Fungal Transformation and Schistosomicidal Effects of Pimaradienoic Acid

The schistosomicidal effects of pimaradienoic acid (PA) and two derivatives, obtained by fungal transformation in the presence of Aspergillus ochraceus, were investigated. PA was the only compound with antischistosomal activity among the three diterpenes studied, with the ability to significantly reduce the viability of the parasites at concentrations ranging from 25 to 100 mu M. PA also promoted morphological alterations of the tegument of Schistosoma mansoni, separated all the worm couples, and affected the production and development of eggs. Moreover, this compound was devoid of toxicity toward human fibroblasts. In a preliminary in vivo experiment, PA at a dose of 100 mg/kg significantly diminished the number of parasites in infected Balb/c mice. Taken together, these results show that PA may be potentially employed in the discovery of novel schistosomicidal agents, and that diterpenes are an important class of natural compounds for the investigation of agents capable of fighting the parasite responsible for human schistosomiasis.

Altered Oxygen Metabolism Associated to Neurogenesis of Induced Pluripotent Stem Cells Derived From a Schizophrenic Patient

Schizophrenia has been defined as a neurodevelopmental disease that causes changes in the process of thoughts, perceptions. and emotions, usually leading to a mental deterioration and affective blunting. Studies have shown altered cell respiration and oxidative stress response in schizophrenia; however, most of the knowledge has been acquired from postmortem brain analyses or from nonneural cells. Here we describe that neural cells, derived from induced pluripotent stem cells generated from skin fibroblasts of a schizophrenic patient, presented a twofold increase in extramitochondrial oxygen consumption as well as elevated levels of reactive oxygen species (ROS), when compared to controls. This difference in ROS levels was reverted by the mood stabilizer valproic acid. Our model shows evidence that metabolic changes occurring during neurogenesis are associated with schizophrenia, contributing to a better understanding of the development of the disease and highlighting potential targets for treatment and drug screening.

Antismooth Muscle and Antiactin Antibodies Are Indirect Markers of Histological and Biochemical Activity of Autoimmune Hepatitis

Reactivity and titers of autoantibodies vary during the course of autoimmune hepatitis (AIH), and some autoantibodies have been associated with disease activity and adverse outcomes after treatment. The aim of this study was to assess the autoantibody behavior in AIH and its significance as predictors of biochemical and histological remission. A total of 117 patients with AIH (mean age 18.6 [4-69] years) were evaluated and tested for auto- antibodies at disease onset and successively (mean 3.2 [2-6] times) after a mean follow-up evaluation of 70 [20-185] months. Antismooth muscle (ASMA), antiliver kidney micro- some type 1 (anti-LKM1), antiliver cytosol type 1 (anti-LC1), antimitochondrial, antinu- clear (ANA), and antiactin antibodies (AAA) were determined at disease onset and 379 other times during the follow-up evaluation through indirect immunofluorescence in rodent tissues, HEp-2 cells, and human fibroblasts. Anti-SLA/LP were assessed 45 times in the follow-up evaluation of 19 patients using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Upon admission, AIH types 1 and 2 were observed in 95 and 17 patients, respectively. Five subjects had AIH with anti-SLA/LP as the sole markers. Patients initially negative for AAA did not develop these antibodies thereafter. ANA were detected de novo in six and three subjects with AIH types 1 and 2, respectively. After treatment, only ASMA ( > 1:80) and AAA ( > 1:40) were significantly associated with biochemical (76.9% and 79.8%) and histological features (100% and 100%) of disease activity ( P < 0.001). Conclusion: With the exception of ANA, the autoantibody profile does not markedly vary in the course of AIH. The persistence of high titers of ASMA and/or AAA in patients with AIH is associated with disease activity.

