Transient high level mammalian reovirus replication in a bat epithelial cell line occurs without cytopathic effect

Mammalian reoviruses exhibit a large host range and infected cells are generally killed; however, most studies examined only a few cell types and host species, and are probably not representative of all possible interactions between virus and host cell. Many questions thus remain concerning the nature of cellular factors that affect viral replication and cell death. In the present work, it was observed that replication of the classical mammalian reovirus serotype 3 Dearing in a bat epithelial cell line, Tb1.Lu, does not result in cell lysis and is rapidly reduced to very low levels. Prior uncoating of virions by chymotrypsin treatment, to generate infectious subviral particles, increased the initial level of infection but without any significant effect on further viral replication or cell survival. Infected cells remain resistant to virus reinfection and secrete an antiviral factor, most likely interferon, that is protective against the unrelated encephalomyocarditis virus. Although, the transformed status of a cell is believed to promote reovirus replication and viral “oncolysis”, resistant Tb1.Lu cells exhibit a classical phenotype of transformed cells by forming colonies in semisolid soft agar medium. Further transduction of Tb.Lu cells with a constitutively-active Ras oncogene does not seem cell growth or reovirus effect on these cells. Infected Tb1.Lu cells can produce low-level of infectious virus for a long time without any apparent effect, although these cells are resistant to reinfection. The results suggest that Tb1.Lu cells can mount an unusual antiviral response. Specific properties of bat cells may thus be in part responsible for the ability of the animals to act as reservoirs for viruses in general and for novel reoviruses in particular. Their peculiar resistance to cell lysis also makes Tb1.Lu cells an attractive model to study the cellular and viral factors that determine the ability of reovirus to replicate and destroy infected cells.

Agrobacterium tumefasciens-mediated transformation of the aquatic fungus Blastocladiella emersonii

Agrobacterium tumefaciens is widely used for plant DNA transformation and more recently, has also been used to transform yeast, filamentous fungi and even human cells. Using this technique, we developed the first transformation protocol for the saprobic aquatic fungus Blastocladiella emersonii, a Blastocladiomycete localized at the base of fungal phylogenetic tree, which has been shown as a promising and interesting model of study of cellular function and differentiation. We constructed binary T-DNA vectors containing hygromycin phosphotransferase (hph) or enhanced green fluorescent protein (egfp) genes, under the control of Aspergillus nidulans trpC promoter and terminator sequences. 24 h of co-cultivation in induction medium (IM) agar plates, followed by transfer to PYG-agar plates containing cefotaxim to kill Agrobacterium tumefsciens and hygromycin to select transformants, resulted in growth and sporulation of resistant transformants. Genomic DNA from the pool o resistant zoospores were shown to contain T-DNA insertion as evidenced by PCR amplification of hph gene. Using a similar protocol we could also evidence the expression of enhanced green fluorescent protein (EGFP) in zoospores derived from transformed cells. This protocol can also open new perspectives for other non-transformable closely related fungi, like the Chytridiomycete class. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Expressão da proteína S1 recombinante do vírus da bronquite infecciosa em Saccharomyces cerevisiae para aplicação no imunodiagnóstico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Selective Permeation and Organic Extraction of Recombinant Green Fluorescent Protein (gfpuv) from Escherichia coli

