Interferon-gamma alters the phagocytic activity of the mouse trophoblast

Interferon-gamma (IFN-gamma) mediates diverse functions in bone marrow-derived phagocytes, including phagocytosis and microbe destruction. This cytokine has also been detected at implantation sites under both physiological and pathological conditions in many different species. At these particular sites, the outermost embryonic cell layer in close contact with the maternal tissues, the trophoblast exhibits intense phagocytic activity. To determine whether IFN-gamma affects phagocytosis of mouse-trophoblast cells, ectoplacental cone-derived trophoblast was cultured and evaluated for erythrophagocytosis. Phagocytic activity was monitored ultrastructurally and expressed as percentage of phagocytic trophoblast in total trophoblast cells. Conditioned medium from concanavalin-A-stimulated spleen cells significantly enhanced trophoblast phagocytosis. This effect was blocked by pre-incubation with an anti-IFN-gamma neutralizing antibody. Introduction of mouse recombinant IFN-gamma (mrIFN-gamma) to cultures did not increase cell death, but augmented the percentage of phagocytic cells in a dose-dependent manner. Ectoplacental cones from mice deficient for IFN-gamma receptor alpha-chain showed a significant decrease of the phagocytosis, even under mrIFN-gamma stimulation, suggesting that IFN-gamma-induced phagocytosis are receptor-mediated. Reverse transcriptase-PCR analyses confirmed the presence of mRNA for IFN-gamma receptor alpha and beta-chains in trophoblast cells and detected a significant increase in the mRNA levels of IFN-gamma receptor beta-chain, mainly, when cultured cells were exposed to IFN-gamma. Immunohistochemistry and Western blot analyses also revealed protein expression of the IFN-gamma receptor alpha-chain. These results suggest that IFN-gamma may participate in the phagocytic activation of the mouse trophoblast, albeit the exact mechanism was not hereby elucidated. Protective and/or nutritional fetal benefit may result from this physiological response. In addition, our data also shed some light on the understanding of trophoblast tolerance to inflammatory/immune cytokines during normal gestation.

Morphometric analysis of the placenta in the New World mouse Necromys lasiurus (Rodentia, Cricetidae): a comparison of placental development in cricetids and murids

Background: Stereology is an established method to extrapolate three-dimensional quantities from two-dimensional images. It was applied to placentation in the mouse, but not yet for other rodents. Herein, we provide the first study on quantitative placental development in a sigmodontine rodent species with relatively similar gestational time. Placental structure was also compared to the mouse, in order to evaluate similarities and differences in developmental patterns at the end of gestation. Methods: Fetal and placental tissues of Necromys lasiurus were collected and weighed at 3 different stages of gestation (early, mid and late gestation) for placental stereology. The total and relative volumes of placenta and of its main layers were investigated. Volume fractions of labyrinth components were quantified by the One Stop method in 31 placentae collected from different individuals, using the Mercator® software. Data generated at the end of gestation from N. lasiurus placentae were compared to those of Mus musculus domesticus obtained at the same stage. Results: A significant increase in the total absolute volumes of the placenta and its main layers occurred from early to mid-gestation, followed by a reduction near term, with the labyrinth layer becoming the most prominent area. Moreover, at the end of gestation, the total volume of the mouse placenta was significantly increased compared to that of N. lasiurus although the proportions of the labyrinth layer and junctional zones were similar. Analysis of the volume fractions of the components in the labyrinth indicated a significant increase in fetal vessels and sinusoidal giant cells, a decrease in labyrinthine trophoblast whereas the proportion of maternal blood space remained stable in the course of gestation. On the other hand, in the mouse, volume fractions of fetal vessels and sinusoidal giant cells decreased whereas the volume fraction of labyrinthine trophoblast increased compared to N. lasiurus placenta. Conclusions: Placental development differed between N. lasiurus and M. musculus domesticus. In particular, the low placental efficiency in N. lasiurus seemed to induce morphological optimization of fetomaternal exchanges. In conclusion, despite similar structural aspects of placentation in these species, the quantitative dynamics showed important differences.

