TY  - THES
A1  - Fusi, Lorenza
T1  - Crosstalk between the MEK5/ERK5 and PKB/FoxO pathways: underlying mechanism and its relevance for vasoprotection and tumorigenesis
T1  - Interaktion zwischen dem MEK5/ERK5-Signalweg und der PKB/FoxO Signalkaskade: zugrunde liegender Mechanismus und seine Relevanz für Gefäßerhalt und Tumorgenese
N2  - Forkhead box O transcription factors are a family of proteins involved in cellular processes downstream of the Insulin-PI3K-PKB pathway. In response to extra- or intracellular stresses, for example starvation or oxidative stress, FoxOs are required to direct cell cycle progression and apoptosis. In endothelial cells, they induce apoptosis, and their deregulation is linked to diseases involving the insulin pathway, such as diabetes. FoxOs also exhibit a complex role in tumour transformation: here their main function is to suppress tumorigenesis. In both physiological and cancer contexts, FoxO activation leads to the transcription of some general targets, such as p27kip1 or IGFBP1. The FoxOs can also induce tissue-specific genes, as ANGPT2 and BIM in the endothelium.
In endothelial cells, another pathway with a pivotal function is the MEK5/ERK5 MAPK signalling way. Its activation promotes cell survival and proliferation in stressful conditions, e.g., when blood vessels are exposed to the shear forces exerted by the blood stream. Furthermore, recent data described ERK5 as a kinase directing tumour resistance upon therapy-induced stress.
Comparing their reported roles in various tumours and in the endothelium, FoxO proteins and the MEK5/ERK5 MAPK cascade appear to exert opposite functions. First non-published data confirmed the hypothesis that FoxO factors are subject to a negative modulation by the MEK5/ERK5 pathway. Hence, one goal of this PhD project was to further characterise this crosstalk at molecular level. The major mechanism of FoxO regulation is the balance among several post translational modifications, such as phosphorylation, acetylation, and ubiquitination. Most importantly, the PKB dependent phosphorylation of FoxOs negatively controls their activity, and it is critical for their subcellular localization. Therefore, the regulation of FoxO localization as mechanism of ERK5 dependent suppression was studied, but the results presented in this thesis argue against this hypothesis. However, additional experiments are required to explore the impact of ERK5 activity on FoxO post-translational modifications.
FoxO activity can also be modulated by the interaction with other proteins, which in turn could explain general- and tissue-specific gene expression. Thus, another objective of this work was to investigate FoxO3-interactome in endothelial cells and the impact of MEK5/ERK5 activation on it. As published in (Fusi et al. 2022) and presented here, this analysis unveiled TRRAP as new FoxO bound protein in several cell types. Moreover, the interaction did not rely on the capacity of the FoxOs to bind their consensus DNA sequences at the promoter of target genes. Functional data demonstrated that TRRAP is required for FoxO-dependent gene transcription in endothelial and osteosarcoma cells. In addition, TRRAP expression in the endothelium is important for FoxO induced apoptosis. In summary, the interaction between FoxO factors and TRRAP revealed a new regulatory mechanism of FoxO-dependent gene transcription. It remains to be analysed whether the MEK5/ERK5 cascade may exert its suppressive effect on FoxO activity by interfering with their binding to TRRAP and whether such a mechanism may be relevant for tumorigenesis.
N2  - Forkhead-Box-O-Proteine sind eine Familie von Transkriptionsfaktoren, die an verschiedenen zellulären Prozessen stromabwärts des Insulin-PI3K-PKB-Signalwegs beteiligt sind. Als Reaktion auf extra- oder intrazelluläre Stressfaktoren, wie Wachstumsfaktorentzug oder oxidativen Stress, werden die FoxOs benötigt, um Zellzyklusprogression und Apoptose zu regulieren. In Endothelzellen induzieren sie Apoptose und ihre Fehlregulation ist mit Krankheiten, bei denen der Insulinsignalweg involviert ist, wie etwa Diabetes mellitus, verbunden. FoxOs spielen auch eine komplexe Rolle bei der Tumortransformation: Hier besteht ihre Hauptfunktion darin, die Tumorentstehung zu unterdrücken. Sowohl im physiologischen als auch im Kontext von Krebs führt die FoxO-Aktivierung zur Transkription verschiedener allgemeiner Zielgene, wie p27kip1, BIM oder IGFBP1. Die FoxOs können aber auch gewebespezifische Gene, wie zum Beispiel ANGPT2 im Endothel, induzieren.
Ein weiterer Signalweg mit wichtiger Funktion in Endothelzellen ist der MEK5/ERK5-MAPK Signalweg. Seine Aktivierung fördert das Überleben und Wachstum von Zellen unter Stressbedingungen, wie z. B. wenn Blutgefäße durch den Blutstrom Schubspannungskräften ausgesetzt sind. Darüber hinaus zeigen neuere Daten, dass ERK5 auch an der Tumorresistenzentwicklung unter therapieinduziertem Stress beteiligt ist.
Ein Vergleich der bekannten Rolle beider Signalwege im Endothel und bei der Tumorgenese, impliziert eine mutmaßlich gegensätzliche Funktion von FoxO Proteinen und der MEK5/ERK5-MAPK Kaskade. Erste unveröffentlichte Daten stützen die Hypothese, dass FoxO Faktoren einer Negativregulation durch MEK5/ERK5 unterliegen. Ein Ziel dieses Promotionsprojekts, war es daher diesen Zusammenhang auf molekularer Ebene näher zu charakterisieren. Die FoxO-Regulierung ist primär das Zusammenspiel mehrerer posttranslationaler Modifikationen wie Phosphorylierung, Acetylierung und Ubiquitinierung. Der wichtigste Regulationsmechanismus ist dabei die inhibitorische Phosphorylierung durch die Kinase PKB, welche die transkriptionelle FoxO-Aktivität hemmt und deren subzelluläre Lokalisierung ins Zytoplama fördert. Daher wurde zunächst der Einfluss von ERK5 auf die FoxO-Lokalisierung untersucht. Die Daten dieser Arbeit sprechen gegen einen Einfluss von der ERK5 Aktivität auf FoxO Lokalisation, doch sind zusätzliche Experimente erforderlich, um dessen Wirkung auf das Muster der posttranslationalen Modifikation der FoxOs zu klären.
FoxO-Aktivität kann auch durch die Interaktion mit anderen Proteinen moduliert werden, die wiederum auch die allgemeine und gewebespezifische Genexpression steuern könnten. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es daher, das FoxO3-Interaktom in Endothelzellen und den Einfluss forcierter MEK5/ERK5-Aktivierung darauf zu untersuchen. Wie in (Fusi et al. 2022) gezeigt und hier vorgestellt, führte diese Analyse zur Identifikation von TRRAP als neuem generellen FoxO Bindepartner. Die zelltypunabhängige Interaktion beider Proteine beruhte dabei nicht auf der Fähigkeit der FoxOs direkt an ihre Konsensus-DNA-Sequenzen in den Promotoren ihrer Zielgene zu binden. Funktionelle Daten zeigten nachfolgend, dass TRRAP entscheidend zur FoxO abhängigen Gentranskription in Endothel- und Osteosarkomzellen beiträgt. Darüber hinaus ist TRRAP im Endothel für die effiziente Apoptoseinduktion durch FoxOs wichtig. Zusammenfassend offenbarte die Interaktion zwischen FoxO-Faktoren und TRRAP einen neuen Regulationsmechanismus der FoxO-abhängigen Gentranskription. Es bleibt zu prüfen, ob die MEK5/ERK5 Kaskade FoxOs dadurch hemmt, dass sie die Bindungsfähigkeit von FoxO an TRRAP stört, und ob die beobachtete FoxO-TRRAP Interaktion auch im Kontext der Tumorgenese von Bedeutung ist.
KW  - Endothel
KW  - MAP-Kinase
KW  - Apoptosis
KW  - FoxO transcription factors
KW  - MEK5/ERK5 cascade
KW  - TRRAP
KW  - Crosstalk
KW  - Forkhead-Box-Proteine
KW  - Endothelium
KW  - Forkhead Transcription Factors
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-296769
ER  - 
TY  - THES
A1  - Knop, Juna-Lisa
T1  - Untersuchungen zur Bedeutung von Spaltprodukten des vaskulär endothelialen (VE-) Cadherin als Auslöser für die Schrankenstörung des Gefäßendothels
T1  - Characterisation of the endothelial barrier-disruptive effects of soluble vascular endothelial (sVE-) cadherin
N2  - Ein Schlüsselereignis, welches dem prognosebestimmenden Organversagen bei systemi-schen Entzündungsprozessen und Sepsis vorangeht, ist die Entwicklung einer mikrovas-kulären endothelialen Schrankenstörung. Das vaskuläre endotheliale (VE-) Cadherin als mechanischer Stabilisator der Endothelbarriere spielt dabei eine wichtige Rolle. In der Inflammation werden Spaltprodukte von VE-Cadherin (sVE-Cadherin) gebildet. Ge-genstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Hypothese ob diese Spalt-produkte selbst an der Störung der endothelialen Barrierefunktion beteiligt sind. 
