Post-receptor IGF1 insensitivity restricted to the MAPK pathway in a Silver-Russell syndrome patient with hypomethylation at the imprinting control region on chromosome 11

Background: Hypomethylation of the paternal imprinting center region 1 (ICR1) is the most frequent molecular cause of Silver-Russell syndrome (SRS). Clinical evidence suggests that patients with this epimutation have mild IGF1 insensitivity. Objective: To assess in vitro IGF1 action in fibroblast culture from a patient with SRS and IGF1 insensitivity. Methods: Fibroblast cultures from one patient with SRS due to ICR1 demethylation and controls were established. The SRS patient has severe growth failure, elevated IGF1 level, and poor growth rate during human recombinant GH treatment. IGF1 action was assessed by cell proliferation, AKT, and p42/44-MAPK phosphorylation. Gene expression was determined by real-time PCR. Results: Despite normal IGF1R sequence and expression, fibroblast proliferation induced by IGF1 was 50% lower in SRS fibroblasts in comparison with controls. IGF1 and insulin promoted a p42/44-MAPK activation in SRS fibroblasts 40 and 36%, respectively, lower than that in control fibroblasts. On the other hand, p42/44-MAPK activation induced by EGF stimulation was only slightly reduced (75% in SRS fibroblasts in comparison with control), suggesting a general impairment in MAPK pathway with a greater impairment of the stimulation induced by insulin and IGF1 than by EGF. A PCR array analysis disclosed a defect in MAPK pathway characterized by an increase in DUSP4 and MEF2C gene expressions in patient fibroblasts. Conclusion: A post-receptor IGF1 insensitivity was characterized in one patient with SRS and ICR1 hypomethylation. Although based on one unique severely affected patient, these results raise an intriguing mechanism to explain the postnatal growth impairment observed in SRS patients that needs confirmation in larger cohorts.

Growth hormone pharmacogenetics: the interactive effect of a microsatellite in the IGF1 promoter region with the GHR-exon 3 and-202 A/C IGFBP3 variants on treatment outcomes of children with severe GH deficiency

Insulin-like growth factor type 1 (IGF1) is a mediator of growth hormone (GH) action, and therefore, IGF1 is a candidate gene for recombinant human GH (rhGH) pharmacogenetics. Lower serum IGF1 levels were found in adults homozygous for 19 cytosine-adenosine (CA) repeats in the IGF1 promoter. The aim of this study was to evaluate the influence of (CA)n IGF1 polymorphism, alone or in combination with GH receptor (GHR)-exon 3 and -202 A/C insulin-like growth factor binding protein-3 (IGFBP3) polymorphisms, on the growth response to rhGH therapy in GH-deficient (GHD) patients. Eighty-four severe GHD patients were genotyped for (CA) n IGF1, -202 A/C IGFBP3 and GHR-exon 3 polymorphisms. Multiple linear regressions were performed to estimate the effect of each genotype, after adjustment for other influential factors. We assessed the influence of genotypes on the first year growth velocity (1st y GV) (n = 84) and adult height standard deviation score (SDS) adjusted for target-height SDS (AH-TH SDS) after rhGH therapy (n = 37). Homozygosity for the IGF1 19CA repeat allele was negatively correlated with 1st y GV (P = 0.03) and AH-TH SDS (P = 0.002) in multiple linear regression analysis. In conjunction with clinical factors, IGF1 and IGFBP3 genotypes explain 29% of the 1st y GV variability, whereas IGF1 and GHR polymorphisms explain 59% of final height-target-height SDS variability. We conclude that homozygosity for IGF1 (CA) 19 allele is associated with less favorable short-and long-term growth outcomes after rhGH treatment in patients with severe GHD. Furthermore, this polymorphism exhibits a non-additive interaction with -202 A/C IGFBP3 genotype on the 1st y GV and with GHR-exon 3 genotype on adult height. The Pharmacogenomics Journal (2012) 12, 439-445; doi:10.1038/tpj.2011.13; published online 5 April 2011

The Interactive Effect of GHR-Exon 3 and -202 A/C IGFBP3 Polymorphisms on rhGH Responsiveness and Treatment Outcomes in Patients with Turner Syndrome

