Die Rolle des Fibronektins bei der Entstehung und dem Wachstum von Tumoren

Diese Arbeit befasst sich mit der Rolle des Fibronektins für die Entstehung und des Wachstums von Knochenmetastasen. rnrnTumorzellspezifische Faktoren bereiten entfernte Gewebe auf die Besiedelung durch disseminierte Tumorzellen vor. Dabei wird Fibronektin im Bereich der prämetastatischen Nische vermehrt gebildet. Dies führte zu der Annahme, dass Fibronektin eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Tumoren einnimmt. Um die Bedeutung des Fibronektins bezüglich des Metastasierungsprozesses näher zu charakterisieren, wurde dieses im Bereich der vaskulären Nische über das Cre/loxP-System ausgeschaltet. Die Inaktivierung von zirkulierendem Fibronektin und Knochenmarks-Fibronektin in vivo hatte ein verlangsamtes Tumorwachstum zur Folge, welches auf eine um 22% verminderte Angiogenese zurückzuführen war. Im Gegensatz dazu beeinträchtigte die Ausschaltung des Osteoblasten-Fibronektins lediglich die frühen Entwicklungsstadien der Tumore. Diese Beobachtungen könnten einerseits mit der eingeschränkten Funktionsweise der Osteoblasten in Abwesenheit von Fibronektin erklärt werden, andererseits könnte der Einfluss auf das Fehlen osteoblastenspezifischer Fibronektin-Isoformen zurückgeführt werden, die die Metastasierung, Zelladhäsion, Proliferation und Motilität von Tumorzellen erhöhen. rnrnDie Deletion des Tumorzell-Fibronektins hatte eine durchschnittlich um 60% reduzierte Anzahl gebildeter Metastasen, ein eingeschränktes Tumorwachstum, hervorgerufen durch eine um 37% verminderte Blutgefäßanzahl, und letztendlich eine dreifache Verlängerung der mittleren Überlebensraten zur Folge. Die kombinierte Ausschaltung von lokalem Fibronektin und Tumorzell-Fibronektin vermochte den Einfluss auf die Etablierung und das Wachstum der Tumore zu verstärken. rnrnEin Drittel der Tiere, denen Metastasen induziert wurden, zeigten eine spontane Rückbildung der Tumore, ohne dass eine medizinische Intervention erfolgte. Dabei wurde zwischen einer kompletten Regression, bei der eine vollständige Rückbildung aller Tumore beobachtet werden konnte, und einer partiellen Regression, von der nur einzelne Tumore betroffen waren, unterschieden. Die spontane Regression war altersabhängig und trat 8-17 Wochen im Anschluss an die Applikation der Tumorzellen auf. Die vollständige Rückbildung der osteolytischen Knochenläsionen war mit dem Heilungsprozess des Knochengewebes verbunden, der sich in einer Verdichtung der Knochensubstanz äußerte. Erste Ergebnisse lieferten Hinweise darauf, dass die spontane Tumorregression auf eine mögliche Beteiligung von Granulozyten zurückzuführen war.rnrnZusammenfassend zeigten unsere Untersuchungen, dass sowohl Fibronektin der Mikroumgebung als auch Tumorzell-Fibronektin die Entwicklung und das Wachstum von Tumoren beeinträchtigte. Diese Arbeit lieferte erste Hinweise auf die Existenz eines sehr effektiven Mechanismus, der in Zusammenhang mit Fibronektin steht und dazu in der Lage ist, Tumorzellen selbst bei fortgeschrittenen Krebserkrankungen zu beseitigen. rn

Evolution of South African Bruniaceae: evidence from ecological and geographical investigations

The central aim of the present study was to analyse ecological and geographical mechanisms that led to the species diversity and distribution pattern of the South African (sub-) endemic Bruniaceae shown today. To answer the question if the endangerment of some species and the sometimes restricted distribution area is due to an incongruence of pollination and breeding system, pollinator observations and the breeding system were analysed. rnThe effectiveness of the plant-pollinator interactions should be reflected in the reproductive success wherefore fruit set analyses were carried out. The genetic constitution of distant and close-by populations along a spatial gradient should illuminate gene-flow or habitat isolation that could have led to the species diversity. Since niche-inhabitation could be shown in the present study, an overall biogeographical analysis illuminated the distribution pattern on family level and the geographical as well as ecological factors that led to species persistence. rnThe study illuminated that the plant-pollinator interactions and the breeding system are adaptations to the fynbos biome but can not be defined as factors that drove speciation or have tremendous influence on distribution of Bruniaceae. In fact the geography of South Africa with its fragmented landscape as well as close niche-inhabitation of co-occuring species is the reason for species diversity and the recent distribution.rn

