Expressionsunterschiede verschiedener miRNAs bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen konfrontieren unsere heutige Gesellschaft mit hohen Inzidenzraten in der westlichen Welt und zunehmend steigenden Inzidenzraten im asiatischen Raum. Die Folgen für die Patienten sind eine starke Beeinträchtigung der Lebensqualität, mit sozialen und wirtschaftlichen Folgen sowie ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung kolorektaler Karzinome. Durch die Entdeckung von 22 nt langen, regulierenden RNAs, auch genannt miRNAs, wurde ein neuer Baustein im Verständnis zellulärer Regelprozesse und der Differenzierung und Aktivierung von Antworten etwa des Immunsystems entdeckt. Somit stellt sich die Frage nach der Bedeutung von miRNAs im Rahmen von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen. Hierzu wurden in dieser Arbeit über ein miRNA-Array System 12 miRNAs als potentiell relevante Ziele identifiziert und an einem Kollektiv aus insgesamt 131 Patienten und 163 Biopsien aus dem Bereich des Darmes überprüft. Es zeigte sich hierbei, dass im Rahmen eines Morbus Crohn mit Befall des Dickdarms die miRNAs let-7d und miR-22 in gesteigerter Expression vorlagen. Da im terminalen Ileum eine gesonderte Immunsituation vorliegt, wurde dieser Bereich zusätzlich bei der Erkrankung Morbus Crohn untersucht. Es zeigten sich Expressionsveränderungen für die miRNAs miR-30e, miR-185, miR-374b und miR-424. Bei Patienten mit einer Colitis ulcerosa waren die miRNAs let-7d, miR-185 und miR-424 in ihrem Expressionsverhalten verändert. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass in Abhängigkeit vom Entzündungsgrad bei bestehender Colitis ulcerosa eine zunehmenden Überexpression der miRNAs let-7d, miR-185 und miR-424 erfolgte. Die miRNAs miR-18a und miR-185 wiesen unter Remissionsbedingungen Expressionsveränderungen auf und lassen somit den Verdacht eines protektiven Effektes aufkommen. Mit Hilfe von computerbasierten Datenbankanalysen konnten gemeinsam regulierenden miRNAs Proteine und Pathways zugeordnet werden, welche einen Zusammenhang mit bereits pathogenetisch bestätigten Signalwegen wie etwa dem nF-ĸB und MAPK-Signalweg nahelegen. Auch konnte herausgearbeitet werden, dass einige, der von diesen miRNAs regulierten Proteine, bereits in veröffentlichten Arbeiten als fehlreguliert festgestellt wurden, jedoch blieb die Ursache dieser Fehlregulation gänzlich unbekannt. Mit den in dieser Arbeit erhobenen Daten konnte gezeigt werden, dass eine Kongruenz der Befunde vorliegt, welche einen Zusammenhang der miRNA-Expression mit der Fehlregulation bestimmter Proteine nicht nur nahelegt, sondern darüber hinaus auch noch einige weitere potentielle Proteinziele für weitere Untersuchungen aufführt. Dazu ist es jedoch notwendig, die Relevanz der hier entdeckten, computerbasierten Proteine in zukünftigen Untersuchungen einer genauen Prüfung zu unterziehen.