Context: There is great interindividual variability in the response to recombinant human (rh) GH therapy in patients with Turner syndrome (TS). Ascertaining genetic factors can improve the accuracy of growth response predictions. Objective: The objective of the study was to assess the individual and combined influence of GHR-exon 3 and -202 A/C IGFBP3 polymorphisms on the short-and long-term outcomes of rhGH therapy in patients with TS. Design and Patients: GHR-exon 3 and -202 A/C IGFBP3 genotyping (rs2854744) was correlated with height data of 112 patients with TS who remained prepubertal during the first year of rhGH therapy and 65 patients who reached adult height after 5 +/- 2.5 yr of rhGH treatment. Main Outcome Measures: First-year growth velocity and adult height were measured. Results: Patients carrying at least one GHR-d3 or -202 A-IGFBP3 allele presented higher mean first-year growth velocity and achieved taller adult heights than those homozygous for GHR-fl or -202 C-IGFBP3 alleles, respectively. The combined analysis of GHR-exon 3 and -202 A/C IGFBP3 genotypes showed a clear nonadditive epistatic influence on adult height of patients with TS treated with rhGH (GHR-exon 3 alone, R-2 = 0.27; -202 A/C IGFBP3, R-2 = 0.24; the combined genotypes, R-2 = 0.37 at multiple linear regression). Together with clinical factors, these genotypes accounted for 61% of the variability in adult height of patients with TS after rhGH therapy. Conclusion: Homozygosity for the GHR-exon3 full-length allele and/or the -202C-IGFBP3 allele are associated with less favorable short-and long-term growth outcomes after rhGH treatment in patients with TS. (J Clin Endocrinol Metab 97: E671-E677, 2012)

L-Carnitine induces recovery of liver lipid metabolism in cancer cachexia

Cancer cachexia causes metabolic alterations with a marked effect on hepatic lipid metabolism. l-Carnitine modulates lipid metabolism and its supplementation has been proposed as a therapeutic strategy in many diseases. In the present study, the effects of l-carnitine supplementation on gene expression and on liver lipid metabolism-related proteins was investigated in cachectic tumour-bearing rats. Wistar rats were assigned to receive 1 g/kg of l-carnitine or saline. After 14 days, supplemented and control animals were assigned to a control (N), control supplemented with l-carnitine (CN), tumour-bearing Walker 256 carcinosarcoma (TB) and tumour-bearing supplemented with l-carnitine (CTB) group. The mRNA expression of carnitine palmitoyltransferase I and II (CPT I and II), microsomal triglyceride transfer protein (MTP), liver fatty acid-binding protein (L-FABP), fatty acid translocase (FAT/CD36), peroxisome proliferator-activated receptor-alpha (PPAR-alpha) and organic cation transporter 2 (OCTN2) was assessed, and the maximal activity of CPT I and II in the liver measured, along with plasma and liver triacylglycerol content. The gene expression of MTP, and CPT I catalytic activity were reduced in TB, who also showed increased liver (150%) and plasma (3.3-fold) triacylglycerol content. l-Carnitine supplementation was able to restore these parameters back to control values (p < 0.05). These data show that l-carnitine preserves hepatic lipid metabolism in tumour-bearing animals, suggesting its supplementation to be of potential interest in cachexia.

BAY 41-2272, a soluble guanylate cyclase agonist, activates human mononuclear phagocytes

BACKGROUND AND PURPOSE Phagocyte function is critical for host defense against infections. Defects in phagocytic function lead to several primary immunodeficiencies characterized by early onset of recurrent and severe infections. In this work, we further investigated the effects of BAY 41-2272, a soluble guanylate cyclase (sGC) agonist, on the activation of human peripheral blood monocytes (PBM) and THP-1 cells. EXPERIMENTAL APPROACH THP-1 cells and PBM viability was evaluated by methylthiazoletetrazolium assay; reactive oxygen species production by lucigenin chemiluminescence; gene and protein expression of NAPDH oxidase components by qRT-PCR and Western blot analysis, respectively; phagocytosis and microbicidal activity by co-incubation, respectively, with zymosan and Escherichia coli; and cytokine release by elisa. KEY RESULTS BAY 41-2272, compared with the untreated group, increased spreading of monocytes by at least 35%, superoxide production by at least 50%, and gp91PHOX and p67PHOX gene expression 20 to 40 times, in both PBM and THP-1 cells. BAY 41-2272 also augmented phagocytosis of zymosan particles threefold compared with control, doubled microbicidal activity against E. coli and enhanced the release of TNF-a and IL-12p70 by both PBM and THP-1 cells. Finally, by inhibiting sGC with ODQ, we showed that BAY 41-2272-induced superoxide production and phagocytosis is not dependent exclusively on sGC activation. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS In addition to its ability to induce vasorelaxation and its potential application for therapy of vascular diseases, BAY 41-2272 was shown to activate human mononuclear phagocytes. Hence, it is a novel pro-inflammatory drug that may be useful for controlling infections in the immunocompromised host.