Landscape ecology and genetics of the wolf in Italy

This PhD Thesis includes five main parts on diverse topics. The first two parts deal with the trophic ecology of wolves in Italy consequently to a recent increase of wild ungulates abundance. Data on wolf diet across time highlighted how wild ungulates are important food resource for wolves in Italy. Increasing wolf population, increasing numbers of wild ungulates and decreasing livestock consume are mitigating wolf-man conflicts in Italy in the near future. In the third part, non-invasive genetic sampling techniques were used to obtain genotypes and genders of about 400 wolves. Thus, wolf packs were genetically reconstructed using diverse population genetic and parentage software. Combining the results on pack structure and genetic relatedness with sampling locations, home ranges of wolf packs and dispersal patterns were identified. These results, particularly important for the conservation management of wolves in Italy, illustrated detailed information that can be retrieved from genetic identification of individuals. In the fourth part, wolf locations were combined with environmental information obtained as GIS-layers. Modern species distribution models (niche models) were applied to infer potential wolf distribution and predation risk. From the resulting distribution maps, information pastures with the highest risk of depredation were derived. This is particularly relevant as it allows identifying those areas under danger of carnivore attack on livestock. Finally, in the fifth part, habitat suitability models were combined with landscape genetic analysis. On one side landscape genetic analyses on the Italian wolves provided new information on the dynamics and connectivity of the population and, on the other side, a profound analysis of the effects that habitat suitability methods had on the parameterization of landscape genetic analyses was carried out to contributed significantly to landscape genetic theory.

Comparative phylogeography of two co-distributed arctic-alpine freshwater insect species in Europe

The distribution pattern of European arctic-alpine disjunct species is of growing interest among biogeographers due to the arising variety of inferred demographic histories. In this thesis I used the co-distributed mayfly Ameletus inopinatus and the stonefly Arcynopteryx compacta as model species to investigate the European Pleistocene and Holocene history of stream-inhabiting arctic-alpine aquatic insects. I used last glacial maximum (LGM) species distribution models (SDM) to derive hypotheses on the glacial survival during the LGM and the recolonization of Fennoscandia: 1) both species potentially survived glacial cycles in periglacial, extra Mediterranean refugia, and 2) postglacial recolonization of Fennoscandia originated from these refugia. I tested these hypotheses using mitochondrial sequence (mtCOI) and species specific microsatellite data. Additionally, I used future SDM to predict the impact of climate change induced range shifts and habitat loss on the overall genetic diversity of the endangered mayfly A. inopinatus.rnI observed old lineages, deep splits, and almost complete lineage sorting of mtCOI sequences between mountain ranges. These results support the hypothesis that both species persisted in multiple periglacial extra-Mediterranean refugia in Central Europe during the LGM. However, the recolonization of Fennoscandia was very different between the two study species. For the mayfly A. inopinatus I found strong differentiation between the Fennoscandian and all other populations in sequence and microsatellite data, indicating that Fennoscandia was recolonized from an extra European refugium. High mtCOI genetic structure within Fennoscandia supports a recolonization of multiple lineages from independent refugia. However, this structure was not apparent in the microsatellite data, consistent with secondary contact without sexual incompability. In contrast, the stonefly A. compacta exhibited low genetic structure and shared mtCOI haplotypes among Fennoscandia and the Black Forest, suggesting a shared Pleistocene refugium in the periglacial tundrabelt. Again, there is incongruence with the microsatellite data, which could be explained with ancestral polymorphism or female-biased dispersal. Future SDM projects major regional habitat loss for the mayfly A. inopinatus, particularly in Central European mountain ranges. By relating these range shifts to my population genetic results, I identified conservation units primarily in Eastern Europe, that if preserved would maintain high levels of the present-day genetic diversity of A. inopinatus and continue to provide long-term suitable habitat under future climate warming scenarios.rnIn this thesis I show that despite similar present day distributions the underlying demographic histories of the study species are vastly different, which might be due to differing dispersal capabilities and niche plasticity. I present genetic, climatic, and ecological data that can be used to prioritize conservation efforts for cold-adapted freshwater insects in light of future climate change. Overall, this thesis provides a next step in filling the knowledge gap regarding molecular studies of the arctic-alpine invertebrate fauna. However, there is continued need to explore the phenomenon of arctic-alpine disjunctions to help understand the processes of range expansion, regression, and lineage diversification in Europe’s high latitude and high altitude biota.

