Ferroelektrische Netzwerksynthese und ihre Charakterisierung

Deutsch:Diese Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der Synthese neuer, vernetzbarer, ferroelektrischer Verbindungen, welche eine höhere spontane Polarisation und damit ein besseres Schaltverhalten nach Vernetzung aufweisen sollten. Dazu wurde in bekannte Systemen die Halogene Fluor, Chlor und Brom erfolgreich eingebaut. Desweiteren konnten neue Untersuchungmethoden für ferroelektrische, flüssigkristalline Netzwerke erfolgreich angewendet und weiterentwickelt werden. Damit gelang es z. B. neue Erkenntnisse über die elastischen Eigenschaften von LC-Elastomeren zu gewinnen, wobei es erstmalig gelang, Seifenblasen aus LC-Polymeren herzustellen und durch UV-Bestrahlung zu vernetzen. Durch die Messung des Radius in Abhängigkeit des Druckes war es möglich festzustellen, daß sich das Verhalten des Polymers, welches zunächst oberflächenspannungskontrolliert war, nach UV-Bestrahlung, in ein elastisches Verhalten änderte. Aus der Radius vs. Druckbeziehung war es möglich, Daten über die elastischen Eigenschaften zu erhalten. Die Ballone zeigten dabei typische, gummielastische Eigenschaften. Ein Einfluß der Mesophase (d.h. SA oder SC-Phase) auf die Eigenschaften der Ballone konnte dabei nicht festgestellt werden. Für die beiden hier untersuchten Systeme des inter- und intralyer vernetzbaren System konnte festgestellt werden, daß ihr elastisches Verhalten sehr ähnlich ist, ganz im Gegensatz zu den früheren elektrooptischen Untersuchungen. D. h. beide Systeme zeigten nach der Vernetzung bis auf einen Faktor 2 das gleiche elastische Verhalten. Im Gegensatz zu nematischen Elastomeren, welche am Phasenübergang zum Teil große thermoelastische Änderungen zeigen, zeigten die hier untersuchten Elastomere keine Änderung der elastischen Eigenschaften beim Phasenübergang, was sich u.a. auf die relativ hohen Vernetzungsdichten zurückführen läßt. Weiterhin wurde die Elektrostriktion in ferroelektrischen flüssigkristallinen Elastomerenfilmen untersucht, welche zu einem neuen Weltrekord des elektrostriktiven Effektes führte. Es wurden Schichtdickenänderungen von 4% bei einem angelegten Feld von 1,5 kV gemessen. Röntgenstreuexperimente an gespincoateten, vernetzten Polymerfilmen haben überdies gezeigt, daß der gemessene Effekt voll und ganz auf den elektroklinen Effekt zurück zu führen ist. Zum Schluß wurde ein neuer Weg ausgearbeitet, um flüssigkristalline Netzwerke unter Einsatz von weniger präparativer Chemie zu erhalten. Dazu wurde die Möglichkeit der Netzwerkbildung mit organischen Gelbildnern untersucht. In diesem Zusammenhang ist es erstmalig gelungen, ferroelektrische Flüssigkristalle reversibel in dem einen oder anderen Zustand orientiert zu stabilisieren, wobei beliebig oft zwischen den stabilisierten Zuständen gewechselt werden konnte.

