Dissecting cross-talk between microglia and motoneurons in ALS: signaling events and soluble factors

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Genética Molecular e Biomedicina

Unravelling the impact of microRNA on Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) pathogenesis

ALS is the most common adult neurodegenerative disease that specifically affects upper and lower neurons leading to progressive paralysis and death. There is currently no effective treatment. Thus, identification of the signaling pathways and cellular mediators of ALS remains a major challenge in the search for novel therapeutics. Recent studies have shown that noncoding RNA molecules have a significant impact on normal CNS development and on causes and progression of human neurological disorders. To investigate the hypothesis that expression of the mutant SOD1 protein, which is one of the genetic causes of ALS, may alter expression of miRNAs thereby contributing to the pathogenesis of familial ALS, we compared miRNA expression in SH-SY5Y expressing either the wild type or the SOD1 protein using small RNA deep-sequencing followed by RT-PCR validation. This strategy allowed us to find a group of up and down regulated miRNAs, which are predicted to play a role in the motorneurons physiology and pathology. The aim of my work is to understand if these modulators of gene expression may play a causative role in disease onset or progression. To this end I have checked the expression level of these misregulated miRNAs derived from RNA-deep sequencing by qPCR on cDNA derived from ALS mice models at early onset of the disease. Thus, I’m looking for the most up-regulated one even in Periferal Blood Mononuclear Cell (PBMC) of sporadic ALS patients. Furthermore I’m functionally characterizing the most up-regulated miRNAs through the validation of bioinformatic-predicted targets by analyzing endogenous targets levels after microRNA transfection and by UTR-report luciferase assays. Thereafter I’ll analyze the effect of misregulated targets on pathogenesis or progression of ALS by loss of functions or gain of functions experiments, based on the identified up/down-regulation of the specific target by miRNAs. In the end I would define the mechanisms responsible for the miRNAs level misregulation, by silencing or stimulating the signal transduction pathways putatively involved in miRNA regulation.

Early motor and electrophysiological changes in transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis and gender differences on clinical outcome

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive degenerative disorder affecting motoneurons and the SOD1(G93A) transgenic mice are widely employed to study disease physiopathology and therapeutic strategies. Despite the cellular and biochemical evidences of an early motor system dysfunction, the conventional behavioral tests do not detect early motor impairments in SOD1 mouse model. We evaluated early changes in motor behavior of ALS mice by doing the analyses of tail elevation, footprint, automatic recording of motor activities by means of an infrared motion sensor activity system and electrophysiological measurements in male and female wild-type (WT) and SOD1(G93A) mice from postnatal day (P) 20 up to endpoint. The classical evaluations of mortality, weight loss, tremor, rotometer, hanging wire and inclined plane were also employed. There was a late onset (after P90) of the impairments of classical parameters and the outcome varied between genders of ALS mice, being tremor, cumulative survival, weight loss and neurological score about 10 days earlier in male than female ALS mice and also about 20 days earlier in ALS males regarding rotarod and hanging wire performances. While diminution of hindpaw base was 10 days earlier in ALS males (P110) compared to females, the steep length decreased 40 days earlier in ALS females (P60) than ALS males. The automatic analysis of motor impairments showed substantial late changes (after P90) of motility and locomotion in the ALS females, but not in the ALS males. It was surprising that the scores of tail elevation were already decreased in ALS males and females by P40, reaching the minimal values at the endpoint. The electrophysiological analyses showed early changes of measures in the ALS mouse sciatic nerve, i.e., decreased values of amplitude (P40) and nerve conduction velocity (P20), and also an increased latency (P20) reaching maximal level of impairments at the late disease phase. The early changes were not accompanied by reductions of neuronal protein markers of neurofilament 200 and ChAT in the ventral part of the lumbar spinal cord of P20 and P60 ALS mice by means of Western blot technique, despite remarkable decreases of those protein levels in P120 ALS mice. In conclusion, early changes of motor behavior and electrophysiological parameters in ALS mouse model must be taken into attention in the analyses of disease mechanisms and therapeutic effects. (C) 2011 Published by Elsevier B.V.