Effects of high-intensity intermittent training on carnitine palmitoyl transferase activity in the gastrocnemius muscle of rats

We examined the capacity of high-intensity intermittent training (HI-IT) to facilitate the delivery of lipids to enzymes responsible for oxidation, a task performed by the carnitine palmitoyl transferase (CPT) system in the rat gastrocnemius muscle. Male adult Wistar rats (160-250 g) were randomly distributed into 3 groups: sedentary (Sed, N = 5), HI-IT (N = 10), and moderate-intensity continuous training (MI-CT, N = 10). The trained groups were exercised for 8 weeks with a 10% (HI-IT) and a 5% (MI-CT) overload. The HI-IT group presented 11.8% decreased weight gain compared to the Sed group. The maximal activities of CPT-I, CPT-II, and citrate synthase were all increased in the HI-IT group compared to the Sed group (P < 0.01), as also was gene expression, measured by RT-PCR, of fatty acid binding protein (FABP; P < 0.01) and lipoprotein lipase (LPL; P < 0.05). Lactate dehydrogenase also presented a higher maximal activity (nmol·min-1·mg protein-1) in HI-IT (around 83%). We suggest that 8 weeks of HI-IT enhance mitochondrial lipid transport capacity thus facilitating the oxidation process in the gastrocnemius muscle. This adaptation may also be associated with the decrease in weight gain observed in the animals and was concomitant to a higher gene expression of both FABP and LPL in HI-IT, suggesting that intermittent exercise is a "time-efficient" strategy inducing metabolic adaptation.

Physical training prevents body weight gain but does not modify adipose tissue gene expression

The relationship of body weight (BW) with white adipose tissue (WAT) mass and WAT gene expression pattern was investigated in mice submitted to physical training (PT). Adult male C57BL/6 mice were submitted to two 1.5-h daily swimming sessions (T, N = 18), 5 days/week for 4 weeks or maintained sedentary (S, N = 15). Citrate synthase activity increased significantly in the T group (P < 0.05). S mice had a substantial weight gain compared to T mice (4.06 ± 0.43 vs 0.38 ± 0.28 g, P < 0.01). WAT mass, adipocyte size, and the weights of gastrocnemius and soleus muscles, lung, kidney, and adrenal gland were not different. Liver and heart were larger and the spleen was smaller in T compared to S mice (P < 0.05). Food intake was higher in T than S mice (4.7 ± 0.2 vs 4.0 ± 0.3 g/animal, P < 0.05) but oxygen consumption at rest did not differ between groups. T animals showed higher serum leptin concentration compared to S animals (6.37 ± 0.5 vs 3.11 ± 0.12 ng/mL). WAT gene expression pattern obtained by transcription factor adipocyte determination and differentiation-dependent factor 1, fatty acid synthase, malic enzyme, hormone-sensitive lipase, adipocyte lipid binding protein, leptin, and adiponectin did not differ significantly between groups. Collectively, our results showed that PT prevents BW gain and maintains WAT mass due to an increase in food intake and unchanged resting metabolic rate. These responses are closely related to unchanged WAT gene expression patterns.

Microbial Translocation Is Associated with Extensive Immune Activation in Dengue Virus Infected Patients with Severe Disease

Background: Severe dengue virus (DENV) disease is associated with extensive immune activation, characterized by a cytokine storm. Previously, elevated lipopolysaccharide (LPS) levels in dengue were found to correlate with clinical disease severity. In the present cross-sectional study we identified markers of microbial translocation and immune activation, which are associated with severe manifestations of DENV infection. Methods: Serum samples from DENV-infected patients were collected during the outbreak in 2010 in the State of Sa˜o Paulo, Brazil. Levels of LPS, lipopolysaccharide binding protein (LBP), soluble CD14 (sCD14) and IgM and IgG endotoxin core antibodies were determined by ELISA. Thirty cytokines were quantified using a multiplex luminex system. Patients were classified according to the 2009 WHO classification and the occurrence of plasma leakage/shock and hemorrhage. Moreover, a (non-supervised) cluster analysis based on the expression of the quantified cytokines was applied to identify groups of patients with similar cytokine profiles. Markers of microbial translocation were linked to groups with similar clinical disease severity and clusters with similar cytokine profiles. Results: Cluster analysis indicated that LPS levels were significantly increased in patients with a profound pro-inflammatory cytokine profile. LBP and sCD14 showed significantly increased levels in patients with severe disease in the clinical classification and in patients with severe inflammation in the cluster analysis. With both the clinical classification and the cluster analysis, levels of IL-6, IL-8, sIL-2R, MCP-1, RANTES, HGF, G-CSF and EGF were associated with severe disease. Conclusions: The present study provides evidence that both microbial translocation and extensive immune activation occur during severe DENV infection and may play an important role in the pathogenesis.