Generierung und Transduktion wachstumsnegativer Signale durch den Contactinhibin-Rezeptor

Generierung und Transduktion wachstumsnegativer Signale durch den Contactinhibin-RezeptorDie kontaktabhängige Wachstumshemmung, Kontaktinhibition, basierend auf der Interaktion von Contactinhibin (Ci) und seinem Rezeptor (CiR), reguliert das Zellwachstum. Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der Signalweiterleitung über den CiR.Der transformierende Wachstumsfaktor TGF-beta führt in den meisten Zelltypen wie die Kontaktinhibition zum Zellzyklusstopp in der G1-Phase. Um mögliche Interaktionen der beiden Signalkaskaden zu untersuchen, wurden humane Keratinozyten (HaCaT) mit einem dominant-negativen TGF-beta-Rezeptor Typ II stabil transfiziert. Das Ausschalten des TGF-beta-Signalweges resultierte in einer erhöhten Sättigungsdichte und Aufhebung der Kontaktinhibition. Die durch Kontaktinhibition induzierte Zunahme der Expression der TGF-beta-mRNA bestätigte die mögliche Interaktion der beiden Signalwege.In einem weiteren Ansatz sollte die Proteinkinase C (PKC) als möglicher Second Messenger der Kontaktinhibition untersucht werden. Die Herunterregulierung der PKC-Isoformen alpha, delta, epsilon und mu nach Langzeit-Behandlung mit 12-O-Tetradecanoylphorbol-13-acetat führte in humanen Fibroblasten (FH109) zu einer Reduktion der Kontaktinhibition. Nur durch Inkubation mit dem spezifischen Inhibitor der delta-Isoform Rottlerin konnte die Kontaktinhibition vollständig aufgehoben werden. Eine Beteiligung der PKC-delta in die Kontaktinhibition wurde dadurch bestätigt, daß sowohl die Stärke ihrer Proteinexpression als auch ihre intrazelluläre Verteilung über Zell-Zellkontakte reguliert wurde. Außerdem führte die transiente Transfektion von Maus-Fibroblasten, NIH3T3, mit einer dominant-negativen Mutante der PKC-delta zu einem transformierten Phänotyp.

Untersuchungen zur Beeinflussung der Reparatur oxidativer DNA-Schäden durch Poly(ADP-Ribose)-Polymerase, AP-Endonuklease 1 und das Xeroderma pigmentosum A Protein

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung der Bedeutung der Poly(ADP-Ribose)-Polymerase 1 (PARP 1), der AP Endonuklease 1 (Ape 1) und des Xeroderma pigmentosum A (XPA) Proteins für die DNA-Reparatur in Säugerzellen.Zunächst wurde der Einfluss der PARP 1-Aktivität auf die Reparatur verschiedener DNA-Modifikationen untersucht. Die Ergebnisse zeigen erstmalig, dass eine Hemmung der PARP-Aktivität nicht nur eine deutliche Verlangsamung der Reparatur von Einzelstrangbrüchen, sondern auch von oxidativen Purinmodifikationen und Pyrimidindimeren zur Folge hat. Interessanterweise erfolgte diese Verlangsamung der DNA-Reparatur nicht in Csb-defizienten Zellen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Aktivierung der PARP 1 und das Csb-Protein zusammen an einem neuartigen Mechanismus beteiligt sind, der die globale Reparatur verschiedener DNA-Modifikationen beschleunigt.Weiterhin wurde die Bedeutung der Nukleotidexcisionsreparatur als back-up Reparatur von 8 Hydroxyguanin untersucht. Dazu wurden normale und XPA-defiziente Fibroblasten des Menschen mit einem hOgg1-anitsense Konstrukt transfiziert und dann in diesen Zellen die Reparaturkinetiken oxidativer Basenmodifikationen bestimmt. Dadurch konnte eine Beteiligung des XPA-Proteins an diesem Reparaturweg ausgeschlossen werden.Außerdem wurden die Auswirkungen einer AP Endonuklease-1-Überexpression in XRCC1-defizienten Zellen auf die Reparatur von Einzelstrangbrüchen untersucht. Die Reparatur der induzierten Einzelstrangbrüche war in XRCC1-defizienten Zellen erwartungsgemäß deutlich langsamer als in XRCC1-profizienten Zellen. Die Überexpression der AP Endonuklease 1 in XRCC1-defizienten Zellen führte zu einer teilweisen Beschleunigung der Einzelstrangbruchreparatur.