Es wurde hierfür humanes sVE-Cadherin bestehend aus den extrazellulären Domänen EC1-5 (sVE-CadherinEC1-5) generiert. In Messungen des transendothelialen elektrischen Widerstands (TER), mit Immunfluoreszenzfärbungen und Western Blot Analysen wird gezeigt, dass sVE-Cadherin dosisabhängig die Barriere Integrität in primären humanen dermalen Endothelzellen stört. Dies führt zu einer Reduktion von VE-Cadherin und den assoziierten Proteinen α-, γ- und δ-Catenin und ZO-1, die nach der Applikation von sVE-Cadherin an den Zellgrenzen reduziert sind. Die Interaktion zwischen VE-PTP und VE-Cadherin wird durch sVE-CadherinEC1-5 reduziert. Durch pharmakologische Hem-mung der Phosphataseaktivität von VE-PTP mittels AKB9778 wird der durch sVE-CadherinEC1-5-induzierte Verlust der Endothelbarriere aufgehoben. Dagegen zeigt die direkte Aktivierung von Tie-2 mittels Angiopoetin-1 keinen protektiven Effekt auf die durch sVE-CadherinEC1-5 gestörte Endothelbarriere. Weitere Analysen zeigen eine erhöh-te Expression von GEF-H1 durch sVE-CadherinEC1-5. Diese ist ebenfalls durch AKB9778 hemmbar. 
Zusätzlich zu diesen Untersuchungen wurden die Konstrukte EC1-4 und EC3-5 in ver-schiedene Vektoren kloniert, um zu bestimmen, ob die extrazelluläre Domäne 5 von VE-Cadherin die dominante Rolle bei den sVE-Cadherin-vermittelten Effekten spielt. 
Zusammenfassend zeigen diese Untersuchungen zum ersten Mal, dass sVE-CadherinEC1-5 unabhängig von proinflammatorischen Auslösern über die Aktivierung des VE-PTP/RhoA-Signalweges den Zusammenbruch der Endothelbarriere mitversursacht. Dies stellt einen neuen pathophysiologischer Mechanismus dar, der zum Gesamtverständnis der entzündungsinduzierten Barriereveränderungen des Endothels beiträgt.
N2  - A key prognostic event preceding organ failure in sepsis and systemic inflammatory pro-cesses is dysfunction of the microvascular endothelial barrier. The transmembrane pro-tein vascular endothelial (VE-) cadherin is an important prerequisite to stabilize endothe-lial barrier. VE-cadherin is cleaved under inflammatory conditions which results in the release of soluble VE-cadherin (sVE-cadherin). The main hypothesis of this thesis is to investigate whether sVE-cadherin itself directly disrupts the endothelial barrier in the absence of proinflammatory stimuli.
Human sVE-cadherin consisting of extracellular domains EC1-5 (sVE-cadherinEC1-5) was generated and applied onto primary human dermal endothelial cells (HDMECs) for structural and functional analysis. Measurements of transendothelial electrical resistance (TER) and 4 kDa FITC-dectran flux revealed that sVE-cadherinEC1-5 dose-dependently disrupts endothelial barrier integrity. This was confirmed by immunostaining and im-munoblotting analysis which showed that sVE-cadherinEC1-5 treatment reduced overall levels of VE-cadherin and the associated proteins α-, γ- and δ-catenin and ZO-1 as well as their distribution at the cell border of HDMECs. sVE-cadherinEC1-5 treatment reduced the interaction between the phosphatase VE-PTP and VE-cadherin. Accordingly, phar-macological inhibition of VE-PTP using AKB9778 reversed sVE-cadherinEC1-5-induced endothelial barrier loss. Further analysis showed that the increased expression of GEF-H1 by sVE-cadherinEC1-5 is also attenuated by AKB9778. In addition to these studies, the constructs EC1-4 and EC3-5 were cloned into different vectors to determine wheth-er the extracellular domain 5 of VE-cadherin plays the dominant role in sVE-cadherin-mediated effects.
In summary, these studies show for the first time that sVE-cadherinEC1-5 actively con-tributes to breakdown of the endothelial barrier independently of proinflammatory stim-uli via activation of the VE-PTP/RhoA signaling pathway. This represents a new patho-physiological mechanism that adds to the understanding of inflammation-induced endo-thelial barrier changes.
KW  - Endothel
KW  - Sepsis
KW  - Cadherine
KW  - Proteintyrosinphosphatase
KW  - Rho-Kinasen
KW  - VE-Cadherin
KW  - VE-PTP
KW  - RhoA
KW  - ve-cadherin
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-344687
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kleefeldt, Florian
T1  - Einfluss von CEACAM1 auf die endotheliale Funktion
T1  - Influence of CEACAM1 on endothelial function
N2  - Dem Endothel, welches die luminale Oberfläche aller Blutgefäße auskleidet, kommt eine wichtige Barrierefunktion zwischen Blut und Gewebe zu. Nur durch eine bedarfsgerechte Justierung dieser Barriere, die den Durchtritt von Molekülen und Zellen reguliert, kann die Gewebehomöostase aufrechterhalten werden. Dabei ist das Endothel nicht nur passive Barriere, sondern auch an dieser dynamischen Regulation aktiv beteiligt. Störungen oder Fehlregulationen dieser Prozesse führen zu Pathologien, z.B. Arteriosklerose.
Es ist seit längerem bekannt, dass Carcinoembryonic antigen–related cell adhesion molecule-1 (CEACAM1), ein Mitglied der Immunglobulin-Superfamilie, die Bildung und Morphogenese neuer Blutgefäße beeinflusst. Die spontane Entwicklung kleiner Arteriosklerose-ähnlicher Läsionen in CEACAM1 knockout (Cc1-/-) Mäusen zeigt, dass CEACAM1 auch für die Homöostase ausgereifter Blutgefäße von Bedeutung ist. Ziel dieser Dissertationsarbeit war daher, den Einfluss von CEACAM1 auf wesentliche Aspekte der Endothelfunktion in Aorten in situ bzw. in Endothelzellkulturen in vitro zu analysieren.
Es konnte zunächst gezeigt werden, dass CEACAM1-defiziente Endothelzellen im Vergleich zu Wildtyp (WT) Endothelzellen eine rundlichere Zellmorphologie mit meanderförmigen Zellgrenzen und interzellulären Lücken aufweisen. Diese morphologischen Unterschiede stimmen mit Befunden in situ an Aorten von WT und Cc1-/- Mäusen überein. 
Weiterhin wurde eine Translokation der endothelialen NO-Synthase (eNOS) von der Zellmembran in den peri-nukleären Bereich bei CEACAM1-Defizienz festgestellt. Die erhobenen Daten bieten zwei mögliche Erklärungen dafür. Einerseits könnte CEACAM1 durch Interaktion mit eNOS als Membrananker fungieren. Daneben wiesen CEACAM1-defiziente Endothelzellen eine erhöhte Expression des Enzyms APT1 auf, welches eNOS depalmitoyliert. Die daraus resultierende, ebenfalls nachgewiesene geringere Palmitoylierung könnte auch zur verminderten Membran-lokalisation von eNOS beitragen.
Zur endothelialen Funktion gehört, die Adhäsion von Blutzellen an die Gefäßwand weitestgehend zu beschränken. CEACAM1-defiziente Endothelzellen zeigten im Vergleich zu WT Endothelzellen eine verstärkte Adhäsivität gegenüber murinen und humanen Monozyten. Ähnliche Unterschiede wurden für Aortenexplantate aus WT und Cc1-/- Mäusen festgestellt. Dies ist einerseits mit einer verstärkten Expression des Zelladhäsionsmoleküls ICAM-1 bei CEACAM1-Defizienz erklärbar. Darüber hinaus vermittelt die Glykokalyx anti-adhäsive Eigenschaften. Aus Vorbefunden war bekannt, dass die endotheliale Glykokalyx in der Aorta von Cc1-/- Mäuse reduziert ist. Im Rahmen dieser Arbeit konnte dies auf eine verstärkte Expression der Glykokalyx-degradierenden Enzyme MMP9, Chondroitinase sowie Hyaluronidase-2 in Cc1-/- Endothelzellen zurückgeführt werden. 
