Accelerated apoptosis of lymphocytes by augmented induction of Bax in SSI-1 (STAT-induced STAT inhibitor-1) deficient mice

Growth, differentiation, and programmed cell death (apoptosis) are mainly controlled by cytokines. The Janus kinase–signal transducers and activators of transcription (JAK-STAT) signal pathway is an important component of cytokine signaling. We have previously shown that STAT3 induces a molecule designated as SSI-1, which inhibits STAT3 functions. To clarify the physiological roles of SSI-1 in vivo, we generated, here, mice lacking SSI-1. These SSI-1−/− mice displayed growth retardation and died within 3 weeks after birth. Lymphocytes in the thymus and spleen of the SSI-1−/− mice exhibited accelerated apoptosis with aging, and their number was 20–25% of that in SSI-1+/+ mice at 10 days of age. However, the differentiation of lymphocytes lacking SSI-1 appeared to be normal. Among various pro- and anti-apoptotic molecules examined, an up-regulation of Bax was found in lymphocytes of the spleen and thymus of SSI-1−/− mice. These findings suggest that SSI-1 prevents apoptosis by inhibiting the expression of Bax.

Paper de la PAP en la resposta inflamatoria durant la pancreatitis aguda

Estudi elaborat a partir d’una estada al Institut national de la santé et de la recherche médicale, França, entre setembre i octubre del 2006. La PAP va ser identificada inicialment com una proteïna de secreció, que apareixia al suc pancreàtic després de la inducció d’una pancreatitis aguda experimental. Per la PAP s’ha suggerit diferents funcions, algunes no relacionades en aparença, però les més interessants en el camp de la pancreatitis són les activitats antiapoptótiques, mitogéniques i, especialment, antiinflamatóries. Per aprofundir en aquests aspectes de la PAP, s’ha emprat un model de ratolí PAP-/- per observar els efectes de la deleció del gen de la PAP durant la pancreatitis aguda.Per induir la pancreatitis es va fer servir el model de administració de ceruleina a dosi supra-màximes. En aquestes condicions es va observar que en els animals PAP-/-, la severitat del procés era menor. Els marcadors de necrosi pancreàtica, lipasa i amilasa, van presentar nivells menors en els animals PAP-/- que en els corresponents wild type. Per contra, el nombre de PMN infiltrats i la producció de citoquines pro-inflamatories va ser major en el pàncreas dels animals PAP-/-. La intensitat de la resposta inflamatòria observada suggereix que en condicions fisiològiques, el paper anti-inflamatori de la PAP es prou rellevant. Això ja s’havia suggerit en estudis in vitro, en els que es va demostrar que l’activitat antiinflamatòria de la PAP depenia de la via de transducció de senyal Jak/STAT/SOCS3. Aquesta hipòtesi s’ha comprovat in vivo, monitoritzant el nivell d’activació de STAT3 en els pàncreas dels animals després de la inducció de la pancreatitis.Tot plegat confirma que les funcions antiinflamatòries descrites in vitro per la PAP també es poden observar in vivo, de manera que la PAP sembla ser un agent important en la resposta de les cèl•lules pancreàtiques durant la pancreatitis aguda.

SOCS-1 protein prevents Janus Kinase/STAT-dependent inhibition of beta cell insulin gene transcription and secretion in response to interferon-gamma.

In the pathogenesis of type I diabetes mellitus, activated leukocytes infiltrate pancreatic islets and induce beta cell dysfunction and destruction. Interferon (IFN)-gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin (IL)-1 beta play important, although not completely defined, roles in these mechanisms. Here, using the highly differentiated beta Tc-Tet insulin-secreting cell line, we showed that IFN-gamma dose- and time-dependently suppressed insulin synthesis and glucose-stimulated secretion. As described previously IFN-gamma, in combination with IL-1 beta, also induces inducible NO synthase expression and apoptosis (Dupraz, P., Cottet, S., Hamburger, F., Dolci, W., Felley-Bosco, E., and Thorens, B. (2000) J. Biol. Chem. 275, 37672--37678). To assess the role of the Janus kinase/signal transducer and activator of transcription (STAT) pathway in IFN-gamma intracellular signaling, we stably overexpressed SOCS-1 (suppressor of cytokine signaling-1) in the beta cell line. We demonstrated that SOCS-1 suppressed cytokine-induced STAT-1 phosphorylation and increased cellular accumulation. This was accompanied by a suppression of the effect of IFN-gamma on: (i) reduction in insulin promoter-luciferase reporter gene transcription, (ii) decrease in insulin mRNA and peptide content, and (iii) suppression of glucose-stimulated insulin secretion. Furthermore, SOCS-1 also suppressed the cellular effects that require the combined presence of IL-1 beta and IFN-gamma: induction of nitric oxide production and apoptosis. Together our data demonstrate that IFN-gamma is responsible for the cytokine-induced defect in insulin gene expression and secretion and that this effect can be completely blocked by constitutive inhibition of the Janus kinase/STAT pathway.