Die Prozessierung des humanen Amyloid-Vorläuferproteins im Verlauf der replikativen Seneszenz

Die Alterung stellt den größten Risikofaktor für die Entwicklung der Alzheimer Krankheit dar, wobei die biochemische Basis dieser Korrelation bisher nicht bekannt ist. Ein möglicherweise zentraler Mechanismus der Alzheimer Pathologie wird durch die Prozessierung von APP repräsentiert, die in der Synthese von Aβ resultiert. Der Einfluss zellulärer Alterung auf die Biochemie der APP-Prozessierung ist bislang weitestgehend ungeklärt. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Prozessierung von endogenem APP im Verlauf der Zellalterung humaner Fibroblasten progressiv verringert wird. Die Bildung der intrazellulären APP-Spaltfragmente (C99, C83 und AICD) nahm mit zunehmender Lebensspanne ab und war gleichfalls mit einer reduzierten Synthese von extrazellulären APP-Fragmenten (sAPP, sAPPα) verbunden. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass die Reifung von APP in seneszenten Zellen selektiv reduziert war, und dass dies durch altersabhängig erhöhte zelluläre Cholesterolspiegel vermittelt wurde. Von den APP-prozessierenden Sekretasen waren die Proteinspiegel von Presenilin-1 und Nicastrin, beides Komponenten der γ-Sekretase, im Verlauf der Zellalterung graduell verringert. Dies hatte einen progressiven Rückgang der enzymatischen Aktivität der γ-Sekretase zur Folge, wodurch die Prozessierung von APP unmittelbar reduziert wurde. Die Proteinspiegel von ADAM10, einer α-Sekretase, sowie der β-Sekretase, BACE, wiesen keine Altersregulation auf, aber interessanterweise wurde eine erhöhte enzymatische Aktivität der β-Sekretase in seneszenten Zellen nachgewiesen. Die γ-Sekretase sowie BACE sind in Lipid Rafts lokalisiert, geordneten Membransubdomänen, die hohe Cholesterol- und Caveolin-1-Spiegel aufweisen. Obwohl das Gesamtniveau dieser strukturellen Komponenten von Lipid Rafts in seneszenten Zellen erhöht war, war die Assoziation beider Moleküle mit Lipid Rafts reduziert und sie akkumulierten in speziellen Organellen, die höchstwahrscheinlich Lipidkörper darstellen. Somit wurde gezeigt, dass Lipid Rafts im Zuge der Zellalterung disintegrieren beziehungsweise in ihrem Gesamtspiegel reduziert waren. Diese altersabhängige Membranmodifikation war mit einer veränderten Verteilung von Presenilin-1 und BACE zwischen der Lipid Raft und der Nicht Raft Fraktion der Membran verbunden, die möglicherweise das Potential dieser Enzyme zur Prozessierung von APP reduzierte. In einem zweiten Teil der Arbeit wurden transgene C. elegans konstruiert, die humanes APP exprimieren, das C-terminal an GFP gekoppelt war. Diese Würmer wiesen eine reduzierte Fertilität, Eilegedefekte und eine verzögerte post-embryonale Entwicklung auf, die möglicherweise auf eine Transgen-vermittelte Neurodegeneration zurückgeführt werden können. Durch erste Untersuchungen der Prozessierung des Transgens konnten Spaltfragmente nachgewiesen werden, die potentiell auf eine spezifische Spaltung von APP durch die endogenen Sekretasen schließen lassen. Somit werden die Prozessierung sowie die Reifung von APP durch die altersabhängige Modifikationen zellulärer Biochemie nachhaltig beeinflusst. Zukünftige Studien sollen zeigen, ob sich diese zellulären Zusammenhänge in den Gesamtorganismus C. elegans übertragen lassen. Des Weiteren sollen die altersabhängigen zellulären Veränderungen, insbesondere des Cholesterol-Metabolismus und der Sekretaseaktivitäten, weitergehend analysiert werden, um zusätzliche Erkenntnisse über altersassoziierte Regulationen möglicher therapeutischer Ziele der Alzheimer Erkrankung zu gewinnen.

