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.

Conditional and transgenic mouse models as tools to study the role of TGFbeta, BMP signaling in skeletal development

Die TGFbeta/BMP Signaltransduktionskaskade ist wichtig für viele Entwicklungsprozesse fast aller embryonaler sowie extraembryonaler Gewebe und sie ist ebenso essentiell bei der Aufrechterhaltung der Homöostase im adulten Organismus. In vielen Mausmodellen und Zellkulturversuchen wurde gezeigt, dass Liganden dieses Signalweges in verschiedene Stadien der Knorpel- und Knochenentwicklung involviert sind. BMPs sind beispielsweise maßgeblich an der frühen Kondensation und Bildung des Knorpels und später an Proliferation und Hypertrophie der Chondrozyten beteiligt. BMPs können ektopisch Knochenbildung auslösen und das Expressionsmuster der Liganden und spezifischen Rezeptoren in der Wachstumsfuge lässt auf eine wichtige Rolle der BMPs in der Wachstumsfuge schließen. Der gezielte knock out der BMP-Rezeptoren Bmpr1a und Bmpr1b in proliferierenden Chondrozyten führt zur Ausbildung einer generellen Chondrodysplasie. Smad1, Smad5 und Smad8 sind die Mediatoren der BMP-Signalkaskade. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle und Funktion der Smad1- und Smad5-Proteine in der Wachstumsfuge untersucht werden. Hierzu wurden konditionale Smad1-knock out-Mäuse mit einer transgenen Mauslinie gekreuzt, die die Cre-Rekombinase spezifisch in proliferierenden Chondrozyten exprimiert. Diese Mäuse wurden mit und ohne heterozygotem Smad5-Hintergrund charakterisiert. Bei einem knock out von Smad1 allein konnte ein leichte Verkürzung der Wachstumsfuge beobachtet werden, wobei prähypertrophe und hypertrophe Zone gleichermaßen betroffen waren. Dieser Phänotyp war verstärkt in Mäusen mit zusätzlichem heterozygotem Smad5-Hintergrund. Eine Verringerung der Proliferationsrate konnte zusammen mit einer verminderten Ihh-Expression nachgewiesen werden. Zusätzlich konnte anhand von Röntgenaufnahmen eine Dysorganisation der nasalen Region und ein fehlendes nasales Septum beobachtet werden. Produktion und Mineralisation der extrazellulären Matrix waren nicht beeinträchtigt. Um die Rolle der BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden während der endochondralen Ossifikation zu vergleichen, wurden transgene Mäuse generiert, in denen die TGFbeta-Signalkaskade spezifisch in proliferierenden Chondrozyten gestört war. Zwei Mauslinien, die ähnliche Phänotypen zeigten, wurden untersucht. Esl1 ist ein TGFbeta-bindendes Protein, von dem man annimmt, dass es die TGFbeta-Signalkaskade inhibieren kann. Esl1-knock out-Mäuse sind kleiner als Wildtypmäuse und die Überexpression von Esl1 in proliferierenden Chondrozyten führt zu einer Verlängerung der Wachstumsfuge und einer verstärkten Proliferationsrate. Knorpelmarker, wie Col2a1 und Sox9 sind in diesen Mäusen herunterreguliert, während Col10a1 und Ihh als Marker für die hypertrophe und prähypertrophe Zone herunterreguliert waren. Dies führt zu der Annahme, dass mehr Zellen in die terminale Differenzierung eintreten. Bei transgenen Mäusen, in denen ein dominant-negativer (dn) TGFbeta-Rezeptor in proliferierenden Chondrozyten überexprimiert wurde, konnte eine verlängerte prähypertrophe Zone, eine erhöhte Ihh-Expression, sowie eine verstärkte Proliferationsrate beobachtet werden. Zusätzlich konnte in homozygoten Tieren ein craniofacialer Phänotyp beschrieben werden, der zu Problemen bei der Nahrungsaufnahme und damit zu einer starken Wachstumsbeeinträchtigung führte. Die BMP- und TGFbeta-Signalkaskaden haben möglicherweise antagonistische Effekte in der Wachstumsfuge. Während der Ausfall von BMP in proliferierenden Chondrozyten aufgrund einer gesunkenen Proliferationsrate zu einer Verkürzung der Wachstumsfuge führte, kann man in Mäusen mit einer Störung der TGFbeta-Signalkaskade eine verstärkte Proliferation in einer daher verlängerten Wachstumsfuge beobachten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Generation einer transgenen Mauslinie, die die Cre-Rekombinase spezifisch in hypertrophen Chondrozyten exprimiert. Promoterstudien mit transgenen Mäusen weisen darauf hin, dass ein putatives AP1-Element, etwa 4 kb vor dem ersten Exon des Col10a1 gelegen, wichtig für die spezifische Expression in hypertrophen Chondrozyten ist. Ein Konstrukt, dass vier Kopien dieses Elements und den basalen Promoter enthält, wurde benutzt, um die Cre-Rekombinase spezifisch zu exprimieren. Diese Mauslinie befindet sich in der Testphase und erste Daten deuten auf eine spezifische Expression der Cre-Rekombinase in hypertrophen Chondrozyten hin.