Glioprotective impact of cell-permeable peptides in preclinical models of amyotrophic lateral sclerosis

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive degeneration of upper and lower motor neurons. It is mostly sporadic, but about 2% of cases are associated with mutations in the gene encoding the enzyme superoxide dismutase 1 (SOD1). A major constraint to the comprehension of the pathogenesis of ALS has been long represented by the conviction that this disorder selectively affects motor neurons in a cell-autonomous manner. However, the failure to identify the events underlying the neurodegenerative process and the increased knowledge of the complex cellular interactions necessary for the correct functioning of the CNS has recently focused the attention on the contribution to neurodegeneration of glial cells, including astrocytes. Astrocytes can hurt motor neurons directly by secreting neurotoxic factors, but they can also play a deleterious role indirectly by losing functions that are supportive for neurons. Recently, we reported that a subpopulation of astrocytes degenerates in the spinal cord of hSOD1G93A transgenic mouse model of ALS. Mechanistic studies in cultured astrocytes revealed that such effect is mediated by the excitatory amino acid glutamate.On the bsis of these observations, we next used the established cell culture model as a tool to screen the glioprotective effect of innovative drugs, namely cell-permeable therapeutics. These consist of peptidic effector moieties coupled to the selective intracellular peptide transporter TAT protein. We initially validated the usefulness of these molecules demonstrating that a control fluorescent peptide enters astrocytes in culture and is retained within the cells up to 24-48 h, according to the timing of our cytotoxicity experiments. We then tested the impact of specific intracellular peptides with antiapoptotic properties on glutamate-treated hSOD1G93A- expressing astrocytes and we identified one molecule that protects the cells from death. Chronic treatment of ALS mice with this peptide had a positive impact on the outcome of the disease.

The involvement of miRNA Dysregulation in Amyotrophic Lateral Sclerosis

ALS is a neurodegenerative disease that specifically affects upper and lower motor neurons leading to progressive paralysis and death. There is currently no effective treatment. Thus, identification of the signaling pathways and cellular mediators of ALS remains a major challenge in the search for novel therapeutic approaches. Recent studies have shown that non-coding RNAs have a significant impact on normal CNS development and onset and progression of neurological disorders. Based on this evidence we specifically test the hypothesis that misregulation of miRNA expression is a common feature in familiar ALS. Hence, we are exploiting human neuroblastoma cell lines either expressing the SOD1(G93A) mutation or depleted from Fused in Sarcoma (FUS) as tools to investigate the role of miRNAs in familiar ALS. To this end we performed a genome-wide scale miRNA expression on these cells, using whole-genome small RNA deep-sequencing followed by quantitative real time validation (qPCR). This strategy allowed us to find a group of dysregulated miRNAs, which are predicted to play a role in the motorneurons physiology and pathology. We verified our data on cDNA derived from SOD1-ALS mice models at early stage of the disease and on cDNA derived from lymphocytes from a small group of ALS patients. In the future, we plan to define the mechanisms responsible for the miRNA dysregulation, by silencing or stimulating the signal transduction pathways putatively involved in miRNA expression and regulation.

Caspase-1 is activated in neural cells and tissue with amyotrophic lateral sclerosis-associated mutations in copper-zinc superoxide dismutase

The mechanism by which mutations in the superoxide dismutase (SOD1) gene cause motor neuron degeneration in familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is unknown. Recent reports that neuronal death in SOD1-familial ALS is apoptotic have not documented activation of cell death genes. We present evidence that the enzyme caspase-1 is activated in neurons expressing mutant SOD1 protein. Proteolytic processing characteristic of caspase-1 activation is seen both in spinal cords of transgenic ALS mice and neurally differentiated neuroblastoma (line N2a) cells with SOD1 mutations. This activation of caspase-1 is enhanced by oxidative challenge (xanthine/xanthine oxidase), which triggers cleavage and secretion of the interleukin 1β converting enzyme substrate, pro-interleukin 1β, and induces apoptosis. This N2a culture system should be an instructive in vitro model for further investigation of the proapoptotic properties of mutant SOD1.