Regulation des Proteins Alpha-Synuclein während der zellulären Alterung

α-Synuclein wird durch Mutationen sowie der Ausbildung von Proteinaggregaten namens Lewy-Körperchen mit der Entstehung der altersassoziierten Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. Sowohl familiäre als auch sporadische Fälle sind durch erhöhte α-Synuclein-Spiegel gekennzeichnet. In familiären Fällen wurden Multiplikationen des α-Synuclein-Gens als Ursache für die erhöhte Expression aufgedeckt. In sporadischen Fällen stellt die Alterung den entscheidenden Risikofaktor für die Entstehung der Krankheit dar. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die Regulation von α-Synuclein während der zellulären Alterung in humanen Fibroblasten untersucht. In seneszenten Zellen konnte ein Anstieg der α-Synuclein-Expression nachgewiesen werden, der jedoch die Löslichkeit des Proteins nicht veränderte. Damit scheint die zelluläre Alterung per se nicht für die Aggregation des Proteins, wie sie in Form von Lewy-Körperchen bei z. B. Patienten der Parkinson-Krankheit beobachtet wird, verantwortlich zu sein. Möglicherweise ist die Hochregulation von α-Synuclein eine Folge der Akkumulation von DNA-Schäden in den seneszenten Zellen. Diese Korrelation konnte in jungen Zellen nach dem Einsatz verschiedener DNA-schädigender Agenzien bestätigt werden. Die Untersuchung des Regulationsmechanismus ergab, dass die erhöhte Expression von α-Synuclein in Folge von DNA-Schäden über den ERK1/2-MAPK-Signalweg vermittelt wird. In seneszenten Zellen konnte ebenfalls ein Einfluss dieses Signalweges auf die Expression von α-Synuclein beobachtet werden, allerdings scheint dieser nicht alleinig für die Hochregulation verantwortlich zu sein. Des Weiteren ergab die Betrachtung des γH2A.X-Spiegels nach Induktion von DNA-Schäden, dass α-Synuclein möglicherweise eine protektive Funktion besitzt, da dessen Überexpression zu einer verringerten und die Herunterregulation zu einer vermehrten DNA-Schädigung führte. Die Analyse der subzellulären Lokalisation von α-Synuclein ergab außerdem, dass es in jungen Zellen nach der Induktion von DNA-Schäden zu einer Translokation des Proteins in den Zellkern kommt. Diese Translokation war in seneszenten Zellen verringert. Dies lässt vermuten, dass α-Synuclein in jungen Zellen nach DNA-Schädigung durch den ERK1/2-MAPK-Signalweg hochreguliert wird und durch die Translokation in den Zellkern möglicherweise die Transkription von protektiven Genen beeinflusst oder an DNA-Reparatur-Prozessen beteiligt ist. In seneszenten Zellen ist das Protein zwar deutlich stärker exprimiert, der Transport in den Zellkern jedoch verringert, wodurch die protektive Wirkung im Zellkern herabgesetzt wäre.

Molekulare Ursachen und therapeutische Intervention bei der Alzheimer-Demenz

Ein charakteristisches, neuropathologisches Merkmal der Alzheimer-Demenz (AD), der am häufigsten vorkommenden Demenz-Form des Menschen, ist das Auftreten von senilen Plaques im Gehirn der Patienten. Hierbei stellt das neurotoxische A-beta Peptid den Hauptbestandteil dieser Ablagerungen dar. Einen Beitrag zu der pathologisch erhöhten A-beta Generierung liefert das verschobene Expressionsgleichgewicht der um APP-konkurrierenden Proteasen BACE-1 und ADAM10 zu Gunsten der beta-Sekretase BACE-1. In der vorliegenden Dissertation sollten molekulare Mechanismen identifiziert werden, die zu einem pathologisch veränderten Gleichgewicht der APP-Spaltung und somit zum Entstehen und Fortschritt der AD beitragen. Des Weiteren sollten Substanzen identifiziert werden, die durch Beeinflussung der Genexpression einer der beiden Proteasen das physiologische Gleichgewicht