Comparative analysis of midline guidance and axon pathfinding in the chelicerates Achaearanea tepidariorum and Cupiennius salei

Die Neurogenese und axonale Wegfindung sind in den vergangenen Jahrzehnten Thema einer Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungen in den verschiedensten Organismen gewesen. Die zusammengetragenen Daten in Insekten und Crustaceen geben eine gute Übersicht darüber, wie das Nervensystem in Arthropoden aufgebaut wird. Die entwicklungsbiologischen Prozesse, die daran beteiligt sind, sind in den beiden genannten Gruppen sehr gut verstanden. In den Gruppen der Cheliceraten und Myriapoden jedoch wurden ähnliche Analysen bisher kaum durchgeführt. Das Hauptanliegen dieser Arbeit war es daher, Mechanismen in den Spinnen Achaearanea tepidariorum und Cupiennius salei, zwei Vertretern der Cheliceraten, zu untersuchen, die eine Rolle im Leitsystem der ventralen Mittellinie und bei der axonalen Wegfindung spielen. Eine Vorraussetzung hierfür sind Kenntnisse über die Architektur des Zentralnervensystems. In einem ersten Schritt beschrieb ich daher grundlegend die Morphologie des Nervensystems im Verlauf der gesamten Embryoalentwicklung. Ich konnte zeigen, dass in Spinnen ein für Arthropoden typisches Strickleiternervensystem gebildet wird. Dieses wird von segmental angelegten Neuronen geformt, wobei sowohl Gruppen von Zellen als auch einzelne Neurone daran beteiligt sind, die primären axonalen Trakte zu etablieren. Im Besonderen konnte ich eine Zelle identifizieren, die in Position, Projektionsmuster und der Expression des Markergens even-skipped vergleichbar zum PR2 Neuron in Drosophila ist, welches die posteriore Wurzel des Segmentalnervs anlegt.rnrnIn einem zweiten Ansatz untersuchte ich die ventrale Mittellinie in Spinnen im Bezug auf ihre mögliche Funktion in der axonalen Wegfindung. Es konnte gezeigt werden, dass es sich beim Epithel der Mittellinie, das die Lücke zwischen beiden Keimstreifhälften während des gesamten Prozesses der Inversion überspannt, um eine transiente Struktur handelt, die keine neuralen Zellen hervorbringt. Es ist daher vergleichbar mit der so genannten Floor plate in Vertebraten, die ebenfalls nur vorübergehend existiert. Die Untersuchung von single minded (sim) zeigte, dass es, anders als in Drosophila, wo sim ein wichtiges regulatorisches Gen für die korrekte Spezifizierung von Mittellinienzellen ist, nicht in den Zellen der Mittellinie, sondern in diesen benachbarten Zellen, exprimiert wird. Das ist vergleichbar mit Vertebraten. Zusätzlich konnte ich Expression von sim an den Basen der Gliedmassen und im Kopf nachweisen. Wie in Vertebraten könnte sim an der Musterbildung dieser Gewebe beteiligt sein. Dennoch spielt die Mittellinie in Spinnen eine wichtige Rolle als Organisator für auswachsende, kommissurale Axone. Diese Funktion teilt sie mit anderen Invertebraten und Vertebraten.rnrnDie Signaltransduktionskaskade, die an der axonalen Wegfindung an der Mittellinie beteiligt ist, ist in den verschiedensten Organismen hoch konserviert. In der vorliegenden Arbeit konnte ich sowohl in Achaearanea als auch in Cupiennius ein netrin Homolog identifizieren und eine konservierte Funktion des Wegfindungsmoleküls während der Bildung der Kommissuren aufzeigen. RNAi Experimente belegen, dass, wird die Funktion von netrin herunterreguliert, das Strickleiternervensystem nicht korrekt gebildet wird, ins Besondere die kommissuralen Faszikel. Des Weiteren konnte ich eine neue Funktion von netrin, die bisher in anderen Organsimen noch nicht beschrieben wurde, identifizieren. Neben seiner Rolle in der axonalen Wegfindung, scheint netrin auch an der epithelialen Morphogenese im zentralen Nervensystem beteiligt zu sein. In dieser Funktion scheint netrin in Gliazellen, die die epithelialen Vesikel der Invaginationsgruppen umhüllen, wichtig zu sein, um neurale Vorläuferzellen in einem undifferenzierten Zustand zu halten. Der Abbau von netrin Transkript durch RNA Interferenz führt zu einer verfrühten Segregation neuraler Vorläuferzellen aus dem epithelialen Verband der Invaginationsgruppen und zu einer Zunahme an Zellen, die den frühen Differenzierungsmarker islet exprimieren.