In vitro evaluation of the odontogenic potential of mouse undifferentiated pulp cells

The aim of this study was to evaluate the odontogenic potential of undifferentiated pulp cells (OD-21 cell line) through chemical stimuli in vitro. Cells were divided into uninduced cells (OD-21), induced cells (OD-21 cultured in supplemented medium/OD-21+OM) and odontoblast-like cells (MDPC-23 cell line). After 3, 7, 10 and 14 days of culture, it was evaluated: proliferation and cell viability, alkaline phosphatase activity, total protein content, mineralization, immunolocalization of dentin matrix acidic phosphoprotein 1 (DMP1), alkaline phosphatase (ALP) and osteopontin (OPN) and quantification of genes ALP, OSTERIX (Osx), DMP1 and runt-related transcription factor 2 (RUNX2) through real-time polymerase chain reaction (PCR). Data were analyzed by Kruskal-Wallis and Mann-Whitney U tests (p<0.05). There was a decrease in cell proliferation in OD-21 + OM, whereas cell viability was similar in all groups, except at 7 days. The amount of total protein was higher in group OD-21 + OM in all periods; the same occurred with ALP activity after 10 days when compared with OD-21, with no significant differences from the MDPC-23 group. Mineralization was higher in OD-21+OM when compared with the negative control. Immunolocalization demonstrated that DMP1 and ALP were highly expressed in MDPC-23 cells and OD-21 + OM cells, whereas OPN was high in all groups. Real-time PCR revealed that DMP1 and ALP expression was higher in MDPC-23 cell cultures, whereas RUNX2 was lower for these cells and higher for OD-21 negative control. Osx expression was lower for OD-21 + OM. These results suggest that OD-21 undifferentiated pulp cells have odontogenic potential and could be used in dental tissue engineering.

STAT3 and SOCS3 expression patterns during murine placenta development

Signal transducers and activators of transcription 3 (STAT3) has been identified as an important signal transducer in the invasive phenotype of the trophoblasts cells in in vitro studies. However, the in situ distribution and patterns of expression of this molecule in trophoblast cells during the development of the placenta are still under-elucidated. Mice uteri of gestational ages between 7 and 14 days of pregnancy (dop) were fixed in methacarn and processed with immunoperoxidase techniques for detection of STAT3 and its phosphorylation at serine (p-ser727) residues, as well as the suppressor of cytokine signaling 3 (SOCS3) expression. STAT3 was observed at 7 through 9 dop in both the antimesometrial and mesometrial deciduas, while continued immunoreactivity between 10 and 13 dop was seen only in the mesometrial decidua. In the placenta, STAT3 was detected in the cytotrophoblast cells of labyrinth and giant trophoblast cells between 10 and 14 dop. Immunoreactivity for STAT3 was also seen in trophoblast cells surrounding the maternal blood vessels. On days 10 and 11 of pregnancy, p-ser727 was detectable in the mesometrial decidua and in giant trophoblasts, while during 12-14 dop in the spongiotrophoblast region. In addition, SOCS3 was immunodetected in maternal and placental tissues, principally in the giant trophoblast cells during the whole period of the study. The present in situ study shows the distribution of STAT3, its serine activation and SOCS3 in different maternal and fetal compartments during murine placental development, thus further supporting the idea that they play a role during physiological placentation in mice.

Intravital microscopy technique to study parasite dynamics in the labyrinth layer of the mouse placenta

Intravital imaging techniques are the best approach to investigate in situ cellular behavior under physiological conditions. Many techniques have emerged during these last few years for this purpose. We recently described an intravital imaging technique that allows for the observation of placenta physiological responses at the labyrinth layer of this tissue. This technique will be very useful to study many placental opportunistic infections and in this article we reinforce its usefulness by analyzing placental physiological entrapment of beads and parasites. In particular, our results show that small beads (1.0 μm) or Plasmodium chabaudi-GFP-infected-Red Blood Cells (Pc-GFP-iRBCs) cannot get trapped inside small or large blood vessels of popliteal lymph nodes (PLNs). Inside the placenta, clusters of beads could only be found inside the maternal blood vessels. However, Pc-GFP-iRBCs were found inside and outside the maternal blood vessels. We observed that trophoblasts can ingest infected-Red Blood Cells (iRBCs) in vitro and immunofluorescence of placenta revealed Pc-GFP-iRBCs inside and outside the maternal blood vessels. Taken together, we conclude that fast deposition of particles inside blood vessels seems to be an intrinsic characteristic of placenta blood flow, but iRBCs could be internalized by trophoblast cells. Thus these results represent one of the many possible uses of our intravital imaging technique to address important questions inside the parasitological field.

