Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 regulates collagen-stimulated platelet function by modulating the association of phosphatidylinositol 3-kinase with Grb-2-associated binding protein-1 and linker for activation of T cells

Background: Platelet activation by collagen depends on signals transduced by the glycoprotein (GP)VI–Fc receptor (FcR)-chain collagen receptor complex, which involves recruitment of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) to phosphorylated tyrosines in the linker for activation of T cells (LAT). An interaction between the p85 regulatory subunit of PI3K and the scaffolding molecule Grb-2-associated binding protein-1 (Gab1), which is regulated by binding of the Src homology 2 domain-containing protein tyrosine phosphatase-2 (SHP-2) to Gab1, has been shown in other cell types to sustain PI3K activity to elicit cellular responses. Platelet endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM-1) functions as a negative regulator of platelet reactivity and thrombosis, at least in part by inhibiting GPVI–FcR-chain signaling via recruitment of SHP-2 to phosphorylated immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs in PECAM-1. Objective: To investigate the possibility that PECAM-1 regulates the formation of the Gab1–p85 signaling complexes, and the potential effect of such interactions on GPVI-mediated platelet activation in platelets. Methods: The ability of PECAM-1 signaling to modulate the LAT signalosome was investigated with immunoblotting assays on human platelets and knockout mouse platelets. Results: PECAM-1-associated SHP-2 in collagen-stimulated platelets binds to p85, which results in diminished levels of association with both Gab1 and LAT and reduced collagen-stimulated PI3K signaling. We therefore propose that PECAM-1-mediated inhibition of GPVI-dependent platelet responses result, at least in part, from recruitment of SHP-2–p85 complexes to tyrosine-phosphorylated PECAM-1, which diminishes the association of PI3K with activatory signaling molecules, such as Gab1 and LAT.

Animal models for genetic neuromuscular diseases

The neuromuscular disorders are a heterogeneous group of genetic diseases, caused by mutations in genes coding sarcolemmal, sarcomeric, and citosolic muscle proteins. Deficiencies or loss of function of these proteins leads to variable degree of progressive loss of motor ability. Several animal models, manifesting phenotypes observed in neuromuscular diseases, have been identified in nature or generated in laboratory. These models generally present physiological alterations observed in human patients and can be used as important tools for genetic, clinic, and histopathological studies. The mdx mouse is the most widely used animal model for Duchenne muscular dystrophy (DMD). Although it is a good genetic and biochemical model, presenting total deficiency of the protein dystrophin in the muscle, this mouse is not useful for clinical trials because of its very mild phenotype. The canine golden retriever MD model represents a more clinically similar model of DMD due to its larger size and significant muscle weakness. Autosomal recessive limb-girdle MD forms models include the SJL/J mice, which develop a spontaneous myopathy resulting from a mutation in the Dysferlin gene, being a model for LGMD2B. For the human sarcoglycanopahties (SG), the BIO14.6 hamster is the spontaneous animal model for delta-SG deficiency, whereas some canine models with deficiency of SG proteins have also been identified. More recently, using the homologous recombination technique in embryonic stem cell, several mouse models have been developed with null mutations in each one of the four SG genes. All sarcoglycan-null animals display a progressive muscular dystrophy of variable severity and share the property of a significant secondary reduction in the expression of the other members of the sarcoglycan subcomplex and other components of the Dystrophin-glycoprotein complex. Mouse models for congenital MD include the dy/dy (dystrophia-muscularis) mouse and the allelic mutant dy(2J)/dy(2J) mouse, both presenting significant reduction of alpha 2-laminin in the muscle and a severe phenotype. The myodystrophy mouse (Large(myd)) harbors a mutation in the glycosyltransferase Large, which leads to altered glycosylation of alpha-DG, and also a severe phenotype. Other informative models for muscle proteins include the knockout mouse for myostatin, which demonstrated that this protein is a negative regulator of muscle growth. Additionally, the stress syndrome in pigs, caused by mutations in the porcine RYR1 gene, helped to localize the gene causing malignant hypertermia and Central Core myopathy in humans. The study of animal models for genetic diseases, in spite of the existence of differences in some phenotypes, can provide important clues to the understanding of the pathogenesis of these disorders and are also very valuable for testing strategies for therapeutic approaches.