Intra- and interspecific competition in western barbastelle bats (Barbastella barbastellus, SCHREBER 1774)

In the present thesis I examined individual and sex-specific habitat use and site fidelity in the western barbastelle bat, Barbastella barbastellus, using data from a four-year monitoring in a Special Area of Conservation in Rhineland-Palatinate, Germany. The western barbastelle occurs in central and southern Europe from Portugal to the Caucasus, but is considered to be rare in large parts of its range. Up to now, long-term field studies to assess interannual site fidelity and the possible effects of intra- and interspecific competition have not been studied in this species. Nevertheless, such data provide important details to estimate the specific spatial requirements of its populations, which in turn can be incorporated in extended conservation actions. I used radio-telemetry, home range analyses und automated ultrasound detection to assess the relation between landscape elements and western barbastelle bats and their roosts. In addition, I estimated the degree of interspecific niche overlap with two selected forest-dwelling bat species, Bechstein's bat (Myotis bechsteinii) and the brown long-eared bat (Plecotus auritus). Intra- and interannual home range overlap analyses of female B. barbastellus revealed that fidelity to individual foraging grounds, i.e. a traditional use of particular sites, seems to effect the spatial distribution of home ranges more than intraspecific competition among communally roosting females. The results of a joint analysis of annual maternity roost selection and flight activities along commuting corridors highlight the necessity to protect roost complexes in conjunction with commuting corridors. Using radio-tracking data and an Euclidean distance approach I quantified the sex-specific and individual habitat use by female and male western barbastelle bats within their home ranges. My data indicated a partial sexual segregation in summer habitats. Females were found in deciduous forest patches and preferably foraged along linear elements within the forest. Males foraged closer to forest edges and in open habitats. Finally, I examined the resource partitioning between the western barbastelle bat and two syntopic bat species with a potential for interspecific competition due to similarities in foraging strategies, prey selection and roost preferences. Simultaneous radio-tracking of mixed-species pairs revealed a partial spatial separation of the three syntopic bat species along a gradient from the forest to edge habitats and open landscape. Long-eared bats were found close to open habitats which were avoided by the other two species. B. barbastellus preferred linear landscape elements (edge habitats) and forests, M. bechsteinii also preferred forest habitats. Only little overlap in terms of roost structure and tree species selection was found.

The impact of intraclonal heterogeneity on the outcomes of Multiple Myeloma patients treated with new drugs

Understanding the biology of Multiple Myeloma (MM) is of primary importance in the struggle to achieve a cure for this yet incurable neoplasm. A better knowledge of the mechanism underlying the development of MM can guide us in the development of new treatment strategies. Studies both on solid and haematological tumours have shown that cancer comprises a collection of related but subtly different clones, a feature that has been termed “intra-clonal heterogeneity”. This intra-clonal heterogeneity is likely, from a “Darwinian” natural selection perspective, to be the essential substrate for cancer evolution, disease progression and relapse. In this context the critical mechanism for tumour progression is competition between individual clones (and cancer stem cells) for the same microenvironmental “niche”, combined with the process of adaptation and natural selection. The Darwinian behavioural characteristics of cancer stem cells are applicable to MM. The knowledge that intra-clonal heterogeneity is an important feature of tumours’ biology has changed our way to addressing cancer, now considered as a composite mixture of clones and not as a linear evolving disease. In this variable therapeutic landscape it is important for clinicians and researchers to consider the impact that evolutionary biology and intra-clonal heterogeneity have on the treatment of myeloma and the emergence of treatment resistance. It is clear that if we want to effectively cure myeloma it is of primarily importance to understand disease biology and evolution. Only by doing so will we be able to effectively use all of the new tools we have at our disposal to cure myeloma and to use treatment in the most effective way possible. The aim of the present research project was to investigate at different levels the presence of intra-clonal heterogeneity in MM patients, and to evaluate the impact of treatment on clonal evolution and on patients’ outcomes.