Background Transformed cells of Escherichia coli DH5-α with pGFPuv, induced by IPTG (isopropyl-β-d-thiogalactopyranoside), express the green fluorescent protein (gfpuv) during growth phases. E. coli subjected to the combination of selective permeation by freezing/thawing/sonication cycles followed by the three-phase partitioning extraction (TPP) method were compared to the direct application of TPP to the same culture of E. coli on releasing gfpuv from the over-expressing cells. Material and Methods Cultures (37°C/100 rpm/ 24 h; μ = 0.99 h-1 - 1.10 h-1) of transformed (pGFP) Escherichia coli DH5-α, expressing the green fluorescent protein (gfpuv, absorbance at 394 nm and emission at 509 nm) were sonicated in successive intervals of sonication (25 vibrations/pulse) to determine the maximum amount of gfpuv released from the cells. For selective permeation, the transformed previously frozen (-75°C) cells were subjected to three freeze/thaw (-20°C/ 0.83°C/min) cycles interlaid by sonication (3 pulses/ 6 seconds/ 25 vibrations). The intracellular permeate with gfpuv in extraction buffer (TE) solution (25 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM β-mercaptoethanol β-ME, 0.1 mM PMSF) was subjected to the three-phase partitioning (TPP) method with t-butanol and 1.6 M ammonium sulfate. Sonication efficiency was verified on the application to the cells previously treated by the TPP method. The intra-cell releases were mixed and eluted through methyl HIC column with a buffer solution (10 mM Tris-HCl, 10 mM EDTA, pH 8.0). Results The sonication maximum released amount obtained from the cells was 327.67 μg gfpuv/mL (20.73 μg gfpuv/mg total proteins – BSA), after 9 min of treatment. Through the selective permeation by three repeated freezing/thawing/sonication cycles applied to the cells, a close content of 241.19 μg gfpuv/mL (29.74 μg gfpuv/mg BSA) was obtained. The specific mass range of gfpuv released from the same cultures, by the three-phase partitioning (TPP) method, in relation to total proteins, was higher, between 107.28 μg/mg and 135.10 μg/mg. Conclusions The selective permeation of gfpuv by freezing/thawing/sonication followed by TPP separation method was equivalent to the amount of gfpuv extracted from the cells directly by TPP; although selective permeation extracts showed better elution through the HIC column.

Immune escape durch Überexpression von HER-2/neu

In Tumoren und Onkogen-transformierten Zellen finden sich häufig Defizienzen in der Expression von Komponenten der MHC Klasse I-Antigenprozessierung, die mit einer verminderten MHC Klasse I-Oberflächenexpression und einer reduzierten Sensitivität der Zellen gegenüber einer ZTL-vermittelten Lyse gekoppelt sein können. Da in den meisten Fällen die reduzierten Expressionsmuster über Zytokine revertiert werden können, werden verschiedene Regulationsmechanismen als Ursache für die Defizienzen postuliert. Auch in Zellen, die den „human epidermal growth factor receptor 2“ (HER-2/neu) überexprimieren, wurden derartige „Immune escape“-Mechanismen identifiziert. Aufgrund der Amplifikation und/oder Überexpression dieses Onkogens in Tumoren, die mit einer schnellen Progression der Erkrankung und einer schlechten Heilungsprognose assoziiert ist, wurden zahlreiche Therapien entwickelt, die auf einer Mobilisierung des Immunsystems gegenüber HER-2/neu oder dessen Blockade durch spezifische Antikörper abzielen. Die bisher jedoch nur unzureichenden Erfolge dieser Therapien könnten ihre Ursache in einer verminderten Immunogenität der HER-2/neu+-Zellen aufgrund von Defizienzen in der MHC Klasse I-Antigenprozessierung haben, weshalb die Untersuchung der molekularen Ursachen dieser Suppression für die Therapie von HER-2/neu+-Tumoren von besonderer Bedeutung ist. In dieser Arbeit wurde anhand eines in vitro-Systems ein HER-2/neu-vermittelter „Immune escape“-Phänotyp charakterisiert und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen untersucht. Hierzu wurden murine, HER-2/neu--NIH3T3-Zellen mit HER-2/neu-transfizierten NIH3T3-Zellen verglichen. Die Untersuchung zeigte, dass die Oberflächenexpression von MHC Klasse I-Antigenen bei einer HER-2/neu-Überexpression vermindert ist. Dies ist assoziiert mit reduzierten Expressionen von LMP2, LMP10, PA28a, PA28b, ERAAP, TAP1, TAP2, und Tapasin, einem blockiertem TAP-Transport und einer fehlenden Sensitivität gegenüber einer ZTL-vermittelten Lyse. Da die analysierten Defekte durch eine Stimulation mit IFN‑g wieder revertiert werden können, wird eine transkriptionelle oder translationelle Regulation der betroffenen Gene durch HER-2/neu postuliert. Aufgrund dieser Ergebnisse ist eine T-Zell-vermittelte Therapie von HER-2/neu+-Tumoren als kritisch anzusehen. Die Untersuchung der Promotoren von TAP1/LMP2, TAP2 und Tapasin ergab geringere und durch IFN‑g-induzierbare Promotoraktivitäten in den HER-2/neu+-Zellen im Vergleich zu den HER-2/neu—-Zellen. Mittels Mutagenese-PCR und Gelretardationsanalysen konnte die Bindung eines Komplexes an zwei E2F- und einer P300-Bindungsstelle im Tapasin-Promotor identifiziert werden, die für die HER-2/neu-vermittelte Hemmung der Tapasin-Promotor­aktivität essentiell ist. Eine Inaktivierung der E2F- und P300-Motve in den TAP1/LMP2- und TAP2-Promotoren hatte dagegen keinen Einfluss auf die HER-2/neu-vermittelte Blockade der Promotoraktivität. Ein Vergleich der Promotoraktivitäten der HER-2/neu+- mit Ras-transformierten Zellen ergab, dass die TAP1/LMP2- und TAP2-Promotoren in beiden Zellen supprimiert werden, während der Tapasin-Promotor bei Ras-Transformation nicht beein­trächtigt ist. Der Einsatz von Inhibitoren zeigte, dass die Suppression des Tapasin-Promotors vermutlich über die PLC-g-PKC-Kaskade erfolgt. Dagegen konnte mit Inhibitoren gegen MAPK und PI3Kinase kein vergleichbarer Effekt erzielt werden. Aufgrund dieser Daten wird postuliert, dass HER-2/neu über die Signalkaskade PLC-g–PKC–E2F/P300 die Tapasin-Promotoraktivität supprimiert, wohingegen noch bisher unbekannte Signalkaskaden von HER-2/neu und Ras zu einer Hemmung der TAP1/LMP2- und TAP2-Promotoraktivität führen. Da die Komplexbildung von E2F und P300 auch im Zellzyklus eine Rolle spielt, wird eine negative Korrelation zwischen Zell-Proliferation und MHC Klasse I-Antigenpräsentation postuliert, die Gegenstand künftiger Studien sein wird.