Distinct mechanisms of loss of IFN-gamma mediated HLA class I inducibility in two melanoma cell lines

BACKGROUND The inability of cancer cells to present antigen on the cell surface via MHC class I molecules is one of the mechanisms by which tumor cells evade anti-tumor immunity. Alterations of Jak-STAT components of interferon (IFN)-mediated signaling can contribute to the mechanism of cell resistance to IFN, leading to lack of MHC class I inducibility. Hence, the identification of IFN-gamma-resistant tumors may have prognostic and/or therapeutic relevance. In the present study, we investigated a mechanism of MHC class I inducibility in response to IFN-gamma treatment in human melanoma cell lines. METHODS Basal and IFN-induced expression of HLA class I antigens was analyzed by means of indirect immunofluorescence flow cytometry, Western Blot, RT-PCR, and quantitative real-time RT-PCR (TaqMan(R) Gene Expression Assays). In demethylation studies cells were cultured with 5-aza-2'-deoxycytidine. Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA) was used to assay whether IRF-1 promoter binding activity is induced in IFN-gamma-treated cells. RESULTS Altered IFN-gamma mediated HLA-class I induction was observed in two melanoma cells lines (ESTDAB-004 and ESTDAB-159) out of 57 studied, while treatment of these two cell lines with IFN-alpha led to normal induction of HLA class I antigen expression. Examination of STAT-1 in ESTDAB-004 after IFN-gamma treatment demonstrated that the STAT-1 protein was expressed but not phosphorylated. Interestingly, IFN-alpha treatment induced normal STAT-1 phosphorylation and HLA class I expression. In contrast, the absence of response to IFN-gamma in ESTDAB-159 was found to be associated with alterations in downstream components of the IFN-gamma signaling pathway. CONCLUSION We observed two distinct mechanisms of loss of IFN-gamma inducibility of HLA class I antigens in two melanoma cell lines. Our findings suggest that loss of HLA class I induction in ESTDAB-004 cells results from a defect in the earliest steps of the IFN-gamma signaling pathway due to absence of STAT-1 tyrosine-phosphorylation, while absence of IFN-gamma-mediated HLA class I expression in ESTDAB-159 cells is due to epigenetic blocking of IFN-regulatory factor 1 (IRF-1) transactivation.

Drosophila intestinal response to bacterial infection: activation of host defense and stem cell proliferation.

Although Drosophila systemic immunity is extensively studied, little is known about the fly's intestine-specific responses to bacterial infection. Global gene expression analysis of Drosophila intestinal tissue to oral infection with the Gram-negative bacterium Erwinia carotovora revealed that immune responses in the gut are regulated by the Imd and JAK-STAT pathways, but not the Toll pathway. Ingestion of bacteria had a dramatic impact on the physiology of the gut that included modulation of stress response and increased stem cell proliferation and epithelial renewal. Our data suggest that gut homeostasis is maintained through a balance between cell damage due to the collateral effects of bacteria killing and epithelial repair by stem cell division. The Drosophila gut provides a powerful model to study the integration of stress and immunity with pathways associated with stem cell control, and this study should prove to be a useful resource for such further studies.