Untersuchungen zum Engraftment primärer humaner akuter myeloischer Leukämieblasten in einem immundefizienten Mausmodel

Die akute myeloische Leukämie (AML) stellt ein äußerst heterogenes hämatologisches Krankheitsbild dar, welches durch die unkontrollierte Proliferation unausdifferenzierter und gleichzeitig nicht-funktioneller hämatopoetischer Zellen gekennzeichnet ist. Sowohl die unterschiedliche Zellherkunft, als auch zytogenetische Aberrationen und molekulargenetische Mutationen sorgen für eine große Diversität der Erkrankung. In der Therapie kommen Chemotherapeutika zum Einsatz, welche die Leukämie in eine komplette Remission bringen sollen. Der einzige kurative Ansatz besteht aus der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation. Abgesehen von den gewünschten kurativen Effekten, induzieren die im Transplantat befindlichen Spender-T-Lymphozyten ebenfalls die Transplantat-gegen-Wirt Erkrankung – eine Hauptursache von Mortalität und Morbidität nach erfolgter allogener hämatopoetischer Stammzelltransplantation. Da bei vielen Patienten aufgrund ihres Alters und ihrer Begleiterkrankungen eine Transplantation nicht tolerieren und da viele akuten myeloischen Leukämien trotz Chemotherapie progredient sind, schlägt die Therapie fehl und es gibt keine Chance auf Heilung. rnZur Erforschung der pathologischen Prozesse der akuten myeloischen Leukämie sowie für die Entwicklung neuer Therapiekonzepte bedarf es stabiler Tiermodelle, die die maligne Erkrankung des Menschen darstellen können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Engraftments humaner primärer akuter myeloischer Leukämien in immuninkompetenten NSG-Mäusen. Die Untersuchungen zeigten, dass lediglich 61,5% der getesteten Leukämien in den Versuchstieren nach der Xenotransplantation nachgewiesen werden konnten. Die Gründe hierfür sind noch nicht ausreichend geklärt, beinhalten jedoch vermutlich Elemente des Homings, des Überlebens der Zelle in der fremden murinen Knochenmarknische, der Abwesenheit spezifischer humaner Wachstumsfaktoren, sowie intrinsische Unterschiede unter den verschiedenen Leukämieproben. Leukämien, die mit einer schlechten Prognose beim Patienten verbunden sind, wachsen in den Tieren stärker an. In den Versuchen konnte gezeigt werden, dass Leukämien mit einer Längenmutation des FLT3-Rezeptors eher häufiger in den NSG-Mäusen anwachsen, als wenn diese Mutation fehlt. Die Analyse der erstellten Wachstumskinetiken zweier Leukämien ergab, dass die Höhe des Engraftments in den einzelnen Organen sowohl von der transplantierten Zellmenge, als auch von der Höhe der angesetzten Versuchszeit abhängt. Zudem wurde ein Wachstum humaner T-Lymphozyten in den xenotransplantierten Mäusen beobachtet, welches sowohl mit einem höheren Engraftment der Leukämie in der Maus verbunden war, als auch mit einer höheren Tiersterblichkeit vergesellschaftet war.rnZum Verhindern dieses Wachstums wurden zwei unterschiedliche Methoden angewendet und miteinander verglichen. Dabei erzielten sowohl die medikamentöse Behandlung der Tiere mit dem Calcineurininhibitor Cyclosporin A, als auch die CD3-Depletion der Leukämie vor der Transplantation ein T-Zell-freies Wachstum in den Mäusen, letzteres erwies sich jedoch als das schonendere Verfahren. In den T-Zell-freien Tieren konnte bei dem Großteil der Tiere kein Engraftment im Knochenmark festgestellt werden, was auf einen positiven Einfluss der humanen T-Lymphozyten beim Vorgang des Engraftments schließen lässt.rn

Untersuchungen zu der Rolle der extrazellulären Matrix bei Fibrose und bei Tumoren