der APP-Prozessierung wiederherstellen können und somit therapeutisch einsetzbar sind.rnAnhand eines „Screenings“ von 704 Transkriptionsfaktoren wurden 23 Faktoren erhalten die das Verhältnis ADAM10- pro BACE-1-Promotor Aktivität beeinflussten. Exemplarisch wurden zwei der molekularen Faktoren auf ihren Wirkmechanismus untersucht: Der TF „X box binding protein-1“ (XBP-1), der die so genannte „unfolded protein response“ (UPR) reguliert, erhöhte die Expression von ADAM10 in Zellkultur-Experimenten. Die Menge dieses Faktors war in AD-Patienten im Vergleich zu gesunden, Alters-korrelierten Kontrollen signifikant erniedrigt. Im Gegensatz dazu verminderte der Seneszenz-assoziierte TF „T box 2“ (Tbx2) die Menge an ADAM10 in SH-SY5Y Zellen. Die Expression des Faktors selbst war in post-mortem Kortexgewebe von AD-Patienten erhöht. Zusätzlich zu den TFs konnten in einer Kooperation mit dem Helmholtz Zentrum München drei microRNAs (miRNA 103, 107, 1306) bioinformatisch prädiziert und experimentell validiert werden, die die Expression des humanen ADAM10 reduzierten.rnIm Rahmen dieser Arbeit konnten damit körpereigene Faktoren identifiziert werden, die die Menge an ADAM10 regulieren und folglich potenziell an der Entstehung der gestörten Homöostase der APP-Prozessierung beteiligt sind. Somit ist die AD auch im Hinblick auf eine A-beta-vermittelte Pathologie als multifaktorielle Krankheit zu verstehen, in der verschiedene Regulatoren zur gestörten APP-Prozessierung und somit zur pathologisch gesteigerten A-beta Generierung beitragen können. rnEine pharmakologische Erhöhung der ADAM10 Genexpression würde zu der Freisetzung von neuroprotektivem APPs-alpha und gleichzeitig zu einer reduzierten A-beta Generierung führen. Deshalb war ein weiteres Ziel dieser Arbeit die Evaluierung von Substanzen mit therapeutischem Potenzial im Hinblick auf eine erhöhte ADAM10 Expression. Von 640 FDA-zugelassenen Medikamenten einer Substanz-Bibliothek wurden 23 Substanzen identifiziert, die die Menge an ADAM10 signifikant steigerten während die Expression von BACE-1 und APP unbeeinflusst blieb. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Pathologie (Johannes Gutenberg Universität Mainz) wurde ein Zellkultur-basiertes Modell etabliert, um die Permeationsfähigkeit der potenziellen Kandidaten-Substanzen über die Blut-Hirn Schranke (BHS) zu untersuchen. Von den 23 Medikamenten konnten neun im Rahmen des etablierten Modells als BHS-gängig charakterisiert werden. Somit erfüllen diese verbleibenden Medikamente die grundlegenden Anforderungen an ein AD-Therapeutikum. rnADAM10 spaltet neben APP eine Vielzahl anderer Substrate mit unterschiedlichen Funktionen in der Zelle. Zum Beispiel reguliert das Zelladhäsionsmolekül Neuroligin-1 (NL-1), das von ADAM10 prozessiert wird, die synaptische Funktion exzitatorischer Neurone. Aus diesem Grund ist die Abschätzung potenzieller, Therapie-bedingter Nebenwirkungen sehr wichtig. Im Rahmen eines Forschungsaufenthalts an der Universität von Tokio konnte in primären, kortikalen Neuronen der Ratte bei einer Retinoid-induzierten Erhöhung von ADAM10 neben einer vermehrten alpha-sekretorischen APP-Prozessierung auch eine gesteigerte Spaltung von NL-1 beobachtet werden. Dies lässt vermuten, dass bei einer Behandlung mit dem Retinoid Acitretin neben einer vermehrten APP-Spaltung durch ADAM10 auch die Regulation glutamaterger Neurone durch die Spaltung von NL-1 betroffen ist. Anhand eines geeigneten Alzheimer-Tiermodells sollten diese Befunde weiter analysiert werden, um so auf einen sicheren therapeutischen Ansatz bezüglich einer vermehrten ADAM10 Genexpression schließen zu können.rn