Genexpressionsanalyse der fötalen Wachstumsfuge des Rindes

Erkrankungen des Skelettapparats wie beispielsweise die Osteoporose oder Arthrose gehören neben den Herz-Kreislauferkrankungen und Tumoren zu den Häufigsten Erkrankungen des Menschen. Ein besseres Verständnis der Bildung und des Erhalts von Knochen- oder Knorpelgewebe ist deshalb von besonderer Bedeutung. Viele bisherige Ansätze zur Identifizierung hierfür relevanter Gene, deren Produkte und Interaktionen beruhen auf der Untersuchung pathologischer Situationen. Daher ist die Funktion vieler Gene nur im Zusammenhang mit Krankheiten beschrieben. Untersuchungen, die die Genaktivität bei der Normalentwicklung von knochen- und knorpelbildenden Geweben zum Ziel haben, sind dagegen weit weniger oft durchgeführt worden. rnEines der entwicklungsphysiologisch interessantesten Gewebe ist die Epiphysenfuge der Röhrenknochen. In dieser sogenannten Wachstumsfuge ist insbesondere beim fötalen Gewebe eine sehr hohe Aktivität derjenigen Gene zu erwarten, die an der Knochen- und Knorpelbildung beteiligt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde daher aus der Epiphysenfuge von Kälberknochen RNA isoliert und eine cDNA-Bibliothek konstruiert. Von dieser wurden ca. 4000 Klone im Rahmen eines klassischen EST-Projekts sequenziert. Durch die Analyse konnte ein ungefähr 900 Gene umfassendes Expressionsprofil erstellt werden und viele Transkripte für Komponenten der regulatorischen und strukturbildenden Bestandteile der Knochen- und Knorpelentwicklung identifiziert werden. Neben den typischen Genen für Komponenten der Knochenentwicklung sind auch deutlich Bestandteile für embryonale Entwicklungsprozesse vertreten. Zu ersten gehören in erster Linie die Kollagene, allen voran Kollagen II alpha 1, das mit Abstand höchst exprimierte Gen in der fötalen Wachstumsfuge. Nach den ribosomalen Proteinen stellen die Kollagene mit ca. 10 % aller auswertbaren Sequenzen die zweitgrößte Gengruppe im erstellten Expressionsprofil dar. Proteoglykane und andere niedrig exprimierte regulatorische Elemente, wie Transkriptionsfaktoren, konnten im EST-Projekt aufgrund der geringen Abdeckung nur in sehr geringer Kopienzahl gefunden werden. Allerdings förderte die EST-Analyse mehrere interessante, bisher nicht bekannte Transkripte zutage, die detaillierter untersucht wurden. Dazu gehören Transkripte die, die dem LOC618319 zugeordnet werden