ersten Hinweis, dass während eines mehrtägigen MWM-Lernprozesses eine abnormal erhöhte de novo-mRNA-Synthese mit verminderter Lernleistung in Zusammenhang steht.

Der enzymatische und anti-oxidative Mechanismus des anti-atherogenen Enzyms Paraoxonase-2

Das humane Enzym PON2 ist in eine Vielzahl pathophysiologischer Prozesse involviert und ist durch zwei Funktionen gekennzeichnet - eine enzymatische Laktonase-Aktivität und eine anti-oxidative Aktivität. Durch die Laktonase-Aktivität hydrolysiert PON2 vorwiegend das bakterielle Signalmolekül 3oxoC12. PON2 ist als Bestandteil des angeborenen Immunsystems anzusehen und trägt wahrscheinlich zur Immunabwehr gegen Infektionen mit den human-pathogenen Pseudomonas aeruginosa Bakterien bei. Durch die anti-oxidative Aktivität vermindert PON2 oxidative Schäden und verringert redox-abhängige pro-apoptotische Stimulation. Diese einzigartige Funktion von PON2 ist jedoch ambivalent zu betrachten, da hohe PON2-Spiegel zwar Arteriosklerose reduzieren können, aber im Verdacht stehen Tumorzellen zu stabilisieren.rnIn dieser Arbeit wurden die noch unbekannten Mechanismen und der Zusammenhang der enzymatischen und der anti-oxidativen Aktivität analysiert. In diesem Rahmen wurde gezeigt, dass PON2 spezifisch die Superoxidfreisetzung an Komplex I und III der Atmungskette in der inneren Mitochondrienmembran reduzieren kann. PON2 veränderte dabei weder die Aktivitäten der Superoxiddismutasen noch die Cytochrom C-Expression. Weiterhin konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass PON2 O2- nicht direkt abbaut, sondern vielmehr dessen Bildung verhindert. Diese Erkenntnisse implizieren, dass PON2 die anti-oxidative Aktivität über eine Beeinflussung des Quinon-Pools vermittelt. Anhand von verschiedenen Punktmutationen konnte gezeigt werden, dass die Histidinreste-114 und -133 für die Laktonase-Aktivität essentiell sind. Weiterhin wurden die Glykosylierungsstellen von PON2 identifiziert und gezeigt, dass die Glykosylierung, nicht aber der natürliche Polymorphismus Ser/Cys311 für die Laktonase-Aktivität von Bedeutung ist. Von besonderer Bedeutung ist, dass keine dieser Mutationen die anti-oxidative Aktivität beeinflusste, wodurch erstmals die Unabhängigkeit der beiden Funktionen von PON2 gezeigt werden konnte. rnEs war bekannt, dass PON2 gegen intrinsische und ER-Stress-induzierte Apoptose schützt. Die Spezifität der anti-oxidativen / anti-apoptotischen Wirkung wurde hier an einem weiteren pathophysiologischen Modell untersucht. 7-Ketocholesterol (7-KC) ist der Hauptbestandteil des pro-arteriosklerotischen oxLDL und verursacht in Zellen des Gefäßsystems ER-Stress, oxidativen Stress und Apoptose. Unerwarteterweise konnte PON2 Endothelzellen nicht gegen den 7-KC-induzierten Zelltod schützen. Mehrere unabhängige experimentelle Ansätze belegen, dass 7-KC in Endothelzellen im Gegensatz zu Gefäßmuskelzellen den Zelltod über Autophagie und nicht über ER-Stress oder intrinsische Apoptose bewirkt. Weiterhin führt 7-KC, wie auch 3oxoC12 und Thapsigargin zu einem Abbau der PON2-mRNA, die über die 5’UTR der PON2-mRNA vermittelt wird. Diese Arbeit vermittelt detaillierte mechanistische Einsichten in die Funktionen von PON2, die für ihre Rolle bei Arteriosklerose, in der körpereigenen Immunabwehr und bei Krebs entscheidend sind.rn