Ansatz zur Generierung einer konditionalen, reversiblen Wt1 k.o.-Maus

Ansatz zur Generierung einer konditionalen, reversiblen Wt1 k.o.-Maus Der Wilms-Tumor (WT, Nephroblastom) ist ein embryonaler Nierentumor, der durch die maligne Transformation von undifferenziertem Nierengewebe, sog. nephrogenen Resten, entsteht. WT treten mit einer Inzidenz von 1 in 10.000 Lebendgeburten auf. Das Hauptmanifestationsalter, der normalerweise einseitig und sporadisch auftretenden Tumore, liegt zwischen dem 3. und 4. Lebensjahr. Etwa 10 % der Patienten entwickeln jedoch bilaterale Tumore. In diesen Fällen ist eine Assoziation mit komplexen genetischen Krankheitsbildern (u. a. WAGR-, Denys-Drash-, Frasier- und Beckwith-Wiedemann-Syndrom) festzustellen. In 15 % der sporadischen WT sind Mutationen im WT1 (Wilms-Tumor 1)-Gen beschrieben. WT1 besteht aus zehn Exons und weist typische Merkmale von Transkriptionsfaktoren (z. B. vier Zinkfinger) auf. Zwei alternative Spleißereignisse betreffen Exon 5 (+/−Exon 5) und Exon 9 (Transkripte mit bzw. ohne die codierenden Sequenzen für die AS Lysin-Threonin-Serin; +/−KTS). Die Lage der drei alternativ vorhandenen AS zwischen den Zinkfingern 3 und 4 bestimmt die verschiedenen Funktionen der WT1-Proteine (4 Isoformen) als Transkriptionsfaktor (−KTS) bzw. als RNA-bindendes Protein (+KTS). Das zunächst im Zusammenhang mit WT als Tumorsuppressorgen identifizierte WT1 ist ein Entwicklungsgen mit einem sehr komplexen Expressionsmuster in der Embryonalentwicklung. Dabei ist v. a. die Bedeutung in der Urogenitalentwicklung entscheidend. Konstitutive, homozygote Wt1−/− k.o.-Mäuse sind embryonal (~ E12,5 dpc) letal und bilden u. a. keine Gonaden und keine Nieren. Aus diesem Grund existiert bisher kein Wilms-Tumormodell. Die Herstellung eines konditionalen murinen Tiermodells auf Basis des Tet on/off-Systems zur Untersuchung der Nierenentwicklung bzw. zur Analyse der Wilms-Tumorpathogenese war Ziel dieser Arbeit. Hierfür wurden drei Mauslinien generiert: Zwei transgene sog. Responder-Linien, die eine chimäre spleißbare Wt1-cDNA der Variante musWt1+Exon 5;+/−KTS unter der Kontrolle eines Tet-responsiven Promotors im Genom tragen. Dieses tTA/Dox-abhängig regulierbare Wt1-Transgen (tgWt1) sollte (exogen regulierbar) die Expression des endogenen Wt1-Lokus ausreichend nachahmen, um die kritischen Phasen der Embryogenese zu überwinden und lebensfähige Tiere zu erhalten. Parallel dazu wurde die Wt1-Effektor-Mauslinie (WE2) generiert. Diese trägt einen tetrazyklinabhängigen Transaktivator (tTA) zur Steuerung Tet-regulierbarer Transgene unter der Kontrolle des endogenen Wt1-Promotors. Die durch homologe Rekombination in ES-Zellen erreichte Integration des tTA direkt am Translationsstartpunkt des Wt1-Lokus hat in den Tieren einen heterozygoten Wt1 knock out/tTA knock in zur Folge. Die bisher vorgenommenen Verpaarungen doppelt transgener Wt1-tTA+/−/Resp-Mäuse ergaben keinen Rescue des letalen Wt1 k.o. und es konnten bislang keine Wilms-Tumore induziert werden. Alle im Verlauf der Arbeit generierten Mauslinien wurden umfassend charakterisiert. So konnte für die Tiere der Responder-Linien Wt1-Resp1 (mit zusätzlichen Isolator-Sequenzen zum Schutz des Transgens vor Positionseffekten) und Wt1-Resp2 (ohne Isolatoren) konnte die Tet-induzierbare Expression und die Spleißbarkeit des tgWt1 in MEF-Assays und mittels Effektor-Mäusen auf RNA-Ebene nachgewiesen werden. Die genomische Charakterisierung der WE2-Linie ergab eine ungeklärte etwa 120 kb große Inversion am Wt1-Lokus, die alle 5'-regulatorischen Sequenzen mitsamt des tTA vom Rest von Wt1 trennt. Tiere dieser Linie weisen aber dennoch einen funktionalen Wt1 k.o. auf: Unter den Nachkommen aus Intercross-Verpaarungen von Wt1-tTA+/−-Mäusen lassen sich auf Grund der Letalität keine Wt1−/−-Genotypen nachweisen. Die Charakterisierung der Effektor-Linie auf RNA-Ebene und mittels Reporter-Mäusen liefert ein Wt1-analoges tTA-Expressionsmuster: So findet man eine deutliche tTA-Expression u. a. in Niere (Glomeruli), Uterus, Ovar und Testis. Die hier vorgestellten Experimente ergeben darüber hinaus eindeutige Hinweise einer Beteiligung von Wt1 in der Entstehung der glatten Muskulatur bzw. in der Vaskulogenese.