Synaptic connectivity in micropatterned networks of neuronal cells

The presented thesis describes the formation of functional neuronal networks on an underlying micropattern. Small circuits of interconnected neurons defined by the geometry of the patterned substrate could be observed and were utilised as a model system of reduced complexity for the behaviour of neuronal network formation and activity. The first set of experiments was conducted to investigate aspects of the substrate preparation. Micropatterned substrates were created by microcontact printing of physiological proteins onto polystyrene culture dishes. The substrates displayed a high contrast between the repellant background and the cell attracting pattern, such that neurons seeded onto these surfaces aligned with the stamped structure. Both the patterning process and the cell culture were optimised, yielding highly compliant low-density networks of living neuronal cells. In the second step, cellular physiology of the cells grown on these substrates was investigated by patch-clamp measurements and compared to cells cultivated under control conditions. It could be shown that the growth on a patterned substrate did not result in an impairment of cellular integrity nor that it had an impact on synapse formation or synaptic efficacy. Due to the extremely low-density cell culture that was applied, cellular connectivity through chemical synapses could be observed at the single cell level. Having established that single cells were not negatively affected by the growth on patterned substrates, aspects of network formation were investigated. The formation of physical contact between two cells was analysed through microinjection studies and related to the rate at which functional synaptic contacts formed between two neighbouring cells. Surprisingly, the rate of synapse formation between physically contacting cells was shown to be unaltered in spite of the drastic reduction of potential interaction partners on the micropattern. Additional features of network formation were investigated and found consistent with results reported by other groups: A different rate of synapse formation by excitatory and inhibitory neurons could be reproduced as well as a different rate of frequency-dependent depression at excitatory and inhibitory synapses. Furthermore, regarding simple feedback loops, a significant enrichment of reciprocal connectivity between mixed pairs of excitatory and inhibitory neurons relative to uniform pairs could be demonstrated. This phenomenon has also been described by others in unpatterned cultures [Muller, 1997] and may therefore be a feature underlying neuronal network formation in general. Based on these findings, it can be assumed that inherent features of neuronal behaviour and cellular recognition mechanisms were found in the cultured networks and appear to be undisturbed by patterned growth. At the same time, it was possible to reduce the complexity of the forming networks dramatically in a cell culture on a patterned surface. Thus, features of network architecture and synaptic connectivity could be investigated on the single cell level under highly defined conditions.

Entstehung und Dynamik des Keratinfilament-Netzwerks

Das zytoplasmatische Zytoskelett besteht aus drei Filamentsystemen, die aus Aktin, Tubulin und Intermediärfilamentproteinen aufgebaut sind und dreidimensionale Netzwerke ausbilden. Das Intermediärfilamentsystem, dem vor allem mechanische Stabilisierungsfunktionen zugesprochen werden, unterscheidet sich von den anderen durch seine Fähigkeit, spontan aus seinen Polypeptiduntereinheiten ohne weitere Kofaktoren zu polymerisieren und durch seinen unpolaren Aufbau. Es ist bis heute unbekannt, wie Intermediärfilamentnetzwerke in vivo moduliert werden und wie ihre Anordnung in den Kontext des Gesamtzytoskeletts koordiniert wird. Am Beispiel der epithelialen Intermediärfilamentproteine, den Keratinen, sollte daher untersucht werden, wie und wo neue Intermediärfilamente entstehen, welche Bedeutung den anderen Filamentsystemen bei dem Netzwerkaufbau und –Turn-Over zukommen und wie die Netzwerkbildung gesteuert wird. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden Zellklone hergestellt, die fluoreszierende Keratine synthetisieren. In der Zelllinie SK8/18-2, deren gesamtes Netzwerk aus derartigen Chimären aufgebaut ist, konnten anhand von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen der Fluoreszenzmuster Keratinfilamentvorläufer (KFP) identifiziert und deren Dynamik direkt in lebenden Zellen verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die KFP in einem Plasmamembran-nahen Bereich entstehen, in dem sie zuerst als punktförmige Partikel detektiert werden. Nach einer initialen, sphäroidalen Wachstumsphase elongieren die Partikel zu kleinen Filamentstückchen. Diese können miteinander fusionieren und werden über ihre Enden in das periphere Netzwerk integriert. Der Wachstumsprozess ist gekoppelt an eine kontinuierliche, langsame Bewegung in Richtung auf das Zellzentrum. Diese Motilität sistiert vollständig nach pharmakologisch induziertem Abbau der Aktinfilamente. In Zeitraffer-aufnahmen kann jedoch in derartig behandelten Zellen ein wesentlich schnellerer Transport, der in verschiedene Richtungen verläuft und durch lange Ruhephasen unterbrochen wird, beobachtet werden. Dieser Modus, der gelegentlich auch in unbehandelten Zellen gefunden wurde, ist abhängig von intakten Mikrotubuli. Erst durch Zerstörung der Aktinfilamente und der Mikrotubuli erlischt die Motilität der KFPs vollständig. Bei der Suche nach Regulatoren der Keratinnetzwerkbildung wurde die p38 MAPK als zentraler Faktor identifiziert. Erstmals konnte eine direkte räumliche und zeitliche Korrelation zwischen einer spezifischen Enzymaktivität durch Nachweis der phosphorylierten p38 MAPK, der daraus folgenden Phosphorylierung eines Keratins, hier Serin 73 des Keratin 8, und der daraus resultierenden Veränderung des Netzwerkaufbaus, d. h. der Ausbildung von Keratingranula, nachgewiesen werden. Diese koordinierten Veränderungen wurden in unterschiedlichen Stresssituationen in verschiedenen Zellsystemen und in Zellen mit mutierten Keratinen beobachtet. Genetische (shRNA) und pharmakologische Manipulationen der p38 MAPK-Aktivität deuten auf einen engen kausalen Zusammenhang hin.

