Study of PI3K/Akt signaling pathway as potential molecular target for T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) treatment: pan-inhibition of PI3K catalitic isoforms as better therapeutic approach

Class I phosphatidylinositol 3-kinases (PI3Ks) are heterodimeric lipid kinases consisting of a regulatory subunit and one of four catalytic subunits (p110α, p110β, p110γ or p110δ). p110γ/p110δ PI3Ks are highly enriched in leukocytes. In general, PI3Ks regulate a variety of cellular processes including cell proliferation, survival and metabolism, by generating the second messenger phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PtdIns(3,4,5)P3). Their activity is tightly regulated by the phosphatase and tensin homolog (PTEN) lipid phosphatase. PI3Ks are widely implicated in human cancers, and in particular are upregulated in T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL), mainly due to loss of PTEN function. These observations lend compelling weight to the application of PI3K inhibitors in the therapy of T-ALL. At present different compounds which target single or multiple PI3K isoforms have entered clinical trials. In the present research, it has been analyzed the therapeutic potential of the pan-PI3K inhibitor BKM120, an orally bioavailable 2,6-dimorpholino pyrimidine derivative, which has entered clinical trials for solid tumors, on both T-ALL cell lines and patient samples. BKM120 treatment resulted in cell cycle arrest and apoptosis, being cytotoxic to a panel of T-ALL cell lines and patient T-lymphoblasts. Remarkably, BKM120 synergized with chemotherapeutic agents currently used for treating T-ALL patients. BKM120 efficacy was confirmed in in vivo studies to a subcutaneous xenotransplant model of human T-ALL. Because it is still unclear which agents among isoform-specific or pan inhibitors can achieve the greater efficacy, further analyses have been conducted to investigate the effects of PI3K inhibition, in order to elucidate the mechanisms responsible for the proliferative impairment of T-ALL. Overall, these results indicated that BKM120 may be an efficient treatment for T-ALLs that have aberrant up-regulation of the PI3K signaling pathway and strongly support clinical application of pan-class I PI3K rather than single-isoform inhibitors in T-ALL treatment.

Funktionelle Analyse der Polaritäts- und Tumorsuppressorgene hugl-1 und hugl-2 mittels siRNA-vermitteltem Gen-Silencing und konditionalem Gen-Knockout