Strategies to identify and further characterize novel and known genes involved in regulation of skeletogenesis

372 osteochondrodysplasias and genetically determined dysostoses were reported in 2007 [Superti-Furga and Unger, 2007]. For 215 of these conditions, an association with one or more genes can be stated, while the molecular changes for the remaining syndromes remain illusive to date. Thus, the present dissertation aims at the identification of novel genes involved in processes regarding cartilage/ bone formation, growth, differentiation and homeostasis, which may serve as candidate genes for the above mentioned conditions. Two different approaches were undertaken. Firstly, a high throughput EST sequencing project from a human fetal cartilage library was performed to identify novel genes in early skeletal development (20th week of gestation until 2nd year of life) that could be investigated as potential candidate genes. 5000 EST sequences were generated and analyzed representing 1573 individual transcripts, corresponding to known (1400) and to novel, yet uncharacterized genes (173). About 7% of the proteins were already described in cartilage/ bone development or homeostasis, showing that the generated library is tissue specific. The remaining profile of this library was compared to previously published libraries from different time points (8th–12th, 18th–20th week and adult human cartilage) that also showed a similar distribution, reflecting the quality of the presented library analyzed. Furthermore, three potential candidate genes (LRRC59, CRELD2, ZNF577) were further investigated and their potential involvement in skeletogenesis was discussed. Secondly, a disease-orientated approach was undertaken to identify downstream targets of LMX1B, the gene causing Nail-Patella syndrome (NPS), and to investigate similar conditions. Like NPS, Genitopatellar syndrome (GPS) is characterized by aplasia or hypoplasia of the patella and renal anomalies. Therefore, six GPS patients were enrolled in a study to investigate the molecular changes responsible for this relatively rare disease. A 3.07 Mb deletion including LMX1B and NR5A1 (SF1) was found in one female patient that showed features of both NPS and GPS and investigations revealed a 46,XY karyotype and ovotestes indicating true hermaphroditism. The microdeletion was not seen in any of the five other patients with GPS features only, but a potential regulatory element between the two genes cannot be ruled out yet. Since Lmx1b is expressed in the dorsal limb bud and in podocytes, proteomic approaches and expression profiling were performed with murine material of the limbs and the kidneys to identify its downstream targets. After 2D-gel electrophoresis with protein extracts from E13.5 fore limb buds and newborn kidneys of Lmx1b wild type and knock-out mice and mass spectrometry analysis, only two proteins, agrin and carbonic anhydrase 2, remained of interest, but further analysis of the two genes did not show a transcriptional down regulation by Lmx1b. The focus was switched to expression profiles and RNA from newborn Lmx1b wild type and knock-out kidneys was compared by microarray analysis. Potential Lmx1b targets were almost impossible to study, because of the early death of Lmx1b deficient mice, when the glomeruli, containing podocytes, are still immature. Because Lmx1b is also expressed during limb development, RNA from wild type and knock-out Lmx1b E11.5 fore limb buds was investigated by microarray, revealing four potential Lmx1b downstream targets: neuropilin 2, single-stranded DNA binding protein 2, peroxisome proliferative activated receptor, gamma, co-activator 1 alpha, and short stature homeobox 2. Whole mount in situ hybridization strengthened a potential down regulation of neuropilin 2 by Lmx1b, but further investigations including in situ hybridization and protein-protein interaction studies will be needed.

Characterization of the structure and iron uptake mechanisms of the Staphylococcus aureus ferric hydroxamate-binding lipoprotein FhuD2

The Reverse Vaccinology (RV) approach allows using genomic information for the delineation of new protein-based vaccines starting from an in silico analysis. The first powerful example of the application of the RV approach is given by the development of a protein-based vaccine against serogroup B Meningococcus. A similar approach was also used to identify new Staphylococcus aureus vaccine candidates, including the ferric hydroxamate-binding lipoprotein FhuD2. S. aureus is a widespread human pathogen, which employs various different strategies for iron uptake, including: (i) siderophore-mediated iron acquisition using the endogenous siderophores staphyloferrin A and B, (ii) siderophore-mediated iron acquisition using xeno-siderophores (the pathway exploited by FhuD2) and (iii) heme-mediated iron acquisition. In this work the high resolution crystal structure of FhuD2 in the iron (III)-siderophore-bound form was determined. FhuD2 belongs to the Periplasmic Binding Protein family (PBP ) class III, and is principally formed by two globular domains, at the N- and C-termini of the protein, that make up a cleft where ferrichrome-iron (III) is bound. The N- and C-terminal domains, connected by a single long α-helix, present Rossmann-like folds, showing a β-stranded core and an α-helical periphery, which do not undergo extensive structural rearrangement when they interact with the ligand, typical of class III PBP members. The structure shows that ferrichrome-bound iron does not come directly into contact with the protein; rather, the metal ion is fully coordinated by six oxygen donors of the hydroxamate groups of three ornithine residues, which, with the three glycine residues, make up the peptide backbone of ferrichrome. Furthermore, it was found that iron-free ferrichrome is able to subtract iron from transferrin. This study shows for the first time the structure of FhuD2, which was found to bind to siderophores ,and that the protein plays an important role in S. aureus colonization and infection phases.