konnten. Neben den bisher beschriebenen drei Exonbereichen konnte ein weiteres Exon im 3‘-UTR identifiziert werden. Im abgeleiteten Protein, das mindestens 121 AS lang ist, wurden ein Signalpeptid und eine Transmembrandomäne nachgewiesen. In Verbindung mit einer möglichen Glykosylierung ist das Genprodukt in die Gruppe der Proteoglykane einzuordnen. Leicht abweichend von den typischen Strukturen knochen- und knorpelspezifischer Proteoglykane ist eine mögliche Funktion dieses Genprodukts bei der Interaktion mit Integrinen und der Zell-Zellinteraktion, aber auch bei der Signaltransduktion denkbar. rnDie EST-Sequenzierungen von ca. 4000 cDNA-Klonen können aber in der Regel nur einen Bruchteil der möglichen Transkripte des untersuchten Gewebes abdecken. Mit den neuen Sequenziertechnologien des „Next Generation Sequencing“ bestehen völlig neue Möglichkeiten, komplette Transkriptome mit sehr hoher Abdeckung zu sequenzieren und zu analysieren. Zur Unterstützung der EST-Daten und zur deutlichen Verbreiterung der Datenbasis wurde das Transkriptom der bovinen fötalen Wachstumsfuge sowohl mit Hilfe der Roche-454/FLX- als auch der Illumina-Solexa-Technologie sequenziert. Bei der Auswertung der ca. 40000 454- und 75 Millionen Illumina-Sequenzen wurden Verfahren zur allgemeinen Handhabung, der Qualitätskontrolle, dem „Clustern“, der Annotation und quantitativen Auswertung von großen Mengen an Sequenzdaten etabliert. Beim Vergleich der Hochdurchsatz Blast-Analysen im klassischen „Read-Count“-Ansatz mit dem erstellten EST-Expressionsprofil konnten gute Überstimmungen gezeigt werden. Abweichungen zwischen den einzelnen Methoden konnten nicht in allen Fällen methodisch erklärt werden. In einigen Fällen sind Korrelationen zwischen Transkriptlänge und „Read“-Verteilung zu erkennen. Obwohl schon simple Methoden wie die Normierung auf RPKM („reads per kilo base transkript per million mappable reads“) eine Verbesserung der Interpretation ermöglichen, konnten messtechnisch durch die Art der Sequenzierung bedingte systematische Fehler nicht immer ausgeräumt werden. Besonders wichtig ist daher die geeignete Normalisierung der Daten beim Vergleich verschieden generierter Datensätze. rnDie hier diskutierten Ergebnisse aus den verschiedenen Analysen zeigen die neuen Sequenziertechnologien als gute Ergänzung und potentiellen Ersatz für etablierte Methoden zur Genexpressionsanalyse.rn