Untersuchungen des Keratinfilament-Turnovers in lebenden Zellen

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

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.

Uniform vascular-endothelial-cell-specific gene expression in both embryonic and adult transgenic mice

TIE2 is a vascular endothelial-specific receptor tyrosine kinase essential for the regulation of vascular network formation and remodeling. Previously, we have shown that the 1.2-kb 5' flanking region of the TIE2 promoter is capable of directing beta-galactosidase reporter gene expression specifically into a subset of endothelial cells (ECs) of transgenic mouse embryos. However, transgene activity was restricted to early embryonic stages and not detectable in adult mice. Herein we describe the identification and characterization of an autonomous endothelial-specific enhancer in the first intron of the mouse TIE2 gene. Furthermore, combination of the TIE2 promoter with an intron fragment containing this enhancer allows it to target reporter gene expression specifically and uniformly to virtually all vascular ECs throughout embryogenesis and adulthood. To our knowledge, this is the first time that an in vivo expression system has been assembled by which heterologous genes can be targeted exclusively to the ECs of the entire vasculature. This should be a valuable tool to address the function of genes during physiological and pathological processes of vascular ECs in vivo. Furthermore, we were able to identify a short region critical for enhancer function in vivo that contains putative binding sites for Ets-like transcription factors. This should, therefore, allow us to determine the molecular mechanisms underlying the vascular-EC-specific expression of the TIE2 gene.

The secretome of endothelial progenitor cells promotes brain endothelial cell activity through PI3-kinase and MAP-kinase

BACKGROUND Angiogenesis and vascular remodelling are crucial events in tissue repair mechanisms promoted by cell transplantation. Current evidence underscores the importance of the soluble factors secreted by stem cells in tissue regeneration. In the present study we investigated the effects of paracrine factors derived from cultured endothelial progenitor cells (EPC) on rat brain endothelial cell properties and addressed the signaling pathways involved. METHODS Endothelial cells derived from rat brain (rBCEC4) were incubated with EPC-derived conditioned medium (EPC-CM). The angiogenic response of rBCEC4 to EPC-CM was assessed as effect on cell number, migration and tubular network formation. In addition, we have compared the outcome of the in vitro experiments with the effects on capillary sprouting from rat aortic rings. The specific PI3K/AKT inhibitor LY294002 and the MEK/ERK inhibitor PD98059 were used to study the involvement of these two signaling pathways in the transduction of the angiogenic effects of EPC-CM. RESULTS Viable cell number, migration and tubule network formation were significantly augmented upon incubation with EPC-CM. Similar findings were observed for aortic ring outgrowth with significantly longer sprouts. The EPC-CM-induced activities were significantly reduced by the blockage of the PI3K/AKT and MEK/ERK signaling pathways. Similarly to the outcome of the rBCEC4 experiments, inhibition of the PI3K/AKT and MEK/ERK pathways significantly interfered with capillary sprouting induced by EPC-CM. CONCLUSION The present study demonstrates that EPC-derived paracrine factors substantially promote the angiogenic response of brain microvascular endothelial cells. In addition, our findings identified the PI3K/AKT and MEK/ERK pathways to play a central role in mediating these effects.