Ammonia-induced toxicity in developing brain cells and strategies for neuroprotection

RESUME L'hyperammonémie est particulièrement toxique pour le cerveau des jeunes patients et entraîne une atrophie corticale, un élargissement des ventricules et des défauts de myélinisation, responsables de retards mentaux et développementaux. Les traitements actuels se limitent à diminuer le plus rapidement possible le taux d'ammoniaque dans l'organisme. L'utilisation de traitements neuroprotecteurs pendant les crises d'hyperammonémie permettrait de contrecarrer les effets neurologiques de l'ammoniaque et de prévenir l'apparition des troubles neurologiques. Au cours de cette thèse, nous avons testé trois stratégies de neuroprotection sur des cultures de cellules en agrégats issues du cortex d'embryons de rats et traitées à l'ammoniaque. - Nous avons tout d'abord testé si l'inhibition de protéines intracellulaires impliquées dans le déclenchement de la mort cellulaire pouvait protéger les cellules de la toxicité de l'ammoniaque. Nous avons montré que L'exposition à l'ammoniaque altérait la viabilité des neurones et des oligodendrocytes, et activait les caspases, la calpaïne et la kinase-5 dépendante des cyclines (cdk5) associée à son activateur p25. Alors que l'inhibition pharmacologique des caspases et de la calpaïne n'a pas permis de protéger les cellules cérébrales, un inhibiteur de la cdk5, appelé roscovitine, a réduit significativement la mort neuronale. L'inhibition de la cdk5 semble donc être une stratégie thérapeutique prometteuse pour prévenir 1es effets toxiques de 1'ammoniaque sur les neurones. - Nous avons ensuite étudié les mécanismes neuroprotecteurs déclenchés par le cerveau en réponse à la toxicité de l'ammoniaque. Nous avons montré que l'ammoniaque induisait la synthèse du facteur neurotrophique ciliaire (CNTF) par les astrocytes, via l'activation de la protéine kinase (MIAPK) p38. D'autre part, l'ajout de CNTF a permis de protéger les oligodendrocytes mais pas les neurones des cultures exposées à l'ammoniaque, via les voies de signalisations JAK/STAT, SAPK/JNK et c-jun. - Dans une dernière partie, nous avons voulu contrecarrer, par l'ajout de créatine, le déficit énergétique cérébral induit par l'ammoniaque. La créatine a permis de protéger des cellules de type astrocytaire mais pas les cellules cérébrales en agrégats. Cette thèse amis en évidence que les stratégies de neuroprotection chez les patients hyperammonémiques nécessiteront de cibler plusieurs voies de signalisation afin de protéger tous les types cellulaires du cerveau. Summary : In pediatric patients, hyperammonemia is mainly caused by urea cycle disorders or other inborn errors of metabolism, and leads to neurological injury with cortical atrophy, ventricular enlargement and demyelination. Children rescued from neonatal hyperammonemia show significant risk of mental retardation and developmental disabilities. The mainstay of therapy is limited to ammonia lowering through dietary restriction and alternative pathway treatments. However, the possibility of using treatments in a neuroprotective goal may be useful to improve the neurological outcome of patients. Thus, the main objective of this work was to investigate intracellular and extracellular signaling pathways altered by ammonia tonicity, so as to identify new potential therapeutic targets. Experiments were conducted in reaggregated developing brain cell cultures exposed to ammonia, as a model for the developing CNS of hyperammonemic young patients. Theses strategies of neuroprotection were tested: - The first strategy consisted in inhibiting intracellular proteins triggering cell death. Our data indicated that ammonia exposure altered the viability of neurons and oligodendrocytes. Apoptosis and proteins involved in the trigger of apoptosis, such as caspases, calpain and cyclin-dependent kinase-5 (cdk5) with its activator p25, were activated by ammonia exposure. While caspases and calpain inhibitors exhibited no protective effects, roscovitine, a cdk5 inhibitor, reduced ammonia-induced neuronal death. This work revealed that inhibition of cdk5 seems a promising strategy to prevent the toxic effects of ammonia on neurons. - The second strategy consisted in mimicking, the endogenous protective mechanisms triggered by ammonia in the brain. Ammonia exposure caused an increase of the ciliary neurotrophic factor (CNTF) expression, through the activation of the p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) in astrocytes. Treatment of cultures exposed to ammonia with exogenous CNTF demonstrated strong protective effects on oligodendrocytes but not on neurons. These protective effects seemed to involve JAK/STAT, SAPK/JNK and c-jun proteins. - The third strategy consisted in preventing the ammonia-induced cerebral energy deficit with creatine. Creatine treatment protected the survival of astrocyte-like cells through MAPKs pathways. In contrast, it had no protective effects in reaggregated developing brain cell cultures exposed to ammonia. The present study suggests that neuroprotective strategies should optimally be directed at multiple targets to prevent ammonia-induced alterations of the different brain cell types.