Eine erhöhte Permeabilität stellt einen Indikator für ein dysfunktionales Endothel, eines der initialen Schritte in der Pathogenese der Arteriosklerose, dar. Zur Analyse der aortalen Permeabilität wurde ein modifizierter Miles-Assay etabliert. Unter Verwendung etablierter muriner Arteriosklerosemodelle konnte gezeigt werden, dass dieser Assay eine Störung der vaskulären Permeabilität bereits vor Auftreten makroskopischer Veränderungen zuverlässig detektiert.
Im Rahmen der folgenden Analysen an WT und Cc1-/- Mäusen zeigte sich ein altersabhängiger Effekt von CEACAM1 auf die Gefäßpermeabilität: Aorten von 3 Monate alten Cc1-/- Mäuse wiesen eine im Vergleich zum WT erhöhte Gefäßpermeabilität auf, welche wahrscheinlich Folge einer verzögerten Gefäßreifung ist. Im Alter von 9 Monaten zeigte sich dagegen ein entgegengesetztes Bild. Dies wurde auf eine verstärkte Expression des die Barriere schädigenden Inflammationsmediators TNF-α in 9 Monate alten WT Mäusen zurückgeführt. 
Außerdem modulierte CEACAM1 die TNF-α-vermittelte Lockerung der endothelialen Barriere, indem es die Phosphorylierung von Adherens Junction Proteinen beeinflusste. Basal stabilisierte CEACAM1 die endotheliale Barriere durch Hemmung der Phosphorylierung von Caveolin-1, welches Adherens Junctions destabilisiert. Unter Einfluss von TNF-α war CEACAM1 verstärkt im Bereich von Adherens Junctions lokalisiert und rekrutierte dort Src-Kinase. Src-Kinase wiederum destabilisierte Adherens Junctions durch Phosphorylierung von β-Catenin, was in verstärkter Gefäßpermeabilität resultierte. Dagegen führte TNF-α in CEACAM1-defizienten Endothelzellen zu einer Dephosphorylierung von Caveolin-1 und β-Catenin, wodurch Adherens Junctions und damit die endotheliale Barriere stabilisiert wurden. Diese CEACAM1-abhängige differenzielle Regulation der Stabilität von Adherens Junctions unter TNF-α trägt wahrscheinlich maßgeblich zu den Unterschieden der vaskulären Permeabilität in 3 bzw. 9 Monate alten WT und Cc1-/- Mäusen bei.

Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass CEACAM1 zentrale Funktionen des Endothels und hierüber die Homöostase reifer Gefäße beeinflusst. Da eine Expression von CEACAM1 auch in arteriosklerotischen Plaques nachgewiesen werden konnte, soll in weiteren Untersuchungen auch der Beitrag von CEACAM1 zur arteriosklerotischen Plaquebildung analysiert werden.
N2  - The endothelium forms the inner surface of blood vessels and therefore is critically involved in forming a barrier between the intraluminal blood and the surrounding tissue. Adequate regulation of this barrier regarding extravasation of molecules and cells is mandatory to maintain tissue homeostasis. Thereby the endothelium is not only a passive barrier but regulates barrier function in an active and dynamic manner. Malfunction and dysregulation of these processes promote pathologies, i.e. atherosclerosis.
It is known, that Carcinoembryonic antigen–related cell adhesion molecule-1 (CEACAM1), a member of the immunoglobulin superfamily, modulates the formation and morphogenesis of new blood vessels. In addition, spontaneous development of small atherosclerosis-like lesions within the aorta of CEACAM1-deficient (Cc1-/-) mice indicates the involvement of CEACAM1 in homeostasis of mature blood vessels. Therefore, the aim of this study was to analyze the effect of CEACAM1 on central aspects of endothelial function in situ (aortic tissue) and in vitro (endothelial cell cultures).
First it was shown, that CEACAM1-deficient endothelial cells display a rather round cellular morphology with meandering cell boundaries and inter-cellular gaps compared to CEACAM1-expressing cells. These morphologic differences are in agreement with in situ observations in WT and Cc1-/- mice. Furthermore, CEACAM1 deficiency resulted in translocation of endothelial NO-Synthase (eNOS) from the cell membrane towards the peri-nuclear compartment within endothelial cells. Analysis of the underlying mechanisms suggests two scenarios. On the one hand, CEACAM1 might serve as a membrane anchor due to physical interaction with eNOS. On the other hand, expression of the de-palmitoylating enzyme APT1 is upregulated and eNOS palmitoylation is reduced in CEACAM1-deficient endothelial cells. This might also contribute to its reduced location at the cell membrane.
 
Under physiological conditions the endothelium limits adhesion of blood cells to the vascular wall. However, adhesion of murine and human monocytes to cultured endothelial cells was increased when endothelial CEACAM1 was absent. Similar results were obtained using aortic explants of WT and Cc1-/- mice. This was attributed to the increased expression of cell adhesion molecule ICAM-1 in Cc1-/- endothelial cells. Furthermore, the glycocalyx of endothelial cells greatly contributes to anti- adhesive properties. Based on preliminary results which showed a reduced endothelial glycocalyx in aortae from Cc1-/- mice compared to WT mice, we found a higher expression of the glycocalyx-degrading enzymes MMP-9, chondroitinase and hyaluronidase-2 in Cc1-/- compared to WT endothelial cells.
Enhanced vascular permeability indicates a dysfunctional endothelium, which is the initial step in the pathogenesis of atherosclerosis. To analyze aortic permeability a modified Miles-assay was established. Using well-characterized murine atherosclerosis models, it was shown that this assay reliably detects alterations in vascular permeability prior to macroscopically visible morphological alterations. CEACAM1 had an age-dependent effect on vascular permeability: aortae from 3 months old Cc1-/- mice showed increased vascular permeability for Evans blue compared to aortae from age-matched WT mice most likely due to delayed vascular maturation. Interestingly, this situation was completely reversed at the age of 9 months. This was attributed to enhanced aortic expression of the permeability promoting inflammatory mediator TNF-α in 9 month old WT mice compared to age-matched Cc1-/- mice. Moreover, CEACAM1 modulated the TNF-α-dependent increase in vascular permeability by affecting adherens junction phosphorylation. Under basal conditions CEACAM1 stabilizes endothelial barrier by inhibition of caveolin-1 phosphorylation known to destabilize adherens junctions. In the presence of TNF-α, CEACAM1 translocate to endothelial adherens junctions and recruits Src kinase which destabilizes adherens junctions by phosphorylation of β-catenin resulting in enhanced vascular permeability. In contrast, in CEACAM1-deficient endothelial cells TNF-α promotes dephosphorylation of caveolin-1 and β-catenin thus stabilizing adherens junction complexes and endothelial barrier. This CEACAM1-dependent differential regulation of adherens junction complex stability presumably contributes substantially to the differences in vascular permeability observed in WT and Cc1-/- mice at the age of 3 and 9 months, respectively.
 
In summary, this study shows that CEACAM1 influences central aspects of endothelial functions and thereby affects homeostasis of mature blood vessels. Since expression of CEACAM1 was observed in endothelium covering atherosclerotic plaques, further studies will investigate the contribution of CEACAM1 to atherosclerotic plaque formation.
KW  - Endothel
KW  - Permeabilität
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-201726
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dirimanov, Stoyan Dinkov
T1  - Molecular Effects of Polyphenols in Experimental Type 2 Diabetes Mellitus and Metabolic Syndrome
T1  - Molekulare Effekte von Polyphenolen bei experimentellem Diabetes mellitus Typ 2 und metabolischem Syndrom
N2  - The growing prevalence of type 2 diabetes mellitus (T2DM) demands novel therapeutic and adjuvant strategies. Polyphenols (PPs) are plant secondary metabolites. Epidemiological studies demonstrate an inverse relationship between their increased intake and the risk of development of T2DM and cardiovascular complications. However, the PPs’ mechanism of action remains largely unknown. The present work aimed to expand knowledge regarding the effects of PPs on diabetes relevant molecular targets. 