Die Schleimkeratine TK-alpha and TK-gamma des Zebrabärblings Danio rerio

Die Schleimkeratine TKα und TKγ aus dem Schleimaal Eptatretus stoutii besitzten für Keratine außergewöhnliche Eigenschaften. In speziellen Drüsen reifen die Schleimkeratine zu 3 µm dicken und bis zu 60 cm langen kabelartigen Filamenten heran und werden anschließend zur Feindabwehr ins umgebende Wasser extrazellulär sezerniert, wodurch die viskoelastischen Eigenschaften des Schleims modifiziert werden. Mittlerweile wurden die Schleimkeratine auch in höheren Wirbeltiergruppen (Knochenfische und Amphibien) entdeckt. Zu Beginn meiner Promotion war jedoch bis auf EST-Verteilungsprofile noch nichts über die Expression und Funktion der Schleimkeratine in diesen Organismen bekannt. rnIm Rahmen meiner Arbeit wurden die Schleimkeratine TKα und TKγ erstmalig im Zebrabärbling Danio rerio identifiziert und näher charakterisiert. Mittels rekombinanter Expression wurden TKα und TKγ in ausreichenden Mengen hergestellt und auf ihre Bindungseigenschaften hin untersucht. Hierbei konnte ich zeigen, dass TKα und TKγ einerseits miteinander Heteromere formen und andererseits, dass das TKα in der Lage ist, auch homopolymere Strukturen auszubilden. Letztere Eigenschaft wurde bisher noch bei keinem bekannten cytoplasmatischen Keratin beschrieben. Ergänzend zu diesen Untersuchungen wurde eine Expressionsanalyse durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Schleimkeratine im Zebrabärbling nicht extrazellulär sezerniert werden und zum anderen keine höheren, kabelartigen Strukturen ausformen. Vielmehr werden die Schleimkeratine bei adulten Tieren in den basalen Zellschichten der Epidermis exprimiert, welche keinen mechanischen Schutz in Form von Schuppen aufweisen (Stirnhautepidermis, Epidermis in Geweben zwischen den Flossenstrahlen). Innerhalb dieser Zellen formen die Schleimkeratine ein filamentöses Netzwerk aus, dass sich an der basalen Zellseite konzentriert. Eine mögliche Funktion von TKα und TKγ könnte demnach in der Erhöhung der mechanischen Integrität von stark beanspruchten Geweben liegen, die keinen Schutz in Form von Schuppen aufweisen. So werden TKα und TKγ in larvalen Entwicklungsstadien in der Epidermis, sowie im mechanisch stark beanspruchten Notochord koexprimiert. rnDa das Notochord im Zebrabärbling auch in entwicklungsbiologischen Vorgängen eine entscheidende Rolle spielt und weiterhin in aktuellen Untersuchungen am glatten Krallen-frosch Xenopus laevis Funktionen der Schleimkeratine TKα und TKγ innerhalb von Degenerationsprozessen während der Metamorphose nachgewiesen werden konnten, sind auch im Zebrabärbling Danio rerio Funktionen der Schleimkeratine TKα und TKγ im Rahmen von Entwicklungsprozessen denkbar.rn

The cytoplasmic domain of the ligand ephrinB2 is required for vascular morphogenesis but not cranial neural crest migration

The transmembrane ligand ephrinB2 and its cognate Eph receptor tyrosine kinases are important regulators of vascular morphogenesis. EphrinB2 may have an active signaling role, resulting in bi-directional signal transduction downstream of both ephrinB2 and Eph receptors. To separate the ligand and receptor-like functions of ephrinB2 in mice, we replaced the endogenous gene by cDNAs encoding either carboxyterminally truncated (ephrinB2(DeltaC)) or, as a control, full-length ligand (ephrinB2(WT)). While homozygous ephrinB2(WT/WT) animals were viable and fertile, loss of the ephrinB2 cytoplasmic domain resulted in midgestation lethality similar to ephrinB2 null mutants (ephrinB2(KO)). The truncated ligand was sufficient to restore guidance of migrating cranial neural crest cells, but ephrinB2(DeltaC/DeltaC) embryos showed defects in vasculogenesis and angiogenesis very similar to those observed in ephrinB2(KO/KO) animals. Our results indicate distinct requirements of functions mediated by the ephrinB carboxyterminus for developmental processes in the vertebrate embryo.