Das menschliche Gen human giant larvae (hugl) ist ein Homolog des hochkonservierten Drosophila Gens lethal giant larvae (lgl), welches in Epithelzellen die Funktion eines neoplastischen Tumorsuppressors und Polaritätsregulators einnimmt. Ein Verlust oder eine verminderte Expression beider Homologe des Gens, hugl-1 und hugl-2, geht einher mit dem Auftreten und der Progression verschiedener epithelialer Tumorerkrankungen wie malignen Melanomen und Brust-, Kolon- oder Lungentumoren. Die exakte Funktion der Homologe Hugl-1 und Hugl-2 bezüglich der Regulation und Aufrechterhaltung der epithelialen Zellpolarität sowie ihre Rolle in der Genese humaner Tumore ist jedoch weitgehend unbekannt. Gänzlich unbekannt ist auch die Bedeutung von Hugl-1 und Hugl-2 als Polaritätsregulatoren für die Ausbildung und den Erhalt der T-Zellmorphologie und -funktion. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Polaritäts- und Tumorsuppressorgene hugl-1 und hugl-2 in funktionellen Analysen mittels siRNA-vermitteltem Gen-Silencing in Epithelzellen und T-Lymphozyten zu charakterisieren. Darüber hinaus wurden die Funktionen und Eigenschaften von mgl-2, dem murinen Homologen von hugl-2, im Cre/loxP-vermittelten konditionalen Knockout Mausmodell in vivo analysiert.rnrnZur Charakterisierung der biologischen Effekte von Hugl-1 und Hugl-2 auf das Wachstumsverhalten, Migration und Invasion von Epithelzellen wurden in dieser Arbeit erfolgreich unterschiedliche shRNA-Expressionskonstrukte generiert sowie Hugl-supprimierte Zelllinien etabliert. In vitro Studien sowie in vivo Tumorigenizitätsanalysen lieferten übereinstimmend Hinweise darauf, dass verminderte Hugl-1- und Hugl-2-Expressionsspiegel eine signifikante Rolle in der Vermittlung invasiver und tumorigener Eigenschaften von Epithelzellen spielen. Dabei rief der Verlust beider Homologe deutlich stärkere Reaktionen hervor als die Suppression eines einzelnen Homologen. Zudem wiesen die Überexpression des Zellzyklusregulators Cyclin D1 sowie die Hyperproliferation von Hugl-1- und/oder Hugl-2-depletierten Epithelzellen auf eine wichtige Rolle der beiden Homologe in der Zellzyklusprogression und Zellproliferation hin. Ein geringer Expressionsstatus von Hugl-1 und -2 schien darüber hinaus mit einer verstärkten Resistenzbildung gegenüber Chemotherapeutika zu korrelieren. Im Rahmen dieser Arbeit konnte weiterhin gezeigt werden, dass die untersuchten T-Lymphozyten nur Hugl-1 exprimieren und dass letzteres notwendig für den F-Aktin-vermittelten Erhalt der T-Zellpolarität und -morphologie ist. Hugl-1-supprimierte, über voneinander unabhängige Signalwege (TCR- oder Chemokinrezeptor) stimulierte T-Lymphozyten wiesen eine bedeutende Störung der Lamellipodien- und Uropodausbildung auf und ließen eine Interaktion von Hugl-1 auf Ebene des F Aktins vermuten. Des Weiteren zeigte sich, dass der Polaritätsregulator Hugl-1 die CD3/TCR-induzierte Zelladhäsion positiv beeinflusst. Die Analyse der T-Zellmigration und -motilität offenbarte in Übereinstimmung dazu die Wichtigkeit von Hugl-1 für die Polarisierung und Migration der T-Zellen sowohl im Chemokingradienten als auch auf mDCs. rnrnFür die Aufklärung der funktionellen Rolle von mgl-2 in vivo wurde in dieser Arbeit eine Tamoxifen-induzierbare, Cre/loxP-vermittelte konditionale Mauslinie generiert und analysiert. Die mgl-2-deletierten Tiere wiesen weder signifikante phänotypische Unterschiede noch Abweichungen in der Organanatomie auf und ließen daher auf eine Kompensation durch das im Darmepithel koexprimierte und möglicherweise funktionell redundante mgl-1 Gen schließen.rn

Biochemische Charakterisierung der Zyklin-abhängigen Kinase 2,Aktivator-Komplexe des Parasiten Eimeria tenella sowie deren Nutzung in der Wirkstoffforschung