Nonthermal activation of transient receptor potential vanilloid-1 channels in abdominal viscera tonically inhibits autonomic cold-defense effectors

An involvement of the transient receptor potential vanilloid (TRPV) 1 channel in the regulation of body temperature (T b) has not been established decisively. To provide decisive evidence for such an involvement and determine its mechanisms were the aims of the present study. We synthesized a new TRPV1 antagonist, AMG0347 [(E)-N-(7-hydroxy-5,6,7,8-tetrahydronaphthalen-1- yl)-3-(2-(piperidin-1-yl)-6-(trifluoromethyl)pyridin-3-yl)acrylamide], and characterized it in vitro. We then found that this drug is the most potent TRPV1 antagonist known to increase T b of rats and mice and showed (by using knock-out mice) that the entire hyperthermic effect of AMG0347 is TRPV1 dependent. AMG0347-induced hyperthermia was brought about by one or both of the two major autonomic cold-defense effector mechanisms (tail-skin vasoconstriction and/or thermogenesis), but it did not involve warmth-seeking behavior. The magnitude of the hyperthermic response depended on neither T b nor tail-skin temperature at the time of AMG0347 administration, thus indicating that AMG0347-induced hyperthermia results from blockade of tonic TRPV1 activation by nonthermal factors. AMG0347 was no more effective in causing hyperthermia when administered into the brain (intracerebroventricularly) or spinal cord (intrathecally) than when given systemically (intravenously), which indicates a peripheral site of action. We then established that localized intra-abdominal desensitization of TRPV1 channels with intraperitoneal resiniferatoxin blocks the T b response to systemic AMG0347; the extent of desensitization was determined by using a comprehensive battery of functional tests. We conclude that tonic activation of TRPV1 channels in the abdominal viscera by yet unidentified nonthermal factors inhibits skin vasoconstriction and thermogenesis, thus having a suppressive effect on T b. Copyright © 2007 Society for Neuroscience.

Leptin signaling in Kiss1 neurons arises after pubertal development

The adipocyte-derived hormone leptin is required for normal pubertal maturation in mice and humans and, therefore, leptin has been recognized as a crucial metabolic cue linking energy stores and the onset of puberty. Several lines of evidence have suggested that leptin acts via kisspeptin expressing neurons of the arcuate nucleus to exert its effects. Using conditional knockout mice, we have previously demonstrated that deletion of leptin receptors (LepR) from kisspeptin cells cause no puberty or fertility deficits. However, developmental adaptations and system redundancies may have obscured the physiologic relevance of direct leptin signaling in kisspeptin neurons. To overcome these putative effects, we re-expressed endogenous LepR selectively in kisspeptin cells of mice otherwise null for LepR, using the Cre-loxP system. Kiss1-Cre LepR null mice showed no pubertal development and no improvement of the metabolic phenotype, remaining obese, diabetic and infertile. These mice displayed decreased numbers of neurons expressing Kiss1 gene, similar to prepubertal control mice, and an unexpected lack of re-expression of functional LepR. To further assess the temporal coexpression of Kiss1 and Lepr genes, we generated mice with the human renilla green fluorescent protein (hrGFP) driven by Kiss1 regulatory elements and crossed them with mice that express Cre recombinase from the Lepr locus and the R26-tdTomato reporter gene. No coexpression of Kiss1 and LepR was observed in prepubertal mice. Our findings unequivocally demonstrate that kisspeptin neurons are not the direct target of leptin in the onset of puberty. Leptin signaling in kisspeptin neurons arises only after completion of sexual maturation.