Cleavage of mitochondrial antiviral signaling protein in the liver of patients with chronic hepatitis C correlates with a reduced activation of the endogenous interferon system.

Hepatitis C virus (HCV) infection induces the endogenous interferon (IFN) system in the liver in some but not all patients with chronic hepatitis C (CHC). Patients with a pre-activated IFN system are less likely to respond to the current standard therapy with pegylated IFN-alpha. Mitochondrial antiviral signaling protein (MAVS) is an important adaptor molecule in a signal transduction pathway that senses viral infections and transcriptionally activates IFN-beta. The HCV NS3-4A protease can cleave and thereby inactivate MAVS in vitro, and, therefore, might be crucial in determining the activation status of the IFN system in the liver of infected patients. We analyzed liver biopsies from 129 patients with CHC to investigate whether MAVS is cleaved in vivo and whether cleavage prevents the induction of the endogenous IFN system. Cleavage of MAVS was detected in 62 of the 129 samples (48%) and was more extensive in patients with a high HCV viral load. MAVS was cleaved by all HCV genotypes (GTs), but more efficiently by GTs 2 and 3 than by GTs 1 and 4. The IFN-induced Janus kinase (Jak)-signal transducer and activator of transcription protein (STAT) pathway was less frequently activated in patients with cleaved MAVS, and there was a significant inverse correlation between cleavage of MAVS and the expression level of the IFN-stimulated genes IFI44L, Viperin, IFI27, USP18, and STAT1. We conclude that the pre-activation status of the endogenous IFN system in the liver of patients with CHC is in part regulated by cleavage of MAVS.

CCL3, acting via the chemokine receptor CCR5, leads to independent activation of Janus kinase 2 (JAK2) and G(i) proteins

The interaction of the chemokine receptor, CCR5, expressed in recombinant cells, with different G proteins was investigated and CCR5 was found to interact with G(i), G(o) and G(q) species. Interaction with Gi leads to G protein activation, whereas G. does not seem to be activated. Additionally, CCR5 activation also leads to phosphorylation of Janus kinase 2 (JAK2). Activation of JAK2 is independent of Gi or Gq activation. Gi protein activation was not prevented by inhibition of JAK, showing that heterotrimeric G protein activation and activation of the JAK/signal transducer and activator of transcription (STAT) pathway are independent of each other. (C) 2004 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Immune transcript variations among Aedes aegypti populations with distinct susceptibility to dengue virus serotype 2

The innate immune response of insects is one of the factors that may dictate their susceptibility to viral infection. Two immune signaling pathways, Toll and JAK-STAT, and the RNA interference (RNAi) pathway are involved in Aedes aegypti responses against dengue virus (DENV), however natural differences in these antiviral defenses among mosquito populations have not been studied. Here, two field Ae. aegypti populations from distinct ecological environments, one from Recife and the other from Petrolina (Brazil), and a laboratory strain were studied for their ability to replicate a primary isolate of dengue virus serotype 2 (DENV-2). Virus infectivity and replication were determined in insect tissues collected after viral exposure through reverse-transcription real time PCR (RT-PCR). The expression of a transcript representing these defense mechanisms (Toll, JAK-STAT and RNAi) in the midgut and fat body was studied with RTPCR to evaluate variations in innate immune mechanisms possibly employed against DENV. Analyses of infection rates indicated that the field populations were more susceptible to DENV-2 infection than the lab strain. There were distinct expression patterns among mosquito populations, in both control and infected insects. Moreover, lower expression of immune molecules in DENV-2-infected insects compared to controls was observed in the two field populations. These results suggest that natural variations in vector competence against DENV may be partly due to differences in mosquito defense mechanisms, and that the down-regulation of immune transcripts after viral infection depends on the insect strain. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Analisi molecolare dei linfomi cutanei aggressivi