Molekulare Mechanismen der Kontaktinhibition: Identifizierung neuer Tumorsuppressorgene

Die Zellen eines Organismus unterliegen ständig den Einflüssen wachstumsfördernder und –hemmender Signale. Die korrekte Verarbeitung dieser Signale ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Gewebehomöostase. Wachstumsfördernde Signale sind z. B. Wachstumsfaktoren und –hormone. Diese Substanzen sowie ihre Rezeptoren und Signalwege sind relativ gut erforscht. Dagegen ist über die wachstumshemmenden Signalwege vergleichsweise wenig bekannt. Wichtige wachstumshemmende Signale werden einerseits über lösliche Faktoren, wie z. B. TGF-β, und andererseits über Zell-Zell-Kontakte vermittelt. Den Zell-Zell-Kontakt vermittelten Wachstumsstopp bezeichnet man auch als Kontaktinhibition. Die Kontaktinhibition ist ein wichtiges Merkmal nicht-transformierter Zellen. Im Gegensatz dazu zeichnen sich transformierte Zellen durch den Verlust der Kontaktinhibition aus, der einhergeht mit unkontrolliertem Wachstum der Zellen und Tumorbildung. Genauere Kenntnisse der molekularen Ursachen der Kontaktinhibition bzw. ihres Verlustes während der Tumorentstehung werden neue Ansatzpunkte für die Krebstherapie liefern. Diese können bei der Entwicklung neuer, nebenwirkungsärmerer Krebsmedikamente und einer verbesserten Diagnostik helfen. In der vorliegenden Arbeit sollten daher die molekularen Mechanismen der Kontaktinhibition in Fibroblasten aus der Maus näher untersucht werden. Dazu wurden differentielle Genexpressionsanalysen mittels genomweiter Microarrays durchgeführt. Weiterhin wurde der Einfluss der Kontaktinhibition auf die Regulation der Signalkaskaden der MAP-Kinasen ERK und p38 untersucht. Durch die Genexpressionsanalyse konnte gezeigt werden, dass viele Schlüsselgene des Zellzyklus und der DNA-Synthese in der Kontaktinhibition eine Rolle spielen, so zum Beispiel Skp2, Foxm1 und einige Komponenten des MCM-Komplexes. Weiterhin haben wir gezeigt, dass durch Kontaktinhibition selektiv die EGF-induzierte Signalkaskade über die MAP-Kinasen gehemmt wird.