Genetische Analyse des Somatostatin-Systems

Somatostatin ist ein Molekül mit multifunktinonellem Charakter, dem Neurotransmitter-, Neuromodulator- und (Neuro)-Hormoneigenschaften zugeschrieben werden. Gemäß seiner ubiquitären Verteilung in Geweben beeinflusst es Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse, bis hin zu Lern-und Gedächtnisleistungen. Diese Wirkungen resultieren aus dem lokalen und zeitlichen Zusammenspiel eines Liganden und fünf G-Protein gekoppelter Rezeptoren (SSTR1-5). Zur Charakterisierung der biologischen Bedeutung des Somatostatin-Systems im Gesamtorganismus wurde eine Mutationsanalyse einzelner Systemkomponenten durchgeführt. Sie umfaßte die Inaktivierung der Gene für das Somatostatin-Präpropeptid und die der Rezeptoren SSTR3 und SSTR4 durch Gene Targeting. Die entsprechenden Ausfallmutationen belegen: Weder die Rezeptoren 3 und 4, noch Somatostatin sind für das Überleben des Organismus unter Standardhaltungsbedingungen notwendig. Die entsprechenden Mauslinien zeigen keine unmittelbar auffälligen Einschränkungen ihrer Biologie. Die Somatostatin-Nullmaus wurde zum Hauptgegenstand einer detaillierten Untersuchung aufgrund der übergeordneten Position des Liganden in der Signalkaskade und verfügbaren Hinweisen zu seiner Funktion. Folgende Schlußfolgerungen konnten nach eingehender Analyse gezogen werden: Der Ausfall des Somatostatin-Gens hat erhöhte Plasmakonzentrationen an Wachstumshormon (GH) zur Konsequenz. Dies steht im Einklang mit der Rolle Somatostatins als hemmender Faktor der Wachstumshormon-Freisetzung, die in der Mutante aufgehoben ist. Durch die Somatostatin-Nullmaus wurde zudem deutlich: Somatostatin interagiert als wesentliches Bindeglied zwischen der Wachstums- und Streßachse. Permanent erhöhte Corticosteron-Werte in den Mutanten implizieren einen negativen tonischen Einfluß für die Sekretion von Glukocorticoiden in vivo. Damit zeigt die Knockout-Maus, daß Somatostatin normalerweise als ein entscheidendes inhibierendes Kontrollelement der Steroidfreisetzung fungiert. Verhaltensversuche offenbarten ein Defizit im motorischen Lernen. Somatostatin-Nullmäuse bleiben im Lernparadigma “Rotierender Stabtest” hinter ihren Artgenossen zurück ohne aber generell in Motorik oder Koordination eingeschränkt zu sein. Diese motorischen Lernvorgänge sind von einem funktionierenden Kleinhirn abhängig. Da Somatostatin und seine Rezeptoren kaum im adulten, wohl aber im sich entwickelnden Kleinhirn auftreten, belegt dieses Ergebnis die Funktion transient in der Entwicklung exprimierter Neuropeptide – eine lang bestehende, aber bislang experimentell nicht nachgewiesene Hypothese. Die Überprüfung weiterer physiologischer Parameter und Verhaltenskategorien unter Standard-Laborbedingunggen ergab keine sichtbaren Abweichungen im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen. Damit steht nun ein Tiermodell zur weiterführenden Analyse für die Somatostatin-Forschung bereit: In endokrinologischen, elektrophysiologischen und verhaltens-biologischen Experimenten ist nun eine unmittelbare Korrelation selektiv mit dem Somatostatin-Peptid bzw. mit den Rezeptoren 3 und 4 aber auch in Kombination der Ausfallmutationen nach entsprechenden Kreuzungen möglich.

Funktionelle Bedeutung von P-Glykoprotein für Wirkungen und Nebenwirkungen von Antipsychotika