Der Stamm der Apicomplexa ist eine artenreiche Gruppe, der einzellige, meist obligat intrazelluläre Parasiten angehören, darunter auch erstzunehmende Krankheitserreger wie Plasmodium sp. sowie tierpathogene Vertreter wie Eimeria sp. und Theileria sp. Eimeria sp. verursacht die Kokzidiose beim Huhn. Diese Krankheit bedingt weltweite Verluste in der Geflügelindustrie von etwa 3 Milliarden US$ pro Jahr [DALLOUL & LILLEHOJ, 2006; SHIRLEY et al., 2007; LUCIUS & LOOS-FRANK, 2008]. Die Parasiten weisen eine hohe Resistenzbildungsrate gegen vorhandene Wirkstoffe auf. Zudem ist der Einsatz von Vakzinen mit Nebenwirkungen verbunden und für hohe Produktionskosten verantwortlich. Daher ist die Entwicklung von neuen, kostengünstigen und effektiven Kokzidiostatika eine dringend notwendige Herausforderung [KINNAIRD et al., 2004]. rnAuf Grund ihrer essentiellen, regulatorischen Funktion im eukaryotischen Zellzyklus sind Zyklin-abhängige Kinasen (CDKs) validierte Zielproteine [LEHNINGER et al., 2005]. Auch Eimeria tenella CDC2-related kinase 2 (EtCRK2) wurde bereits mittels des bekannten CDK-Inhibitors Flavopiridol als Zielprotein chemisch validiert [ENGELS et al., 2010]. Wie bei allen CDKs ist die Aktivität von EtCRK2 abhängig von der Bindung eines Aktivators, der zur Zyklin-Proteinfamilie gehört. Dieser natürliche EtCRK2-Aktivator war jedoch bislang nicht bekannt. Deshalb war ein Teil dieser Arbeit die Identifizierung des natürlichen EtCRK2-Aktivators. Bioinformatische Analysen identifizierten vier E. tenella Zyklin-ähnliche Proteine (EtCYC1, EtCYC3a, EtCYC3b und EtCYC4), die nah verwandt zu den Plasmodium falciparum-Zyklinen sind [ENGELS et al., 2010; SUÁREZ FERNÁNDEZ et al., bislang unveröffentlichte Daten]. Im Rahmen dieser Arbeit konnten zwei neue Aktivatoren identifiziert und biochemisch charakterisiert werden: der bekannte CDK-Aktivator XlRINGO und das neue E. tenella-Zyklin EtCYC3a. Nachdem der nicht-radioaktive TR-FRET-Assay für die EtCRK2 etabliert und optimiert wurde, konnte die EtCRK2-Aktivität im Komplex mit beiden Aktivatoren und weitere wichtige kinetische Parameter bestimmt werden.rnZusätzlich wurde dieser Assay zum in vitro Screening einer kommerziellen Chemikalienbibliothek auf die EtCRK2 eingesetzt, um potentielle Inhibitoren für EtCRK2 zu identifizieren. Dieses in vitro Screening gefolgt von einer in silico Hit-Anreicherung identifizierte 19 aktive Verbindungen für die durch EtCYC3a und XlRINGO aktivierte EtCRK2. Zudem wurden drei Struktur-Cluster definiert: Naphthoquinone, 8-Hydroxyquinoline und 2-Pyrimidinyl-aminopiperidin-propan-2-ole. rnDie aktivsten Vertreter von jedem Cluster wurden als Leitstrukturen ausgewählt und auf EtCRK2 und HsCDK2 getestet. Aufgrund ihrer inhibierenden Wirkung auf EtCRK2 stellen diese Verbindungen viel versprechende Leitstrukturen für die Entwicklung eines neuen Antikokzidiums dar. Hiermit konnte auch gezeigt werden, dass BES124764, der Vertreter des 2-Pyrimidinyl-aminopiperidin-propan-2-ol-Clusters, in der Lage ist, die EtCRK2 selektiv zu inhibieren. rnDaher wird BES124764 sowie einige Derivate in den Leitstruktur-Optimierungsprozess für die Auffindung eines neuen Arzneimittelkandidaten gegen Kokzidiose eingehen.rn

Epigenetic role of N-Myc in Neuroblastoma

Childhood neuroblastoma is the most common solid tumour of infancy and highly refractory to therapy. One of the most powerful prognostic indicators for this disease is the N-Myc gene amplification, which occurs in approximately 25% of all neuroblastomas. N-Myc is a member of transcription factors belonging to a subclass of the larger group of proteins sharing Basic-Region/Helix–Loop–Helix/Leucin-Zipper (BR/HLH/LZ) motif. N-Myc oncoproteins may determine activation or repression of several genes thanks to different protein-protein interactions that may modulate its transcriptional regulatory ability and therefore its potential for oncogenicity. Chromatin modifications, including histone methylation, have a crucial role in transcription de-regulation of many cancer-related genes. Here, it was investigated whether N-Myc can functionally and/or physically interact with two different factors involved in methyl histone modification: WDR5 (core member of the MLL/Set1 methyltransferase complex) and the de- methylase LSD1. Co-IP assays have demonstrated the presence of both N-Myc-WDR5 and N-Myc-LSD1 complexes in two neuroblastoma cell lines. Human N-Myc amplified cell lines were used as a model system to investigate on transcription activation and/or repression mechanisms carried out by N-Myc-LSD1 and N-Myc-WDR5 protein complexes. qRT-PCR and immunoblot assays underlined the ability of both complexes to positively (N-Myc-WDR5) and negatively (N-Myc-LSD1) influence transcriptional regulation of crititical neuroblastoma N-Myc-related genes, MDM2, p21 and Clusterin. Ch-IP experiments have revealed the binding of the N-Myc complexes above mentioned to the gene promoters analysed. Finally, pharmacological treatment pointed to abolish N-Myc and LSD1 activity were performed to test cellular alterations, such as cell viability and cell cycle progression. Overall, the results presented in this work suggest that N-Myc can interact with two distinct histone methyl modifiers to positively and negatively affect gene transcription in neuroblastoma.