Charakterisierung spezieller pflanzlicher Gamma-Tubulin-Sequenzbereiche und Detektion potentieller Interaktionspartner mittels Yeast-two-Hybrid-System

Mitotische und postmitotische Vorgänge pflanzlicher Zellen basieren auf der Funktion von Mikrotubuli. Es liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse zur Organisation dieser Multifunktionalität vor. Eine zentrale Bedeutung wird bei der Nukleation der Mikrotubuli an MTOCs durch γ-Tubulin zugeschrieben. Deren Zusammenlagerung an MTOCs ist jedoch noch nicht richtig verstanden. Domänen, die an der Proteinoberfläche exponiert werden, könnten in Interaktionen involviert sein. Hier werden im Besonderen der γ-A und γ-B-Peptivmotiv diskutiert. Es wurde das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv des γ-Tubulins hinsichtlich einer Konservierung innerhalb des Pflanzenreiches untersucht. Die beiden Bereiche sind bei den grünen Landpflanzen stark konserviert. Sie divergieren stark zu den einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii und Chlorella spec. Es wurden daher in der bestehenden phylogentischen Lücke weitere Organismen hinsichtlich des γ-A und γ-B Peptidmotivs untersucht. Auswahlkriterien der Organismen waren Ein-/Mehrzelligkeit, Besitz/Abwesenheit von Centriolen und Besitz/Abwesenheit von Geißeln. Des weiteren wurde mit verschiedenen γ-Tubulin-Konstrukten um das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv, gewonnen aus Nicotiana tabacum (BY2) mittels Y2H-System nach Interaktionspartnern gesucht. Bei den Sequenzuntersuchungen des γ-A- und γ-B-Peptidmotivs konnte festgestellt werden, dass die Konservierung innerhalb der Streptophytenlinie erfolgt. Interessant erweist sich die Tatsache, dass dieses Motiv bei den Jochalgen, welche ebenfalls den Streptophyten angehören, nur im γ-A-Peptidmotiv auftritt. Es besteht die Möglichkeit, dass die beiden potentiellen Interaktionspartner verschiedene Proteine als Interaktions-partner besitzen. Durch eine Anwendung eines auf dem GAL4-Protein basierenden Y2H-Systems mit vier unterschiedlichen Konstrukten des γ-Tubulin-A/B-Peptidbereichs als Köder-konstrukt und einer cDNA-Bibliothek als Beutekonstrukt, wurden diverse Sequenzen identifiziert. Identifiziert wurden das Poly(A)-Bindeprotein, Glycerin-aldehyd-3-phosphatdehydrogenase, die S-adenosyl-L-methionine-Synthetase, diverse Proteasom-Untereinheiten, eine sekretorische Peroxidase, eine Ascorbat-Peroxidase, die NtPOX1-Peroxidase und verschiedene Peroxidasen aus Nicotiana tabacum, Sequenzen des Chloroplastengenoms, ein Myosin-ähnliches Protein und eine Sequenz auf dem 5. Chromosom des Medicago truncatula-Klons mth2-16f8 und diverse humane Sequenzen der Proteine DKFZp68 und DKFZp77. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Funktionsweise der unterschiedlichen Komponenten des pflanzlichen Cytoskeletts und des γ-Tubulins hin. Zur Aufklärung müsste dies in Zukunft mittels anderer genetischer, biochemischer oder funktioneller Methoden untersucht werden. Hypothesen über Interaktionen der Cytoskelettkomponenten können wahrscheinlich nicht allein durch die Anwendung des Y2H-Systems aufgeklärt werden.