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) ist eine Maßnahme, bei der durch Messung der Medikamentenspiegel im Blut die Dosis ermittelt wird, bei der mit höchster Wahrscheinlichkeit mit Therapieansprechen gerechnet werden kann. Dabei wird angenommen, dass die Konzentrationen im Blut mit denen im Wirkkompartiment korrelieren. Für Antipsychotika wurde gezeigt, dass die Konzentrationen im Blut direkt mit denen im Gehirn korrelieren, die Verteilung zwischen den beiden Kompartimenten ist jedoch für die verschiedenen Antipsychotika sehr unterschiedlich. Die Distribution von Arzneistoffen zwischen Blut und Gehirn wird durch Effluxtransporter in der Blut-Hirn-Schranke kontrolliert. Welche Rolle dabei P-Glykoprotein (P-gp) für die Verteilung von atypischen Antipsychotika spielt und wie die Pharmakokinetik und –dynamik durch diesen Transporter beeinflusst werden, sollte in dieser Arbeit untersucht werden. Für die Messung des neu eingeführten Antipsychotikums Aripiprazol, sowie für seinen aktiven Metaboliten Dehydroaripiprazol, wurde eine hochleistungsflüssigchromatographische (HPLC) Methode mit Säulenschaltung und spektrophotometrischer Detektion etabliert. Die Methode wurde für die Messung von Serumproben schizophrener Patienten eingesetzt, um einen therapeutischen Bereich für Aripiprazol zu ermitteln. Aus der Analyse von 523 Patientenproben wurde herausgefunden, dass Aripiprazol-Serumkonzentrationen von 150 bis 300 ng/ml mit gutem klinischen Ansprechen und einem geringen Risiko für Nebenwirkungen einhergingen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Serumspiegel bei gleichzeitiger Gabe von Inhibitoren und Induktoren der Cytochrom P450 (CYP) Isoenzyme CYP2D6 und CYP3A4 erhöht bzw. gesenkt wurden. Am Modell der P-gp Knockout Maus im Vergleich zu FVB Wildtyp Mäusen wurden Konzentrationsverläufe von Antipsychotika nach i.p. Gabe von Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Clozapin, Desmethylclozapin, Haloperidol, Olanzapin, Quetiapin, Risperidon und 9-Hydroxyrisperidon sowie der Kontrollsubstanz Domperidon im Gehirn und Blut über 24 Stunden mittels HPLC-Methoden gemessen. Welchen Einfluss eine verminderte Expression von P-gp auf die Pharmakodynamik hat, wurde in zwei Verhaltenstests untersucht. Mit Hilfe des Rotarods wurden motorische Effekte der Arzneistoffe erfasst und mittels Radial Arm Water Maze kognitive Fähigkeiten. Risperidon und sein aktiver Metabolit 9-Hydroxyrisperidon waren die stärksten Substrate von P-gp. 10-fach höhere Konzentrationen im Gehirn der P-gp Knockout Mäuse führten zu 10-fach stärkeren Beeinträchtigungen in den pharmakodynamischen Untersuchungen im Vergleich zu Wildtyp Tieren. Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Desmethylclozapin und Quetiapin konnten ebenfalls als Substrate von P-gp identifiziert werden. Olanzapin, Haloperidol und Clozapin wurden durch P-gp wenig bzw. nicht in ihrer Pharmakokinetik und –dynamik beeinflusst. Da P-gp von Nagern und Menschen nach derzeitiger Kenntnis in ihren Substrateigenschaften weitgehend übereinstimmen, muss bei einer Behandlung von schizophrenen Patienten mit Antipsychotika, die als Substrate von P-gp identifiziert wurden, davon ausgegangen werden, dass eine Veränderung der Expression oder Aktivität von P-gp, genetisch verursacht oder durch Medikamente bedingt, für das Therapieansprechen oder das Auftreten von Nebenwirkungen bedeutsam sind.

Die Rolle des anti-apoptotischen Proteins Mcl-1 für die Leber und das hepatozelluläre Karzinom

Myeloid cell leukemia-1 (Mcl-1) ist ein anti-apoptotisches Mitglied der Bcl-2-Proteinfamilie. Als solches ist es in der Lage, die mitochondriale Aktivierung während der Apoptose zu hemmen. Dadurch schützt es Zellen bei zellulärem Stress (wie z.B. Differenzierung, Proliferation oder Virusinfektion) vor Apoptoseinduktion. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es unabkömmlich während der Embryogenese und in verschiedenen hämatopoetischen Zellpopulationen. Des Weiteren ist Mcl-1 als Protoonkogen in verschiedenen humanen Tumorentitäten verstärkt exprimiert und kann so zu einer verminderten Apoptosesensitivität von Tumorzellen beitragen. Auch primäre humane Hepatozyten können nach Mcl-1-Induktion durch Wachstumsfaktorbehandlung gegenüber CD95-vermittelter Apoptose geschützt werden. Daher sollte untersucht werden, welche Bedeutung Mcl-1 im hepatozellulären Karzinom (HCC) und in der gesunden Leber einnimmt. Hierzu wurde zunächst humanes HCC-Gewebe hinsichtlich der Expression von Mcl-1 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Mcl-1 sowohl auf mRNA- als auch auf Protein-Ebene in HCC-Gewebe verstärkt exprimiert ist im Vergleich zu benachbartem Normalgewebe. Auch in verschiedenen HCC-Zelllinien konnte eine starke Mcl-1-Expression nachgewiesen werden. Diese war vor allem über den PI3K/Akt-Signalweg reguliert. Eine Hemmung dieses Signalwegs führte zu einer Reduktion der Mcl-1-Expression und so zu einer Sensitivierung der Zellen gegenüber verschiedenen Chemotherapeutika und zielgerichteten Therapien. Des Weiteren wurde die Mcl-1-Expression spezifisch durch RNA-Interferenz gehemmt. Auch hier konnte gezeigt werden, dass Zellen mit unterdrückter Mcl-1-Expression deutlich sensitiver gegenüber verschiedenen Apoptose-induzierenden Substanzen reagierten. Eine kombinierte Hemmung der Mcl-1-Expression und der PI3-Kinase führte schließlich zu einer nochmals verstärkten Sensitivierung. Im Gegensatz dazu führte eine Überexpression von Mcl-1 zu einer Hemmung der Apoptoseinduktion. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine Mauslinie etabliert, welche spezifisch in Hepatozyten kein Mcl-1 exprimiert, um so die Bedeutung von Mcl-1 für die Leber in vivo zu untersuchen. Es zeigte sich, dass Mcl-1flox/flox-AlbCre-Mäuse bereits im Alter von acht Wochen eine verminderte Lebergröße aufweisen. Dies wurde verursacht durch spontane Apoptoseinduktion in den Mcl-1 negativen Hepatozyten. Hierdurch kam es zu einer Leberschädigung, ersichtlich durch erhöhte Transaminasenwerte, erhöhte Caspase-3-Aktivierung, und Schädigung der Gewebsstruktur. Zudem war als kompensatorischer Effekt die Zellproliferation erhöht, ohne dass sich jedoch das Lebergewicht an das von Kontrolltieren anglich. Interessanterweise kam es in Mcl-1flox/flox-AlbCre-Mäusen als Folge der chronischen Leberschädigung zur Entwicklung einer Leberfibrose, ersichtlich durch eine verstärkte Collageneinlagerung. Weiterhin reagierten Mcl-1flox/flox-AlbCre-Mäuse wesentlich empfindlicher gegenüber Todesrezeptor-vermittelter Apoptose. Diese Daten zeigen zum einen, dass Mcl-1 zur Apoptoseresistenz von HCC-Zellen beitragen kann. Zielgerichtete Therapien, welche die Expression von Mcl-1 hemmen, könnten folglich für die Therapie des HCCs von Interesse sein. Des Weiteren konnte in dieser Arbeit zum ersten Mal gezeigt werden, dass Mcl-1 ein zentraler anti-apoptotischer Faktor für Hepatozyten in vivo ist.