The role of SENP1 in B cell development and differentiation

SUMOylation is a highly dynamic and reversible posttranslational protein modification closely related to ubiquitination. SUMOylation regulates a vast array of different cellular functions, such as cell cycle, nuclear transport, DNA damage response, proliferation and transcriptional activation. Several groups have shown in in vitro studies how important SUMOylation is for early B cell development and survival as well as for later plasma cell differentiation. This thesis focuses on the deSUMOylation protease SENP1 and its in vivo effects on B cell development and differentiation. For this a conditional SENP1 knockout mouse model was crossed to the CD19-Cre mouse strain to generate a B cell specific SENP1 knockout mouse.rnIn our conditional SENP1ff CD19-Cre mouse model we observed normal numbers of all B cell subsets in the bone marrow. However in the spleen we observed an impairment of B cell survival, based on a 50% reduction of the follicular B cell compartment, whereas the marginal zone B cell compartment was unchanged. T cell numbers were comparable to control mice. rnFurther, impairments of B cell survival in SENP1ff CD19-Cre mice were analysed after in vivo blocking of IL7R signalling. The αIL7R treatment in mature mice blocked new B cell formation in the bone marrow and increased apoptosis rates could be observed in splenic SENP1 KO B cells. Additionally, a higher turnover rate of B cells was measured by in vivo BrdU incorporation.rnSince it is known that the majority of transcription factors that are important for the maintenance of the germinal centre reaction or for induction of plasma cell development are SUMOylated, the question arose, how defective deSUMOylation will manifest itself in these processes. The majority of in vitro cultured splenic B cells, stimulated to undergo class switch recombination and plasma cell differentiation underwent activation induced cell death. However, the surviving cells increasingly differentiated into IgM expressing plasma cells. Class switch recombination to IgG1 was reduced. These observations stood in line with observation made in in vivo sheep red blood cell immunization experiments, which showed increased amounts of germinal centres and germinal centre B cells, as well as increased amounts of plasma cells differentiation in combination with decreased class switch to IgG1.rnThese results lead to the conclusion that SENP1 KO B cells increasingly undergo apoptosis, however, B cells that survive SENP1 deficiency are more prone to undergo plasma cell differentiation. Further, the precursors of these plasma cells either are not as capable of undergoing class switch recombination or they do switch to IgG1 and succumb to activation induced cell death. One possible explanation for both scenarios could be a defective DNA damage response mechanisms during class switch recombination, caused by impaired deSUMOylation. rn

Rolle der FOS-Proteine und des MAPK-Signallings in der Regulation der zellulären Antwort auf genotoxischen Stress