Generierung und Prozessierung oxidativer DNA-Schäden

Generierung und Prozessierung oxidativer DNA Schäden --- Ziel dieser Arbeit war es, adaptive Antworten der Zellen auf einen DNA Schädigung zu untersuchen. Hierzu wurden Experimente zur Reparatur oxidierter Basen (Substrate der Basen Exzisions Reparatur (BER)) oder von Pyrimidindimeren (Substrate der Nukleotid Exzisions Reparatur (NER)) nach einer Vorbehandlung mit DNA-schädigender Agenzien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl eine Vorbehandlung mit einer alkylierenden als auch mit einer oxidierenden Substanz zu einer adaptiven Erhöhung des zellulären Glutathionspiegels führte, die 16 h nach der Schädigung ihr Maximum erreichte. Jedoch waren die 8-oxoG Glykosylaseaktivitäten über einen Zeitraum von 18 h konstant. Diese Effekte waren unabhängig davon, ob Maus Embryofibroblasten, primäre oder p53 profiziente menschliche Zellen verwendet wurden. Die BER war ebenfalls in keiner der verschiedenen Zelllinien signifikant verbessert. Die adaptive Antwort bezüglich der Glutathionspiegel war also nicht mit einer entsprechenden Veränderung bei der DNA-Reparatur verbunden. Folglich ist die Reparatur von oxidativen DNA-Schäden durch eine vorausgehende Schädigung nicht induzierbar. Der zweite Teil der Untersuchungen zu der Reparatur beschäftigte sich mit der NER. Hierzu wurde die Reaktivierung eines mit UVB-Strahlung geschädigten Plasmids untersucht. Als Wirtszellen fungierten primäre menschliche Fibroblasten und Keratinozyten, die entweder mit UVB vorbehandelt oder ungeschädigt waren. Auch für die NER konnte keine signifikante Beschleunigung der Reparatur von Pyrimidindimeren durch eine Vorbehandlung festgestellt werden. Die Reaktivierung erfolgte ferner unabhängig vom p53-Status der Zellen, wie Versuche mit p53-siRNA zeigten. Neben der Prozessierung war die Generierung oxidativer DNA Schäden Gegenstand der Arbeit. Die verwendete Substanz Tirapazamin (TPZ) ist ein für hypoxische Zellen selektives, neues Zytostatikum und befindet sich momentan in Phase 2/3 der klinischen Prüfung. Ziel war es die von TPZ verursachten DNA Modifikationen zu charakterisieren, sowie die Toxizität und Genotoxizität zu untersuchen. Da es Hinweise auf eine Aktivierung von TPZ über eine Oxidoreduktase (OR) gab, wurden die Experimente in Wildtyp und hOR überexprimierenden Zellen durchgeführt. Die Quantifizierung der verursachten DNA-Modifikationen zeigte, dass der von TPZ verursachte Schaden in Zellen mit hOR erhöht war. Das erhaltene Schadensprofil der durch TPZ verursachten DNA-Modifikationen war dem Schadensprofil von durch Gamma-Strahlung intrazellulär verursachten Hydroxylradikalen sehr ähnlich. Da es nach der Aktivierung von TPZ durch eine OR zu einer Abspaltung von Hydroxylradikalen kommt, bestätigte dies den vermuteten Mechanismus. Weitere Untersuchungen mit t-Butanol, einem Hydroxylradikal Fänger, ergaben eine verminderte DNA-Schädigung, was ebenfalls für eine DNA-Schädigung durch Hydroxylradikale spricht. Untersuchungen zur Mutagenität zeigten das die Mutationsrate in Zellen mit hOR um das 4 fache erhöht ist. Erstaunlich war jedoch, dass der im gleichen Ausmaß von Gamma-Strahlung verursachte DNA-Schaden für die beobachtete Toxizität dieser verantwortlich war, während bei TPZ unter den gleichen Bedingungen keine Toxizität vorlag. Erklärt werden könnte die erhöhte Toxizität und Mutagenität durch so genannte geclusterte DNA-Schäden, die von Gamma-Strahlen, nicht jedoch von TPZ gebildet werden. Nach einer verlängerten Inkubation wurde sowohl für die Toxizität als auch für die Genotoxizität erneut ein verstärkender Effekt durch die OR bestätigt. Überraschend war weiterhin die von der OR unabhängige Generierung von Doppelstrangbrüchen, für die demnach ein grundsätzlich anderer Mechanismus, wie zum Beispiel eine direkte Interaktion mit der Topoisomerase II, angenommen werden muss.