Untersuchungen zur Rolle des BH3-only-Proteins Bid bei der Stress-induzierten Apoptose in Karzinomzelllinien

Als BH3-only Protein gehört Bid zu den proapoptotischen Mitgliedern der Bcl-2 Familie, die während der Apoptose die Freisetzung Caspase-aktivierender Proteine aus den Mitochondrien kontrollieren. Bid zählt zu den potentesten BH3-only Proteinen und wird von vielen transformierten und nichttransformierten Zellen konstitutiv exprimiert. Ziel dieser Arbeit war es, Bid durch RNA-Interferenz stabil zu depletieren, um Bid-abhängige Apoptosewege in HeLa Zervixkarzinomzellen zu identifizieren, die von intrinsischen Stressstimuli sowie von konventionellen und neuartigen Chemotherapeutika induziert werden. Da Bid im Todesrezeptor-vermittelten Signalweg der Apoptose durch Caspase-8 gespalten und aktiviert wird, waren die Bid-depletierten Zellen signifikant vor der Fas/CD95-, TRAIL- oder TNF-α-induzierten Apoptose geschützt und zeigten nach Exposition mit allen drei Todesrezeptorliganden eine drastisch reduzierte Effektorcaspase-Aktivität und eine höhere Proliferationsrate als die Kontrollzellen. Eine ektopische Bidexpression in Bid knock down (kd) Zellen hob die Protektion vor der Fas- und TRAIL-induzierten Apoptose auf. Der Proteasominhibitor Epoxomicin, der Proteinkinase-Inhibitor Staurosporin oder die ER Stress-induzierenden Agenzien Tunicamycin, Thapsigargin und Brefeldin A lösten hingegen einen Bid-unabhängigen Zelltod aus. Allerdings konnten subletale Tunicamycin- oder Thapsigarginkonzentrationen HeLa Zellen für die TRAIL-induzierte Apoptose sensitivieren. Da der Synergieeffekt auf einer ER Stress-vermittelten Amplifizierung des Todesrezeptorwegs beruhte, zu der eine Tunicamycin-induzierte Steigerung der Expression des Todesrezeptors DR5 signifikant beitrug, erfolgte diese Sensitivierung nur in Bid-profizienten Zellen. Bid war in HeLa Zellen außerdem an der apoptotischen Signalkaskade beteiligt, die von den DNA-schädigenden Agenzien Etoposid, Doxorubicin und Oxaliplatin (Oxa) ausgelöst wird. Nach Behandlung mit Oxa zeigten die Bid kd Zellen eine verzögerte Caspase-2, -3, -8 und -9 Aktivierung, einen geringeren Verlust des mitochondrialen Membranpotentials sowie eine reduzierte Apoptose- und eine höhere Proliferationsrate als Bid-profiziente Zellen. Neben Bid war ein weiteres BH3-only Protein, Puma, an der Oxa-induzierten Effektorcaspase-Aktivierung beteiligt, da eine Puma-spezifische siRNA unabhängig vom Bidstatus der Zellen antiapoptotisch wirkte. Im letzten Teil der Arbeit wurde untersucht, welche Proteasen für die durch gentoxische Agenzien induzierte Spaltung und Aktivierung von Bid verantwortlich sind. Obwohl Caspasen für die Exekutionphase der Oxa-induzierten Apoptose notwendig waren, trugen sie weder zur initialen Bidaktivierung noch zur mitochondrialen Depolarisierung bei, da sie erst postmitochondrial aktiviert wurden. Konventionelle Calpaine hingegen wurden nach DNA-Schädigung bereits stromaufwärts der Mitochondrien aktiviert und der Calpaininhibitor Calpeptin reduzierte nicht nur die Bid- und Caspasespaltung, sondern auch die mitochondriale Depolarisierung signifikant. Diese Protektion durch Calpeptin fiel in Bid-depletierten Zellen signifikant geringer als in Bid-profizienten Kontrollzellen aus. Auch war in Oxa-behandelten Bid kd Zellen, die eine durch Caspase-2, -3 und -8 nicht spaltbare Bidmutante exprimierten, trunkiertes Bid nachweisbar, dessen Generierung durch Calpain-, aber nicht durch Caspaseinhibierung verhindert werden konnte. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse auf eine Calpain-abhängige Bidaktivierung stromaufwärts der Mitochondrien hin und zeigen, dass die BH3-only Proteine Bid und Puma wichtige Vermittler der Oxa-induzierten Apoptose in HeLa Zellen darstellen.