Identification and functional characterization of human cytomegalovirus Fc binding proteins

ABSTRACT Human cytomegalovirus (HCMV) employs many different mechanisms to escape and subvert the host immune system surveillance. Among these different mechanisms the role of human IgG Fc receptors (FcγR) in HCMV pathogenesis is still unclear. In mammalians, FcγRs are expressed on the surface of all haematopoietic cells and have a multifaceted role in regulating the activity of antibodies to generate a well-balanced immune response. Viral proteins with Fcγ binding ability are highly diffuse among herpesviruses. They interfere with the host receptors functions in order to counteract immune system recognition. So far, two human HCMV Fcγ binding proteins have been described: UL119 and RL11. This work was aimed to the identification and characterization of HCMV Fcγ binding proteins. The study is divided in two parts: first the characterization of UL119 and RL11; second the identification and characterization of novel HCMV Fcγ binding proteins. Regarding the first part, we demonstrated that both UL119 and RL11 internalize Fcγ fragments from transfected cells surface through a clathrin dependent pathway. In infected cells both proteins were found in the viral assembly complex and on virions surface as envelope associated glycoproteins. Moreover, internalized Fcγ in infected cells do not undergo lysosomal degradation but rather traffic in early endosomes up to the viral assembly complex. Regarding the second part, we were able to identify two novels Fcγ binding protein coded by CMV: RL12 and RL13. The latter was also further characterized as recombinant protein in terms of cellular localization, Fc binding site and IgG internalization ability. Finally binding specificity of both RL12 and RL13 seems to be confined to human IgG1 and IgG2. Taken together, these data show that HCMV codes for up to 4 FcγR and that they could have a double role both on virus and on infected cells.

Das wasserlösliche Chlorophyll-Protein (WSCP): biochemische Charakterisierung und Untersuchungen zur biologischen Funktion

Das WSCP (water-soluble chlorophyll protein) der Brassicaceen ist das einzig bekannte Chlorophyll-bindende Protein, welches keine Carotinoide bindet. Es ist ein wasserlösliches, ca. 80 kDa großes Homotetramer mit 1-4 gebundenen Chlorophyllen. Das Protein ist äußerst stabil und vermag die gebundenen Chlorophylle vor Photooxidation zu schützen. Seine Funktion in der Pflanze ist bis heute ein Rätsel und sollte in dieser Arbeit zusammen mit seinen biochemischen Eigenschaften weiter aufgeklärt werden. Es wurden Versuche durchgeführt mit nativem und rekombinantem WSCP aus Blumenkohl (BoWSCP bzw. BoWSCPhis) und aus Arabidopsis thaliana (AtWSCP bzw. AtWSCPhis). Die Expressionsausbeute von BoWSCPhis konnte verbessert werden und zusätzlich wurde die Rekonstitutionsmethode für das rekombinante WSCP optimiert, sodass das pigmentierte Protein mit hoher Ausbeute und großer Reinheit gewonnen werden konnte. Zudem wurde ein neuer WSCP-Klon hergestellt, mBoWSCPhis, der in seiner Sequenz dem maturen nativen BoWSCP entspricht und weitaus weniger Aggregationsprobleme zeigte als BoWSCPhis. Weiterführende Versuche zur Stabilität und dem Oligomerisierungsgrad von WSCP haben die neue Erkenntnis erbracht, dass die Phytolschwänze der von WSCP gebundenen Chlorophylle zwar essentiell sind für die Stabilität von WSCP-Oligomeren, nicht aber für die Oligomerisierung selbst, wie es in der Literatur bislang postuliert wurde. Zusätzlich zu ihrer außerordentlichen Hitzestabilität erwiesen sich die Chl-WSCP-Komplexe als stabil in einem breiten pH-Spektrum. AtWSCPhis besaß eine vergleichbare Stabilität, und auch das Oligomerisierungsverhalten zeigte Ähnlichkeiten zu BoWSCPhis. Im Rahmen einer Forschungskooperation mit dem Institut für Optik und Atomare Physik der TU Berlin wurden zeitaufgelöste Absorptionsspektren sowie Tieftemperatur-Fluoreszenzspektren an Chl-WSCP-Komplexen gemessen. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die WSCP-gebundenen Chlorophylle excitonisch gekoppelt sind und wiesen zudem auf unterschiedliche Chl-Bindungsmodi hin. Aufgrund seines einfachen Aufbaus und seines geringen Chlorophyllgehalts hat sich WSCP bei diesen Versuchen als sehr geeignetes Modellsystem erwiesen, um Messungen zur Chlorophyllbindung mit Vorhersagen aus theoretischen Modellen zu vergleichen. Bei den Experimenten zur biologischen Funktion wurden einerseits Arabidopsis thaliana WSCP-„knock-out“-Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen charakterisiert, andererseits wurden Experimente mit rekombinantem WSCP durchgeführt, um eine mögliche Interaktion mit anderen Proteinen zu detektieren. Die vegetativen Stadien der Mutante zeigten keinen Phänotyp; das native Arabidopsis-WSCP konnte später bei der Wildtyp-Pflanze ausschließlich in jungen Schoten lokalisiert werden, was eine Erklärung hierfür lieferte. Rekombinantes WSCP konnte Chlorophylle aus nativem LHCII entfernen, eine Interaktion mit Chlorophyllase konnte jedoch nicht nachgewiesen werden; daher konnte auch die Hypothese, WSCP sei ein Chl-Carrier beim Chl-Abbau, nicht untermauert werden. Bei den durchgeführten Enzym-Assays wurde eine geringfügige Inhibition der Cysteinprotease Papain beobachtet, aber keine Inhibition der Serinprotease Trypsin, obwohl Blumenkohl-WSCP N-proximal das Motiv der Künitz-Proteaseinhibitoren besitzt. Die Frage nach der biologischen Funktion von WSCP bleibt also weiterhin offen.