Die mittlere Überlebenszeit nach Erkennung eines Glioblastoms ohne Behandlung liegt bei 3 Monaten und kann durch die Behandlung mit Temozolomid (TMZ) auf etwa 15 Monate gesteigert werden. Neben TMZ sind die chlorethylierenden Nitrosoharnstoffe die meistversprechendsten und am häufigsten eingesetzten Chemotherapeutika in der Gliomtherapie. Hier liegt die mittlere Überlebenszeit bei 17,3 Monaten. Um die Therapie des Glioblastoms noch effektiver zu gestalten und Resistenzen zu begegnen, werden unterschiedlichste Ansätze untersucht. Eine zentrale Rolle spielen hierbei das activator protein 1 (AP-1) und die mitogen aktivierten Proteinkinasen (MAPK), deren Funktion in bisherigen Arbeiten noch unzureichend beleuchtet wurde.rnBesonders mit der Rolle des AP-1-bildenden Proteins FRA-1 in der Therapie des Glioblastoms haben sich bisher nur wenige Arbeiten beschäftigt, weshalb im ersten Teil der vorliegenden Arbeit dessen Funktion in der Regulation der Chemosensitivität gegenüber dem chlorethylierenden Agenz ACNU genauer untersucht wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die FRA 1-Expression durch Behandlung mit ACNU induziert wird. Die Induktion erfolgte über die beiden MAPKs ERK1/2 und p38K. JNK hatte keinen Einfluss auf die Induktion. Durch die Herunterregulation der FRA-1-Expression mit Hilfe von siRNA und eines shRNA exprimierenden Plasmids kam es zu einer signifikanten Sensitivierung gegenüber ACNU. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulation der FRA-1-Expression in einer verminderten AP 1-Bildung, bedingt durch eine reduzierte Menge an FRA-1 im AP-1-Komplex resultiert. Die Sensitivierung gegenüber ACNU ist weder durch eine Veränderung in der DNA-Reparatur, noch in der Modulation der FAS-Ligand- bzw. FAS-Rezeptor-Expression bedingt. Auch die hier untersuchten BCL 2-Familienmitglieder wiesen keine Unterschiede in der Expression durch Modulation der FRA 1-Expression auf. Allerdings kam es durch die verminderte FRA-1-Expression zu einer Reduktion der Zellzahl in der G2/M-Phase nach Behandlung mit ACNU. Diese ging einher mit einer reduzierten Menge an phosphoryliertem und unphosphoryliertem CHK1, weshalb davon auszugehen ist, dass FRA 1 nach ACNU-Behandlung in Gliomzellen vor der Apoptose schützt, indem es modulierend auf die Zellzykluskontrolle einwirkt.rnIm zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Regulation der apoptotischen Antwort nach Behandlung mit ACNU und TMZ genauer beleuchtet, wobei ein spezielles Augen¬merk auf AP 1 und die MAPKs gelegt wurde. Hier konnte gezeigt werden, dass die Apoptose nach Behandlung mit ACNU bzw. TMZ sowohl durch Spaltung von Pro-Caspase 8, als auch Pro-Caspase 9 eingeleitet wird. Dabei akkumulierte in beiden Fällen p53 vermehrt im Zellkern. Eine Inhibierung der transkriptionellen Aktivität von p53 führte nach ACNU-Behandlung zu einer Sensitivierung der Zellen, nach TMZ-Behandlung kam es zu einem leichten Anstieg in der Vitälität. Der FAS-Rezeptor wurde nach ACNU- und nach TMZ-Behandlung aktiviert und auch die DNA-Reparaturproteine DDB2 und XPC wurden in beiden Fällen vermehrt exprimiert. Für die MAPKs JNK und ERK1/2 konnte gezeigt werden, dass diese pro-apoptotisch wirken. Die AP-1-Bildung nach ACNU-Behandlung erfolgte bereits nach 24 h und war von langer Dauer, wohingegen nach TMZ-Behandlung nur eine transiente AP 1-Bildung zu relativ späten Zeitpunkten detektiert werden konnte. Ebenso konnte für das AP-1-Zielgen FAS-Ligand nach ACNU-Behandlung eine relativ schnelle, lang anhaltende Aktivierung detektiert werden, wohingegen nach TMZ-Behandlung zu einem späten Zeitpunkt ein kurzer Anstieg im Signal zu verzeichnen war. In späteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass das BCL-2-Familienmitglied BIM eine zentrale Rolle in der Regulation des intrinsischen Apoptosesignalweges nach Behandlung mit ACNU und TMZ spielt. Die hier entstanden Ergebnisse tragen entscheidend zum Verständnis der durch diese beiden Agenzien gesteuerten, apoptotischen Signalwege bei und bieten eine fundierte Grundlage für weitere Untersuchungen.rn