Molekulare Untersuchung des Wolf-Hirschhorn-Syndroms

Das Wolf-Hirschhorn-Syndrom (WHS) ist ein komplexes und variables Fehlbildungs- Retardierungssyndrom, das durch Deletion in der distalen Chromosomenregion 4p16.3 hervorgerufen wird und dessen Ätiologie und Pathogenese bisher weitgehend unverstanden sind. Die Zielsetzung in der vorliegenden Arbeit bestand in der Identifizierung und vorläufigen Charakterisierung neuer Gene, die an der Entstehung des Syndroms beteiligt sein könnten. Die Wolf-Hirschhorn-Syndrom-kritische Region (WHSCR) konnte zu Beginn der vorliegenden Arbeit auf einen ca. 2 Mb großen Bereich zwischen den Markern D4S43 und D4S142 eingegrenzt werden. Für die Identifizierung neuer Gene wurden zunächst drei größere genomische Cosmid-/PAC-Contigs (I-III) im Bereich der Marker D4S114 bis D4S142 erstellt und mittels Exonamplifikation auf transkribierte Bereiche (Exons) untersucht. Es konnten insgesamt 67 putative 'Exons' isoliert werden, von denen einige bereits bekannten Genen (ZNF141, PDEB, MYL5, GAK, DAGK4 und FGFR3) entsprechen. Zwei dieser Gene konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmals (DAGK4) bzw. genauer (GAK) in die distale Region 4p16.3 kartiert werden. Die restlichen Exons können aufgrund von Homologievergleichen und/oder EST-cDNA-Homologien vermutlich neuen Genen oder auch Pseudogenen (z. B. YWEE1hu) zugeordnet werden. Durch die im Verlaufe der vorliegenden Arbeit publizierte weitere Eingrenzung der WHSCR auf einen 165 Kb-großen Bereich proximal des FGFR3-Gens konzentrierten sich weitere Untersuchungen auf die detaillierte Analyse der WHSCR zwischen dem Marker D4S43 und FGFR3. Mit Hilfe von Exonamplifikation bzw. computergestützter Auswertung vorliegender Sequenzdaten aus diesem Bereich ('GRAIL', 'GENSCAN' und Homologievergleiche in den EST-Datenbanken des NCBI) konnten mehrere neue Gene identifiziert werden. In distaler-proximaler Reihenfolge handelt es sich dabei um die Gene LETM1, 51, 43, 45, 57 und POL4P. LETM1 kodiert für ein putatives Transmembran-Protein mit einem Leucin-Zipper- und zwei EF-Hand-Motiven und könnte aufgrund seiner möglichen Beteiligung an der Ca2+-Homeostase und/oder der Signal-transduktion zu Merkmalen des WHS (Krampfanfällen, mentale Retardierung und muskuläre Hypotonie) beitragen. Das Gen 51 entspricht einem in etwa zeitgleich durch Stec et al. (1998) und Chesi et al. (1998) als WHSC1 bzw. MMSET bezeichnetem Gen und wurde daher nicht weiter charakterisiert. Es wird genauso wie das Gen 43, das zeitgleich von Wright et al. (1999b) als WHSC2 beschrieben werden konnte und eine mögliche Rolle bei der Transkriptionselongation spielt, ubiquitär exprimiert. Das in der vorliegenden Arbeit identifizierte Gen 45 zeigt demgegenüber ein ausgesprochen spezifisches Expressionsmuster (in Nervenzellen des Gehirns sowie in Spermatiden). Dies stellt zusammen mit der strukturellen Ähnlichkeit des putativen Genprodukts zu Signalmolekülen einen interessanten Zusammenhang zu Merkmalen des WHS (beispielsweise Kryptorchismus, Uterusfehlbildungen oder auch neurologische Defekte) her. Demgegenüber handelt es sich bei dem Gen 57 möglicherweise um ein trunkiertes Pseudogen des eRFS-Gens auf Chromosom 6q24 (Wallrapp et al., 1998). Das POL4P-Gen schließlich stellt allein aufgrund seiner genomischen Lokalisation sowie seiner möglichen Funktion (als DNA-Polymerase-ähnliches Gen) kein gutes Kandidatengen für spezifische Merkmale des Syndroms dar und wurde daher nicht im Detail charakterisiert. Um die Beteiligung der Gene an der Ätiologie und Pathogenese des Syndroms zu verstehen, ist die Entwicklung eines Mausmodells (über das Einfügen gezielter Deletionen in das Mausgenom) geplant. Um dies zu ermöglichen, wurde in der vorliegenden Arbeit die Charakterisierung der orthologen Region bei der Maus vorgenommen. Zunächst wurden die orthologen Gene der Maus (Letm1, Whsc1, Gen 43 (Whsc2h), Gen 45 und Pol4p) identifiziert. Durch die Erstellung sowie die genaue Kartierung eines murinen genomischen P1/PAC-Klon-Contigs konnte gezeigt werden, daß die murinen Gene Fgfr3, Letm1, Whsc1, Gen 43 (Whsc2h), Gen 45 und Pol4p sowie einige weitere der überprüften EST-cDNA-Klone der Maus in einem durchgehenden Syntänieblock zwischen Mensch (POL4P bis FGFR3) und Maus (Mmu 5.20) enthalten sind, der in seiner genomischen Ausdehnung in etwa den Verhältnissen beim Menschen (zwischen POL4P und FGFR3) entspricht.