I linfomi primitivi cutanei riconosciuti nella classificazione della WHO/EORTC si presentano come “entità cliniche distinte” su base clinica, morfologica, immunofenotipica e molecolare. Il fenotipo linfocitario T helper CD4+ caratterizza i CTCL, ma alcune entità a prognosi aggressiva presentano un immunofenotipo citotossico CD8+. Numerosi studi di citogenetica (CGH) e gene-expression profiling (GEP) sono stati condotti negli ultimi anni sui CTCL e sono state riscontrate numerose aberrazioni cromosomiche correlate ai meccanismi di controllo del ciclo cellulare. Scopo del nostro studio è la valutazione delle alterazioni genomiche coinvolte nella tumorigenesi di alcuni CTCL aggressivi: il linfoma extranodale NK/T nasal-type, il linfoma primitivo cutaneo aggressivo epidermotropo (AECTCL) e il gruppo dei PTCL/NOS pleomorfo CD8+. Il materiale bioptico dei pazienti è stato sottoposto alla metodica dell’array-CGH per identificare le anomalie cromosomiche; in alcuni casi di AECTCL è stata applicata la GEP, che evidenzia il profilo di espressione genica delle cellule neoplastiche. I dati ottenuti sono stati valutati in modo statistico, evidenziando le alterazioni cromosomiche comuni significative di ogni entità. In CGH, sono state evidenziate alcune aberrazioni comuni fra le entità studiate, la delezione di 9p21.3, l’amplificazione di 17q, 19p13, 19q13.11-q13.32 , 12q13 e 16p13.3, che determinano la delezione dei geni CDKN2A e CDKN2B e l’attivazione del JAK/STAT signaling pathway. Altre alterazioni definiscono l’amplificazione di c-MYC (8q24) e CCND1/CDK4-6 (11q13). In particolare, sono state evidenziate numerose anomalie genomiche comuni in casi di AECTCL e PTCL/NOS pleomorfo. L’applicazione della GEP in 5 casi di AECTCL ha confermato l’alterata espressione dei geni CDKN2A, JAK3 e STAT6, che potrebbero avere un ruolo diretto nella linfomagenesi. Lo studio di un numero maggiore di casi in GEP e l’introduzione delle nuove indagini molecolari come l’analisi dei miRNA, della whole-exome e whole genome sequences consentiranno di evidenziare alterazioni molecolari correlate con la prognosi, definendo anche nuovi target terapeutici.

Analyse des anti-inflammatorischen Pilzmetaboliten S-Curvularin in verschiedenen Modellen der rheumatoiden Arthritis