The transforming parasite Theileria co-opts host cell mitotic and central spindles to persist in continuously dividing cells

The protozoan parasite Theileria inhabits the host cell cytoplasm and possesses the unique capacity to transform the cells it infects, inducing continuous proliferation and protection against apoptosis. The transforming schizont is a multinucleated syncytium that resides free in the host cell cytoplasm and is strictly intracellular. To maintain transformation, it is crucial that this syncytium is divided over the two daughter cells at each host cell cytokinesis. This process was dissected using different cell cycle synchronization methods in combination with the targeted application of specific inhibitors. We found that Theileria schizonts associate with newly formed host cell microtubules that emanate from the spindle poles, positioning the parasite at the equatorial region of the mitotic cell where host cell chromosomes assemble during metaphase. During anaphase, the schizont interacts closely with host cell central spindle. As part of this process, the schizont recruits a host cell mitotic kinase, Polo-like kinase 1, and we established that parasite association with host cell central spindles requires Polo-like kinase 1 catalytic activity. Blocking the interaction between the schizont and astral as well as central spindle microtubules prevented parasite segregation between the daughter cells during cytokinesis. Our findings provide a striking example of how an intracellular eukaryotic pathogen that evolved ways to induce the uncontrolled proliferation of the cells it infects usurps the host cell mitotic machinery, including Polo-like kinase 1, one of the pivotal mitotic kinases, to ensure its own persistence and survival.

The nuclear receptor LRH-1 critically regulates extra-adrenal glucocorticoid synthesis in the intestine

The nuclear receptor liver receptor homologue-1 (LRH-1, NR5A2) is a crucial transcriptional regulator of many metabolic pathways. In addition, LRH-1 is expressed in intestinal crypt cells where it regulates the epithelial cell renewal and contributes to tumorigenesis through the induction of cell cycle proteins. We have recently identified the intestinal epithelium as an important extra-adrenal source of immunoregulatory glucocorticoids. We show here that LRH-1 promotes the expression of the steroidogenic enzymes and the synthesis of corticosterone in murine intestinal epithelial cells in vitro. Interestingly, LRH-1 is also essential for intestinal glucocorticoid synthesis in vivo, as LRH-1 haplo-insufficiency strongly reduces the intestinal expression of steroidogenic enzymes and glucocorticoid synthesis upon immunological stress. These results demonstrate for the first time a novel role for LRH-1 in the regulation of intestinal glucocorticoid synthesis and propose LRH-1 as an important regulator of intestinal tissue integrity and immune homeostasis.

CD40 ligation protects bronchial epithelium against oxidant-induced caspase-independent cell death

CD40 and its ligand regulate pleiotropic biological responses, including cell proliferation, differentiation, and apoptosis. In many inflammatory lung diseases, tissue damage by environmental or endogenous oxidants plays a major role in disease pathogenesis. As the epithelial barrier is a major target for these oxidants, we postulated that CD40, the expression of which is increased in asthma, plays a role in the regulation of apoptosis of bronchial epithelial cells exposed to oxidants. Using 16HBE 14o- cells exposed to oxidant stress, we found that ligation of CD40 (induced by G28-5 monoclonal antibodies) enhanced cell survival and increased the number of cells in G2/M (interphase between DNA synthesis and mitosis) of the cell cycle. This was associated with NF-kappaB and activator protein-1 activation and increased expression of the inhibitor of apoptosis, c-IAP1. However, oxidant stress-induced apoptosis was found to be caspase- and calpain-independent implicating CD40 ligation as a regulator of caspase-independent cell death. This was confirmed by the demonstration that CD40 ligation prevented mitochondrial release and nuclear translocation of apoptosis inducing factor. In conclusion, we demonstrate a novel role for CD40 as a regulator of epithelial cell survival against oxidant stress. Furthermore, we have identified, for the first time, an endogenous inhibitory pathway of caspase-independent cell death.