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

Funktionelle Charakterisierung der Protein-Kinase CK2 in der Suppression Th2-vermittelter Immunantworten durch regulatorische T-Zellen

Regulatorische T-Zellen (Tregs) leisten durch ihre suppressiven Eigenschaften einen essenziellen Beitrag zur Aufrechterhaltung der immunologischen Toleranz. Sie verhindern schädliche Immunreaktionen gegen Autoantigene, kommensale Bakterien, sowie harmlose Nahrungsmittel-bestandteile. Gleichzeitig gewährleisten sie die Entwicklung effektiver Immunantworten gegen eindringende Pathogene, wie z.B. Parasiten, Bakterien und Viren. Damit haben Tregs direkten Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen Immunität und Toleranz. Fehler in der suppressiven Funktionsweise von Tregs begünstigen daher auf der einen Seite die Entstehung zahlreicher autoimmuner Erkrankungen und Allergien. Auf der anderen Seite können Tregs Immunreaktionen bei chronischen Infektionen reduzieren, sowie die Entstehung effektiver Immunantworten gegen Tumore hemmen. Ihre Beteiligung an der Ätiologie all dieser Krankheiten macht Tregs zu einem bedeutenden potenziellen Zielobjekt, um diese Krankheiten effektiv zu therapieren. Die Erweiterung des Grundwissens um die molekularen Mechanismen der Treg-vermittelten Suppression ist daher ein notwendiger Schritt bei der Entwicklung Treg-basierter Theraphieansätze. 2003 konnte mit Foxp3 ein Transkriptionsfaktor identifiziert werden, der maßgeblich die suppressiven Funktionen von Tregs steuert. Um weiteren Einblick in die der Suppression zugrundeliegenden Signalwege zu erhalten, wurde im Institut für Immunologie ein komparativer Kinomarray durchgeführt, anhand dessen die Casein Kinase 2 (CK2) als eine der aktivsten Kinasen in Tregs identifiziert wurde (Daten freundlicherweise von Prof. Dr. Tobias Bopp bereitgestellt). rnBasierend auf den Ergebnissen des Kinomarrays wurde in dieser Arbeit die Funktion der CK2 in Tregs untersucht. Dabei konnte in in vitro Experimenten die Treg-vermittelte Suppression durch den pharmakologische CK2 Inhibitor DMAT aufgehoben werden. Weil derartige Inhibitoren jedoch nicht absolut spezifisch die Aktivität nur einer Kinase supprimieren, wurden außerdem Mäuse mit konditionalem „knockout“ der CK2β Untereinheit spezifisch in Tregs gekreuzt (CK2βTreg-/- Mäuse). Die Analyse dieser Tiere offenbarte eine essenzielle Beteiligung der CK2 an den suppressiven Funktionen von Tregs. So entwickeln CK2βTreg-/- Mäuse mit zunehmendem Alter Splenomegalien und Lymphadenopathien, von denen in besonderem Maße die Mukosa-assoziierten Lymphknoten betroffen sind. Eine Analyse des Aktivierungsstatus der T-Zellen in den Tieren konnte zudem einen erhöhten Anteil sogenannter Effektor-Gedächtnis T-Zellen aufdecken, die charakteristische Merkmale eines Th2 Phänotyps zeigten. Erhöhte Titer des Antikörperisotyps IgE in den Seren von CK2βTreg-/- Mäusen suggerieren zusätzlich eine fehlerhafte Suppression speziell Th2-vermittelter Immunantworten durch CK2β-defiziente Tregs. In Th2-vermittelten Asthma Experimenten in vivo konnte der Verdacht der fehlerhaften Kontrolle von Th2-Antwort bestätigt werden, wobei zusätzlich aufgedeckt wurde, dass bereits unbehandelte CK2βTreg-/- Mäuse Zeichen einer Entzündungsreaktion in der Lunge aufweisen. Bei der Suche nach den molekularen Ursachen der fehlerhaften Suppression Th2-vermittelter Immunantworten durch CK2β-defiziente Tregs konnten zwei mögliche Erklärungsansätze gefunden werden. Zum einen zeigen CK2β-defiziente Tregs eine verringerte Expression von Foxp3, was, in Analogie zu Ergebnissen der Gruppe von R. Flavell (Wang Y.Y. Nature. 445, 766-770 (2007)), zu einer Konversion von Tregs zu Th2 Zellen und damit zur Entstehung eines Th2-basierten, autoimmunen Phänotyps führt. Des Weiteren weisen CK2β-defiziente Tregs eine reduzierte Expression des Transkriptionsfaktors IRF4 auf, der in Tregs entscheidend für die Kontrolle Th2-basierter Immunreaktionen ist (Zheng Y. Nature. 19; 351-356 (2009)). Die dargelegten Ergebnisse identifizieren die CK2 damit als Kinase, die entscheidend an der Treg-vermittelten Suppression speziell Th2-basierter Immunantworten beteiligt ist. Demnach könnten pharmakologische CK2 Inhibitoren beispielsweise dazu eingesetzt werden, um die Treg-vermittelte Suppression im Rahmen chronischer Parasiten-Infektionen aufzuheben. Die in CK2βTreg-/- Mäusen beobachtete Prävalenz der Funktion der CK2 für Mukosa-assoziierte Organe stellt dabei einen zusätzlichen Vorteil dar, weil systemische Nebenwirkungen, die durch die Blockade der Treg-vermittelte Suppression entstehen, zumindest in nicht-Mukosa-assoziierten Geweben nicht zu erwarten sind.rn