Diese Arbeit befasst sich mit der Rolle der extrazellulären Matrix und insbesondere des Proteins Fibronektin bei der Leberfibrose und bei der Einnistung von Tumorzellen in die Stammzellnische im Knochenmark.rnrnHierfür wurde in einem Fibrosemodell das Peptid pUR4b verwendet, welches die Assemblierung einer Fibronektinmatrix verhindert. Bei der Verwendung dieses Peptids während und nach der Induktion einer Leberfibrose durch die Chemikalie Dimethylnitrosamin konnte eine Verminderung der Kollagenmenge (und damit des fibrotischen Narbengewebes) in der Leber im Vergleich zu fibrotischen Kontrolltieren beobachtet werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt unabhängig von der Aktivierung der hepatischen Stellatezellen ist, jedoch zum Teil von einer verminderten Anzahl entzündlicher Zellen abhängig sein könnte. Eine verminderte Bildung von Gesamt- und aktivem TGF-β, welche zum Teil auf Effekte der verringerten Zahl der inflammatorischen Zellen zurückzuführen sein könnte, unterstützt den Effekt des verminderten Aufbaus von Narbengewebe. In vitro Untersuchungen zeigten, dass hepatische Stellatezellen bei einer Behandlung mit pUR4b weniger Fibronektin in die extrazelluläre Matrix einbauten als unbehandelte hepatische Stellatezellen. Insgesamt sprechen die Daten dafür, dass das Peptid pUR4b den Aufbau einer Fibronektinmatrix verhinderte bzw. verminderte, wodurch die Ablagerung anderer Komponenten der extrazellulären Matrix wie z.B. Kollagen gestört war und es daher zu einem Rückgang des fibrotischen Narbengewebes kam.rnrnFür die Untersuchung des Einflusses der extrazellulären Matrix und des Fibronektins bei der Einnistung von Tumorzellen wurde zunächst das Fibronektin mit Hilfe konditioneller Knockout-Mäuse in verschiedenen Zellen bzw. Organen der Tiere ausgeschaltet. Weder die Ausschaltung des zirkulierenden, noch des durch Osteoblasten und Osteozyten gebildeten, noch des zirkulierenden und von Zellen des Knochenmarks gebildeten Fibronektins beeinträchtigte die Einnistung von Tumorzellen. Auch die Bildung eines Hämatoms im Knochen hatte weder einen Einfluss auf die Einnistung von Tumorzellen noch auf die spätere Tumorentwicklung. Die Ausschaltung des tumorzellendogenen Fibronektins führte hingegen zu einer signifikant verminderten Einnistung von Tumorzellen. Diese ist wahrscheinlich auf die verstärkte Affinität dieser Tumorzellen zu Zellen des Immunsystems zurückzuführen. Diese Beobachtung konnte zum Teil durch eine verstärkte eCadherin Expression erklärt werden, welche die Bindung an verschiedene Zellen des Immunsystems vermittelt. Eine Untersuchung der osteoblastischen Stammzellnische durch die kombinierte Gabe von Parathormon und Zoledronsäure führte zu keiner Veränderung der Fibronektinkonzentration innerhalb des Knochenmarks der behandelten Tiere. Dennoch nisteten sich in dem Knochenmark der mit Parathormon und Zoledronsäure behandelten Tiere signifikant mehr Tumorzellen ein als in dem von Kontrolltieren. Dieser Effekt konnte auf einen synergetischen Effekt von Parathormon und Zoledronsäure zurückgeführt werden, der zu einer gesteigerten Osteoblastenaktivität und Änderungen der Zytokinkonzentrationen im Knochenmark führte.rnZusammenfassend zeigte sich, dass eine Veränderung der extrazelluläre Matrix und insbesondere des Proteins Fibronektin bei Leberfibrose zu einem veränderten Krankheitsbild führt und die Einnistung von Tumorzellen in das Knochenmark beeinflusst.rn

Demersal communities in the Mediterranean Sea: a case study of Triglidae (Osteichthyes, Scorpaeniformes) on the conservation and sustainable use of marine resources