Charakterisierung von plasmafunktionalisierten Oberflächen mittels ToF-SIMS und multivariaten Analysemethoden

Die grundlegenden Prinzipien und Möglichkeiten der Oberflächencharakterisierung mittels ToF-SIMS (Flugzeit-Sekundärionen Massenspektrometrie) werden an ausgewählten Beispielen aus einem aktuell laufenden und vom BMBF geförderten Verbundforschungsprojekt (Fkz: 03N8022A) zum Thema Nanofunktionalisierung von Grenzflächen vorgestellt. Ein Schwerpunkt innerhalb des Projekts stellen die nichtgeschlossenen Schichtsysteme dar, die entweder über Domänenstrukturen oder einer definierten Einzelfunktionalisierung neuartige funktionelle Oberflächen bereitstellen. Mithilfe der sehr oberflächensensitiven ToF-SIMS Methode sowie der Möglichkeit einer graphischen Darstellung lateraler Molekülionenverteilungen auf funktionalisierten Oberflächen können Informationen über Struktur und Belegungsdichte der Funktionsschicht gewonnen werden. Die Kombination des ToF-SIMS Experimentes und eines multivariaten Algorithmus (partial least squares, PLS) liefert eine interessante Möglichkeit zur quantitativen und simultanen Bestimmung von Oberflächeneigenschaften (Element- und molekulare Konzentrationen sowie Kontaktwinkelwerte). Da das ToF-SIMS Spektrum einer plasmafunktionalisierten Oberfläche im Allgemeinen eine Vielzahl unterschiedlicher Fragmentsignale enthält, lässt eine einfache eindimensionale Korrelation (z.B. CF3 - Fragmentintensität ßà CF3-Konzentration) den größten Teil der im Spektrum prinzipiell enthaltenen Information unberücksichtigt. Aufgrund der großen Anzahl von atomaren und molekularen Signalen, die repräsentativ für die chemische Struktur der analysierten Oberflächen sind, ist es sinnvoll, diese Fülle von Informationen zur Quantifizierung der Oberflächeneigenschaften (Elementkonzentrationen, Kontaktwinkel etc.) zu verwenden. Zusätzlich ermöglicht diese Methode eine quantitative Bestimmung der Oberflächeneigenschaften auf nur µm-großen Bereichen. Das ist vorteilhaft für Untersuchungen chemisch strukturierter Oberflächen, da die Größe der Strukturierung für viele Anwendungen in einem Bereich von mehreren µm liegt. Anhand eines Beispieles aus dem biologisch-medizinischen Fachgebiet, soll der erfolgreiche Einsatz multivariater Modelle aufgezeigt werden. In diesem Experiment wurden menschlichen Bindegewebs- (Fibroblasten) und Pankreaszellen auf plasmafunktionalisiserten Oberflächen kultiviert, um die Beeinflussung der Funktionalisierung auf das Zellwachstum zu untersuchen. Die plasmabehandelten Oberflächen wurden durch die Verwendung von TEM-Gittern mit µm-großen Öffnungen chemisch strukturiert und das Wachstumsverhalten der Zellen beobachtet. Jedem dieser µm-großen Bereiche können mithilfe der multivariaten Modelle quantitative Größen zugeordnet werden (Konzentrationen und Kontaktwinkelwerte), die zur Interpretation des Wachstumsverhaltens der Zellen beitragen.

Untersuchungen zur Wirkung des Ginkgo-biloba-Extraktes EGb 761 auf die Proteinaggregation in der Huntington-Krankheit