Pycnogenol® (PYC) is a standardized pine bark extract which consists of oligomeric and monomeric PPs. Its anti-diabetic effects have been demonstrated in clinical trials. As a part of a human study involving 20 healthy volunteers, the extract’s effects on dipeptidyl peptidase IV (DPP IV) were investigated. This protease terminates the insulin secretagogue action of incretins. Its inhibition is a promising strategy in T2DM treatment. This study uncovered that PYC-intake of 100 mg daily over 14 days statistically significantly reduced DPP IV serum concentrations by 8.2 % (n= 38, p= 0.032). Contrary to expectations, this decrease was not paralleled by a reduction in the serum DPP IV enzymatic activity. To the best of our knowledge, the present study was the first investigating the effects of PPs on DPP IV serum concentrations and activities in humans. The finding that PYC is capable of reducing DPP IV serum concentrations might be important with regard to diabetes, where DPP IV levels are increased.
Screenings for PPs’ in vitro effects on DPP IV activity were performed employing a purified enzyme. The effects of tested PPs (among which PYC ingredients) at a physiologically relevant concentration of 5 µM were weak (< 10 %) and too small compared to the reference compound sitagliptin, and thus not likely to be clinically relevant. This result is in discordance with some published data, but consistent with the outcome from the present human study. In addition, fluorescence interactions with the experimental setup were registered: under certain conditions urolithin B exhibited an autofluorescence which might mask eventual inhibitory activity. Quercetin quenched the fluorescence slightly which might contribute to false positive results. No statistically significant effects of selected constituents and metabolites of PYC on the total DPP IV protein expression were observed in 3T3-L1 adipocytes. Thus, the lower DPP IV in vivo concentrations after intake of PYC cannot be explained with down-regulation of the DPP IV expression in adipocytes.
Akt kinase is responsible for the transmission of insulin signals and its dysregulation is related to insulin resistance and plays an important role in development of cardiovascular complications in T2DM. Thus, the modulation of the phosphorylation status of endothelial Akt-kinase, respectively its activity, might be a promising strategy in the management of these pathologies. This work aimed to uncover the effects of PPs from different structural subclasses on Akt-phosphorylation (pAkt) in endothelial cells (Ea.hy926). Short-term effects (5 – 30 min) were investigated at a concentration of 10 µM. In a pilot study two model PPs induced a moderate, but reproducible inhibition of pAkt Ser473 of 52.37 ± 21.01 % (quercetin; p= 0.006, n= 3) and 37.79 ± 7.14 % (resveratrol; p= 0.021, n= 4) compared to the negative control. A primary screening with Western blot analysis investigated the effects of eight compounds from different subclasses on pAkt Ser473 and Thr308 to reveal whether the observed inhibition PPs a group effect or specific to certain compounds. In addition to resveratrol and quercetin, statistically significant inhibitions of pAkt Ser473 were induced by luteolin (29.96 ± 11.06 %, p< 0.01, n= 6) and apigenin (22.57 ± 10.30 %, p< 0.01, n= 6). In contrast, genistein, 3,4,5-trimethoxystilbene, taxifolin and (+)-catechin caused no inhibition. A strong positive and statistically significant correlation between the mean inhibitory effects of the tested PPs on both Akt-residues Ser473 and Thr308 (r= 0.9478, p= 0.0003) was determined. A comprehensive secondary screening via ELISA involving 44 compounds from nine structural groups quantified the effects of PPs on pAkt Ser473 to uncover potential structure-activity features. The most potent inhibitors were luteolin (44.31 ± 17.95 %), quercetin (35.71 ± 8.33 %), urolithin A (35.28 ± 11.80 %), apigenin (31.79 ± 6.16 %), fisetin (28.09 ± 9.09 %), and resveratrol (26.04 ± 5.58 %). These effects were statistically significant (p< 0.01, n= 3 to 6). Further lead structure optimization might be based on the fact that the effects of luteolin and resveratrol also differed statistically significantly from each other (p= 0.008). 
To the best of our knowledge, the present study is the first to compare quantitatively the short term effects of PPs from different subclasses on pAkt in endothelial cells. Basic structure-activity relationships revealed that for flavones and flavonols the presence of a C2=C3 double bond (ring C) was essential for inhibitory activity and hydroxylation on the m- and p- positions in the ring B contributed to it. For stilbenoids, three free OH-groups appeared to be optimal. The comparison of the inhibitory potentials of ellagic acid and its microbial metabolites showed that urolithin A was statistically significantly more effective than its progenitor compound. Despite their structural similarities, the only active compound among all urolithins tested was urolithin A, hydroxylated at the C3 and C8 positions. This suggested a specific effect for urolithin A. Based on the common structural determinants and molecular geometry of the most active PPs a pharmacophore model regarding Akt-inhibition was proposed.
In summary, the effects of a wide variety of PPs from diverse structural subclasses on the in vitro phosphorylation of endothelial Akt were quantitatively analyzed for the first time, the effects of previously undescribed compounds were determined and structure activity relationships were elucidated. The inhibitory potential of individual PPs might be beneficial in cases of sustained over-activation of Akt-kinase and its substrates such as S6 kinase as reported for certain T2DM-related pathological states, such as insulin resistance, endothelial dysfunction, excessive angiogenesis, vascular calcification, and insulin triggered DNA-damage. The results of the present work suggest potential molecular mechanisms of action of PP involving Akt-inhibition and DPP IV-down-regulation and thus contribute to the understanding of anti-diabetic effects of these compounds on the molecular level.
N2  - Diabetes mellitus Typ 2 (DMT2) und seine Spätkomplikationen sind ein maßgeblicher Grund für Morbidität und Mortalität. Die steigende Prävalenz der Krankheit erfordert die Entwicklung neuer therapeutischer und prophylaktischer Strategien. Publizierte Daten deuten darauf hin, dass diätetische Polyphenole (PP) sowohl zur Prävention des Diabetes beitragen als auch therapiebegleitend sinnvoll eingesetzt werden können. Allerdings sind ihre Wirkmechanismen nicht vollständig aufgeklärt. Das Ziel der Arbeit war die Charakterisierung zellulärer Wirkungen von PP, die eine Relevanz in der unterstützenden Behandlung von DMT2 und denen Spätkomplikationen haben könnten.
Pycnogenol® (PYC) ist ein standardisierter Kiefernrindenextrakt, der oligomere und monomere PP enthält. PYC hat in klinischen Studien mit Diabetikern viele vorteilhafte anti-diabetische und protektive Effekte gezeigt. Die Wirkungen des Extraktes auf die Serumkonzentration und die enzymatische Aktivität der Dipeptidylpeptidase IV (DPP IV) wurden im Rahmen einer klinischen Studie mit 20 gesunden Probanden untersucht. DPP IV ist eine Serin-Exopeptidase, die Inkretinhormone spaltet und damit deren Wirkung auf die Insulin-Freisetzung beendet. Nach PYC-Einnahme zeigte sich im Vergleich zu dem Kontrollzustand eine statistisch signifikante (p= 0,032, n= 38) Abnahme der DPP-IV-Konzentration von 8.2 %. Allerdings wurden keine deutlichen Änderungen der mittleren DPP-IV-Aktivität durch die PYC-Behandlung hervorgerufen. Nach unserem Wissensstand war die klinische Studie die erste ihrer Art, welche die Effekte von PP auf die Serumkonzentration und die enzymatischen Aktivität von DPP IV im Menschen untersuchte. Da die Serumspiegel von DPP IV bei diabetischen Patienten im Vergleich zu gesunden Menschen erhöht sind, könnte der beobachtete Effekt vorteilhaft sein. 
Als Nächstes sollten die Effekte von einzelnen PP und ihren Metaboliten auf die enzymatische Aktivität der DPP IV in vitro untersucht werden. Die Ergebnisse zeigten nur eine geringe Hemmung (< 10 %) der DPP IV Aktivität durch die PP (auch Inhaltsstoffe von PYC und deren Metaboliten) in einer Konzentration von 5 µM, verglichen zur initialen 100 %-igen Enzymaktivität. Die Positivkontrolle (50 nM Sitagliptin) verursachte hingegen eine starke Senkung der Aktivität von DPP IV. Es ist daher unwahrscheinlich, dass die Effekte der PP eine klinische Relevanz haben. Die Ergebnisse stehen im Widerspruch zu bisher veröffentlichten Daten, unterstützen aber die Resultate aus der vorliegenden Humanstudie. Zusätzlich durchgeführte Fluoreszenzmessungen deuten darauf hin, dass Quercetin und Urolithin B unter definierten Bedingungen in der Lage sind, die Ergebnisse des DPP IV-Inhibitoren-Screening-Assays unspezifisch zu beeinflussen. In-vitro-Experimente in 3T3-L1 differenzierten Adipozyten zeigten zudem keine statistisch signifikanten Effekte auf die Proteinexpression von DPP IV – weder für einzelne Bestandteile noch für Metabolite von PYC. Somit konnte die beobachtete Abnahme der DPP-IV-Konzentrationen in vivo nach der Einnahme von PYC nicht durch eine Herunterregulierung der DPP-IV-Expression in Adipozyten erklärt werden. 