Glia-Motoneuron dialogue in ALS onset and progression in SOD1G93A-mice model

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease characterized by the pro-gressive loss of motoneurons (MN). Increasing evidence points glial cells as key players for ALS onset and progression. Indeed, MN-glia signalling pathways involving either neuroprotection or inflammation are likely to be altered in ALS. We aimed to study the molecules related with glial function and/or reactivity by evaluating glial markers and hemichannels, mainly present in astrocytes. We also studied molecules involved in mi-croglia-MN dialogue (CXCR3/CCL21; CX3CR1/CX3CL1; MFG-E8), as well as proliferation (Ki-67) and inflammatory-related molecules (TLR2/4, NLRP3; IL-18) and alarming/calming signals (HMGB1/autotaxin). We used lumbar spinal cord (SC) homogenates from mice expressing a mutant human-SOD1 protein (mSOD1) at presymptomatic and late-symptomatic ALS stages. SJL (WT) mice at same ages were used as controls. We observed decreased expression of genes associated with astrocytic (GFAP and S100B) and microglial (CD11b) markers in mSOD1 at the presymptomatic phase, as well as diminished levels of gap junction components pannexin1 and connexin43 and expression of Ki-67 and decreased autotax-in. In addition, microglial-MN communication was negatively affected in mSOD1 mice as well as in-flammatory response. Interestingly, we observed astrocytic (S100B) and microglial (CD11b) reactivity, increased proliferation (Ki-67) and increased autotaxin expression in symptomatic mSOD1 mice. In-creased MN-microglial dialogue (CXCR3/CCL21; CX3CR1/CX3CL1; MFG-E8) and hemichannel activ-ity, namely connexin43 and pannexin1, were also observed in mSOD1 at the symptomatic phase, along with an elevated inflammatory response as indicated by increased levels of HMGB1 and NLRP3. Our results suggest that decreased autotaxin expression is a feature of the presymptomatic stage, and precede the network of pro-inflammatory-related symptomatic determinants, including HMGB1, CCL21, CX3CL1, and NLRP3. The identification of the molecules and signaling pathways that are dif-ferentially activated along ALS progression will contribute for a better design of therapeutic strategies for disease onset and progression.

Calreticulin levels determine onset of early muscle denervation by fast motoneurons of ALS model mice.

Although the precise signaling mechanisms underlying the vulnerability of some sub-populations of motoneurons in ALS remain unclear, critical factors such as metallo-proteinase 9 expression, neuronal activity and endoplasmic reticulum stress have been shown to be involved. In the context of SOD1(G93A) ALS mouse model, we previously showed that a two-fold decrease in calreticulin (CRT) is occurring in the vulnerable fast motoneurons. Here, we asked to which extent the decrease in CRT levels was causative to muscle denervation and/or motoneuron degeneration. Toward this goal, a hemizygous deletion of the crt gene in SOD1(G93A) mice was generated since the complete ablation of crt is embryonic lethal. We observed that SOD1(G93A);crt(+/-) mice display increased and earlier muscle weakness and muscle denervation compared to SOD1(G93A) mice. While CRT reduction in motoneurons leads to a strong upregulation of two factors important in motoneuron dysfunction, ER stress and mTOR activation, it does not aggravate motoneuron death. Our results underline a prevalent role for CRT levels in the early phase of muscle denervation and support CRT regulation as a potential therapeutic approach.

Multiple Intravenous Administrations of Human Umbilical Cord Blood Cells Benefit in a Mouse Model of ALS

Background: A promising therapeutic strategy for amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the use of cell-based therapies that can protect motor neurons and thereby retard disease progression. We recently showed that a single large dose (25x10(6) cells) of mononuclear cells from human umbilical cord blood (MNC hUCB) administered intravenously to pre-symptomatic G93A SOD1 mice is optimal in delaying disease progression and increasing lifespan. However, this single high cell dose is impractical for clinical use. The aim of the present pre-clinical translation study was therefore to evaluate the effects of multiple low dose systemic injections of MNC hUCB cell into G93A SOD1 mice at different disease stages. Methodology/Principal Findings: Mice received weekly intravenous injections of MNC hUCB or media. Symptomatic mice received 10(6) or 2.5x10(6) cells from 13 weeks of age. A third, pre-symptomatic, group received 10(6) cells from 9 weeks of age. Control groups were media-injected G93A and mice carrying the normal hSOD1 gene. Motor function tests and various assays determined cell effects. Administered cell distribution, motor neuron counts, and glial cell densities were analyzed in mouse spinal cords. Results showed that mice receiving 10(6) cells pre-symptomatically or 2.5x10(6) cells symptomatically significantly delayed functional deterioration, increased lifespan and had higher motor neuron counts than media mice. Astrocytes and microglia were significantly reduced in all cell-treated groups. Conclusions/Significance: These results demonstrate that multiple injections of MNC hUCB cells, even beginning at the symptomatic disease stage, could benefit disease outcomes by protecting motor neurons from inflammatory effectors. This multiple cell infusion approach may promote future clinical studies.