Der Ginkgo biloba-Extrakt EGb 761 besteht aus einer Reihe pharmakologisch wirksamer Substanzen, welche gut beschriebene Wirkungen auf verschiedene potentiell zytoprotektive Signalwege ausüben und u.a. antioxidative Wirksamkeit haben. Folglich wurde EGb 761 bisher als eine natürliche Behandlung bei neurodegenerativen Erkrankungen mit zellulärem oxidativen Stress angewendet, einschließlich der Alzheimer-Krankheit (AD). Aufgrund von vielen gemeinsamen Merkmalen zwischen der AD und der Huntington-Krankheit (HD) wurde vermutet, dass EGb 761 eventuell auch positive Wirksamkeit bei der HD aufweisen könnte. rnDie Neuropathologie der HD wird durch pathologische Verlängerung an Glutamin-Wiederholungen im Huntingtin-Protein (polyQ-Protein) verursacht, wodurch es zu Fehlfaltungen im Protein kommt und hierdurch der proteasomale Abbau aberranter Proteine erschwert wird. Somit sollten in der vorliegenden Arbeit die EGb 761-Wirkungen auf die Proteasom-Aktivität und die Proteinaggregation in zellulären Modellen der HD untersucht werden. rnWie die ersten Untersuchungen in nativen HEK293-Zellen ergaben, bewirkte die Behandlung der Zellen mit EGb 761 eine Steigerung der basalen Proteasom-Aktivität sowie des proteasomalen Proteinabbaus und erhöhte die Transkription proteasomaler Gene. Hieraus ergaben sich Untersuchungen in Zellen mit Expressionen pathologischer Varianten von polyQ-Proteinen als zelluläre Modelle der HD. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die Expression aberranter polyQ-Proteine eine verminderte zelluläre Proteasom-Aktivität bewirkte. Interessanterweise verursachte EGb 761 eine Abmilderung der pathologisch-induzierten verminderten Proteasom-Aktivität, in dem die EGb 761-Behandlung der Zellen zu einer erhöhten Proteasom-Aktivität, einem verbesserten proteasomalen Proteinabbau, sowie zu einer erhöhten Transkription proteasomaler Gene führte. Da diese EGb 761-Effekte unabhängig von der Expression aberranter polyQ-Proteine waren, demonstrierten diese Ergebnisse eine allgemeine EGb 761-Wirkungen auf die Proteasom-Aktivität. Anhand dieser Ergebnisse sollten anschließend weitere Untersuchungen mit zellulären Modellen der HD die genau Wirkung von EGb 761 auf die Degradation von abnormal verlängerten polyQ-Proteinen sowie auf die Bildung von polyQ-Aggregaten klären. rnHier konnte gezeigt werden, dass die Expression aberranter polyQ-Proteinen zu einer Akkumulation von SDS-resistenten bzw. SDS-unlöslichen, aggregierten polyQ-Proteinen führte, sowie die Bildung von sichtbaren polyQ-Aggregaten in Zellen bewirkte. Hierbei verursachte eine EGb 761-Behandlung der Zellen eine signifikante Verminderung im Gehalt an SDS-resistenten polyQ-Proteinen sowie eine Reduzierung von Aggregat-tragenden Zellen. Zudem konnte gezeigt werden, dass eine pharmakologische Inhibition des Proteasoms in EGb 761-behandelten Zellen, den Gehalt an SDS-unlöslichen polyQ-Proteinaggregate wieder erhöhte und somit den Effekt von EGb 761 aufhob. Folglich zeigten diese Ergebnisse, dass die EGb 761-induzierte Reduzierung der polyQ-Proteinaggregate durch einen effizienteren proteasomalen Abbau von fehlgefalteten, aberranten polyQ-Proteinen bewirkte wurde. rnAufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine experimentell-therapeutische Anwendung von EGb 761 in Modellen der HD in vitro und in vivo überprüft und hierzu primäre humane Fibroblasten sowie transgene C. elegans Würmer mit Expressionen aberranter polyQ-Proteine untersucht. Interessanterweise konnte in vitro und in vivo gezeigt werden, dass die EGb 761-Behandlung auch hier eine Reduzierung von SDS-unlöslichen polyQ-Proteinen bewirkte und zudem eine Reduzierung des pathologisch erhöhten Gehalts an Polyubiquitin-Proteinen bewirkte. Folglich wurde auch hier vermutet, dass EGb 761 einen verbesserten proteasomalen Abbau von polyQ-Proteinen induzierte und dies eine Verminderung der polyQ-Proteinaggregate verursachte. Darüber hinaus führte die EGb 761-Behandlung von seneszenten Fibroblasten zur Reduzierung von altersabhängig erhöhten Mengen von polyQ-Aggregaten, wodurch ein therapeutischer Effekt auf den proteasomalen Abbau der polyQ-Proteine verdeutlicht wurde. Zusätzlich konnte in polyQ-transgenen C. elegans demonstriert werden, dass eine EGb 761-Behandlung die Abmilderung eines typischen pathologischen Phänotyps bewirkte, indem eine polyQ-induzierte verminderte Motilität der Nematoden verbessert wurde und hierdurch eine positive EGb 761-Wirkung auf die Pathologie der HD in vivo dargestellt wurde. rnZusammenfassend konnten in dieser Arbeit neue Wirkungen von EGb 761 in der HD demonstriert werden. Hierbei wurde gezeigt, dass EGb 761 die Aggregation von pathogenen aberranten polyQ-Proteinen in vitro und in vivo reduziert, indem eine effizientere Degradation von polyQ-Proteinen erfolgt. Somit könnte diese Wirkungen von EGb 761 eine potentiell therapeutische Anwendung in der HD und ähnliche neurodegenerativen Erkrankungen darstellen.