From Ribbons to Networks: Hierarchical Organization of DNA-Grafted Supramolecular Polymers

DNA-grafted supramolecular polymers (SPs) allow the programmed organization of DNA in a highly regular, one-dimensional array. Oligonucleotides are arranged along the edges of pyrene-based helical polymers. Addition of complementary oligonucleotides triggers the assembly of individual nanoribbons resulting in the development of extended supramolecular networks. Network formation is enabled by cooperative coaxial stacking interactions of terminal GC base pairs. The process is accompanied by structural changes in the pyrene polymer core that can be followed spectroscopically. Network formation is reversible, and disassembly into individual ribbons is realized either via thermal denaturation or by addition of a DNA separator strand.

A Comparative Study of Development Mechanisms in Korea and Taiwan: Introductory Analysis

This article is the introduction to a special issue of The Developing Economies which presented the results of a research project by the Institute of Developing Economies that examined the development mechanisms in Korea and Taiwan. Our conclusion in this article is that their development mechanisms, despite their similar development patterns of export-led industrialization, have been essentially different: a government-led mechanism in Korea as opposed to a market-led mechanism in Taiwan. We verified this difference through comparative studies of the two economies covering trade balances, the growth of total factor productivity, the scale of enterprises and business groups, and the development processes of individual manufacturing sectors. In our explanatory discussion we propose that the difference in the mechanisms is based on: 1) the amount of accumulation in the economy at the time postwar industrialization started, 2) the relationship between government and society, and 3) the mechanism of social network formation.

Myopic or farsighted : bilateral trade agreements among three symmetric countries

We examine network formation via bilateral trade agreement (BTA) among three symmetric countries. Each government decides whether to form a link or not via a BTA depending on the differential of ex-post and ex-ante sum of real wages in the country. We model the governmental decision in two forms, myopic and farsighted and analyze the effects on the BTA network formation. First, we find that both myopic and farsighted games never induce the formation of star networks nor empty networks. Second, the networks resulting from myopic game coincides with those resulting from farsighted games.

The Involvement of the Intermediate Chain of Cytoplasmic Dynein in Binding the Motor Complex to Membranous Organelles of Xenopus Oocytes

Cytoplasmic dynein is one of the major motor proteins involved in intracellular transport. It is a protein complex consisting of four subunit classes: heavy chains, intermediate chains (ICs), light intermediate chains, and light chains. In a previous study, we had generated new monoclonal antibodies to the ICs and mapped the ICs to the base of the motor. Because the ICs have been implicated in targeting the motor to cargo, we tested whether these new antibodies to the intermediate chain could block the function of cytoplasmic dynein. When cytoplasmic extracts of Xenopus oocytes were incubated with either one of the monoclonal antibodies (m74–1, m74–2), neither organelle movement nor network formation was observed. Network formation and membrane transport was blocked at an antibody concentration as low as 15 μg/ml. In contrast to these observations, no effect was observed on organelle movement and tubular network formation in the presence of a control antibody at concentrations as high as 0.5 mg/ml. After incubating cytoplasmic extracts or isolated membranes with the monoclonal antibodies m74–1 and m74–2, the dynein IC polypeptide was no longer detectable in the membrane fraction by SDS-PAGE immunoblot, indicating a loss of cytoplasmic dynein from the membrane. We used a panel of dynein IC truncation mutants and mapped the epitopes of both antibodies to the N-terminal coiled-coil domain, in close proximity to the p150Glued binding domain. In an IC affinity column binding assay, both antibodies inhibited the IC–p150Glued interaction. Thus these findings demonstrate that direct IC–p150Glued interaction is required for the proper attachment of cytoplasmic dynein to membranes.

The release of nitric oxide from S-nitrosothiols promotes angiogenesis

Free nitric oxide (NO) reacts with sulphydryl residues to form S-nitrosothiols, which act as NO reservoirs. We sought to determine whether thiol-preserving agents and antioxidants, such as dithiothreitol (DTT) and vitamin C, induce NO release from S-nitrosylated proteins in endothelial cell cultures to promote angiogenesis. NO release was measured directly in cell supernatants using a Sievers NO Analyser, and in vitro angiogenesis was assessed by quantifying capillary-like tube network formation of porcine aortic endothelial cells (PAEC) on growth factor-reduced Matrigel. Incubation of PAEC with DTT or vitamin C significantly increased NO release in a concentration-dependent manner. However, the nitric oxide synthase (NOS) inhibitors, L-NNA and L-NIO, had no effect on DTT- or vitamin C-induced NO release, and there was no concomitant increase in the phosphorylation of endothelial NOS at serine-1177 following DTT or vitamin C treatment. DTT and vitamin C increased capillary-like tube network formation by nine- and two-fold, respectively, and the addition of copper ions doubled the effect of vitamin C. Surprisingly, DTT maintained endothelial tube networks for up to one month under serum-free conditions, and selective inhibitors of guanylyl cyclase (ODQ) and PKG (KT-5823) blocked this, demonstrating the requirement of cyclic GMP and PKG in this process. Both DTT and vitamin C are capable of releasing sufficient NO from S-nitrosothiols to induce capillary morphogenesis. This study provides the first evidence that increased denitrosylation leads to increased bioavailability of NO, independent of NOS activity, to promote sustained angiogenesis.