An appropriate management of fisheries resources can only be achieved with the continuous supply of information on the structure and biology of populations, in order to predict the temporal fluctuations. This study supports the importance of investigating the bio-ecology of increasingly exploited and poorly known species, such as gurnards (Osteichthyes, Triglidae) from Adriatic Sea (Mediterranean), to quantify their ecological role into marine community. It also focuses on investigate inter and intra-specific structuring factor of Adriatic population. These objectives were achieved by: 1) investigating aspects of the population dynamics; 2) studying the feeding biology through the examination of stomach contents; 3) using sagittal otoliths as potential marker of species life cycle; 4) getting preliminary data on mDNA phylogeny. Gurnards showed a specie-specific “critical size” coinciding with the start of sexual maturity, the tendency to migrate to greater depths, a change of diet from crustaceans to fish and an increase of variety of food items eaten. Distribution of prey items, predator size range and depth distribution were the main dimensions that influence the breadth of trophic niche and the relative difference amongst Adriatic gurnards. Several feeding preferences were individuated and a possible impact among bigger-size gurnards and other commercial fishes (anchovy, gadoids) and Crustacea (such as mantis prawn and shrimps) were to be necessary considered. Otolith studies showed that gurnard species have a very fast growth despite other results in other areas; intra-specific differences and the increase in the variability of otolith shape, sulcus acusticus shape, S:O ratios, sulcus acusticus external crystals arrangement were shown between juveniles and adults and were linked to growth (individual genetic factors) and to environmental conditions (e.g. depth and trophic niche distribution). In order to facilitate correct biological interpretation of data, molecular data were obtained for comparing morphological distance to genetic ones.

Die Rolle von Chemokinrezeptor CXCR4 und Connective Tissue Growth Factor innerhalb der Tumor-Stroma-Interaktion in der akuten myeloischen Leukämie

Die akute myeloische Leukämie (AML) ist eine heterogene Erkrankung der hämatopoetischen Vorläuferzelle, die durch unkontrollierte Vermehrung und ein reduziertes Differenzierungsverhalten gekennzeichnet ist. Aufgrund von Therapieresistenzen und häufig vorkommenden Rückfällen ist die AML mit einer schlechten Langzeitprognose verbunden. Neue Studienergebnisse zeigen, dass leukämische Zellen einer hierarchischen Ordnung unterliegen, an deren Spitze die leukämische Stammzelle (LSC) steht, welche den Tumor speist und ähnliche Charakteristika besitzt wie die hämatopoetische Stammzelle. Die LSC nutzt den Kontakt zu Zellen der hämatopoetischen Nische des Knochenmarks, um die erste Therapie zu überdauern und Resistenzen zu erwerben. Neue Therapieansätze versuchen diese Interaktion zwischen leukämischen Zellen und supportiv wirkenden Stromazellen anzugreifen. rnrnIn dieser Arbeit sollte die Bedeutung des CXC-Motiv Chemokinrezeptors Typ 4 (CXCR4) und des Connective Tissue Growth Factors (CTGF) innerhalb der AML-Stroma-Interaktion untersucht werden. CXCR4, der in vivo dafür sorgt, dass AML-Zellen in der Nische gehalten und geschützt werden, wurde durch den neuwertigen humanen CXCR4-spezifischen Antikörper BMS-936564/MDX-1338 in AML-Zelllinien und Patientenzellen in Zellkulturversuchen blockiert. Dies induzierte Apoptose sowie Differenzierung und führte in Kokulturversuchen zu einer Aufhebung des Stroma-vermittelten Schutzes gegenüber der Chemotherapie. Für diese Effekte musste teilweise ein sekundärer Antikörper verwendet werden, der die CXCR4-Moleküle miteinander kreuzvernetzt.rnDie Auswertung eines quantitativen Real time PCR (qPCR)-Arrays ergab, dass CTGF in der AML-Zelllinie Molm-14 nach Kontakt zu Stromazellen hochreguliert wird. Diese Hochregulation konnte in insgesamt drei AML-Zelllinien sowie in drei Patientenproben in qPCR- und Western Blot-Versuchen bestätigt werden. Weitere Untersuchungen zeigten, dass diese Hochregulation (i) unabhängig von der Stromazelllinie ist, (ii) den direkten Kontakt zum Stroma benötigt und (iii) auch unter hypoxischen Bedingungen, wie sie innerhalb des Knochenmarks vorherrschen, stattfindet. Der durch Zell-Zell- oder Zell-Matrix-Kontakt gesteuerte Hippo-Signalweg konnte aus folgenden Gründen als möglicher upstream-Regulationsmechanismus identifiziert werden: (i) Dessen zentraler Transkriptions-Kofaktor TAZ wurde in kokultivierten Molm-14-Zellen stabilisiert, (ii) der shRNA-gesteuerte Knockdown von TAZ führte zu einer reduzierten CTGF-Hochregulation, (iii) CTGF wurde in Abhängigkeit von der Zelldichte reguliert, (iv) Cysteine-rich angiogenic inducer 61 (Cyr61), ein weiteres Zielgen von TAZ, wurde in kokultivierten AML-Zellen ebenfalls verstärkt exprimiert. Der Knockdown von CTGF führte in vitro zu einer partiellen Aufhebung der Stroma-vermittelten Resistenz und die Blockierung von CTGF durch den Antikörper FG-3019 wirkte im AML-Mausmodell lebensverlängernd. rn rnDie Rolle von CTGF in der AML ist bisher nicht untersucht. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass CTGF ein interessantes Therapieziel in der AML darstellt. Es bedarf weiterer Untersuchungen, um die Bedeutung von CTGF in der Tumor-Stroma-Interaktion näher zu charakterisieren und nachgeschaltete Signalwege zu identifizieren.