The role of specialisation in the promotion of young football talents: A person-oriented study

This paper investigates the controversial question whether it is more effective to promote specialisation in a specific sport at the beginning of a career or whether to encourage a broad range of sports when promoting competitive sports talents in order for them to achieve a high level of performance in adulthood. The issue of promoting talents depends on human developmental processes and therefore raises developmental scientific questions. Based on recent, dynamic-interactionist concepts of development, we assume a person-oriented approach focussing on the person as a whole rather than individual features. Theoretical considerations lead to four interacting factors being summarised to form a subsystem: childhood training. The relative weights of these factors lead to patterns. By relating these to a performance criterion at the age of peak performance, particularly promising developmental patterns may be identified. One hundred fifty-nine former Swiss football talents were retrospectively interviewed about their career and the data analysed using the LICUR method. Two early career patterns were identified as having a favourable influence on adult performance. Both are characterised by an above-average amount of in-club training. One pattern also exhibits an above-average amount of informal football played outside the club, the other above-average scores for activity in other sports. Hence, comprehensive training and practice inside and outside the club form the basis for subsequent football expertise.

Mechanical control of morphogenesis at the shoot apex

Morphogenesis does not just require the correct expression of patterning genes; these genes must induce the precise mechanical changes necessary to produce a new form. Mechanical characterization of plant growth is not new; however, in recent years, new technologies and interdisciplinary collaborations have made it feasible in young tissues such as the shoot apex. Analysis of tissues where active growth and developmental patterning are taking place has revealed biologically significant variability in mechanical properties and has even suggested that mechanical changes in the tissue can feed back to direct morphogenesis. Here, an overview is given of the current understanding of the mechanical dynamics and its influence on cellular and developmental processes in the shoot apex. We are only starting to uncover the mechanical basis of morphogenesis, and many exciting questions remain to be answered.

Expression of Foxi3 is regulated by ectodysplasin in skin appendage placodes

BACKGROUND Foxi3 is a member of the large forkhead box family of transcriptional regulators, which have a wide range of biological activities including manifold developmental processes. Heterozygous mutation in Foxi3 was identified in several hairless dog breeds characterized by sparse fur coat and missing teeth. A related phenotype called hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED) is caused by mutations in the ectodysplasin (Eda) pathway genes. RESULTS Expression of Foxi3 was strictly confined to the epithelium in developing ectodermal appendages in mouse embryos, but no expression was detected in the epidermis. Foxi3 was expressed in teeth and hair follicles throughout embryogenesis, but in mammary glands only during the earliest stages of development. Foxi3 expression was decreased and increased in Eda loss- and gain-of-function embryos, respectively, and was highly induced by Eda protein in embryonic skin explants. Also activin A treatment up-regulated Foxi3 mRNA levels in vitro. CONCLUSIONS Eda and activin A were identified as upstream regulators of Foxi3. Foxi3 is a likely transcriptional target of Eda in ectodermal appendage placodes suggesting that HED phenotype may in part be produced by compromised Foxi3 activity. In addition to hair and teeth, Foxi3 may have a role in nail, eye, and mammary, sweat, and salivary gland development.

Investigating the Effects of Silencing EphA2 in Metastatic Breast Cancer Cells

EphA2, also known as ECK (epithelial cell kinase), is a transmembrane receptor tyrosine kinase that is commonly over-expressed in cancers such as those of the prostate, colon, lung, and breast. For breast cancers, EphA2 overexpression is most prominent in the ER-negative subtype, and is associated with a higher rate of lung metastasis. Studies conducted to demonstrate the role of EphA2 in a non-cancerous environment have shown that it is very important in developmental processes, but not in normal adult tissues. These results make EphA2 a prospective therapeutic target since new therapies are needed for the more aggressive ER-negative breast cancers. A panel of breast cancer cell lines was screened for expression of EphA2 by immunoblotting. Several of the overexpressing cell lines, including BT549, MDA-MB-231, and HCC 1954 were selected for experiments utilizing siRNA for transient knockdown and shRNA for stable knockdown. Targeted knockdown of EphA2 was measured using RT-PCR and immunoblotting techniques. Here, the functions of EphA2 in the process of metastasis have been elucidated using in vitro assays that indicate cancer cell metastatic potential and in vivo studies that reveal the effect of EphA2 on mammary fat pad tumor growth, vessel formation, and the effect of using EphA2-targeting siRNA on pre-established mammary fat pad tumors. A decrease in EphA2 expression both in vitro and in vivo correlated with reduced migration and experimental metastasis of breast cancer cells. Current work is being done to investigate the mechanism behind EphA2’s participation in some of these processes. These studies are important because they have contributed to understanding the role that EphA2 plays in the progression of breast cancers to a metastatic state.