Impaired blood-brain/spinal cord barrier in ALS patients

Vascular pathology, including blood-brain/spinal cord barrier (BBB/BSCB) alterations, has recently been recognized as a key factor possibly aggravating motor neuron damage, identifying a neurovascular disease signature for ALS. However, BBB/BSCB competence in sporadic ALS (SALS) is still undetermined. In this study, BBB/BSCB integrity in postmortem gray and white matter of medulla and spinal cord tissue from SALS patients and controls was investigated. Major findings include (1) endothelial cell damage and pericyte degeneration, (2) severe intra- and extracellular edema, (3) reduced CD31 and CD105 expressions in endothelium, (4) significant accumulation of perivascular collagen IV, and fibrin deposits (5) significantly increased microvascular density in lumbar spinal cord, (6) IgG microvascular leakage, (7) reduced tight junction and adhesion protein expressions. Microvascular barrier abnormalities determined in gray and white matter of the medulla, cervical, and lumbar spinal cord of SALS patients are novel findings. Pervasive barrier damage discovered in ALS may have implications for disease pathogenesis and progression, as well as for uncovering novel therapeutic targets. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Endogene DNA-Schädigung als Ursache genetischer Instabilität

Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt Untersuchungen über die zellulären Mechanismen, die zur Bildung dieser DNA-Schäden führen, sowie über die biologischen Auswirkungen dieser Schäden. Die Untersuchungen zu Uracil in der DNA wurden in ung-knockout-MEFs und Mäusen durchgeführt, die es erlauben, die Konsequenzen eines Ausfalls der wichtigsten Reparaturglykosylase für Uracil zu beleuchten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation von Uracil in den ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zum Wildtyp. In frisch isolierten Leber- und Milzzellen der Mäuse konnte dieser genotypspezifische Unterschied, wenn auch weniger ausgeprägt, ebenso beobachtet werden, nicht jedoch in reifen Spermien. Dieser gewebespezifische Unterschied und die quantitativ stärker ausgeprägte Akkumulation in ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zu den Mäusegeweben gab Anlass zur Vermutung, dass die Proliferation der Zellen für den Haupteintrag an Uracil in die DNA verantwortlich ist. Erstmals konnte in Versuche mit konfluenten (nicht mehr proliferierenden) ung-/--Mausfibroblasten gezeigt werden, dass nicht die spontane hydrolytische Desaminierung von Cytosin, sondern der Fehleinbau von dUMP während der DNA-Replikation die Hauptquelle für Uracil in der DNA von Säugerzellen darstellt. Da der Uracilmetabolismus ein wichtiges Target in der Chemotherapie ist, lag es nahe, das zur Verfügung stehende ung-knockout-Modell der MEFs zur Untersuchung mit Fluorpyrimidinen, die als Zytostatika verwendet werden, einzusetzen. Da bisher die Ursachen der beobachteten Apoptose der Tumorzellen und aller anderen metabolisch hochaktiven Zellen eines behandelten Organismus noch nicht vollständig verstanden ist, wurden diese Zellen mit verschiedenen Fluorpyrimidinen behandelt, die als Thymidylatsynthasehemmer die de novo Synthese von Thymidin unterbinden. Es konnte gezeigt werden, dass ung-/- Mausfibroblasten, im Gegensatz zu ung+/+ Mausfibroblasten, verstärkt Uracil in der DNA akkumulieren. Obwohl die ung+/+ Mausfibroblasten keine erhöhten Uracil-Spiegel in der DNA aufwiesen, zeigten sie bei Inkubation mit einem der beiden Thymidylatsynthasehemmern, 5-Fluoruracil (5-FU), die gleiche Sensitivität in einem nachfolgenden Proliferationsversuch wie die ung-/- Mausfibroblasten. Dies lässt darauf schließen, dass weder Reparatur noch Einbau von Uracil in die DNA für die beobachtete Toxizität dieser Zytostatika notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung des DNA-schädigenden Potenzials endogener ROS, die aus dem Fremdstoffmetabolismus stammen. Dazu wurden V79-Zellen verwendet, die mit dem humanen Enzym Cytochrom 2E1 (CYP2E1) transfiziert wurden (V79 CYP2E1) sowie Zellen, die ebenfalls durch Transfektion das humane Enzym Cytochromreduktase (auch Oxidoreduktase genannt) überexprimieren (V79 hOR). Beide Enzyme sind zusammen an der Hydroxylierung von Fremdstoffen beteiligt, bei der die Reduktion von molekularem Sauerstoff durch Übertragung von zwei Elektronen notwendig ist. Wird anstatt zweier Elektronen in Folge nur eines auf den Sauerstoff übertragen, so führt dieser von der Substratoxygenierung enkoppelte Vorgang zur Bildung von Superoxid. Daher galt es zu klären, ob das so erzeugte Superoxid und daraus gebildete ROS in der Lage sind, die DNA zu schädigen. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von CYP2E1 nicht zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden führt und die Metabolisierung von Ethanol durch dieses Enzym ebenfalls keine DNA-Modifikationen verursacht. Die Überexpression der Cytochromreduktase hingegen führte gegenüber dem Wildtyp zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer Basenmodifikationen nach Depletion von Glutathion, einem wichtigen zellulären Antioxidans. Im Mikrokerntest, der gentoxische Ereignisse wie Chromosomenbrüche in Zellen aufzeigt, zeigte sich schon ohne Glutathion-Depletion eine doppelt so hohe Mikrokernrate im Vergleich zum Wildtyp. In weiteren Versuchen wurden die V79-hOR-Zellen mit dem chinoiden Redoxcycler Durochinon inkubiert, um zu untersuchen, ob das vermutlich durch die Reduktase vermittelte Redoxcycling über Generierung von ROS in der Lage ist, einen oxidativen DNA-Schaden und Toxizität zu verursachen. Hier zeigte sich, dass die Überexpression der Reduktase Voraussetzung für Toxizität und den beobachteten DNA-Schaden ist. Die Wildtyp-Zellen zeigten weder einen DNA-Schaden noch Zytotoxizität, auch eine zusätzliche Glutathion-Depletion änderte nichts an dem Befund. Die V79-hOR-Zellen hingegen reagierten auf die Inkubation mit Durochinon mit einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Einzelstrangbrüche und oxidativen Basenmodifikationen, wobei sich der DNA-Schaden durch vorherige Glutathion-Depletion verdoppeln ließ.