Untersuchungen zum Einfluss des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Lovastatin auf die Toxizität ionisierender Strahlung sowie des Anthrazyklinderivats Doxorubicin im Mausmodell

Hintergund: HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine) sind klinisch etablierte Cholesterinsenker. Über die Inhibition der intrinsischen Cholesterinbiosynthese hinaus zeigen sie sogenannte pleiotrope biologische Effekte. Ein Großteil dieser Wirkungen wird auf die Inhibition kleiner Ras homologer GTPasen (Rho GTPasen) zurückgeführt. In vitro schützt das Statinderivat Lovastatin (Lova) primäre humane Endothelzellen vor der Zytotoxizität von ionisierender Strahlung (IR) und dem Krebsmedikament Doxorubicin (Doxo). Zielsetzung: Die Relevanz dieser Befunde für ein in vivo Mausmodell sollte in der vorliegenden Arbeit überprüft werden. Dafür wurden BALB/c-Mäuse mit IR oder Doxo behandelt und der Einfluss einer Kobehandlung mit Lova auf verschiedene Toxizitätsendpunkte untersucht (24 h nach einer einzelnen hohen Dosis IR (i), 14 Tage nach zwei geringen Dosen IR (ii), 48 h nach einer einzelnen hohen Dosis Doxo (iii), sowie 8 Tage nach drei niedrigen Dosen Doxo (iv)). Eine mögliche gleichzeitige Protektion von Tumorzellen durch die Statingabe wurde in einem Xenotransplantationsexperiment überprüft (v), in dem das gleiche Behandlungsschema wie bei iv angewendet wurde. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass eine Statinbehandlung Normalgewebe vor Doxo- und IR-induzierter Toxizität schützt, ohne gleichzeitig protektiv auf transformierte Zellen zu wirken. Dieser Effekt ist wahrscheinlich von einer Inhibition der kleinen GTPasen Rac1 und RhoA abhängig und einer daraus folgenden Modifizierung der DNA-Schadensantwort. i: Die Statinvorbehandlung der Mäuse hatte keinen Einfluss auf die Bildung von initialen IR-induzierten DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) in der Leber. Die Lova-Behandlung wirkte sich jedoch auf IR-induzierte Stressantworten aus, was sich in einer Minderung der Expression von Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern in Leber und Darm widerspiegelte. ii: In der Lunge der Tiere wurde ein Anstieg von molekularen Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern detektiert, der bei Statinkobehandlung ausblieb. Zudem verhinderte die Kobehandlung mit Lova eine IR-induzierte Abnahme der Thrombozytenzahl, ohne sich auf die durch IR verringerte Leukozytenzahl im Blut auszuwirken. iii: Die Verabreichung einer hohen Dosis Doxo induzierte DSB-Formation in der Leber. Die Statinvorbehandlung reduzierte deren Menge um ca. 50 %. Dieser genoprotektive Effekt war unabhängig von der Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies sowie einer Änderung des Doxo-Imports oder Exports. Die Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen fiel besonders in der Leber und im Herzen durch die Lova-Kobehandlung geringer aus, als in der nur mit Doxo behandelten Gruppe. Zudem verringerte Lova die durch Doxo induzierte Hochregulation von für den AP1-Komplex kodierenden Genen sowie von Zellzykluskontrollfaktoren. Die Lova-Vorbehandlung führte darüber hinaus im Herzen zu einem reduzierten mRNA-Spiegel der Topoisomerasen II α und β. iv: Es konnten schwere Herz- und Leberschäden detektiert werden (gemessen an Gldh-, Gpt- sowie cTn-I-Serumkonzentrationen), die bei einer Kobehandlung mit dem Statin nicht auftraten. Die Lova-Kobehandlung verhinderte außerdem eine durch die Doxo-Behandlung verringerte Leukozytenzahl. Molekulare Marker für frühe fibrotische Ereignisse, sowie für Inflammation und Hypertrophie waren in der Leber und im Herzen nach der Doxo-Behandlung erhöht. Das Statin war auch hier in der Lage, diese toxischen Wirkungen des Anthrazyklins zu mindern. Auch die Doxo-induzierte Expression von Surrogatmarkern für Zellantworten auf oxidativen Stress wurde in der Leber abgeschwächt. In der Leber und im Herzen wiesen die mit Doxo behandelten Tiere höhere mRNA Spiegel von an Zellzykluskontrolle beteiligten Faktoren sowie von DNA-Reparatur und Fremdstoffmetabolismus assoziierten Genen auf. Am stärksten wurde die Expression von Topoisomerase II alpha - ein molekularer Marker für Zellproliferation und bedeutsame Zielstruktur von Doxo - in der Leber hochreguliert. Die Statin-Kobehandlung verhinderte all diese Doxo-induzierten Expressionsänderungen. Im Gegensatz zur Leber wurde die Top2a-mRNA Menge im Herzen durch die Doxo-Applikation reduziert. Auch hier bewirkte die Kobehandlung mit dem Statin, dass die Expression nahe dem Kontrollniveau blieb. v: Die Kobehandlung mit Lova führte zu keinem Schutz der Tumorzellen vor Doxo, sondern erhöhte sogar dessen antineoplastisches Potential.rnFazit: Die Erkenntnisse aus vorhergegangenen in vitro Versuchen konnten zum großen Teil auf die in vivo Situation im Mausmodell übertragen werden. Sie stehen im Einklang mit Ergebnissen anderer Gruppen, welche die Inhibition kleiner GTPasen mit einer geringeren, durch zytotoxische Substanzen induzierten, Inflammation und Fibrose korrelieren konnten. Eine Kobehandlung mit Lova während einer Krebstherapie erscheint somit als vielversprechende Möglichkeit Doxo- oder IR-induzierte Nebenwirkungen auf Normalgewebe zu mildern.