Regulation and function of {\it Xparaxis\/} during the development of paraxial mesoderm in {\it Xenopus laevis\/}

Genes of the basic helix-loop-helix transcription factor family have been implicated in many different developmental processes from neurogenesis to myogenesis. The recently cloned bHLH transcription factor, paraxis, has been found to be expressed in the paraxial mesoderm of the mouse suggesting a role for paraxis in the development of this mesodermal subtype which gives rise to the axial muscle, skeleton, and dermis of the embryo. In order to perform in vivo gain of function assays and obtain a better understanding of the possible roles of paraxis in mesodermal and somitic development, we have successfully identified homologues of paraxis in the frog, Xenopus laevis, where the process of mesodermal induction and development is best understood. The two homologues, Xparaxis-a and Xparaxis-b, are conserved with respect to their murine homologue in structure and expression within the embryo. Xparaxis genes are expressed immediately after gastrulation in the paraxial mesoderm of Xenopus embryos and are down regulated in the myotome of the mature somite with continued expression in the undifferentiated dermatome. Overexpression of Xparaxis-b in Xenopus embryos caused defects in the organization and morphology of the somites. This effect was not dependent on DNA binding of Xparaxis but is likely due to its dimerization with other bHLH factors. Co-injections with XE12 did not diminish the effects indicating that the defects were not the result of limiting amounts of XE12. We also demonstrated that Xparaxis does not cause obvious defects in the cell adhesions and movements required for proper mesoderm patterning during gastrulation. The paraxis proteins also lacked the ability to activate transcription as GAL4 fusion proteins in a GAL4 reporter assay, indicating that the genes may function more as modulators of the activity of dimerization partners than as positively acting cell determination factors. In agreement with this, Xparaxis is regulated in response to other pathways of bHLH gene action, in that XE12 can activate Xparaxis-b, in vivo. In addition we show regulation of Xparaxis in response to mMyoD induced myogenesis pathways, again suggesting Xparaxis plays an important role in the patterning and organization of the paraxial mesoderm. ^

A novel family of transporters mediating the transport of glutathione derivatives in plants

Uptake and compartmentation of reduced glutathione (GSH), oxidized glutathione (GSSG), and glutathione conjugates are important for many functions including sulfur transport, resistance against biotic and abiotic stresses, and developmental processes. Complementation of a yeast (Saccharomyces cerevisiae) mutant (hgt1) deficient in glutathione transport was used to characterize a glutathione transporter cDNA (OsGT1) from rice (Oryza sativa). The 2.58-kb full-length cDNA (AF393848, gi 27497095), which was obtained by screening of a cDNA library and 5'-rapid amplification of cDNA ends-polymerase chain reaction, contains an open reading frame encoding a 766-amino acid protein. Complementation of the hgt1 yeast mutant strain with the OsGT1 cDNA restored growth on a medium containing GSH as the sole sulfur source. The strain expressing OsGT1 mediated H-3]GSH uptake, and this uptake was significantly competed not only by unlabeled GSSG and GS conjugates but also by some amino acids and peptides, suggesting a wide substrate specificity. OsGT1 may be involved in the retrieval of GSSG, GS conjugates, and nitrogen-containing peptides from the cell wall.

Primary human lung pericytes support and stabilize in-vitro perfusable microvessels.