Tetracycline-inducible RNAi Knockdown of SCL (Stem Cell Leukaemia) in Mice

RNAi (RNA interference) is a powerful technology for sequence-specific targeting of mRNAs. This thesis was aimed at establishing conditions for conditional RNAi-mediated silencing first in vitro and subsequently also in transgenic mice. As a target the basic helix-loop-helix transcription factor encoding gene SCL (stem cell leukaemia also known as Tal-1 or TCL5) was used. SCL is a key regulator for haematopoietic development and ectopic expression of SCL is correlated with acute T-lymphoblastic leukaemias. Loss of SCL function studies demonstrated that ab initio deletion of SCL resulted in embryonic lethality around day E9 in gestation. To be able to conditionally inactivate SCL, RNAi technology was combined with the tetracycline-dependent regulatory system. This strategy allowed to exogenously control the induction of RNAi in a reversible fashion and consequently the generation of a completely switchable RNAi knockdown. First a suitable vector allowing for co-expression of tetracycline-controlled shRNAs (small hairpin RNAs) and constitutively active EGFP (enhanced green fluorescent protein) was generated. This novel vector, pRNAi-EGFP, was then evaluated for EGFP expression and tetracycline-mediated expression of shRNAs. Four sequences targeting different regions within the SCL mRNA were tested for their efficiency to specifically knockdown SCL. These experiments were performed in M1 murine leukaemia cells and subsequently in the HEK 293 cell line, expressing an engineered HA-tagged SCL protein. The second assay provided a solid experimental method for determining the efficiency of different SCL-siRNA knockdown constructs in tissue culture. Western blotting analyses revealed a down regulation of SCL protein for all four tested SCL-specific target sequences albeit with different knockdown efficiencies (between 25% and 100%). Furthermore, stringent tetracycline-dependent switchability of shRNA expression was confirmed by co-transfecting the SCL-specific pRNAi-EGFP vector (SCL-siRNA) together with the HA-tagged SCL expression plasmid into the HEK 293TR /T-REx cell line constitutively expressing the tetracycline repressor (TetR). These series of experiments demonstrated tight regulation of siRNA expression without background activity. To be able to control the SCL knockdown in vivo and especially to circumvent any possible embryonic lethality a transgenic mouse line with general expression of a tetracycline repressor was needed. Two alternative methods were used to generate TetR mice. The first approach was to co-inject the tetracycline-regulated RNAi vector together with a commercially available and here specifically modified T-REx expression vector (SCL-siRNA T-REx FRT LoxP mouse line). The second method involved the generation of a TetR expressor mouse line, which was then used for donating TetR-positive oocytes for pronuclear injection of the RNAi vector (SCL-siRNA T-REx mouse line). As expected, and in agreement with data from conditional Cre-controlled adult SCL knockout mice, post-transcriptional silencing of SCL by RNAi caused a shift in the maturation of red blood cell populations. This was shown in the bone marrow and peripheral blood by FACS analysis with the red blood cell-specific TER119 and CD71 markers which can be used to define erythrocyte differentiation (Lodish plot technique). In conclusion this study established conditions for effective SCL RNAi-mediated silencing in vitro and in vivo providing an important tool for further investigations into the role of SCL and, more generally, of its in vivo function in haematopoiesis and leukaemia. Most importantly, the here acquired knowledge will now allow the establishment of other completely conditional and reversible knockdown phenotypes in mice.