Optimization of RNA-based transgene expression by targeting Protein Kinase R

The aim of this thesis was to establish a method for repeated transfection of in vitro transcribed RNA (IVT-RNA) leading to a sustained protein expression lasting for days or even weeks. Once transfected cells recognize IVT-RNA as "non-self" and initiate defense pathways leading to an upregulated interferon (IFN) response and stalled translation. In this work Protein Kinase R (PKR) was identified as the main effector molecule mediating this cellular response. We assessed four strategies to inhibit PKR and the IFN response: A small molecule PKR inhibitor enhanced protein expression and hampered the induction of IFN-transcripts, but had to be excluded due to cytotoxicity. A siRNA mediated PKR knockdown and the overexpression of a kinase inactive PKR mutant elevated the protein expression, but the down-regulation of the IFN response was insufficient. The co-transfer of the viral inhibitors of PKR and the IFN response was most successful. The use of E3, K3 and B18R co-transfection enabled repeated IVT-RNA-based transfection of human fibroblasts. Thus, the developed protocol allows a continuous IVT-RNA encoded protein expression of proteins, which could be the basis for the generation of induced pluripotent stem cells (iPS) for several therapeutic applications in regenerative medicine or drug research.

Antagonistic TSC22D1 variants control BRAF(E600)-induced senescence

Oncogene-induced cellular senescence (OIS) is an increasingly recognized tumour suppressor mechanism that confines the outgrowth of neoplastic cells in vivo. It relies on a complex signalling network, but only few components have been identified so far. Gene-expression profiling revealed a >100-fold increase in the levels of the transcription factor and putative tumour suppressor gene TGFβ-stimulated clone 22 (TSC22D1) in BRAF(E600)-induced senescence, in both human fibroblasts and melanocytes. Only the short TSC22D1 transcript was upregulated, whereas the abundance of the large protein variant was suppressed by proteasomal degradation. The TSC22D1 protein variants, in complex with their dimerization partner TSC22 homologue gene 1 (THG1), exerted opposing functions, as selective depletion of the short form, or conversely, overexpression of the large variant, resulted in abrogation of OIS. This was accompanied by the suppression of several inflammatory factors and p15(INK4B), with TSC22D1 acting as a critical effector of C/EBPβ. Our results demonstrate that the differential regulation of antagonistic TSC22D1 variants is required for the establishment of OIS and suggest distinct contributions of TSC22 family members to the progression of BRAF(E600)-driven neoplasia.

Echinococcus multilocularis phosphoglucose isomerase (EmPGI): a glycolytic enzyme involved in metacestode growth and parasite-host cell interactions

In Echinococcus multilocularis metacestodes, the surface-associated and highly glycosylated laminated layer, and molecules associated with this structure, is believed to be involved in modulating the host-parasite interface. We report on the molecular and functional characterisation of E. multilocularis phosphoglucose isomerase (EmPGI), which is a component of this laminated layer. The EmPGI amino acid sequence is virtually identical to that of its homologue in Echinococcus granulosus, and shares 64% identity and 86% similarity with human PGI. Mammalian PGI is a multi-functional protein which, besides its glycolytic function, can also act as a cytokine, growth factor and inducer of angiogenesis, and plays a role in tumour growth, development and metastasis formation. Recombinant EmPGI (recEmPGI) is also functionally active as a glycolytic enzyme and was found to be present, besides the laminated layer, in vesicle fluid and in germinal layer cell extracts. EmPGI is released from metacestodes and induces a humoral immune response in experimentally infected mice, and vaccination of mice with recEmPGI renders these mice more resistant towards secondary challenge infection, indicating that EmPGI plays an important role in parasite development and/or in modulating the host-parasite relationship. We show that recEmPGI stimulates the growth of isolated E. multilocularis germinal layer cells in vitro and selectively stimulates the proliferation of bovine adrenal cortex endothelial cells but not of human fibroblasts and rat hepatocytes. Thus, besides its role in glycolysis, EmPGI could also act as a factor that stimulates parasite growth and potentially induces the formation of novel blood vessels around the developing metacestode in vivo.