Different vascular smooth muscle cell apoptosis in the human internal mammary artery and the saphenous vein. Implications for bypass graft disease

BACKGROUND: The remarkable patency of internal mammary artery (MA) grafts compared to saphenous vein (SV) grafts has been related to different biological properties of the two blood vessels. We examined whether proliferation and apoptosis of vascular smooth muscle cells (VSMC) from human coronary artery bypass vessels differ according to patency rates. METHODS AND RESULTS: Proliferation rates to serum or platelet-derived growth factor (PDGF)-BB were lower in VSMC from MA than SV. Surface expression of PDGF beta-receptor was slightly lower, while that of alpha-receptor was slightly higher in MA than SV. Cell cycle distribution, expression of cyclin E, cdk2, p21, p27, p57, and cdk2 kinase activity were identical in PDGF-BB-stimulated cells from MA and SV. However, apoptosis rates were higher in MA than SV determined by lactate dehydrogenase release, DNA fragmentation, and Hoechst 33258 staining. Moreover, caspase inhibitors (Z-VAD-fmk, Boc-D-fmk) abrogated the different proliferation rates of VSMC from MA versus SV. Western blotting and GSK3-beta kinase assay revealed lower Akt activity in VSMC from MA versus SV, while total Akt expression was identical. Adenoviral transduction of a constitutively active Akt mutant abrogated the different proliferation rates of VSMC from MA versus SV. CONCLUSIONS: Higher apoptosis rates due to lower Akt activity rather than different cell cycle regulation account for the lower proliferation of VSMC from MA as compared to SV. VSMC apoptosis may protect MA from bypass graft disease.

LIF promotes neurogenesis and maintains neural precursors in cell populations derived from spiral ganglion stem cells

BACKGROUND: Stem cells with the ability to form clonal floating colonies (spheres) were recently isolated from the neonatal murine spiral ganglion. To further examine the features of inner ear-derived neural stem cells and their derivatives, we investigated the effects of leukemia inhibitory factor (LIF), a neurokine that has been shown to promote self-renewal of other neural stem cells and to affect neural and glial cell differentiation. RESULTS: LIF-treatment led to a dose-dependent increase of the number of neurons and glial cells in cultures of sphere-derived cells. Based on the detection of developmental and progenitor cell markers that are maintained in LIF-treated cultures and the increase of cycling nestin-positive progenitors, we propose that LIF maintains a pool of neural progenitor cells. We further provide evidence that LIF increases the number of nestin-positive progenitor cells directly in a cell cycle-independent fashion, which we interpret as an acceleration of neurogenesis in sphere-derived progenitors. This effect is further enhanced by an anti-apoptotic action of LIF. Finally, LIF and the neurotrophins BDNF and NT3 additively promote survival of stem cell-derived neurons. CONCLUSION: Our results implicate LIF as a powerful tool to control neural differentiation and maintenance of stem cell-derived murine spiral ganglion neuron precursors. This finding could be relevant in cell replacement studies with animal models featuring spiral ganglion neuron degeneration. The additive effect of the combination of LIF and BDNF/NT3 on stem cell-derived neuronal survival is similar to their effect on primary spiral ganglion neurons, which puts forward spiral ganglion-derived neurospheres as an in vitro model system to study aspects of auditory neuron development.