An der Entwicklung und Aufrechterhaltung chronisch-inflammatorischer Erkrankungen wie der rheumatoiden Arthritis (RA) ist die Fehlregulation verschiedener pro-inflammatorischer Gene von entscheidender Bedeutung. Bei der RA führt unter anderem eine erhöhte Expression der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) zu einer gesteigerten NO-Produktion, was schließlich zum Knochenabbau beiträgt. Für eine Therapie der RA werden häufig Glukokortikoide eingesetzt, die jedoch viele Nebenwirkungen zeigen. Um eine mögliche Therapiealternative zu identifizieren, sollten die Effekte des anti-inflammatorisch wirksamen Pilzmetaboliten S-Curvularin in verschiedenen Modellen der RA analysiert werden.rnIn humanen C-28/I2-Chondrozyten als in vitro-Modell der RA führte die Inkubation mit einem Zytokingemisch zu einer Induktion der iNOS-Expression, die vom chondrogenen Differenzierungsgrad der Zellen abhängig war. Entscheidend für die iNOS-Induktion in C-28/I2-Zellen ist hauptsächlich der p38-MAPK-, der JAK-STAT- und der NF-kappa B-Signaltransduktionsweg. Eine Inkubation der Zellen mit S-Curvularin führte zu einer deutlichen Hemmung der iNOS-Expression. Dexamethason hatte hingegen keinen Effekt auf die iNOS-Expression, was vermutlich auf die fehlende Expression der Glukokortikoidrezeptor-mRNA zurückgeführt werden kann. Daher können von S-Curvularin abgeleitete Pharmaka möglicherweise auch in Fällen einer Steroidresistenz zur Therapie von RA-Patienten zum Einsatz kommen.rnIm Tiermodell der Kollagen-induzierten Arthritis konnte die anti-inflammatorische Wirkung von S-Curvularin auf mehreren Ebenen bestätigt werden. Die Pilzsubstanz reduzierte sowohl die Schwellung der Pfoten als auch die Expression CII-induzierter pro-inflammatorischer Gene, wie z.B. S100A8, Defb6, Camp und Mpo. Dabei waren die Effekte von S-Curvularin meist deutlicher als in Dexamethason-behandelten Mäusen. Die Analyse von Zytokinen (z.B. TNF-alpha, IL-1beta) und Chemokinen (z.B. MCP-1, MIP-1alpha) zeigte, dass die CII-induzierte Expression dieser pro-inflammatorischen Mediatoren in den Pfoten der Mäuse durch eine Therapie mit S-Curvularin und Dexamethason wieder reduziert werden konnte, wobei Unterschiede zwischen den Behandlungen beobachtet werden konnte.rnAuch im Tiermodell der LPS-induzierten akuten Entzündung wurde die iNOS- und die S100A8-Expression in verschiedenen Geweben S-Curvularin reduziert. rnrnS-Curvularin ist also in der Lage, in verschiedenen Modellen der RA und im akuten Entzündungsmodell die pro-inflammatorische Genexpression effizient zu hemmen und könnte somit in Zukunft eine Rolle in der Therapie der RA einnehmen.rn

Genexpressionsanalyse boviner mesenchymaler Stammzellen und deren in-vitro-differenzierten Folgelinien