Electrochemical imaging of living cell metabolism: investigation on Warburg effect in cancer

Cancer is one of the principal causes of death in the world; almost 8.2 million of deaths were counted in 2012. Emerging evidences indicate that most of the tumors have an increased glycolytic rate and a detriment of oxidative phosphorylation to support abnormal cell proliferation; this phenomenon is known as aerobic glycolysis or Warburg effect. This switching toward glycolysis implies that cancer tissues metabolize approximately tenfold more glucose to lactate in a given time and the amount of lactate released from cancer tissues is much greater than from normal ones. In view of these fundamental discoveries alterations of the cellular metabolism should be considered a crucial hallmark of cancer. Therefore, the investigation of the metabolic differences between normal and transformed cells is important in cancer research and it might find clinical applications. The aim of the project was to investigate the cellular metabolic alterations at single cell level, by monitoring glucose and lactate, in order to provide a better insight in cancer research. For this purpose, electrochemical techniques have been applied. Enzyme-based electrode biosensors for lactate and glucose were –ad hoc- optimized within the project and used as probes for Scanning Electrochemical Microscopy (SECM). The UME biosensor manufacturing and optimization represented a consistent part of the work and a full description of the sensor preparation protocols and of the characterization methods employed is reported. This set-up (SECM used with microbiosensor probes) enabled the non-invasive study of cellular metabolism at single cell level. The knowledge of cancer cell metabolism is required to design more efficient treatment strategies.

Theileria-induced constitutive IKK activation is independent of functional Hsp90

The intracellular parasite Theileria induces uncontrolled proliferation and host cell transformation. Parasite-induced transformation is accompanied by constitutive activation of IkappaB kinase (IKK), resulting in permanently high levels of activated nuclear factor (NF)-kappaB. IKK activation pathways normally require heat shock protein 90 (Hsp90), a chaperone that regulates the stability and activity of signalling molecules and can be blocked by the benzoquinone ansamycin compound geldanamycin (GA). In Theileria-transformed cells, IkappaBalpha and p65 phosphorylation, NF-kappaB nuclear translocation and DNA binding activity are largely resistant to GA and also NF-kappaB-dependent reporter gene expression is only partly affected. Our findings indicate that parasite-induced IKK activity does not require functional Hsp90.