Der Einfluss von Chemotherapeutika mit Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF)-modulierendem Potential sowie eines Verlustes des HIF-Regulators von Hippel-Lindau (VHL) auf den Phänotyp und die Funktion dendritischer Zellen

Der Transkriptionsfaktor Hypoxie-induzierbarer Faktor (HIF) gibt dem Organismus die Möglichkeit, sich auf zellulärer Ebene an unterschiedliche Sauerstoffverhältnisse anzupassen. Vor allem Tumorzellen weisen aufgrund ihres ungeregelten Wachstums und der daraus resultierenden unzureichenden Durchblutung (hypoxisches Milieu) eine erhöhte HIF-Expression auf. Die erhöhte HIF-Expression stellt somit ein interessantes Ziel in der Tumortherapie dar. Dendritische Zellen (DCs) besitzen eine bedeutende Rolle in der Generierung und Modulierung von Antitumor-Immunantworten. Aus diesem Grund ist es überaus wichtig zu wissen, welche Effekte Antitumor-Agenzien, im Besonderen HIF-Inhibitoren, auf DCs und somit auch auf die Generierung von adäquaten Immunantworten besitzen.rnIm ersten Teil dieser Arbeit wurde aus diesem Grund der Einfluss der Antitumor-Agenzien Geldanamycin (GA) und Topotecan (TPT) auf den Phänotyp und die Funktion von DCs untersucht. Hierfür wurden Monozyten aus humanen, mononukleären, peripheren Blutzellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Diese immaturen monozytenabgeleiteten DCs (Mo-DCs) wurden mithilfe eines Reifungscocktails ausgereift. Die Applikation der Antitumor-Agenzien erfolgte während der Differenzierungs- bzw. Ausreifungsphase. Abhängig vom Reifungsgrad der Mo-DCs konnte ein differentieller Einfluss von GA bzw. TPT auf die DC-Aktivierung beobachtet werden. Eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit GA resultierte in einer partiellen DC-Aktivierung basierend auf einem noch unbekannten Mechanismus. Ebenso führte eine Behandlung von unstimulierten Mo-DCs mit TPT zu einer funktionellen Aktivierung der DCs, die mit einer vermehrten AKT-Expression korrelierte. Die jeweilige Koapplikation der Antitumor-Agenzien mit dem DC-Reifungscocktail führte zu einer reduzierten DC-Aktivierung, die sich in einer verminderten NF-κB-Aktivierung, einer verringerten Oberflächenexpression der getesteten kostimulatorischen Moleküle, einer verringerten Migrationsfähigkeit und einem reduzierten Zellstimulierungspotential widerspiegelte.rnDie autosomal dominant vererbte Tumorerkrankung von Hippel-Lindau (VHL) wird häufig durch genetische Mutationen des als HIF-Negativregulator fungierenden VHL-Gens hervorgerufen. Patienten, die an dem VHL-Syndrom erkrankt sind, weisen oft benigne oder maligne Tumore und Zysten in den verschiedensten Organsystemen auf. Wie schon zuvor erwähnt, besitzen DCs eine essentielle Rolle in der Initiierung und Aufrechterhaltung von Antitumor-Immunantworten. Deshalb wurde im zweiten Abschnitt der vorliegenden Arbeit untersucht, inwieweit ein partieller Verlust von VHL Auswirkungen auf die Ausprägung desrnPhänotyps und der Funktion von DCs hat. Mittels Cre/lox-Technologie wurden transgene Mäuse mit einem heterozygoten Verlust von Exon 1 bzw. Exon 2 des VHL-Gens generiert. Aus diesen Mäusen wurden Knochenmarkszellen isoliert und unter DC-differenzierenden Konditionen kultiviert. Die immaturen knochenmarkabgeleiteten DCs (BM-DCs) wurden mit LPS ausgereift. Weder der heterozygote Verlust von Exon 1 noch von Exon 2 des VHL-Gens bewirkte eine Veränderung der Oberflächenmarkerexpression, der in vitro-Migrations- undrnEndozytosekapazität, sowie der allogenen T-Zellstimulierungskapazität. Allerdings zeigten Mäuse mit einem partiellen Verlust von Exon 2 im Vergleich zu Kontrollmäusen nach Immunisierung und Provokation mit dem Modellallergen OVA eine verminderte Atemwegshyperreaktion, die möglicherweise auf die beobachtete Abnahme der Migrationsfähigkeit in vivo und die verminderte OVA-spezifische T-Zellstimulierungskapazität der DCs zurückzuführen ist.

Unfolded protein response suppresses CEBPA by induction of calreticulin in acute myeloid leukaemia

The unfolded protein response (UPR) is triggered by the accumulation of misfolded proteins within the endoplasmic reticulum (ER). The role of the UPR during leukemogenesis is unknown so far. Here, we studied the induction of mediators of the UPR in leukaemic cells of AML patients. Increased expression of the spliced variant of the X-box binding protein 1 (XBP1s) was detected in 17.4% (16 of 92) of AML patients. Consistent with activated UPR, this group also had increased expression of ER-resident chaperones such as the 78 kD glucose-regulated protein (GRP78) and of calreticulin. Conditional expression of calreticulin in leukaemic U937 cells was found to increase calreticulin binding to the CEBPA mRNA thereby efficiently blocking translation of the myeloid key transcription factor CEBPA and ultimately affecting myeloid differentiation. Consequently, leukaemic cells from AML patients with activated UPR and thus increased calreticulin levels showed in fact suppressed CEBPA protein expression. We identified two functional ER stress response elements (ERSE) in the calreticulin promoter. The presence of NFY and ATF6, as well as an intact binding site for YY1 within these ERSE motifs were essential for mediating sensitivity to ER stress and activation of calreticulin. Thus, we propose a model of the UPR being activated in a considerable subset of AML patients through induction of calreticulin along the ATF6 pathway, thereby ultimately suppressing CEBPA translation and contributing to the block in myeloid differentiation.