Die Akt-Kinase/PKB (Protein Kinase B) spielt eine wesentliche Rolle bei der Vermittlung der Effekte des Insulins auf intrazellulärer Ebene bzw. bei der Pathophysiologie von DMT2 sowie dessen vaskulären Spätfolgen. Die Modulation von Akt in Endothelzellen ist ein vielversprechender Ansatz, um pathophysiologische Veränderungen zu beeinflussen, die für diabetische kardiovaskuläre Spätkomplikationen verantwortlich sind. Daher sollte in der vorliegenden Arbeit der Einfluss von PP aus verschiedenen strukturellen Subklassen auf die Akt-Phosphorylierung (pAkt) an Ser 473 und Thr 308 in Endothelzellen (EA.hy926) in vitro untersucht werden (10 µM, 5 – 30 min). In der Pilotstudie hemmten beide Modellverbindungen die Akt-Phosphorylierung (pAkt Ser473) statistisch signifikant mit 52,37 ± 21,01 % (Quercetin; p= 0,006, n= 3) und 37,79 ± 7,14 % (Resveratrol; p= 0,021, n= 4). Im Primärscreening wurden acht Verbindungen verschiedener Subklassen einbezogen. Die Substanzen, welche neben Quercetin und Resveratrol die stärksten Hemmungsaktivitäten auf pAkt Ser473 (Mittelwert ± Standardabweichung) hatten, waren Luteolin (29,96 ± 11,06 %, p< 0,01, n= 6) und Apigenin (22,57 ± 10,30 %, p< 0,01, n= 6). Im Gegensatz dazu zeigten Genistein, 3,4,5-Trimethoxy-trans-stilben, Taxifolin und (+)-Catechin keine Hemmung. Die inhibierenden Effekte der PP auf pAkt Thr308 und pAkt Ser473 korrelierten positiv und statistisch signifikant miteinander (r= 0,9478, p= 0,0003). In einem sekundären Screening sollten die Effekte diverser PP auf die Phosphorylierung von Akt an Ser 473 in Endothelzellen mittels quantitativen ELISA detailliert untersucht werden. Die Verbindungen mit den größten Hemmungseffekte waren Luteolin (44,31 ± 17,95 %), Quercetin (35,71 ± 8,33 %), Urolithin A (35,28 ± 11,80 %), Apigenin (31,79 ± 6,16 %), Fisetin (28,09 ± 9,09 %), und Resveratrol (26,04 ± 5,58 %). Diese Hemmungen waren statistisch signifikant (p< 0,01, n= 3 - 6). Zusätzlich war die Wirkung von Luteolin und Resveratrol statistisch signifikant verschieden (p= 0,008), was einer weiteren Leitstrukturoptimierung dienen kann.
Der quantitative Vergleich der Substanzaktivitäten war die Grundlage für nachfolgende Struktur-Wirkungsuntersuchungen (SAR). Die Doppelbindung C2=C3 (Ring C) war für die Inhibitionseffekte bei Flavonen und Flavon-3-olen von wesentlicher Bedeutung. Die Anwesenheit einer meta- und einer para- OH-Gruppe (Ring B) trug sehr wahrscheinlich zu den Hemmeffekten bei. Bei den Stilbenoiden hingegen waren drei freie OH-Gruppen (bei Resveratrol) optimal für die Aktivität. Der mikrobielle Metabolit der Ellagsäure, Urolithin A, hemmte im Vergleich zur Muttersubstanz die Akt-Phosphorylierung statistisch signifikant. Im Gegensatz dazu zeigten die anderen Urolithine trotz der strukturellen Ähnlichkeit nur geringe Effekte. Dies deutet auf einen spezifischen Effekt von Urolithin A hin. Basierend auf den gemeinsamen Merkmalen, die für die Aktivität wichtig sein können und der molekularen Geometrie der aktivsten PP, wurde ein Pharmakophormodell für die Akt-Hemmung vorgeschlagen.
Zusammengefasst ist die vorliegende Studie nach unserem Wissensstand die erste, welche die Auswirkungen einer Vielzahl von PP verschiedener struktureller Subklassen auf die Akt-Phosphorylierung in Endothelzellen quantitativ verglich. Es wurden Effekte von zuvor nicht beschriebenen Verbindungen und Struktur-Aktivitäts-Beziehungen ermittelt. Die hemmenden Eigenschaften einzelner PP auf die Akt-Kinase könnten im Fall einer anhaltenden Überaktivierung der Akt-Kinase und ihren Substraten wie die S6-Kinase vorteilhaft sein. Dieser Zustand wurde bei bestimmten DMT2-verwandten pathologischen Prozessen, wie Insulinresistenz, endotheliale Dysfunktion, übermäßige Angiogenese, vaskuläre Kalzifizierung und Insulin-induzierte-DNA-Schäden beobachtet. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass die Wirkmechanismen von PP die Akt-Inhibierung und DPP IV-Herunterregulierung umfassen könnten, was zum Verständnis der anti-diabetischen und protektiven Wirkungen dieser Verbindungen auf molekularer Ebene beitragen kann.
KW  - Polyphenole
KW  - Endothel
KW  - Struktur-Aktivitäts-Beziehung
KW  - Diabetes mellitus
KW  - in vitro
KW  - endothelium
KW  - screening
KW  - structure-activity relationship
KW  - DPP IV
KW  - Akt
KW  - Diabetes mellitus
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185701
ER  - 
TY  - THES
A1  - Renschler, Melanie Katharina
T1  - sVE-cadherin als Biomarker und Induktor bei der mikrovaskulären Schrankenstörung im Rahmen einer Sepsis
T1  - sVE-Cadherin as biomarker and inductor in microvascular barrier disruption during sepsis
N2  - In der Sepsis kommt es zu einer mikrovaskulären Schrankenstörung. Die genauen Mechanismen hierfür sind noch nicht bekannt. Im klinischen Alltag gibt es noch keine spezifische diagnostische Möglichkeit für den (frühen) Nachweis oder Therapie für die mikrovaskuläre Schrankenstörung. Ein wichtiger Bestandteil der endothelialen Barriere und deren Integrität ist das Adhärenskontaktprotein VE-Cadherin. Es wird vermutet, dass Shedding durch ADAM-10 eine wichtige Rolle bei der Permeabilitätssteigerung spielt.  
In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass es unter Inflammationsbedingungen erstens zu einem Zusammenbruch der Endothelbarriere kommt, zweitens, dass korrespondierend dazu vermehrt sVE-Cadherin im Überstand nachweisbar ist und drittens, dass eine Stabilisierung der Endothelbarriere und Reduktion von sVE-Cadherin sowohl durch einen PDE-4 Inhibitor, als auch durch spezifische ADAM-10 Inhibition möglich ist. Erstmalig konnte dargestellt werden, dass der ADAM-10-Inhibitor GI254023X zu einer wirksamen Barrierestabilisierung und verringerten sVE-Cadherin-Werten führt. Dies lässt darauf schließen, dass Shedding eine Rolle beim Zusammenbruch der Endothelbarriere spielt. Möglicherweise ist sVE-Cadherin selbst ein Faktor, der zum Zusammenbruch der Endothelbarriere führt. 
Auch bei Sepsispatienten mit schwerer mikrosvaskulärer Schrankenstörung konnten erhöhte sVE-Cadherin-Werte im Serum nachgewiesen werden. 
Zusammenfassend kann daher die Vermutung aufgestellt werden, dass die Bildung von sVE-cadherin bei der Entzündung eine wichtige Rolle sowohl für die Detektion, als auch bei der Induktion der mikrovaskulären Schrankenstörung spielt. Der Nachweis von sVE-cadherin bei Sepsispatienten könnte als geeigneter Biomarker für den Nachweis einer mikrovaskulären Schrankenstörung in der klinischen Anwendung eine Bedeutung erhalten.