In vivo consequences of AML1-ETO fusion protein expression for hematopoiesis

The t(8;21) (q22;q22) translocation fusing the ETO (also known as MTG8) gene on human chromosome 8 with the AML1 (also called Runx1 or CBFα) gene on chromosome 21 is one of the most common genetic aberrations found in acute myeloid leukemia (AML). This chromosomal translocation occurs in 12 % of de novo AML cases and in up to 40 % of the AML-M2 subtype of the French-American-British classification. To date, the in vivo function of aberrant AML1-ETO fusion protein expression has been investigated by several groups. However, in these studies, controversial results were reported and some key issues remain unknown. Importantly, the consequences of aberrant AML1-ETO expression for self-renewing hematopoietic stem cells (HSCs), multipotent hematopoietic progenitors (MPPs) and lineage-restricted precursors are not known. rn The aim of this thesis was to develop a novel experimental AML1-ETO in vivo model that (i) overcomes the current lack of insight into the pre-leukemic condition of t(8;21)-associated AML, (ii) clarifies the in vivo consequences of AML1-ETO for HSCs, MPPs, progenitors and more mature blood cells and (iii) generates an improved mouse model suitable for mirroring the human condition. For this purpose, a conditional tet on/off mouse model expressing the AML1-ETO fusion protein from the ROSA26 (R26) locus was generated. rn Aberrant AML1-ETO activation in compound ROSA26/tetOAML1-ETO (R26/AE) mice caused high rates of mortality, an overall disruption of hematopoietic organs and a profound alteration of hematopoiesis. However, since the generalized activity of the R26 locus did not recapitulate the leukemic condition found in human patients, it was important to restrict AML1-ETO expression to blood cell lineages. Therefore, bone marrow cells from non-induced R26/AE mice were adoptively transplanted into sublethal irradiated RAG2-/- recipient mice. First signs of phenotypical differences between AML1-ETO-expressing and control mice were observed after eight to nine months of transgene induction. AML1-ETO-expressing mice showed profound changes in hematopoietic organs accompanied by manifest extramedullary hematopoiesis. In addition, a block in early erythropoiesis, B- and T-cell maturation was observed and granulopoiesis was significantly enhanced. Most interestingly, conditional activation of AML1-ETO in chimeric mice did not increase HSCs, MPPs, common lymphoid precursors (CLPs), common myeloid progenitors (CMPs) and megakaryocyte-erythrocyte progenitors (MEPs) but promoted the selective amplification of granulocyte-macrophage progenitors (GMPs). rn The results of this thesis provide clear experimental evidence how aberrant AML1-ETO modulates the developmental properties of normal hematopoiesis and establishes for the first time that AML1-ETO does not increase HSCs, MPPs and common lineage-restricted progenitor pools but specifically amplifies GMPs. The here presented mouse model not only clarifies the role of aberrant AML1-ETO for shaping hematopoietic development but in addition has strong implications for future therapeutic strategies and will be an excellent pre-clinical tool for developing and testing new approaches to treat and eventually cure AML.rn

Transkriptom des Meristemgewebes des Kolumnarapfels

Kolumnare Apfelbäume (Malus x domestica) stellen aufgrund ihres auffälligen Phänotyps eine ökonomisch interessante Wuchsform dar. Diese extreme Form des Kurztriebwuchses zeichnet sich durch einen insgesamt sehr schlanken, säulenförmigen Habitus aus, welcher eine dichte Pflanzung und damit einhergehend Ertragssteigerungen im Vergleich zu normalwüchsigen Bäumen ermöglicht. Verursacht wird der Phänotyp durch die Anwesenheit eines einzelnen, dominanten Allels des Columnar (Co)-Gens. Bis auf die approximative Lokalisation des Gens auf Chromosom 10 ist über mögliche Identität und Funktion bislang nichts bekannt.rnIn der vorliegenden Arbeit wurde ein erster Versuch unternommen, mit Hilfe von Next Generation Sequencing (NGS) Technologien und RNA-Seq Einblicke in das Transkriptom des Sprossapikalmeristems (SAM) kolumnarer Apfelbäume zu gewinnen. So konnte gezeigt werden, dass unabhängig vom Zeitpunkt der Entnahme des Materials mehrere hundert Gene differentiell reguliert werden. Diese lassen sich funktional in mehrere überrepräsentierte Kategorien gruppieren, von denen sich einige wiederum mit dem kolumnaren Phänotyp assoziieren lassen. Durch den Einsatz weiterer Expressionsstudien (Microarrays, qRT-PCR) konnten frühere Ergebnisse bezüglich des Hormonhaushalts auf Genebene bestätigt und neue Erkenntnisse gewonnen werden, die eine mögliche Erklärung für den Phänotyp darstellen. Weiterhin ergab der Vergleich aller durchgeführten Expressionsstudien eine Anreicherung signifikant differentiell regulierter Gene auf Chromosom 10, was auf einen „selective sweep“ hindeutet. Eine potentielle epigenetische Regulation dieser Gene durch das Genprodukt von Co könnte daher möglich sein. Mehr als die Hälfte dieser Gene lassen sich darüber hinaus aufgrund ihrer Funktion direkt mit dem kolumnaren Phänotyp assoziieren.rnDiese Ergebnisse zeigen, dass die Anwesenheit des Co-Allels massive Veränderungen in der Genregulation des SAMs mit sich bringt, wobei einige dieser differentiell regulierten Gene mit großer Wahrscheinlichkeit an der Etablierung des kolumnaren Phänotyps beteiligt sind. Auch wenn die Funktion des Co-Genproduktes nicht abschließend geklärt werden konnte, sind doch anhand der Resultate schlüssige Hypothesen diesbezüglich möglich.rn