Paracrine factors secreted by endothelial progenitor cells prevent oxidative stress-induced apoptosis of mature endothelial cells

Endothelial progenitor cells (EPC) play a fundamental role in tissue regeneration and vascular repair. Current research suggests that EPC are more resistant to oxidative stress as compared to differentiated endothelial cells. Here we hypothesized that EPC not only possess the ability to protect themselves against oxidative stress but also confer this protection upon differentiated endothelial cells by release of paracrine factors. To test this hypothesis, HUVEC incubated with conditioned medium obtained from early EPC cultures (EPC-CM) were exposed to H2O2 to assess the accumulation of intracellular ROS, extent of apoptosis and endothelial cell functionality. Under oxidative stress conditions HUVEC treated with EPC-CM exhibited substantially lower levels of intracellular oxidative stress (0.2+/-0.02 vs. 0.4+/-0.03 relative fluorescence units, p<0.05) compared to control medium. Moreover, the incubation with EPC-CM elevated the expression level of antioxidant enzymes in HUVEC (catalase: 2.6+/-0.4; copper/zinc superoxide dismutase (Cu/ZnSOD): 1.6+/-0.1; manganese superoxide dismutase (MnSOD): 1.4+/-0.1-fold increase compared to control, all p<0.05). Furthermore, EPC-CM had the distinct potential to reverse the functional impairment of HUVEC as measured by their capability to form tubular structures in vitro. Finally, incubation of HUVEC with EPC-CM resulted in a significant reduction of apoptosis (0.34+/-0.01 vs. 1.52+/-0.12 relative fluorescence units, p<0.01) accompanied by an increased expression ratio of the anti/pro-apoptotic factors Bcl-2/Bax to 2.9+/-0.7-fold (compared to control, p<0.05). Most importantly, neutralization of selected cytokines such as VEGF, HGF, IL-8 and MMP-9 did not significantly reverse the cyto-protective effect of EPC-CM (p>0.05), suggesting that soluble factors secreted by EPC, possibly via broad synergistic actions, exert strong cyto-protective properties on differentiated endothelium through modulation of intracellular antioxidant defensive mechanisms and pro-survival signals.

Pulsatile shear and Gja5 modulate arterial identity and remodeling events during flow-driven arteriogenesis

In the developing chicken embryo yolk sac vasculature, the expression of arterial identity genes requires arterial hemodynamic conditions. We hypothesize that arterial flow must provide a unique signal that is relevant for supporting arterial identity gene expression and is absent in veins. We analyzed factors related to flow, pressure and oxygenation in the chicken embryo vitelline vasculature in vivo. The best discrimination between arteries and veins was obtained by calculating the maximal pulsatile increase in shear rate relative to the time-averaged shear rate in the same vessel: the relative pulse slope index (RPSI). RPSI was significantly higher in arteries than veins. Arterial endothelial cells exposed to pulsatile shear in vitro augmented arterial marker expression as compared with exposure to constant shear. The expression of Gja5 correlated with arterial flow patterns: the redistribution of arterial flow provoked by vitelline artery ligation resulted in flow-driven collateral arterial network formation and was associated with increased expression of Gja5. In situ hybridization in normal and ligation embryos confirmed that Gja5 expression is confined to arteries and regulated by flow. In mice, Gja5 (connexin 40) was also expressed in arteries. In the adult, increased flow drives arteriogenesis and the formation of collateral arterial networks in peripheral occlusive diseases. Genetic ablation of Gja5 function in mice resulted in reduced arteriogenesis in two occlusion models. We conclude that pulsatile shear patterns may be central for supporting arterial identity, and that arterial Gja5 expression plays a functional role in flow-driven arteriogenesis.

Garlic extract induces intestinal P-glycoprotein, but exhibits no effect on intestinal and hepatic CYP3A4 in humans

Garlic extracts have been shown to decrease drug exposure for saquinavir, a P-glycoprotein and cytochrome P450 3A4 substrate. In order to explore the underlying mechanisms and to study the effects of garlic on pre-systemic drug elimination, healthy volunteers were administered garlic extract for 21 days. Prior to and at the end of this period, expression of duodenal P-glycoprotein and cytochrome P450 3A4 protein were assayed and normalized to villin, while hepatic cytochrome P450 3A4 function and simvastatin, pravastatin and saquinavir pharmacokinetics were also evaluated. Ingestion of garlic extract increased expression of duodenal P-glycoprotein to 131% (95% CI, 105-163%), without increasing the expression of cytochrome P450 3A4 which amounted to 87% (95% CI, 67-112%), relative to baseline in both cases. For the erythromycin breath test performed, the average result was 96% (95% CI, 83-112%). Ingestion of garlic extract had no effect on drug and metabolite AUCs following a single dose of simvastatin or pravastatin, although the average area under the plasma concentration curve (AUC) of saquinavir decreased to 85% (95% CI, 66-109%), and changes in intestinal P-glycoprotein expression negatively correlated with this change. In conclusion, garlic extract induces intestinal expression of P-glycoprotein independent of cytochrome P450 3A4 in human intestine and liver.