N2  - In Sepsis microvascular barrier disruption occurs. The specific mechanisms are not yet known. In the clinical daily routine there is no specific diagnostic possibility for (the early) detection or therapy of microvascular barrier disruption. A major component of the endothelial barrier and her integrity is the adherensprotein VE-cadherin. It is suspected that shedding via ADAM 10 has a major role by increased permeability of the endothelial barrier. In this paper it is shown that amongst inflammatory condition first a breakdown of the endothelial barrier occurs and second corresponding to that more sVE-Cadherin is detectable at cell culture supernatant and third a stabilisation of endothelial barrier and reduction of sVE-Cadherin is possible via PDE-4-inhibitor as well as through specific inhibition of ADAM 10. For the first time it could be shown that the ADAM 10 inhibitor GI254023X leads to an effective stabilisation of the barrierintegrity and reduces sVE-Cadherin. These findings suggests that sVE-Cadherin itself plays a role at the breakdown of endothelial barrier in sepsis. 
Also in patients with sepsis and severe microvascular barrier disturbance increased sVE-Cadherin amounts in serum were detected.
In summary the presumption could be taken that formation of sVE-Cadherin in inflammation plays an important role for detection and induction of microvascular barrier disturbance. Maybe the verification of sVE-Cadherin in sepsis could be an appropriate predictive marker for proof of microvascular barrier disturbance in clinical use.
KW  - Sepsis
KW  - Endothel
KW  - Cadherine
KW  - sVE-Cadherin
KW  - Endothelbarriere
KW  - capillary leak
KW  - VE-Cadherin
KW  - endothelial barrier
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178441
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hafen, Bettina
T1  - Physical contact between mesenchymal stem cells and endothelial precursors induces distinct signatures with relevance to tissue regeneration and engineering
T1  - Physischer Kontakt zwischen mesenchymalen Stammzellen und endothelialen Vorläuferzellen indiziert eine bestimmte Signatur mit Relevanz für die Geweberegeneration und Tissue Engineering
N2  - The goal of the project VascuBone is to develop a tool box for bone regeneration, which on one hand fulfills basic requirements (e.g. biocompatibility, properties of the surface, strength of the biomaterials) and on the other hand is freely combinable with what is needed in the respective patient's situation. The tool box will include a variation of biocompatible biomaterials and cell types, FDA-approved growth factors, material modification technologies, simulation and analytical tools like molecular imaging-based in vivo diagnostics, which can be combined for the specific medical need. This tool box will be used to develop translational approaches for regenerative therapies of different types of bone defects. This project receives funding from the European Union's Seventh Framework Program (VascuBone 2010). 

The present study is embedded into this EU project. The intention of this study is to assess the changes of the global gene expression patterns of endothelial progenitor cells (EPCs) and mesenchymal stem cells (MSCs) after direct cell-cell contact as well as the influence of conditioned medium gained from MSCs on EPCs and vice versa. EPCs play an important role in postnatal vasculogenesis. An intact blood vessel system is crucial for all tissues, including bone. Latest findings in the field of bone fracture healing and repair by the use of tissue engineering constructs seeded with MSCs raised the idea of combining MSCs and EPCs to enhance vascularization and therefore support survival of the newly built bone tissue. RNA samples from both experimental set ups were hybridized on Affymetrix GeneChips® HG-U133 Plus 2.0 and analyzed by microarray technology. Bioinformatic analysis was applied to the microarray data and verified by RT-PCR. 
This study gives detailed information on how EPCs and MSCs communicate with each other and therefore gives insights into the signaling pathways of the musculoskeletal system. These insights will be the base for further functional studies on protein level for the purpose of tissue regeneration. A better understanding of the cell communication of MSCs and EPCs and subsequently the targeting of relevant factors opens a variety of new opportunities, especially in the field of tissue engineering. 

The second part of the present work was to develop an ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) for a target protein from the lists of differentially expressed genes revealed by the microarray analysis. This project was in cooperation with Immundiagnostik AG, Bensheim, Germany. The development of the ELISA aimed to have an in vitro diagnostic tool to monitor e.g. the quality of cell seeded tissue engineering constructs. The target protein chosen from the lists was klotho. Klotho seemed to be a very promising candidate since it is described in the literature as anti-aging protein. Furthermore, studies with klotho knock-out mice showed that these animals suffered from several age-related diseases e.g. osteoporosis and atherosclerosis. As a co-receptor for FGF23, klotho plays an important role in bone metabolism. The present study will be the first one to show that klotho is up-regulated in EPCs after direct cell-cell contact with MSCs. The development of an assay with a high sensitivity on one hand and the capacity to differentiate between secreted and shedded klotho on the other hand will allow further functional studies of this protein and offers a new opportunity in medical diagnostics especially in the field of metabolic bone disease.
N2  - Das Ziel des durch die europäische Union geförderten Projekts VascuBone ist die Entwicklung einer tool box zur Knochenregeneration, die einerseits sämtliche Grundanforderungen erfüllt, beispielsweise an die Biokompatibilität, Oberflächenbeschaffenheit und Robustheit der Biomaterialien, und andererseits frei an den Bedarf der individuellen Patientensituation angepasst werden kann. Sie beinhaltet unterschiedlichste biokompatible Materialien und Zelltypen, FDA-zugelassene Wachstumsfaktoren, materialmodifizierende Technologien sowie Simulations- und analytische Werkzeuge, wie die auf molekularer Bildgebung basierende in-vivo-Diagnostik (MRI und PET/CT), die für den spezifischen medizinischen Bedarf kombiniert werden können. Die tool box wird für die Entwicklung translationaler Ansätze in der regenerativen Medizin für unterschiedliche Arten von Knochendefekten verwendet (VascuBone 2010).

Eingebettet in dieses EU-Projekt sollten in der vorliegenden Arbeit die molekularen Grundlagen und Änderungen der globalen Genexpressionsmuster von endothelialen Vorläuferzellen (EPCs) und mesenchymalen Stammzellen (MSCs) nach direktem Zell-Zell-Kontakt sowie nach Gabe von konditioniertem Medium untersucht werden. EPCs spielen eine wichtige Rolle in der postnatalen Vaskulogenese. Ein intaktes Blutgefäßsystem ist überlebensnotwendig für alle Gewebe, einschließlich Knochen. Neueste Erkenntnisse in der Knochenheilung und -regeneration durch die Nutzung von Tissue-Engineering-Konstrukten, die mit MSCs besiedelt wurden, förderten die Idee, MSCs und EPCs zu kombinieren, um die Vaskularisierung – und somit das Überleben – des neu gebildeten Knochengewebes zu begünstigen. Die RNA-Proben aus beiden Versuchsansätzen wurden für die Microarray-Analysen auf Affymetrix GeneChips® HG-U133 Plus 2.0 hybridisiert. Die Array-Daten wurden bioinformatisch ausgewertet und mittels RT-PCR verifiziert. 
Die vorliegende Arbeit gibt detailliert Aufschluss darüber, wie MSCs und EPCs miteinander kommunizieren, und erlaubt somit wichtige Einblicke in Signalwege des muskuloskelettalen Systems. Dies wiederum ermöglicht weitere funktionelle Studien auf Proteinebene zum Zwecke der Geweberegeneration. Das bessere Verständnis der Zellkommunikation zwischen MSCs und EPCs und somit die gezielte Adressierung von relevanten Faktoren eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der klinischen Anwendung, insbesondere im Bereich Tissue Engineering.

Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte in Kooperation mit der Firma Immundiagnostik AG, Bensheim, ein ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) aufgebaut werden. Ziel war es, für ein geeignetes Protein aus den zu erwartenden Listen regulierter Gene ein in-vitro-diagnostisches Nachweisverfahren zu entwickeln, das ggf. später als Qualitätsnachweis für erfolgreich besiedelte Tissue-Engineering-Konstrukte herangezogen werden könnte. Als geeigneter Kandidat wurde Klotho ausgewählt. Klotho gilt als anti-aging-Protein, da Klotho-knock-out-Mäuse alle alterstypischen Erkrankungen wie Osteoporose oder Arteriosklerose zeigen. Als Co-Rezeptor für FGF23 spielt Klotho außerdem eine wichtige Rolle im Knochenstoffwechsel. Diese Studie ist die erste, die zeigt, dass in EPCs nach direktem Zell-Zell-Kontakt mit MSCs Klotho hochreguliert wird. Die Entwicklung eines sensitiven und differenzierten Nachweises von sezerniertem Klotho sowie der von der Membran proteolytisch abgespaltenen Form von Klotho, eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der klinischen Diagnostik, insbesondere im Bereich der Knochenstoffwechselerkrankungen
KW  - MSC
KW  - EPC
KW  - bone regeneration
KW  - microarray
KW  - Vorläuferzelle
KW  - Endothel
KW  - Mesenchymzelle
KW  - Knochenregeneration
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-119417
ER  - 
TY  - THES
A1  - Werner, Lennart
T1  - Einfluss der pharmakologischen Langzeittherapie mit dem sGC-Aktivator Ataciguat auf die Endotheliale Dysfunktion und Thrombozytenaktivierung bei Herzinsuffizienz
T1  - Influence of pharmacological treatment with the sGC-activator Ataciguat on endothelial dysfunction and platelet activation in heart failure
N2  - Die vorliegende Studie befasst sich mit der medikamentösen Langzeittherapie der Endotheldysfunktion im Rahmen der klinisch manifesten Herzinsuffizienz nach
Myokardinfarkt mit dem sGC-Aktivator Ataciguat.