The adhesion modulating properties of tenascin-w

Tenascins are extracellular matrix glycoproteins associated with cell motility, proliferation and differentiation. Tenascin-C inhibits cell spreading by binding to fibronectin; tenascin-R and tenascin-X also have anti-adhesive properties in vitro. Here we have studied the adhesion modulating properties of the most recently characterized tenascin, tenascin-W. C2C12 cells, a murine myoblast cell line, will form broad lamellipodia with stress fibers and focal adhesion complexes after culture on fibronectin. In contrast, C2C12 cells cultured on tenascin-W fail to spread and form stress fibers or focal adhesion complexes, and instead acquire a multipolar shape with short, actin-tipped pseudopodia. The same stellate morphology is observed when C2C12 cells are cultured on a mixture of fibronectin and tenascin-W, or on fibronectin in the presence of soluble tenascin-W. Tenascin-W combined with fibronectin also inhibits the spreading of mouse embryo fibroblasts when compared with cells cultured on fibronectin alone. The similarity between the adhesion modulating effects of tenascin-W and tenascin-C in vitro led us to study the possibility of tenascin-W compensating for tenascin-C in tenascin-C knockout mice, especially during epidermal wound healing. Dermal fibroblasts harvested from a tenascin-C knockout mouse express tenascin-W, but dermal fibroblasts taken from a wild type mouse do not. However, there is no upregulation of tenascin-W in the dermis of tenascin-C knockout mice, or in the granulation tissue of skin wounds in tenascin-C knockout animals. Similarly, tenascin-X is not upregulated in early wound granulation tissue in the tenascin-C knockout mice. Thus, tenascin-W is able to inhibit cell spreading in vitro and it is upregulated in dermal fibroblasts taken from the tenascin-C knockout mouse, but neither it nor tenascin-X are likely to compensate for missing tenascin-C during wound healing.