Analysen zur Expression proinflammatorischer Mediatoren in humanen Zellkulturmodellen und murinen Tiermodellen chronisch-inflammatorischer Erkrankungen

Die humane induzierbare NO-Synthase (iNOS) spielt bei zahlreichen Erkrankungen wie Asthma, Krebs und der rheumatoiden Arthritis eine entscheidende Rolle. Durch Fehlregulation der iNOS-Expression kommt es häufig zu massiven Gewebeschädigungen. Aus diesem Grund ist es wichtig die Mechanismen der Genregulation der iNOS-Expression zu verstehen. Bei Affinitätschromatographie-Analysen wurde das zytosolische PolyA-bindende Protein (PABP) als direkter Interaktionspartner der 3´UTR der humanen iNOS identifiziert. Weitere Bindungsanalysen konnten eine spezifische Bindestelle für PABP in der 5´UTR und zwei Bindestellen im AU-reichen Bereich der 3´UTR der humanen iNOS nachweisen. Eine siRNA-mediierte Herabregulation von PABP mit Hilfe der stabilen Expression spezifischer siRNAs in DLD-1 Zellen (siPABP Zellen) zeigte eine signifikant verringerte Expression der humanen iNOS und damit einhergehend eine verringerte NO-Produktion nach Zytokinstimulation. Promotoranalysen zeigten keine Veränderung der Induzierbarkeit des humanen 16 kb iNOS-Promotors in siPABP Zellen. RNA-Stabilitätsanalysen zeigten einen verstärkten Abbau der iNOS-mRNA in diesen Zellen, so dass davon auszugehen ist, dass die Regulation der humanen iNOS über die mRNA-Stabilität erfolgt. Reportergen-Analysen mit Plasmiden, welche die 5’ und/oder 3’UTR Sequenzen der humanen iNOS mit den identifizierten PABP-Bindestellen oder Mutationen in diesen Bindestellen enthielten, zeigten, dass PABP die iNOS-mRNA über die 5´UTR stabilisiert und anscheinend über die 3´UTR einen destabilisierenden Effekt auf die mRNA ausübt. Ebenfalls scheint PABP über die 3’UTR dieTranslation der iNOS mRNA zu hemmen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass PABP, über seine allgemeinen Funktionen hinaus, eine spezifische Rolle in der Regulation der Expression der humanen iNOS einnimmt.rnDie rheumatoide Arthritis (RA) ist eine chronisch entzündliche Autoimmunerkrankung, welche überwiegend die peripheren Gelenke der Hände und Füße betrifft. Die aktuellen Therapiemöglichkeiten sind immer noch mit einer Vielzahl von Nebenwirkungen behaftet und führen nicht zur vollständigen Remission der Erkrankung, so dass die Entwicklung neuer Medikamente unerlässlich ist. In dieser Arbeit wurden die antiinflammatorischen Substanzen Gallielalacton (Gal) und Oxacyclododecindion (Oxa) im Mausmodell der kollagen-induzierten Arthritis (CIA) getestet. Leider waren beide Substanzen nicht in der Lage die Symptome der CIA zu vermindern, obwohl beide im Modell der LPS-induzierten akuten Entzündung die Expression proinflammatorischer Mediatoren senken konnten. Die Substanz S-Curvularin (SC) hat sich im CIA-Modell bereits bewährt und wurde in dieser Arbeit weiter untersucht. SC war in der Lage die Expression knorpel- und knochendestruktiver Markergene signifikant zu verrindern. rnIn der vorliegenden Arbeit wurden neue microRNAs identifiziert, die in der Pathogenese der CIA eine Dysregulation zeigen. Die Expression dieser microRNAs wurde von SC wieder auf das Normalniveau gebracht, so dass SC eine vielversprechende Substanz in der Therapie chronisch inflammatorische Erkrangungen sein könnte. Die neu identifizierten CIA-relevanten microRNAs könnten als neueRA-Marker oder als Zielstrukturen für neue Medikamente dienen.rn