Im Rahmen der chronischen Herzinsuffizienz nach abgelaufenem Myokardinfarkt kommt es als Folge der eingeschränkten linksventrikulären Funktion und der verminderten Schubspannung am Gefäßendothel zur Endotheldysfunktion. Die Vasodynamik gerät aus dem Gleichgewicht und führt zur erniedrigten Bioverfügbarkeit von NO, zur verminderten Expression des NO-synthetisierenden Enzyms (eNOS) und zur
Entkopplung der eNOS. Dieses als „eNOS-uncoupling“ bekannte Phänomen führt zur vermehrten Bildung von reaktiven Sauerstoffradikalen, welche den oxidativen Stress auf das beschädigte Endothel erhöhen. Die reaktiven Sauerstoffradikale oxidieren zusätzlich in den glatten Muskelzellen die lösliche Guanylatzyklase und reduzieren somit die Vasodilatation.
Verschiedene neurohumerale Systeme beeinflussen das Gleichgewicht zwischen vasodilatativen und vasokonstriktiven Substanzen am Endothel und somit die
Endothelfunktion. Diese neurohumeralen Systeme spielen wichtige Rollen in der aktuellen medikamentösen Therapie der chronischen Herzinsuffizienz und bieten zahlreiche verschiedene Therapieoptionen.
Ein relativ neuartiger Therapieansatz beinhaltet die medikamentöse Therapie mit sogenannten sGC-Aktivatoren, einer Wirkstoffklasse, die durch direkte Interaktion
mit der löslichen Guanylatzyklase sowohl die Bildung von Sauerstoffradikalen verringert, als auch die NO-Sensibilität am Gefäßendothel verbessert. Hierzu gehört
auch das in dieser Studie untersuchte Ataciguat.
Neben den direkten, „endothel-abhängigen“ Effekten am Gefäßendothel beeinflußt Ataciguat über die sogenannten „endothel-unabhängigen Effekte“ die Funktion der Blutplättchen, welche im Rahmen der Herzinsuffizienz durch die verminderte Bioverfügbarkeit von NO eine vermehrte Aktivierung und Adhäsion erfahren. Die
Folge sind erhöhte Risiken für thrombembolische Ereignisse und die Formation artherosklerotischer Läsionen. Ataciguat vermindert diese Risiken.
Mit den Ergebnissen dieser Studie konnten sowohl die endothel-abhängigen als auch die endothel-unabhängigen Effekte der medikamentösen Langzeittherapie mit
Ataciguat im experimentellen Modell der chronischen Herzinsuffizienz nach Myokardinfarkt bestätigt werden.
N2  - Chronic pharmacologic sGC-activation with Ataciguat in an experimental setting of congestive heart failure (CHF) after myocardial infarction (MI) improves vascular function and reduces platelet activation. Direct sGC-activation shows both endothelium-dependend and endothelium-independend effects by normalising endothelial function, improving NO-sensitivity and lowering platelet activation
KW  - Endothel
KW  - Herzinsuffizienz
KW  - Herzinfarkt
KW  - Guanylatcyclase
KW  - Endotheldysfunktion
KW  - Ataciguat
KW  - eNOS
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104176
ER  - 
TY  - THES
A1  - Leweke, Rhea
T1  - Die Rolle der NF-κB-Aktivierung beim LPS-induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere
T1  - Role of NF-κB activation in LPS-induced endothelial barrier breakdown
N2  - Eine intakte Endothelbarriere ist eine unabdingbare Voraussetzung für die uneingeschränkte Funktion sämtlicher Organe. Wird die Barrierefunktion durch entzündliche Prozesse gestört, so kommt es zum Austritt von Gefäßflüssigkeit ins Interstitium. Dies resultiert in Organversagen und ist Mitverursacher der hohen Sterblichkeit bei systemischen Entzündungsreaktionen und Sepsis. Vorangehende Untersuchungen haben bereits wichtige Mechanismen aufgedeckt, die zum Barriereverlust führen (Schlegel et al., 2009). In dieser Studie wurde untersucht, ob die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF ĸB für den LPS-induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere von Bedeutung ist. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Einwirkung von LPS in zwei verschiedenen Endothelzelllinien, den makrovaskulären PSEC sowie den mikrovaskulären HDMEC, zu einer signifikanten Aktivierung von NF ĸB führte. Dies wurde sowohl mittels Kernextraktionsversuchen als auch durch Immunfluoreszenzfärbungen nachgewiesen. Messungen des TER zeigten eine Abnahme des endothelialen Widerstands und folglich der Barrierefunktion nach Applikation von LPS, gefolgt von einer spontanen Regeneration der Barriere nach einer Inkubationszeit von 24 h. Eine Erhöhung des intrazellulären cAMP Spiegels durch Applikation von Forskolin/Rolipram verhinderte zwar die LPS induzierte Bildung interzellulärer Lücken, nicht jedoch die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF ĸB. Vielmehr verstärkte eine cAMP Erhöhung sogar eine NF ĸB Aktivierung in HDMEC nach 4 h, ohne die Morphologie der Endothelzelljunktionen zu schädigen. Der selektive NF ĸB Inhibitor NBD Peptid vermochte im Gegensatz dazu die LPS induzierte NF ĸB Aktivierung deutlich zu hemmen, verhinderte allerdings weder die interzelluläre Lückenbildung noch den Abfall des TER durch LPS. Im Gegenteil – da unter Einwirkung von NBD Peptid die spontane Regeneration des TER nach LPS Applikation ausblieb, schienen barrierekompromittierende Effekte von LPS durch Hemmung der NF ĸB Aktivierung mittels NBD-Peptid sogar verstärkt zu werden. In Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen hemmte auch die Repression von NF ĸB p65 durch eine spezifische p65 siRNA den LPS induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere nicht. Weitere NF ĸB abhängige Proteine wie VASP und Caveolin 1, deren Beteiligung am Pathomechanismus von anderen Arbeitsgruppen vorgeschlagen wurde, blieben in unseren Experimenten unter LPS Exposition unverändert. Zusammenfassend scheint die NF ĸB Aktivierung initial nicht entscheidend am LPS induzierten Zusammenbruch der Endothelbarriere beteiligt zu sein. Unsere Ergebnisse legen vielmehr nahe, dass die Aktivierung des Transkriptionsfaktors möglicherweise Teil eines „Rescue“ Mechanismus sein könnte.
N2  - An intact endothelial barrier is indispensable for the functioning of all organs. Inflammatory processes like sepsis lead to increased endothelial permability, causing edema which often result in organ failure. Previous studies uncovered important mechanisms leading to endothelial barrier breakdown (Schlegel et al., 2009). This study analyses if activation of NF ĸB is involved in LPS-induced damage to intercellular junctions. It is demonstrated that LPS leads to activation of NF ĸB in two different endothelial cell lines, PSEC and HDMEC, shown by nuclear extraction and immunofluorescence experiments. Measurements of TER visualise reduction of endothelial resistance and thus integrity of the endothelial barrier after application of LPS, followed by spontaneous regeneration after 24 hours. Increase of intracellular cAMP levels by application of Forskolin/Rolipram prevented LPS-induced intercellular gap formation, while activation of NF ĸB was not affected. Rather, increased cAMP levels intensified activation of NF ĸB in HDMEC after 4 h, without damaging morphology of endothelial cell junctions. The selective NF ĸB-inhibitor NBD-peptide prevented LPS-induced NF ĸB activation but not intercellular gap formation and reduction of TER. Because NBD-peptide blocked spontaneous regeneration of TER after LPS application, barrier compromising effects of LPS appeared to be intensified by inhibition of NF ĸB activation. In accordance with these results repression of NF ĸB p65 by siRNA did not prevent LPS-induced barrier breakdown. Other NF ĸB-dependent proteins like VASP and Caveolin-1, both suggested to be involved in the pathomechanism, remained unaffected. In summary, NF ĸB activation appears not to be initially involved in LPS-induced endothelial barrier breakdown. The results of this study suggest activation of NF ĸB might be part of a “rescue” mechanism.