Die kutane murine Mastzelle als Initiator angeborener und adaptiver Immunreaktionen der Haut

Für lange Zeit wurde die Mastzelle nur als Effektorzelle im Rahmen von Erkrankungen des atopischen Formenkreises gesehen. Erst lange Zeit nach ihrer ersten Beschreibung konnte gezeigt werden, dass die Mastzelle einen wichtigen Beitrag zur Abwehr von Pathogenen leistet. Dies wird vor allem durch Wege der alternativen Mastzellaktivierung, z.B. über Toll- like Rezeptoren, ermöglicht. In dieser Arbeit sollte daher zunächst die mögliche Funktion der Mastzelle bei der durch den synthetischen TLR7- Liganden Imiquimod induzierten Entzündungsreaktion der Haut und der Auswanderung von Langerhans Zellen in einem Mausmodell untersucht werden. Beide Reaktion waren dabei von Mastzellen abhängig sind. Für die frühe und schnelle Induktion der Entzündungsreaktion zeigten sich vor allem die Mastzellcytokine IL-1 und TNF-α verantwortlich. Bei der Auswanderung der Langerhans Zellen hingegen spielt das Mastzell-IL1 eine entscheidende Rolle. Imiquimod wurde in Form der Creme Aldara bereits erfolgreich zur transkutanen Immunisierung (TCI) in Mausversuchen verwendet. Da die oben beschriebenen Reaktionen, welche durch Imiquimod vermittelt werden, eine deutliche Abhängigkeit von Mastzellen zeigten, sollte nun auch die Funktion der Mastzelle bei der Entstehung einer adaptiven Immunantwort am Modell der transkutanen Immunisierung untersucht werden. Der Immunisierungserfolg und damit die Entstehung einer adaptiven Immunantwort konnte auch hier auf die Anwesenheit von Mastzellen zurückgeführt werden. Mastzellen können somit als ein weiteres wichtiges Bindeglied zwischen angeborener und erworbener Immunität gesehen werden und können so einen entscheidenden Einfluß auf die Entstehung einer adaptiven Immunantwort nehmen.

Die eNOS als ein therapeutisches Zielmolekül kardiovaskulärer Erkrankungen

Die endotheliale NO-Synthase (eNOS) erfüllt – solange sie funktionell ist – vasoprotektive und anti-atherosklerotische Funktionen im kardiovaskulären System. So stellt die eNOS ein therapeutisches Zielmolekül kardiovaskulärer Erkrankungen dar. Unter pathophysiologischen Bedingungen wurden Hinweise auf eine „eNOS-Entkopplung“, d.h. die NOS-katalysierte Produktion von reaktiven Sauerstoff-Spezies, gefunden. Wir haben in den letzten Jahren Substanzen identifiziert, die die eNOS-Expression steigern, aber auch gleichzeitig die eNOS-Entkopplung revertieren können. Midostaurin z.B. korrigierte einerseits die eNOS-Entkopplung durch Unterdrückung der Expression der vaskulären NADPH-Oxidasen und erhöhte andererseits die eNOS-Expression im Gefäß-Endothel. Kombination dieser beiden Wirkungen führte zur Relaxation der Widerstandsgefäße in atherosklerotischen Mäusen und zur Blutdrucksenkung in spontan-hypertensiven Ratten. So scheint es eine praktikable Strategie für kardiovaskuläre Erkrankungen zu sein, die eNOS-Expression zu steigern und gleichzeitig die eNOS-Entkopplung zu verhindern bzw. eine bereits bestehende eNOS-Entkopplung zu revertieren.