Mesenchymale Stamzellen (MSC) sind Vertreter der adulten Stammzellen. Sie bergen durch ihre große Plastizität ein immenses Potential für die klinische Nutzung in Form von Stammzelltherapien. Zellen dieses Typs kommen vornehmlich im Knochenmark der großen Röhrenknochen vor und können zu Knochen, Knorpel und Fettzellen differenzieren. MSC leisten einen wichtigen Beitrag im Rahmen regenerativer Prozesse, beispielsweise zur Heilung von Frakturen. Breite Studien demonstrieren bereits jetzt auch bei komplexeren Erkrankungen (z.B. Osteoporose) therapeutisch vielversprechende Einsatzmöglichkeiten. Oft kommen hierbei aus MSC gezielt differenzierte Folgelinien aus Zellkulturen zum Einsatz. Dies bedingt eine kontrollierte Steuerung der Differenzierungsprozesse in vitro. Der Differenzierung einer Stammzelle liegt eine komplexe Veränderung ihrer Genexpression zugrunde. Genexpressionsmuster zur Erhaltung und Proliferation der Stammzellen müssen durch solche, die der linienspezifischen Differenzierung dienen, ersetzt werden. Die mit der Differenzierung einhergehende, transkriptomische Neuausrichtung ist für das Verständnis der Prozesse grundlegend und wurde bislang nur unzureichend untersucht. Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine transkriptomweite und vergleichende Genexpressionsanalyse Mesenchymaler Stammzellen und deren in vitro differenzierten Folgelinien mittels Plasmid - DNA Microarrays und Sequenziertechniken der nächsten Generation (RNA-Seq, Illumina Plattform). In dieser Arbeit diente das Hausrind (Bos taurus) als Modellorganismus, da es genetisch betrachtet eine hohe Ähnlichkeit zum Menschen aufweist und Knochenmark als Quelle von MSC gut verfügbar ist. Primärkulturen Mesenchymaler Stammzellen konnten aus dem Knochenmark von Rindern erfolgreich isoliert werden. Es wurden in vitro Zellkultur - Versuche durchgeführt, um die Zellen zu Osteoblasten, Chondrozyten und Adipozyten zu differenzieren. Zur Genexpressionsanalyse wurde RNA aus jungen MSC und einer MSC Langzeitkultur („alte MSC“), sowie aus den differenzierten Zelllinien isoliert und für nachfolgende Experimente wo nötig amplifiziert. Der Erfolg der Differenzierungen konnte anhand der Genexpression von spezifischen Markergenen und mittels histologischer Färbungen belegt werden. Hierbei zeigte sich die Differenzierung zu Osteoblasten und Adipozyten erfolgreich, während die Differenzierung zu Chondrozyten trotz diverser Modifikationen am Protokoll nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte. Eine vergleichende Hybridisierung zur Bestimmung differentieller Genexpression (MSC vs. Differenzierung) mittels selbst hergestellter Plasmid - DNA Microarrays ergab für die Osteogenese mit Genen wie destrin und enpp1, für die undifferenzierten MSC mit dem Gen sema3c neue Kandidatengene, deren biologische Funktion aufzuklären in zukünftigen Experimenten vielversprechende Ergebnisse liefern sollte. Die Analyse der transkriptomweiten Genexpression mittels NGS lieferte einen noch umfangreicheren Einblick ins Differenzierungsgeschehen. Es zeigte sich eine hohe Ähnlichkeit im Expressionsprofil von jungen MSC und Adipozyten, sowie zwischen den Profilen der alten MSC (eine Langzeitkultur) und Osteoblasten. Die alten MSC wiesen deutliche Anzeichen für eine spontane Differenzierung in die osteogene Richtung auf. Durch Analyse der 100 am stärksten exprimierten Gene jeder Zelllinie ließen sich für junge MSC und Adipozyten besonders Gene der extrazellulären Matrix (z.B col1a1,6 ; fn1 uvm.) auffinden. Sowohl Osteoblasten, als auch die alten MSC exprimieren hingegen verstärkt Gene mit Bezug zur oxidativen Phosphorylierung, sowie ribosomale Proteine. Eine Betrachtung der differentiellen Genexpression (junge MSC vs. Differenzierung) mit anschließender Pathway Analyse und Genontologie Anreicherungsstatistik unterstützt diese Ergebnisse vor allem bei Osteoblasten, wo nun jedoch zusätzlich auch Gene zur Regulation der Knochenentwicklung und Mineralisierung in den Vordergrund treten. Für Adipozyten konnte mit Genen des „Jak-STAT signaling pathway“, der Fokalen Adhäsion, sowie Genen des „Cytokine-cytokine receptor interaction pathway“ sehr spannende Einsichten in die Biologie dieses Zelltyps erlangt werden, die sicher weiterer Untersuchungen bedürfen. In undifferenzierten MSC konnte durch differentielle Genexpressionsanalyse die Rolle des nicht kanonischen Teils des WNT Signalweges als für die Aufrechterhaltung des Stammzellstatus potentiell äußerst einflussreich ermittelt werden. Die hier diskutierten Ergebnisse zeigen beispielhaft, dass besonders mittels Genexpressionsanalyse im Hochdurchsatzverfahren wertvolle Einblicke in die komplexe Biologie der Stammzelldifferenzierung möglich sind. Als Grundlage für nachfolgende Arbeiten konnten interessante Gene ermittelt und Hypothesen zu deren Einfluss auf Stammzelleigenschaften und Differenzierungsprozesse aufgestellt werden. Um einen besseren Einblick in den Differenzierungsverlauf zu ermöglichen, könnten künftig NGS Analysen zu unterschiedlichen Differenzierungszeitpunkten durchgeführt werden. Zudem wären weitere Anstrengungen zur erfolgreichen Etablierung der chondrogenen Differenzierung zur vollständigen Analyse der Genexpression des trilinearen Differenzierungspotentials von MSC wünschenswert.