Integrative analysis of RUNX1 downstream pathways and target genes

BACKGROUND: The RUNX1 transcription factor gene is frequently mutated in sporadic myeloid and lymphoid leukemia through translocation, point mutation or amplification. It is also responsible for a familial platelet disorder with predisposition to acute myeloid leukemia (FPD-AML). The disruption of the largely unknown biological pathways controlled by RUNX1 is likely to be responsible for the development of leukemia. We have used multiple microarray platforms and bioinformatic techniques to help identify these biological pathways to aid in the understanding of why RUNX1 mutations lead to leukemia. RESULTS: Here we report genes regulated either directly or indirectly by RUNX1 based on the study of gene expression profiles generated from 3 different human and mouse platforms. The platforms used were global gene expression profiling of: 1) cell lines with RUNX1 mutations from FPD-AML patients, 2) over-expression of RUNX1 and CBFbeta, and 3) Runx1 knockout mouse embryos using either cDNA or Affymetrix microarrays. We observe that our datasets (lists of differentially expressed genes) significantly correlate with published microarray data from sporadic AML patients with mutations in either RUNX1 or its cofactor, CBFbeta. A number of biological processes were identified among the differentially expressed genes and functional assays suggest that heterozygous RUNX1 point mutations in patients with FPD-AML impair cell proliferation, microtubule dynamics and possibly genetic stability. In addition, analysis of the regulatory regions of the differentially expressed genes has for the first time systematically identified numerous potential novel RUNX1 target genes. CONCLUSION: This work is the first large-scale study attempting to identify the genetic networks regulated by RUNX1, a master regulator in the development of the hematopoietic system and leukemia. The biological pathways and target genes controlled by RUNX1 will have considerable importance in disease progression in both familial and sporadic leukemia as well as therapeutic implications.

The platelet protein kinase C substrate pleckstrin binds directly to SDPR protein

Pleckstrin is a modular platelet protein consisting of N- and C-terminal pleckstrin homology (PH) domains, a central dishevelled egl10 and pleckstrin (DEP) domain and a phosphorylation region. Following agonist-induced platelet stimulation, dimeric pleckstrin translocates to the plasma membrane, is phosphorylated and then monomerizes. A recent study found that pleckstrin null platelets from a knockout mouse have a defect in granule secretion, actin polymerization and aggregation. However, the mechanism of pleckstrin signaling for this function is unknown. Our recent studies have led to the identification of a novel pleckstrin-binding protein, serum deprivation response protein (SDPR), by co-immunoprecipitation, GST-pulldowns and nanospray quadruple time of flight mass spectrometry. We show that this interaction occurs directly through N-terminal sequences of pleckstrin. Both pleckstrin and SDPR are phosphorylated by protein kinase C (PKC), but the interaction between pleckstrin and SDPR was shown to be independent of PKC inhibition or activation. These results suggest that SDPR may facilitate the translocation of nonphosphorylated pleckstrin to the plasma membrane in conjunction with phosphoinositides that bind to the C-terminal PH domain. After binding of pleckstrin to the plasma membrane, its phosphorylation by PKC exerts downstream effects on platelet aggregation/secretion.

LOSS OF GPRC5A ENHANCES SURVIVAL IN NORMAL AND MALIGNANT LUNG EPITHELIAL CELLS BY ELICITING PERSISTENT STAT3 ACTIVATION INDUCED BY AUTOCRINE LIF

Signal transduction and activator of transcription 3 (Stat3) is activated by cytokines and growth factors in many cancers. Persistent activation of Stat3 plays important role in cell growth, survival, and transformation through regulating its targeted genes. Previously, we found that mice with a deletion of the G protein-coupled receptor, family C, group 5, member a (Gprc5a) gene develop lung tumors indicating that Gprc5a is a tumor suppressor. In the present study, we examined he mechanism of Gprc5a-mediated tumor suppression. We found that epithelial cells from Gprc5a knockout mouse lung (Gprc5a-/- cells) survive better in vitro in medium deprived of exogenous growth factors and form more colonies in semi-solid medium than their counterparts from wildtype mice (Gprc5a+/+ cells). The phosphorylation of tyrosine 705 on Stat3 and the expression of Stat3-regulated anti-apoptotic genes Bcl-XL, Cryab, Hapa1a, and Mcl1 were higher in the Gprc5a-/- than in Gprc5a+/+ cells. In addition, their responses to Lif were different; Stat3 activation was persistent by Lif treatment in the Gprc5a-/- cells, but was transient in the Gprc5a+/+ cells. The persistent activation of Stat3 by Lif in Gprc5a-/- cells is due to a decreased level of Socs3 protein, a negative inhibitor of the Lif-Stat3 signaling. Restoration of Socs3 inhibited the persistent Stat3 activation in Gprc5a-/- cells. Lung adenocarcinoma cells isolated from Gprc5a-/- mice also exhibited autocrine Lif-mediated Stat3 activation. Treatment of Gprc5a-/- cells isolated from normal and tumor tissue with AG490, a Stat3 signaling inhibitor, or with dominant negative Stat3(Y705F) increased starvation-induced apoptosis and inhibited anchorage-independent growth. These results suggest that persistent Stat3 activation increased the survival and transformation of Gprc5a-/- lung cells. Thus, the tumor suppressive effects of Gprc5a are mediated, at least in part, by inhibition of Stat3 signaling through regulating the stability of the Socs3 protein.