The formation of blood vessels is a complex tissue-specific process that plays a pivotal role during developmental processes, in wound healing, cancer progression, fibrosis and other pathologies. To study vasculogenesis and vascular remodeling in the context of the lung, we developed an in-vitro microvascular model that closely mimics the human lung microvasculature in terms of 3D architecture, accessibility, functionality and cell types. Human pericytes from the distal airway were isolated and characterized using flow cytometry. To assess their role in the generation of normal microvessels, lung pericytes were mixed in fibrin gel and seeded into well-defined microcompartments together with primary endothelial cells (HUVEC). Patent microvessels covering an area of 3.1 mm2 formed within 3-5 days and were stable for up to 14 days. Soluble signals from the lung pericytes were necessary to establish perfusability, and pericytes migrated towards endothelial microvessels. Cell-cell communication in the form of adherens and tight junctions, as well as secretion of basement membrane was confirmed using transmission electron microscopy and immunocytochemistry on chip. Direct co-culture of pericytes with endothelial cells decreased the microvascular permeability by one order of magnitude from 17.8∙10-6 cm/s to 2.0∙10-6 cm/s and led to vessels with significantly smaller and less variable diameter. Upon phenylephrine administration, vasoconstriction was observed in microvessels lined with pericytes but not in endothelial microvessels only. Perfusable microvessels were also generated with human lung microvascular endothelial cells and lung pericytes. Human lung pericytes were thus shown to have a prominent influence on microvascular morphology, permeability, vasoconstriction and long-term stability in an in-vitro microvascular system. This biomimetic platform opens new possibilities to test functions and interactions of patient-derived cells in a physiologically relevant microvascular setting.

EphB1-mediated cell migration requires the phosphorylation of paxillin at Tyr-31/Tyr-118.

Interactions between Eph receptors and their membrane-bound ligands (ephrins) are of critical importance for key developmental processes such as boundary formation or vascular development. Their downstream signaling pathways are intricate and heterogeneous at several levels, the combined effect being a highly complex and flexible system. Here we demonstrate that activated EphB1 induces tyrosine phosphorylation of the focal adhesion protein paxillin at Tyr-31 and Tyr-118 and is recruited to paxillin-focal adhesion kinase (FAK) complexes. Pretreatment with the specific Src inhibitor PP2, or expression of dominant-negative, kinase-dead c-Src abrogates EphB1-induced tyrosine phosphorylation of paxillin. Cells transfected with the paxillin mutant Y31F/Y118F displayed a reduced migration in response to ephrin B2 stimulation. Furthermore, expression of an LD4 deletion mutant (paxillin DeltaLD4) significantly reduces EphB1-paxillin association, paxillin tyrosine phosphorylation, as well as EphB1-dependent cell migration. Finally, mutation of the Nck-binding site of EphB1 (Y594F) interrupts the interaction between Nck, paxillin, and EphB1. These data suggest a model in which ligand-activated EphB1 forms a signaling complex with Nck, paxillin, and focal adhesion kinase and induces tyrosine phosphorylation of paxillin in a c-Src-dependent manner to promote cell migration.

Thyroid disruption in zebrafish (Danio rerio) larvae: Different molecular response patterns lead to impaired eye development and visual functions

The vertebrate thyroid system is important for multiple developmental processes, including eye development. Thus, its environmentally induced disruption may impact important fitness-related parameters like visual capacities and behaviour. The present study investigated the relation between molecular effects of thyroid disruption and morphological and physiological changes of eye development in zebrafish (Danio rerio). Two test compounds representing different molecular modes of thyroid disruption were used: propylthiouracil (PTU), which is an enzyme-inhibitor of thyroid hormone synthesis, and tetrabromobisphenol A (TBBPA), which interacts with the thyroid hormone receptors. Both chemicals significantly altered transcript levels of thyroid system-related genes (TRα, TRβ, TPO, TSH, DIO1, DIO2 and DIO3) in a compound-specific way. Despite these different molecular response patterns, both treatments resulted in similar pathological alterations of the eyes such as reduced size, RPE cell diameter and pigmentation, which were concentration-dependent. The morphological changes translated into impaired visual performance of the larvae: the optokinetic response was significantly and concentration-dependently decreased in both treatments, together with a significant increase of light preference of PTU-treated larvae. In addition, swimming activity was impacted. This study provides first evidence that different modes of molecular action of the thyroid disruptors can be associated with uniform apical responses. Furthermore, this study is the first to show that pathological eye development, as it can be induced by exposure to thyroid disruptors, indeed translates into impaired visual capacities of zebrafish early life stages.