The strategies of the Theileria parasite: a new twist in host-pathogen interactions

Theileria parasites infect and transform cells of the ruminant immune system. Continuous proliferation and survival of Theileria-transformed cells involves the well-orchestrated activation of several host-cell signalling pathways. Constitutive NF-kappa B (nuclear factor kappa B) activation is accomplished by recruiting the IKK (I kappa B kinase) complex, a central regulator of NF-kappa B pathways, to the surface of the transforming schizont, where it becomes permanently activated. Constitutive activation of the PI-3K-PKB [phosphoinositide 3-kinase-(Akt) protein kinase B] pathway is likely to be indirect and is essential for continuous proliferation. Theileria-transformed T cells express a range of anti-apoptotic proteins that can be expected to provide protection against apoptosis induced by death receptors, as well as cellular control mechanisms that are mobilised to eliminate cells that entered a cycle of uncontrolled proliferation.

THE MECHANISM OF TUMORIGENESIS IN THE IMMORTALIZED HUMAN PANCREATIC CELL LINES: CELL CULTURE MODELS OF HUMAN PANCREATIC CANCER

The mechanism of tumorigenesis in the immortalized human pancreatic cell lines: cell culture models of human pancreatic cancer Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is the most lethal cancer in the world. The most common genetic lesions identified in PDAC include activation of K-ras (90%) and Her2 (70%), loss of p16 (95%) and p14 (40%), inactivation p53 (50-75%) and Smad4 (55%). However, the role of these signature gene alterations in PDAC is still not well understood, especially, how these genetic lesions individually or in combination contribute mechanistically to human pancreatic oncogenesis is still elusive. Moreover, a cell culture transformation model with sequential accumulation of signature genetic alterations in human pancreatic ductal cells that resembles the multiple-step human pancreatic carcinogenesis is still not established. In the present study, through the stepwise introduction of the signature genetic alterations in PDAC into the HPV16-E6E7 immortalized human pancreatic duct epithelial (HPDE) cell line and the hTERT immortalized human pancreatic ductal HPNE cell line, we developed the novel experimental cell culture transformation models with the most frequent gene alterations in PDAC and further dissected the molecular mechanism of transformation. We demonstrated that the combination of activation of K-ras and Her2, inactivation of p16/p14 and Smad4, or K-ras mutation plus p16 inactivation, was sufficient for the tumorigenic transformation of HPDE or HPNE cells respectively. We found that these transformed cells exhibited enhanced cell proliferation, anchorage-independent growth in soft agar, and grew tumors with PDAC histopathological features in orthotopic mouse model. Molecular analysis showed that the activation of K-ras and Her2 downstream effector pathways –MAPK, RalA, FAK, together with upregulation of cyclins and c-myc were involved in the malignant transformation. We discovered that MDM2, BMP7 and Bmi-1 were overexpressed in the tumorigenic HPDE cells, and that Smad4 played important roles in regulation of BMP7 and Bmi-1 gene expression and the tumorigenic transformation of HPDE cells. IPA signaling pathway analysis of microarray data revealed that abnormal signaling pathways are involved in transformation. This study is the first complete transformation model of human pancreatic ductal cells with the most common gene alterations in PDAC. Altogether, these novel transformation models more closely recapitulate the human pancreatic carcinogenesis from the cell origin, gene lesion, and activation of specific signaling pathway and histopathological features.

The molecular mechanism of retinoic acid action: Regulation of tissue transglutaminase gene expression

Retinoic acid is a small lipophilic molecule that exerts profound effects on the growth and differentiation of both normal and transformed cells. It is also a natural morphogen that is critical in the development of embryonic structures. The molecular effects of retinoic acid involve alterations in the expression of several proteins and these changes are presumably mediated in part by alterations in gene expression. For instance, retinoic acid causes a rapid induction of tissue transglutaminase, an enzyme involved in protein cross-linking. The molecular mechanisms responsible for the effects of retinoic acid on gene expression have not been characterized. To approach this question, I have isolated and characterized tissue transglutaminase of cDNA clones. The deduced amino acid sequences of tissue transglutaminase and of factor XIIIa showed a relatively high degree of homology in their putative calcium binding domains.^ To explore the mechanism of induction of this enzyme, both primary (macrophages) and cultured cells (Swiss 3T3-C2 and CHO fibroblasts) were used. I found that retinoic acid is a general inducer of tissue transglutaminase mRNA in these cells. In murine peritoneal macrophages retinoic acid causes a rapid accumulation of this mRNA and this effect is independent of concurrent protein synthesis. The retinoic acid effect is not mediated by a post-transcriptional increase in the stability of the tissue transglutaminase mRNA, but appears to involve an increase in the transcription rate of the tissue transglutaminase gene. This provides the first example of regulation by retinoic acid of a specific gene, supporting the hypothesis that these molecules act by directly regulating the transcriptional activity of specific genes. A molecular model for the effects of retinoic acid on the expression of genes linked to cellular proliferation and differentiation is proposed. ^