Glutaredoxin-1 up-regulation induces soluble vascular endothelial growth factor receptor 1, attenuating post-ischemia limb revascularization

Glutaredoxin-1 (Glrx) is a cytosolic enzyme that regulates diverse cellular function by removal of GSH adducts from S-glutathionylated proteins including signaling molecules and transcription factors. Glrx is up-regulated during inflammation and diabetes. Glrx overexpression inhibits VEGF-induced endothelial cell (EC) migration. The aim was to investigate the role of up-regulated Glrx in EC angiogenic capacities and in vivo revascularization in the setting of hind limb ischemia. Glrx overexpressing EC from Glrx transgenic mice (TG) showed impaired migration and network formation and secreted higher level of soluble VEGF receptor 1 (sFlt), an antagonizing factor to VEGF. After hind limb ischemia surgery Glrx TG mice demonstrated impaired blood flow recovery, associated with lower capillary density and poorer limb motor function compared to wild type littermates. There were also higher levels of anti-angiogenic sFlt expression in the muscle and plasma of Glrx TG mice after surgery. Non-canonical Wnt5a is known to induce sFlt. Wnt5a was highly expressed in ischemic muscles and EC from Glrx TG mice, and exogenous Wnt5a induced sFlt expression and inhibited network formation in human microvascular EC. Adenoviral Glrx-induced sFlt in EC was inhibited by a competitive Wnt5a inhibitor. Furthermore, Glrx overexpression removed GSH adducts on p65 in ischemic muscle and EC, and enhanced nuclear factor kappa B (NF-kB) activity which was responsible for Wnt5a-sFlt induction. Taken together, up-regulated Glrx induces sFlt in EC via NF-kB -dependent Wnt5a, resulting in attenuated revascularization in hind limb ischemia. The Glrx-induced sFlt may be a part of mechanism of redox regulated VEGF signaling.

Regulation of neovascularization by S-glutathionylation via the Wnt5a/sFlt-1 pathway

S-glutathionylation occurs when reactive oxygen or nitrogen species react with protein-cysteine thiols. Glutaredoxin-1 (Glrx) is a cytosolic enzyme which enzymatically catalyses the reduction in S-glutathionylation, conferring reversible signalling function to proteins with redox-sensitive thiols. Glrx can regulate vascular hypertrophy and inflammation by regulating the activity of nuclear factor κB (NF-κB) and actin polymerization. Vascular endothelial growth factor (VEGF)-induced endothelial cell (EC) migration is inhibited by Glrx overexpression. In mice overexpressing Glrx, blood flow recovery, exercise function and capillary density were significantly attenuated after hindlimb ischaemia (HLI). Wnt5a and soluble Fms-like tyrosine kinase-1 (sFlt-1) were enhanced in the ischaemic-limb muscle and plasma respectively from Glrx transgenic (TG) mice. A Wnt5a/sFlt-1 pathway had been described in myeloid cells controlling retinal blood vessel development. Interestingly, a Wnt5a/sFlt-1 pathway was found also to play a role in EC to inhibit network formation. S-glutathionylation of NF-κB components inhibits its activation. Up-regulated Glrx stimulated the Wnt5a/sFlt-1 pathway through enhancing NF-κB signalling. These studies show a novel role for Glrx in post-ischaemic neovascularization, which could define a potential target for therapy of impaired angiogenesis in pathological conditions including diabetes.

Rheology and Microfluidic flows of a cationic surfactant and hydrotropic salt mixture

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08