Synthese von antiinflammatorischen Makrolactonen des Oxacyclododecindion-Typs und deren biologische Evaluierung

Die Sekundärmetabolite 4-Dechlor-14-deoxyoxacyclododecindion, 14-Deoxyoxacyclo-dodecindion und Oxacyclododecindion zeigten in ersten in vitro-Studien eine Hemmung des TGF-β- sowie des JAK-STAT-Signaltransduktionsweges im nanomolaren Konzentrationsbereich. Sie stellen potentielle Leitstrukturen für die Entwicklung neuer Therapeutika zur Behandlung chronisch entzündlicher und/oder fibrotischer Erkrankungen dar. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines totalsynthetischen Zugangs zu diesen Makrolactonen.rnDer erste retrosynthetische Ansatz bestand aus einer Ringschluss-Metathese/Reduktions/Eliminierungs-Sequenz. Während das gesättigte Makrolacton-grundgerüst dargestellt werden konnte, schlug die Einführung der Doppelbindung fehl. Es wurde nur ein exo-Methylen-Derivat erhalten. Eine Syntheseroute über eine carbonylierende Kreuzkupplung oder über eine intramolekulare Hydroacylierung verliefen erfolglos. Versuche zum Aufbau des α,β-ungesättigten Enons über das β,γ-ungesättigte Enon in einer Ringschluss-Metathese/Isomerisierungs-Sequenz führten stattdessen zur Bildung eines γ,δ-ungesättigten Ketons und eines 12-Oxo-10,11-dehydrocurvularin-Derivates.rnEine intramolekulare Friedel-Crafts-Acylierung ermöglichte den Ringschluss, sodass die beiden Naturstoffe 4-Dechlor-14-deoxyoxacyclododecindion sowie 14-Deoxyoxa-cyclododecindion synthetisiert werden konnten. Durch die Totalsynthese konnte zudem die bisher unbekannte relative Konfiguration der zwei Stereozentren aufgeklärt werden. Die während dieser Arbeit erhaltenen Derivate ermöglichten es, Struktur-Wirkungs-Beziehungen für diese Makrolactone aufzustellen.rnIn weiteren biologischen Studien von Kooperationspartnern wurde die hohe Wirksamkeit im nanomolaren Konzentrationsbereich bestätigt. Eine erste in vivo-Studie zur Behandlung von systemischem Lupus erythematodes mit 14-Deoxyoxacyclododecindion deutet auf eine verminderte Entzündungsreaktion und positive Effekte auf chronische Nierenschäden hin.rn

Extended kalman filter for estimation of parameters in nonlinear state-space models of biochemical networks.

It is system dynamics that determines the function of cells, tissues and organisms. To develop mathematical models and estimate their parameters are an essential issue for studying dynamic behaviors of biological systems which include metabolic networks, genetic regulatory networks and signal transduction pathways, under perturbation of external stimuli. In general, biological dynamic systems are partially observed. Therefore, a natural way to model dynamic biological systems is to employ nonlinear state-space equations. Although statistical methods for parameter estimation of linear models in biological dynamic systems have been developed intensively in the recent years, the estimation of both states and parameters of nonlinear dynamic systems remains a challenging task. In this report, we apply extended Kalman Filter (EKF) to the estimation of both states and parameters of nonlinear state-space models. To evaluate the performance of the EKF for parameter estimation, we apply the EKF to a simulation dataset and two real datasets: JAK-STAT signal transduction pathway and Ras/Raf/MEK/ERK signaling transduction pathways datasets. The preliminary results show that EKF can accurately estimate the parameters and predict states in nonlinear state-space equations for modeling dynamic biochemical networks.

Survival in patients with high-risk prostate cancer is predicted by miR-221, which regulates proliferation, apoptosis, and invasion of prostate cancer cells by inhibiting IRF2 and SOCS3

A lack of reliably informative biomarkers to distinguish indolent and lethal prostate cancer is one reason this disease is overtreated. miR-221 has been suggested as a biomarker in high-risk prostate cancer, but there is insufficient evidence of its potential utility. Here we report that miR-221 is an independent predictor for cancer-related death, extending and validating earlier findings. By mechanistic investigations we showed that miR-221 regulates cell growth, invasiveness, and apoptosis in prostate cancer at least partially via STAT1/STAT3-mediated activation of the JAK/STAT signaling pathway. miR-221 directly inhibits the expression of SOCS3 and IRF2, two oncogenes that negatively regulate this signaling pathway. miR-221 expression sensitized prostate cancer cells for IFN-γ-mediated growth inhibition. Our findings suggest that miR-221 offers a novel prognostic biomarker and therapeutic target in high-risk prostate cancer.