Differential response of Human Bone Marrow Stromal Cells to either TGF-β1 or to rhGDF-5

Cell therapy along with growth factor injection is currently widely investigated to restore the intervertebral disc. However, there is increasing evidence that transplanted unconditioned bone marrow-derived stromal cells (BMSCs) cannot thrive in the intervertebral disc "niche". Moreover, uncertainty exists with respect to the cell phenotype that would be suitable to inject. The intervertebral disc cell phenotype only recently has been started to be characterised using transcriptomics profiling. Recent findings suggest that cytokeratin 19 (KRT-19) could be used as a potential candidate marker for the intervertebral disc, or more specifically the nucleus pulposus cell (NPC) phenotype. We present in vitro cell culture data using alginate bead culture of primary human BMSCs exposed to the standard chondrogenic stimulus, transforming growth factor beta-1 (TGF-β), the growth and differentiation factor 5 and/or bovine NPCs to induce a potential "discogenic" pathway. Chondrogenic induction via TGF-β pathway provoked down-regulation of KRT-19 gene expression in four out of five donors after 18 days of culture, whereas KRT-19 expression remained unchanged in the "discogenic" groups. In addition, the ratio of aggrecan/collagen II gene expression showed a remarkable difference (of at least 3 magnitudes) between the chondrogenic stimulus (low ratio) and the discogenic stimulus (high ratio). Therefore, KRT-19 and aggrecan/collagen II ratio may be potential markers to distinguish chondrogenic from "discogenic" differentiation.

The role of olfactory cues in the sequential radiation of a gall-boring beetle, Mordellistena convicta

1. Herbivorous insects often have close associations with specific host plants, and their preferences for mating and ovipositing on a specific host-plant species can reproductively isolate populations, facilitating ecological speciation. Volatile emissions from host plants can play a major role in assisting herbivores to locate their natal host plants and thus facilitate assortative mating and host-specific oviposition. 2. The present study investigated the role of host-plant volatiles in host fidelity and oviposition preference of the gall-boring, inquiline beetle, Mordellistena convicta LeConte (Coleoptera: Mordellidae), using Y-tube olfactometers. Previous studies suggest that the gall-boring beetle is undergoing sequential host-associated divergence by utilising the resources that are created by the diverging populations of the gall fly, Eurosta solidaginis Fitch (Diptera: Tephritidae), which induces galls on the stems of goldenrods including Solidago altissima L. (Asteraceae) and Solidago gigantea Ait. 3. Our results show that M. convicta adults are attracted to galls on their natal host plant, avoid the alternate host galls, and do not respond to volatile emissions from their host-plant stems. 4. These findings suggest that the gall-boring beetles can orient to the volatile chemicals from host galls, and that beetles can use them to identify suitable sites for mating and/or oviposition. Host-associated mating and oviposition likely play a role in the sequential radiation of the gall-boring beetle.