Structure-function relation in retinoid regulated gene expression

Retinoids are known to inhibit proliferation of and induce terminal differentiation of many normal and transformed cells. It has been postulated that retinoids exert their effect by altering gene expression. HL-60 cells and macrophages both respond to retinoic acid action by the rapid induction of the enzyme tissue transglutaminase. The induction has been shown to be due to increased transcription of the transglutaminase gene. The first part of the dissertation studied the structure-function relationship of retinoid-regulated transglutaminase induction, differentiation and proliferation in HL-60 cells using retinoid analogs. The results indicated strict structural constraints and a strong structure-function correlation between transglutaminase induction and differentiation; those retinoids that induced transglutaminase also induced differentiation, those analogs that did not induce transglutaminase could not induce differentiation. The ability of the retinoids to induce transglutaminase in HL-60 cells was paralleled in macrophages. However, the antiproliferative effect of the retinoids displayed less stringent structural constraints than their differentiation- and transglutaminase-inducing properties. Specifically all the retinoids were able to inhibit proliferation to varying extents. It is concluded that the induction of transglutaminase and of differentiation by retinoids is mediated by receptors. While receptor mediation cannot be entirely ruled out, with the current data no definitive statement can be made about the antiproliferative activity of retinoids. Also, the concordance in the ability of the retinoids to induce transglutaminase and the ability to induce differentiation of HL-60 cells suggests that the former is an early response of the cells to retinoids and differentiation a later consequence on the same pathway. Using the induction of transglutaminase as an index of the direct, or primary, effect of retinoids on gene expression, the second part of the dissertation investigates, by 2D gel electrophoresis, the alteration in the rates of synthesis of other proteins in macrophages and HL-60 cells in response to short incubations with retinoic acid. Any changes in parallel with transglutaminase were taken to indicate proteins directly under the control of retinoic acid. It is concluded that retinoic acid regulates the expression of a circumscribed set of genes in a cell-specific manner. The results support the hypothesis that retinoids exert their multiple effects on myeloid cells, in part, by receptor-mediated alternations in gene expression. ^

Differential gene expression in multistep tumorigenesis using an {\it in vitro\/} human cell model

Using a human terato-carcinoma cell line, PA-1, the functional role of the oncogenes and tumor suppressor gene involved in the multistep process of carcinogenesis have been analyzed. The expression of AP-2 was strongly correlated with the susceptibility to ras transformation. The differential responsiveness to growth factors between stage 1 ras resistant cells and stage 2 ras susceptible cells was observed, indicating that the ability of stage 2 cells to respond to the mutated ras oncogenes in transformation correlated with the ability to be stimulated by certain growth factors. Using differential screening of cDNA libraries, a number of differentially expressed cDNA clones was isolated. One of those, clone 12, is overexpressed in ras transformed stage 3 cells. The amino acid sequence of clone 12 is almost identical to a mouse LLrep3 gene that was growth-regulated, and 78% similar to a yeast ribosomal protein S4. These results suggest that the S4 gene may be involved in regulation of growth. Clone 9 is expressed in stage 1 ras resistant cells (3.5-kb and 3.0-kb transcripts) but the expression of this clone in stage 2 ras susceptible cells and stage 3 ras-transformed cells is greatly diminished. The expression of this cDNA clone was increased to at least five fold in ras resistant cells and nontumorigenic hybrids treated with retinoic acid but not increased in retinoic acid treated ras susceptible cells, ras transformed cells and the tumorigenic segregants. Partial sequence of this clone showed no homology to the sequences in Genbank. These findings suggest that clone 9 could be a suppressor gene or the genes that are involved in the biochemical pathway of tumor suppression or neurogenic differentiation. The apparent pleiotropic effect of the loss of this suppressor gene function support Harris' proposal that tumor suppressor genes regulate differentiation. The tumor suppressor gene may act as negative regulator of tumor growth by controlling gene expression in differentiation. ^