Surviving endoplasmic reticulum stress is coupled to altered chondrocyte differentiation and function

In protein folding and secretion disorders, activation of endoplasmic reticulum (ER) stress signaling (ERSS) protects cells, alleviating stress that would otherwise trigger apoptosis. Whether the stress-surviving cells resume normal function is not known. We studied the in vivo impact of ER stress in terminally differentiating hypertrophic chondrocytes (HCs) during endochondral bone formation. In transgenic mice expressing mutant collagen X as a consequence of a 13-base pair deletion in Col10a1 (13del), misfolded alpha1(X) chains accumulate in HCs and elicit ERSS. Histological and gene expression analyses showed that these chondrocytes survived ER stress, but terminal differentiation is interrupted, and endochondral bone formation is delayed, producing a chondrodysplasia phenotype. This altered differentiation involves cell-cycle re-entry, the re-expression of genes characteristic of a prehypertrophic-like state, and is cell-autonomous. Concomitantly, expression of Col10a1 and 13del mRNAs are reduced, and ER stress is alleviated. ERSS, abnormal chondrocyte differentiation, and altered growth plate architecture also occur in mice expressing mutant collagen II and aggrecan. Alteration of the differentiation program in chondrocytes expressing unfolded or misfolded proteins may be part of an adaptive response that facilitates survival and recovery from the ensuing ER stress. However, the altered differentiation disrupts the highly coordinated events of endochondral ossification culminating in chondrodysplasia.

Thiazolides inhibit growth and induce glutathione-S-transferase Pi (GSTP1)-dependent cell death in human colon cancer cells

Thiazolides are a novel class of broad-spectrum anti-infective drugs with promising in vitro and in vivo activities against intracellular and extracellular protozoan parasites. The nitrothiazole-analogue nitazoxanide (NTZ; 2-acetolyloxy-N-(5-nitro 2-thiazolyl) benzamide) represents the thiazolide parent compound, and a number of bromo- and carboxy-derivatives with differing activities have been synthesized. Here we report that NTZ and the bromo-thiazolide RM4819, but not the carboxy-thiazolide RM4825, inhibited proliferation of the colon cancer cell line Caco2 and nontransformed human foreskin fibroblasts (HFF) at or below concentrations the compounds normally exhibit anti-parasitic activity. Thiazolides induced typical signs of apoptosis, such as nuclear condensation, DNA fragmentation and phosphatidylserine exposure. Interestingly, the apoptosis-inducing effect of thiazolides appeared to be cell cycle-dependent and induction of cell cycle arrest substantially inhibited the cell death-inducing activity of these compounds. Using affinity chromatography and mass spectrometry glutathione-S-transferase P1 (GSTP1) from the GST class Pi was identified as a major thiazolide-binding protein. GSTP1 expression was more than 10 times higher in the thiazolide-sensitive Caco2 cells than in the less sensitive HFF cells. The enzymatic activity of recombinant GSTP1 was strongly inhibited by thiazolides. Silencing of GSTP1 using siRNA rendered cells insensitive to RM4819, while overexpression of GSTP1 increased sensitivity to RM4819-induced cell death. Thiazolides may thus represent an interesting novel class of future cancer therapeutics.

PU.1 binding to the p53 family of tumor suppressors impairs their transcriptional activity

The transcription factor PU.1 is essential for terminal myeloid differentiation, B- and T-cell development, erythropoiesis and hematopoietic stem cell maintenance. PU.1 functions as oncogene in Friend virus-induced erythroleukemia and as tumor suppressor in acute myeloid leukemias. Moreover, Friend virus-induced erythroleukemia requires maintenance of PU.1 expression and the disruption of p53 function greatly accelerates disease progression. It has been hypothesized that p53-mediated expression of the p21(Cip1) cell cycle inhibitor during differentiation of pre-erythroleukemia cells promotes selection against p53 function. In addition to the blockage of erythroblast differentiation provided by increased levels of PU.1, we propose that PU.1 alters p53 function. We demonstrate that PU.1 reduces the transcriptional activity of the p53 tumor suppressor family and thus inhibits activation of genes important for cell cycle regulation and apoptosis. Inhibition is mediated through binding of PU.1 to the DNA-binding and/or oligomerization domains of p53/p73 proteins. Lastly, knocking down endogenous PU.1 in p53 wild-type REH B-cell precursor leukemia cells leads to increased expression of the p53 target p21(Cip1).