Skeletal abnormalities in mice lacking extracellular matrix proteins, thrombospondin-1, thrombospondin-3, thrombospondin-5, and type IX collagen.

Thrombospondin-5 (TSP5) is a large extracellular matrix glycoprotein found in musculoskeletal tissues. TSP5 mutations cause two skeletal dysplasias, pseudoachondroplasia and multiple epiphyseal dysplasia; both show a characteristic growth plate phenotype with retention of TSP5, type IX collagen (Col9), and matrillin-3 in the rough endoplasmic reticulum. Whereas most studies focus on defining the disease process, few functional studies have been performed. TSP5 knockout mice have no obvious skeletal abnormalities, suggesting that TSP5 is not essential in the growth plate and/or that other TSPs may compensate. In contrast, Col9 knockout mice have diminished matrillin-3 levels in the extracellular matrix and early-onset osteoarthritis. To define the roles of TSP1, TSP3, TSP5, and Col9 in the growth plate, all knockout and combinatorial strains were analyzed using histomorphometric techniques. While significant alterations in growth plate organization were found in certain single knockout mouse strains, skeletal growth was only mildly disturbed. In contrast, dramatic changes in growth plate organization in TSP3/5/Col9 knockout mice resulted in a 20% reduction in limb length, corresponding to similar short stature in humans. These studies show that type IX collagen may regulate growth plate width; TSP3, TSP5, and Col9 appear to contribute to growth plate organization; and TSP1 may help define the timing of growth plate closure when other extracellular proteins are absent.

Human NR5A1/SF-1 mutations show decreased activity on BDNF (brain-derived neurotrophic factor), an important regulator of energy balance: testing impact of novel SF-1 mutations beyond steroidogenesis

CONTEXT Human NR5A1/SF-1 mutations cause 46,XY disorder of sex development (DSD) with broad phenotypic variability, and rarely cause adrenal insufficiency although SF-1 is an important transcription factor for many genes involved in steroidogenesis. In addition, the Sf-1 knockout mouse develops obesity with age. Obesity might be mediated through Sf-1 regulating activity of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), an important regulator of energy balance in the ventromedial hypothalamus. OBJECTIVE To characterize novel SF-1 gene variants in 4 families, clinical, genetic and functional studies were performed with respect to steroidogenesis and energy balance. PATIENTS 5 patients with 46,XY DSD were found to harbor NR5A1/SF-1 mutations including 2 novel variations. One patient harboring a novel mutation also suffered from adrenal insufficiency. METHODS SF-1 mutations were studied in cell systems (HEK293, JEG3) for impact on transcription of genes involved in steroidogenesis (CYP11A1, CYP17A1, HSD3B2) and in energy balance (BDNF). BDNF regulation by SF-1 was studied by promoter assays (JEG3). RESULTS Two novel NR5A1/SF-1 mutations (Glu7Stop, His408Profs*159) were confirmed. Glu7Stop is the 4th reported SF-1 mutation causing DSD and adrenal insufficiency. In vitro studies revealed that transcription of the BDNF gene is regulated by SF-1, and that mutant SF-1 decreased BDNF promoter activation (similar to steroid enzyme promoters). However, clinical data from 16 subjects carrying SF-1 mutations showed normal birth weight and BMI. CONCLUSIONS Glu7Stop and His408Profs*159 are novel SF-1 mutations identified in patients with 46,XY DSD and adrenal insufficiency (Glu7Stop). In vitro, SF-1 mutations affect not only steroidogenesis but also transcription of BDNF which is involved in energy balance. However, in contrast to mice, consequences on weight were not found in humans with SF-1 mutations.