The Role of Olfactory Cues in the Sequential Radiation of a Gall-boring Beetle, Mordellistena convicta

1. Herbivorous insects often have close associations with specific host plants, and their preferences for mating and ovipositing on a specific host-plant species can reproductively isolate populations, facilitating ecological speciation. Volatile emissions from host plants can play a major role in assisting herbivores to locate their natal host plants and thus facilitate assortative mating and host-specific oviposition. 2. The present study investigated the role of host-plant volatiles in host fidelity and oviposition preference of the gall-boring, inquiline beetle, Mordellistena convicta LeConte (Coleoptera: Mordellidae), using Y-tube olfactometers. Previous studies suggest that the gall-boring beetle is undergoing sequential host-associated divergence by utilising the resources that are created by the diverging populations of the gall fly, Eurosta solidaginis Fitch (Diptera: Tephritidae), which induces galls on the stems of goldenrods including Solidago altissima L. (Asteraceae) and Solidago gigantea Ait. 3. Our results show that M. convicta adults are attracted to galls on their natal host plant, avoid the alternate host galls, and do not respond to volatile emissions from their host-plant stems. 4. These findings suggest that the gall-boring beetles can orient to the volatile chemicals from host galls, and that beetles can use them to identify suitable sites for mating and/or oviposition. Host-associated mating and oviposition likely play a role in the sequential radiation of the gall-boring beetle.

Deregulated ephrin-B2 signaling in mammary epithelial cells alters the stem cell compartment and interferes with the epithelial differentiation pathway

Cancer most probably originates from stem/progenitor cells and exhibits a similar cell hierarchy as normal tissues. Moreover, there is growing evidence that only the stem cells are capable of metastasis formation. We have previously shown that overexpression of a dominant negative ephrin-B2 mutant interferes with mammary gland differentiation and confers a metastatic phenotype to NeuT-induced mammary tumors with an increase in cells with stem/progenitor characteristics. To investigate the role of ephrin-B2 in the control of the mammary stem cell niche, we analyzed the mammary stem and progenitor cell populations in transgenic mice overexpressing the mutant ephrin-B2. Quantification by FACS analysis revealed a significant increase of cells in the basal/alveolar cell-, the bi-potent progenitor- and the stem cell-enriched fractions. Moreover, the supposed precursors of estrogen receptor-positive cells were elevated in the stem cell-enriched fraction. In contrast, the epithelium from transgenic mice overexpressing the native ephrin-B2 gene showed an augmentation of the luminal cell- and the bi-potent progenitor-enriched fractions. Repopulation assays revealed that the epithelial cells of truncated ephrin-B2 transgenic epithelial cells have a higher regeneration capacity than those of controls and of native ephrin-B2 transgenic mice, confirming the augmentation of stem cells. Morphologically, these outgrowths exhibited impaired basal/luminal compartmentalization and epithelial polarization. These results demonstrate that deregulated ephrin-B2 expression interferes with the regulation of the stem cell niche and leads to a shift of the differentiation pathway and may thereby contribute to the acquisition of the metastatic phenotype long before carcinogenic growth becomes apparent.

Optimizing human in vivo dosing and delivery of β-alanine supplements for muscle carnosine synthesis

Interest into the effects of carnosine on cellular metabolism is rapidly expanding. The first study to demonstrate in humans that chronic β-alanine (BA) supplementation (~3-6 g BA/day for ~4 weeks) can result in significantly augmented muscle carnosine concentrations (>50%) was only recently published. BA supplementation is potentially poised for application beyond the niche exercise and performance-enhancement field and into other more clinical populations. When examining all BA supplementation studies that directly measure muscle carnosine (n=8), there is a significant linear correlation between total grams of BA consumed (of daily intake ranges of 1.6-6.4 g BA/day) versus both the relative and absolute increases in muscle carnosine. Supporting this, a recent dose-response study demonstrated a large linear dependency (R2=0.921) based on the total grams of BA consumed over 8 weeks. The pre-supplementation baseline carnosine or individual subjects' body weight (from 65 to 90 kg) does not appear to impact on subsequent carnosine synthesis from BA consumption. Once muscle carnosine is augmented, the washout is very slow (~2%/week). Recently, a slow-release BA tablet supplement has been developed showing a smaller peak plasma BA concentration and delayed time to peak, with no difference in the area under the curve compared to pure BA in solution. Further, this slow-release profile resulted in a reduced urinary BA loss and improved retention, while at the same time, eliciting minimal paraesthesia symptoms. However, our complete understanding of optimizing in vivo delivery and dosing of BA is still in its infancy. Thus, this review will clarify our current knowledge of BA supplementation to augment muscle carnosine as well as highlight future research questions on the regulatory points of control for muscle carnosine synthesis.