Nonsense-mediated mRNA decay (NMD) restricts replication of mammalian RNA viruses

A genome-wide siRNA screen against host factors that affect the infection of Semliki Forest virus (SFV), a positive-strand (+)RNA virus, revealed that components of the nonsense-mediated mRNA decay (NMD) pathway restrict early, post-entry steps of the infection cycle. In HeLa cells and primary human fibroblasts, knockdown of UPF1, SMG5 and SMG7 leads to increased levels of viral proteins and RNA and to higher titers of released virus. The inhibitory effect of NMD was stronger when the efficiency of virus replication was impaired by mutations or deletions in the replicase proteins. Accordingly, impairing NMD resulted in a more than 20-fold increased production of these attenuated viruses. Our data suggest that intrinsic features of genomic and sub-genomic viral mRNAs, most likely the extended 3'-UTR length, make them susceptible to NMD. The fact that SFV replication is entirely cytoplasmic strongly suggests that degradation of the viral RNA occurs through the exon junction complex (EJC)-independent mode of NMD. Collectively, our findings uncover a new biological function for NMD as an intrinsic barrier to the translation of early viral proteins and the amplification of (+)RNA viruses in animal cells. Thus, in addition to its role in mRNA surveillance and post-transcriptional gene regulation, NMD also contributes to protect cells from RNA viruses.

GADD45 induction of a G2/M cell cycle checkpoint

G1/S and G2/M cell cycle checkpoints maintain genomic stability in eukaryotes in response to genotoxic stress. We report here both genetic and functional evidence of a Gadd45-mediated G2/M checkpoint in human and murine cells. Increased expression of Gadd45 via microinjection of an expression vector into primary human fibroblasts arrests the cells at the G2/M boundary with a phenotype of MPM2 immunopositivity, 4n DNA content and, in 15% of the cells, centrosome separation. The Gadd45-mediated G2/M arrest depends on wild-type p53, because no arrest was observed either in p53-null Li–Fraumeni fibroblasts or in normal fibroblasts coexpressed with p53 mutants. Increased expression of cyclin B1 and Cdc25C inhibited the Gadd45-mediated G2/M arrest in human fibroblasts, indicating that the mechanism of Gadd45-mediated G2/M checkpoint is at least in part through modulation of the activity of the G2-specific kinase, cyclin B1/p34cdc2. Genetic and physiological evidence of a Gadd45-mediated G2/M checkpoint was obtained by using GADD45-deficient human or murine cells. Human cells with endogenous Gadd45 expression reduced by antisense GADD45 expression have an impaired G2/M checkpoint after exposure to either ultraviolet radiation or methyl methanesulfonate but are still able to undergo G2 arrest after ionizing radiation. Lymphocytes from gadd45-knockout mice (gadd45 −/−) also retained a G2/M checkpoint initiated by ionizing radiation and failed to arrest at G2/M after exposure to ultraviolet radiation. Therefore, the mammalian genome is protected by a multiplicity of G2/M checkpoints in response to specific types of DNA damage.

Transient excess of MYC activity can elicit genomic instability and tumorigenesis

Overexpression of the MYC protooncogene has been implicated in the genesis of diverse human tumors. Tumorigenesis induced by MYC has been attributed to sustained effects on proliferation and differentiation. Here we report that MYC may also contribute to tumorigenesis by destabilizing the cellular genome. A transient excess of MYC activity increased tumorigenicity of Rat1A cells by at least 50-fold. The increase persisted for >30 days after the return of MYC activity to normal levels. The brief surfeit of MYC activity was accompanied by evidence of genomic instability, including karyotypic abnormalities, gene amplification, and hypersensitivity to DNA-damaging agents. MYC also induced genomic destabilization in normal human fibroblasts, although these cells did not become tumorigenic. Stimulation of Rat1A cells with MYC accelerated their passage through G1/S. Moreover, MYC could force normal human fibroblasts to transit G1 and S after treatment with N-(phosphonoacetyl)-l-aspartate (PALA) at concentrations that normally lead to arrest in S phase by checkpoint mechanisms. Instead, the cells subsequently appeared to arrest in G2. We suggest that the accelerated passage through G1 was mutagenic but that the effect of MYC permitted a checkpoint response only after G2 had been reached. Thus, MYC may contribute to tumorigenesis through a dominant mutator effect.