Generation of a NG2-EYFP mouse for studying the properties of NG2-expressing cells

A range of vectors were made in which the EYFP gene or the Cre gene were inserted in the start codon of the NG2 gene. The NG2-EYFP vectors were used to generate NG2-EYFP “knockin” mice by homologous recombination. The F1 generation showed lack of EYFP expression, due to NeoR cassette interference. Excision of the NeoR, by breeding the F1 generation to ELLA-Cre mice allowed proper expression of EYFP. NG2-EYFP heterozygous mice were characterized in detail for astrocytic, neurogenic and oligodendrocytic properties through antibody labeling. NG2-EYFP+ cells did not label for the astrocyte marker GFAP, but some cells did express S100 Beta. The cells did not label with any neuronal markers like Beta III tubulin, Neun, and double cortin, but many of the NG2-EYFP+ cells made intimate contacts to the neurons. These contacts are widespread throughout the grey and white matter of the brain. The NG2-EYFP+ cells did label for oligodendrocyte markers like PDGFα-R, NG2, Olig2, O4, and Sox 10. There were a few cells termed phantom cells that did label for NG2, but had no EYFP expression. This could have been caused by improper excision of the NeoR cassette in the F2 generation. The heterozygous mouse is a tool to allow the characterization of the in vivo properties of the NG2+ cells. Breeding of these mice to homozygosity yielded an NG2-knockout mouse, which was also subjected to initial characterization. The NG2-EYFP homozygous showed equivalent cell labeling results to the NG2-EYFP heterozygous mouse, but the phantom cells disappeared in the knockout. The results show that the NG2 cells are a heterogenous population that does not express astrocytic or neuronal markers. The homozygous mouse is an ideal tool to further dissect the properties of the cells, lacking NG2 in vivo.

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.

Sonic Hedgehog pathway impairment in Neural Precursor Cells of the Ts65Dn mouse, an animal model of Down syndrome

Mental retardation in Down syndrome (DS) has been imputed to the decreased brain volume, which is evident starting from the early phases of development. Recent studies in a widely used mouse model of DS, the Ts65Dn mouse, have shown that neurogenesis is severely impaired during the early phases of brain development, suggesting that this defect may be a major determinant of brain hypotrophy and mental retardation in individuals with DS. Recently, it has been found that in the cerebellum of Ts65Dn mice there is a defective responsiveness to Sonic Hedgehog (Shh), a potent mitogen that controls cell division during brain development, suggesting that failure of Shh signaling may underlie the reduced proliferation potency in DS. Based on these premises, we sought to identify the molecular mechanisms underlying derangement of the Shh pathway in neural precursor cells (NPCs) from Ts65Dn mice. We found that the expression levels of the Shh receptor Patched1 (Ptch1) were increased compared to controls both at the RNA and protein level. Partial silencing of Ptch1 expression in trisomic NPCs restored cell proliferation, indicating that proliferation impairment was due to Ptch1 overexpression. We further found that the overexpression of Ptch1 in trisomic NPCs is related to increased levels of AICD, a transcription-promoting fragment of amyloid precursor protein (APP). Increased AICD binding to the Ptch1 promoter favored its acetylated status, thus enhancing Ptch1 expression. Taken together, these data provide novel evidence that Ptch1 over expression underlies derangement of the Shh pathway in trisomic NPCs, with consequent proliferation impairment. The demonstration that Ptch1 over expression in trisomic NPCs is due to an APP fragment provides a link between this trisomic gene and the defective neuronal production that characterizes the DS brain.