Die Leber als Latenzort des murinen Cytomegalovirus: Identifizierung und Charakterisierung des latent infizierten Zelltyps

Die Untersuchungen der murinen Cytomegalovirus (mCMV) Infektion im BALB/c Mausmodell konzentrierten sich bislang auf die Lunge, da diese einen Hauptort der mCMV Latenz darstellt. Da latentes CMV auch häufig durch Lebertransplantationen übertragen wird, wurde in dieser Arbeit die Leber als ein weiteres medizinisch relevantes Organ der CMV Latenz und Reaktivierung untersucht. Um zunächst die zellulären Orte der mCMV Latenz in der Leber zu ermitteln, wurden verschiedengeschlechtliche Knochenmarktransplantationen (KMT) mit männlichen tdy-positiven Spendern und weiblichen, tdy-negativen Empfängern, mit anschließender mCMV Infektion durchgeführt, um latent infizierte Mäuse mit geschlechtschromosomalem Chimärismus zu generieren. Diese Chimären erlaubten eine Unterscheidung zwischen tdy-positiven Zellen hämatopoetischen Ursprungs und tdy-negativen stromalen und parenchymalen Gewebszellen. Die Separation von Leberzellen der Chimären mittels zentrifugaler Elutriation und anschließender DNA Quantifizierung viraler und zellulärer Genome durch eine quantitative real-time PCR ergab einen ersten Hinweis, dass Endothelzellen ein zellulärer Ort der mCMV Latenz sind. Die darauf folgende immunomagnetische Zelltrennung lokalisierte latente virale DNA in der CD31-positiven Zellfraktion. Die Koexpression von CD31 mit dem endothelzellspezifischen Oberflächenmarker ME-9F1 identifizierte die sinusoidalen Endothelzellen der Leber (LSEC) als die Zellen, die latente virale DNA beherbergen. In den zytofluorometrisch aufgereinigten CD31+/ME-9F1+ LSEC waren bei gleichzeitigem Rückgang der männlichen tdy Markergene virale Genome angereichert, was darauf hinwies, dass Zellen, die virale DNA enthalten, vom Knochenmark-Empfänger stammen. Durch zytofluorometrische Analysen isolierter LSEC konnte eine vom Spender abstammende Subpopulation MHCII+/CD11b+ LSEC identifiziert werden. Anschließende Quantifizierungen viraler DNA aus latent infizierten Mäusen detektierten eine Abnahme viraler Genome mit zunehmender Menge an tdy-positiven Zellen, was beweist, dass MHCII+/CD11b+ LSEC keinen Ort der mCMV Latenz darstellen. Die limiting dilution Untersuchungen der isolierten latent infizierten LSEC ergaben eine Frequenz von einer latent infizierten Zelle unter ~1,9x104 LSEC und eine Anzahl von 7 bis 19 viralen Genomen pro latent infizierter Zelle. Nach 24 Stunden Kultivierung der LSEC konnte mittels quantitativer real-time RT-PCR mit Gesamt-RNA aus LSEC ein Anstieg der Genexpression der immediate early Gene ie1 und ie3 sowie eine Induktion des early Gens e1 gezeigt werden. Eine Erhöhung der transkriptionellen Reaktivierung durch die Inkubation der LSEC mit unterschiedlichen HDAC Inhibitoren konnte allerdings nicht erzielt werden, da sowohl die Menge der isolierten RNA aus behandelten Kulturen, als auch die Anzahl viraler Transkripte im Vergleich zu den unbehandelten Kulturen erniedrigt war. Aufgrund der kurzen Lebensdauer isolierter LSEC in vitro konnte durch Kokultivierungen latent infizierter LSEC zusammen mit murinen embryonalen Fibroblasten keine Virusreaktivierung induziert werden. Im Gegensatz dazu wurden durch den Transfer gereinigter ME-9F1+/CD31+ LSEC aus latent infizierten Spendern in immunsupprimierte Empfänger virale Rekurrenzen in Lungenexplantatkulturen des Rezipienten detektiert. Damit konnten LSEC eindeutig als zellulärer Ort von mCMV Latenz und Reaktivierung in der Leber identifiziert werden.