Different molecular and structural adaptations with eccentric and conventional strength training in elderly men and women

Reprogramming of gene expression contributes to structural and functional adaptation of muscle tissue in response to altered use. The aim of this study was to investigate mechanisms for observed improvements in leg extension strength, gain in relative thigh muscle mass and loss of body and thigh fat content in response to eccentric and conventional strength training in elderly men (n = 14) and women (n = 14; average age of the men and women: 80.1 ± 3.7 years) by means of structural and molecular analyses. Biopsies were collected from m. vastus lateralis in the resting state before and after 12 weeks of training with two weekly resistance exercise sessions (RET) or eccentric ergometer sessions (EET). Gene expression was analyzed using custom-designed low-density PCR arrays. Muscle ultrastructure was evaluated using EM morphometry. Gain in thigh muscle mass was paralleled by an increase in muscle fiber cross-sectional area (hypertrophy) with RET but not with EET, where muscle growth is likely occurring by the addition of sarcomeres in series or by hyperplasia. The expression of transcripts encoding factors involved in muscle growth, repair and remodeling (e.g., IGF-1, HGF, MYOG, MYH3) was increased to a larger extent after EET than RET. MicroRNA 1 expression was decreased independent of the training modality, and was paralleled by an increased expression of IGF-1 representing a potential target. IGF-1 is a potent promoter of muscle growth, and its regulation by microRNA 1 may have contributed to the gain of muscle mass observed in our subjects. EET depressed genes encoding mitochondrial and metabolic transcripts. The changes of several metabolic and mitochondrial transcripts correlated significantly with changes in mitochondrial volume density. Intramyocellular lipid content was decreased after EET concomitantly with total body fat. Changes in intramyocellular lipid content correlated with changes in body fat content with both RET and EET. In the elderly, RET and EET lead to distinct molecular and structural adaptations which might contribute to the observed small quantitative differences in functional tests and body composition parameters. EET seems to be particularly convenient for the elderly with regard to improvements in body composition and strength but at the expense of reducing muscular oxidative capacity.

Enhanced activity of meprin-?, a pro-migratory and pro-angiogenic protease, in colorectal cancer

Meprin-α is a metalloprotease overexpressed in cancer cells, leading to the accumulation of this protease in a subset of colorectal tumors. The impact of increased meprin-α levels on tumor progression is not known. We investigated the effect of this protease on cell migration and angiogenesis in vitro and studied the expression of meprin-α mRNA, protein and proteolytic activity in primary tumors at progressive stages and in liver metastases of patients with colorectal cancer, as well as inhibitory activity towards meprin-α in sera of cancer patient as compared to healthy controls. We found that the hepatocyte growth factor (HGF)-induced migratory response of meprin-transfected epithelial cells was increased compared to wild-type cells in the presence of plasminogen, and that the angiogenic response in organ-cultured rat aortic explants was enhanced in the presence of exogenous human meprin-α. In patients, meprin-α mRNA was expressed in colonic adenomas, primary tumors UICC (International Union Against Cancer) stage I, II, III and IV, as well as in liver metastases. In contrast, the corresponding protein accumulated only in primary tumors and liver metastases, but not in adenomas. However, liver metastases lacked meprin-α activity despite increased expression of the corresponding protein, which correlated with inefficient zymogen activation. Sera from cancer patients exhibited reduced meprin-α inhibition compared to healthy controls. In conclusion, meprin-α activity is regulated differently in primary tumors and metastases, leading to high proteolytic activity in primary tumors and low activity in liver metastases. By virtue of its pro-migratory and pro-angiogenic activity, meprin-α may promote tumor progression in colorectal cancer.

CD27 signaling on chronic myelogenous leukemia stem cells activates Wnt target genes and promotes disease progression

Chronic myelogenous leukemia (CML) results from a chromosomal translocation in hematopoietic stem or early progenitor cells that gives rise to the oncogenic BCR/ABL fusion protein. Clinically, CML has a chronic phase that eventually evolves into an accelerated stage and blast crisis. A CML-specific immune response is thought to contribute to the control of disease. Whether the immune system can also promote disease progression is not known. In the present study, we investigated the possibility that the TNF receptor family member CD27 is present on leukemia stem cells (LSCs) and mediates effects of the immune system on CML. In a mouse model of CML, BCR/ABL+ LSCs and leukemia progenitor cells were found to express CD27. Binding of CD27 by its ligand, CD70, increased expression of Wnt target genes in LSCs by enhancing nuclear localization of active β-catenin and TRAF2- and NCK-interacting kinase (TNIK). This resulted in increased proliferation and differentiation of LSCs. Blocking CD27 signaling in LSCs delayed disease progression and prolonged survival. Furthermore, CD27 was expressed on CML stem/progenitor cells in the bone marrow of CML patients, and CD27 signaling promoted growth of BCR/ABL+ human leukemia cells by activating the Wnt pathway. Since expression of CD70 is limited to activated lymphocytes and dendritic cells, our results reveal a mechanism by which adaptive immunity contributes to leukemia progression. In addition, targeting CD27 on LSCs may represent an attractive therapeutic approach to blocking the Wnt/β-catenin pathway in CML.

Activation of the unfolded protein response in human acute myeloid leukemia

There is accumulating evidence for the involvement of the unfolded protein response (UPR) in the pathogenesis of many tumor types in humans. This is particularly the case in rapidly growing solid tumors in which the demand for oxygen and nutrients can exceed the supply until new tumor-initiated blood vessels are formed. In contrast, the role of the UPR during leukemogenesis remains largely unknown. Acute myeloid leukemia (AML) is a genetically heterogeneous clonal disorder characterized by the accumulation of somatic mutations in hematopoietic progenitor cells that alter the physiological regulation of self-renewal, survival, proliferation, or differentiation. The CCAAT/enhancer-binding protein alpha (CEBPA) gene is a key myeloid transcription factor and a frequent target for disruption in AML. In particular, translation of CEBPA mRNA can be specifically blocked by binding of the chaperone calreticulin (CALR), a well-established effector of the UPR, to a stem loop structure within the 5' region of the CEBPA mRNA. The relevance of this mechanism was first elucidated in certain AML subtypes carrying the gene rearrangements t(3;21) or inv(16). In our recent work, we could demonstrate the induction of key effectors of the UPR in leukemic cells of AML patients comprising all subtypes (according to the French-American-British (FAB) classification for human AML). The formation of the spliced variant of the X-box binding protein (XBP1s) was detectable in 17.4% (17 of 105) of AML patients. Consistent with an activated UPR, this group had significantly increased expression of the UPR target genes CALR, the 78 kDa glucose-regulated protein (GRP78), and the CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein (CHOP). Consistently, in vitro studies confirmed that calreticulin expression was upregulated via activation of the ATF6 pathway in myeloid leukemic cells. As a consequence, CEBPA protein expression was inhibited in vitro as well as in leukemic cells from patients with activated UPR. We therefore propose a model of the UPR being involved in leukemogenesis through induction of calreticulin along the ATF6 pathway, thereby ultimately suppressing CEBPA translation and contributing to the block in myeloid differentiation and cell-cycle deregulation which represent key features of the leukemic phenotype. From a more clinical point of view, the presence of activated UPR in AML patient samples was found to be associated with a favorable disease course.

L51P - A BMP2 variant with osteoinductive activity via inhibition of Noggin

Bone morphogenetic proteins (BMP) have to be applied at high concentrations to stimulate bone healing. The limited therapeutic efficacy may be due to the local presence of BMP antagonists such as Noggin. Thus, inhibiting BMP antagonists is an attractive therapeutic option. We hypothesized that the engineered BMP2 variant L51P stimulates osteoinduction by antagonizing Noggin-mediated inhibition of BMP2. Primary murine osteoblasts (OB) were treated with L51P, BMP2, and Noggin. OB proliferation and differentiation were quantified with XTT and alkaline phosphatase (ALP) assays. BMP receptor dependent intracellular signaling in OB was evaluated with Smad and p38 MAPK phosphorylation assays. BMP2, Noggin, BMP receptor Ia/Ib/II, osteocalcin, and ALP mRNA expressions were analyzed with real-time PCR. L51P stimulated OB differentiation by blocking Noggin mediated inhibition of BMP2. L51P did not induce OB differentiation directly and did not activate BMP receptor dependent intracellular signaling via the Smad pathway. Treatment of OB cultures with BMP2 but not with L51P resulted in an increased expression of ALP, BMP2, and Noggin mRNA. By inhibiting the BMP antagonist Noggin, L51P enhances BMP2 activity and stimulates osteoinduction without exhibiting direct osteoinductive function. Indirect osteoinduction with L51P seems to be advantageous to osteoinduction with BMP2 as BMP2 stimulates the expression of Noggin thereby self-limiting its own osteoinductive activity. Treatment with L51P is the first protein-based approach available to augment BMP2 induced bone regeneration through inhibition of BMP antagonists. The described strategy may help to decrease the amounts of exogenous BMPs currently required to stimulate bone healing.

Characterization of antibodies specific for canine TLR4, 5 and 9 by ELISA, Western blotting and immunohistochemistry

Toll-like receptors recognize pathogen-associated molecular patterns of microbial origin, and ligand recognition results in the production of different immune mediators such as pro-inflammatory cytokines, interferon, reactive oxygen and nitrogen intermediates, and upregulation of costimmulatory molecules. As these receptors have a critical role in linking pathogen recognition to induction of inflammation and innate as well as adaptive immunity, there is tremendous interest in understanding how the tissue and cell-type expression of TLRs is regulated and its influence on the local innate immune response. While TLRs are well studied in humans and rodents, to date little is known about them in dogs. The purpose of this study was to develop canine specific antibodies against TLR2, 4, 5 and 9 that were used to measure relative expression of these TLRs in healthy and reactive canine mesenteric lymph nodes. All 8 rabbit sera (2 each for TLR2, 4, 5 and 9) were strongly positive in ELISA against the respective 2 peptides per TLR used for immunization. The purified antibodies selected specifically detected a protein band with an apparent size of approximately 70 kDa in lysates of canine PBMCs by Western blotting. Immunostaining was observed with purified antibodies against TLR4, 5 and 9, whereas for canine TLR2, staining was only observed with the unpurified antibodies. In the mesenteric lymph node of healthy dogs, the overall staining pattern was very similar for TLR4 and 5 with positive cells predominantly found in the internodular areas and lower part of the cortex. Compared to the TLR4 and 5, more cells stained positive for TLR9 especially in the lymphoid nodules. The reactive lymph nodes contained more TLR4 and 9 positive cells. Moreover, a shift of TLR-9 positive cells from the lymphoid follicles to the deep cortex and medullary cords was observed. Whereas TLR9 co-localized with CD79-positive areas, TLR4 and 5 antibodies stained cells primarily in the CD3-positive areas. All three TLR antibodies stained cells within the area that co-localized with lysozyme-positive cells. In conclusion, this study demonstrates that the antibodies generated against canine TLR 4, 5 and 9 identify the expression of these TLRs in formalin-fixed canine lymph nodes and demonstrate increased expression in reactive canine mesenteric lymph nodes.

Interleukin-6 is an efficacious marker of axonal transport disruption during experimental glaucoma and stimulates neuritogenesis in cultured retinal ganglion cells

It is increasingly recognised that chronically activated glia contribute to the pathology of various neurodegenerative diseases, including glaucoma. One means by which this can occur is through the release of neurotoxic, proinflammatory factors. In the current study, we therefore investigated the spatio-temporal patterns of expression of three such cytokines, IL-1β, TNFα and IL-6, in a validated rat model of experimental glaucoma. First, only weak evidence was found for increased expression of IL-1β and TNFα following induction of ocular hypertension. Second, and much more striking, was that robust evidence was uncovered showing IL-6 to be synthesised by injured retinal ganglion cells following elevation of intraocular pressure and transported in an orthograde fashion along the nerve, accumulating at sites of axonal disruption in the optic nerve head. Verification that IL-6 represents a novel marker of disrupted axonal transport in this model was obtained by performing double labelling immunofluorescence with recognised markers of fast axonal transport. The stimulus for IL-6 synthesis and axonal transport during experimental glaucoma arose from axonal injury rather than ocular hypertension, as the response was identical after optic nerve crush and bilateral occlusion of the carotid arteries, each of which is independent of elevated intraocular pressure. Moreover, the response of IL-6 was not a generalised feature of the gp130 family of cytokines, as it was not mimicked by another family member, ciliary neurotrophic factor. Finally, further study suggested that IL-6 may be an early part of the endogenous regenerative response as the cytokine colocalised with growth-associated membrane phosphoprotein-43 in some putative regenerating axons, and potently stimulated neuritogenesis in retinal ganglion cells in culture, an effect that was additive to that of ciliary neurotrophic factor. These data comprise clear evidence that IL-6 is actively involved in the attempt of injured retinal ganglion cells to regenerate their axons.