KW  - Sepsis
KW  - Cyclo-AMP
KW  - Endothel
KW  - Endotoxin
KW  - LPS
KW  - Endothelbarriere
KW  - Sepsis
KW  - LPS
KW  - cAMP
KW  - endothelial barrier
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83810
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hofmann, Anke Katrin
T1  - Ex vivo Expansion von endothelialen Vorläuferzellen
T1  - Ex vivo expansion of endothelial progenitor cells
N2  - EINFÜHRUNG: Endotheliale Vorläuferzellen (EPCs) können in vivo aus dem Knochenmark in die periphere Blutzirkulation mobilisiert und gezielt zu ischämischem Gewebe oder Gefäßläsionen rekrutiert werden. Im Zielgewebe differenzieren EPCs in situ zu reifen Endothelzellen und tragen auf diese Weise zur Neovaskularisation und Endothelregeneration bei. Der therapeutische Einsatz von EPCs ist durch die geringe Zellzahl limitiert, die aus dem Blut eines Patienten gewonnen werden kann. Folglich ist ein Verfahren zur ex vivo Expansion von EPCs erforderlich. Das Cystein-reiche Protein 61 (CYR61) ist ein matrizelluläres Signalprotein der CCN-Familie, das in vitro in der Lage ist die Proliferation, Migration und Adhäsion von Endothelzellen zu steigern. In vivo ist CYR61 im Rahmen von Geweberegeneration und Neovaskularisation verstärkt exprimiert. Die Beteiligung von EPCs und CYR61 an der Blutgefäßbildung legt eine mögliche Interaktion dieser beiden angiogenetischen Faktoren nahe. In dieser Arbeit wurde der Frage nachgegangen, ob CYR61 ein potenter Stimulator der ex vivo Expansion von EPCs ist, ohne dabei den Phänotyp der Zellen zu verändern. MATERIAL UND METHODEN: Das rekombinante CYR61-Protein wurde in Insektenzellen als Fusionsprotein mit der Fc-Domäne des humanen IgG exprimiert und affinitätschromatographisch aufgereinigt. Mononukleäre Zellen des peripheren venösen Blutes von adulten humanen Spendern wurden mittels Dichtegradientenzentrifugation isoliert und anschließend mit einem für die Selektion von EPCs geeigneten Grundmedium in vitro kultiviert. Vom 2. Kulturtag an wurde das Grundmedium mit CYR61 supplementiert. Die Kontrollzellen wurden in reinem oder mit Fc-tag supplementiertem Grundmedium kultiviert. Das Wachstum und die Entwicklung der Zellen wurden über die gesamte Kulturdauer hinweg beobachtet und fotografiert. Die Zellproliferation wurde mittels Zellzählung quantifiziert. Zudem wurden die Zellen mittels FACS-Analyse und immunhistochemischer Färbung bezüglich der Expression charakteristischer Oberflächenmarker phänotypisch analysiert. ERGEBNISSE: Die in vitro Kultur von aus dem Blut isolierten EPCs unter CYR61-Supplementierung führte zu einer konzentrationsabhängigen Steigerung der Zellproliferation, im Konzentrationsbereich von 0,05 bis 1,5µg/ml CYR61. Die Behandlung von EPCs mit 0,5µg/ml CYR61 führte zu einer durchschnittlich 4,1-fachen Zellzahlzunahme im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollzellen. Die FACS-Analysen und immunhistochemischen Färbungen ergaben ein für EPCs charakteritisches Oberflächenmarkerexpressionsprofil der Zellen. Sowohl die mit CYR61 behandelten als auch die unbehandelten Kontrollzellen zeigten eine identische EPC-typische Markerexpression, wodurch gezeigt werden konnte, dass der Phänotyp der EPCs von der Behandlung mit CYR61 unbeeinflusst bleibt. SCHLUSSFOLGERUNG: Folglich ist CYR61 ein potenter Stimulator der ex vivo Expansion von aus dem peripheren humanen Blut isolierten EPCs. Dieses Ergebnis legt eine mögliche Verwendung von ex vivo unter CYR61 Behandlung expanierten EPCs zur Stimulation von Neovaskularisation und Endothelregeneration nahe. Derartige neue Zell-basierte therapeutische Strategien könnten dazu beitragen beispielsweise die Behandlung der ischämischen Herzkrankheit, die Knochenregeneration oder die Vaskularisierung von mittels Tissue Engineering hergestellten Gewebekonstrukten zu verbessern.
N2  - BACKGROUND: Endothelial progenitor cells (EPCs) can in vivo be mobilized from the bone marrow into the peripheral blood, home to sites of ischemia or vascular injury and differentiate into endothelial cells in situ, resulting in an enhanced neovascularisation and reendothelialisation. The use of EPCs as a potential therapeutic agent is limited by the small number of EPCs that can be isolated from peripheral blood. Consequently an ex vivo expansion technique for EPCs is required. The cystein-rich protein 61 (CYR61) is a matricellular signal protein of the CCN family, that promotes endothelial cell proliferation, migration and adhesion in vitro and is shown to be over expressed in the context of tissue regeneration and neovascularisation in vivo. The involvement of EPCs and CYR61 in neovascularisation suggests possible interaction between these two angiogenic factors. This study explores the question whether CYR61 is a potent stimulator of ex vivo expansion of EPCs, without altering the cell phenotype. MATERIALS AND METHODS: The recombinant CYR61 protein was expressed in insect cells as a fusion protein with the IgG Fc-domain and purified via protein G sepharose. Mononuclear cells were isolated from peripheral venous blood of adult healthy human volunteers using density gradient centrifugation, followed by in vitro cultivation with a basic medium for selection of EPCs. From day 2 of cultivation onwards the basic medium was supplemented with CYR61. Control cells were cultured in basic medium alone or were treated with Fc-tag. Cell growth and development was monitored and photographed during the time of culture. Cell proliferation was quantified by cell counting. Phenotypic analysis of EPC based on cell surface marker expression was performed using FACS-analysis and immunhistochemical staining. To evaluate the influence of the treatment with CYR61 on the phenotype of EPCs, the marker expression of the treated an untreated cells was compared. RESULTS: Medium supplementation with CYR61 during in vitro culture of EPCs isolated from peripheral blood resulted in a dose-depend increase of cell proliferation in the concentration range between 0.05 and 1.5µg/ml CYR61. Treatment of EPCs with 0.5µg/ml CYR61 resulted in a 4.1-fold average EPC number increase compared to untreated control cells. FACS analysis and immunhistochemical staining revealed a characteristic EPC surface marker expression profile. Both CYR61 treated and untreated cells showed the same EPC marker expression, demonstrating that CYR61 treatment has no influence on EPC phenotype. CONCLUSION: In conclusion, CYR61 represents a potent stimulator of ex vivo expansion of EPCs isolated from peripheral human blood. This finding suggests a possible application of EPCs expanded ex vivo under CYR61 treatment to stimulate neovascularisation and endothelial regeneration. Such novel cell-based therapeutic strategies may help improve for instance treatment for ischemic heart disease, bone regeneration or vascularisation of tissue engineered constructs.
KW  - Vaskularisation
KW  - Angiogenese
KW  - Endothel
KW  - endotheliale Vorläuferzellen
KW  - CYR61
KW  - Vaskulogenese
KW  - endothelial progenitor cells
KW  - CYR61
KW  - vasculogenesis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64878
ER  - 
TY  - THES
A1  - Blecharz, Kinga Grażyna
T1  - Molekulare Ziele der Glukokortikoidbehandlung unter verschiedenen pathophysiologischen Bedingungen in einem in vitro Modell der Blut-Hirn-Schranke
T1  - Molecular targets of glucocorticoid-treatment under different pathophysiological conditions in an in vitro model of the blood brain barrier
N2  - Die Integrität der Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist bei vielen Erkrankungen des humanen zentralen Nervensystems (ZNS) beeinträchtigt. Unter verschiedenen neuroinflammatorischen Bedingungen, wie bei zerebralen Ischämien, Traumata, Hirntumoren oder der Multiplen Sklerose (MS), kommt es zum Verlust der protektiven Schrankenfunktion. Zu den ersten Anzeichen des BHS-Zusammenbruchs zählt der Verlust der Zell-Zell-Adhäsion: der Adhärens- und Occludenskontakte. Therapeutische Maßnahmen dieser Krankheiten beinhalten Behandlungen mit Glukokortikoiden (GCs), wobei der Mechanismus und die Wirkungsweise dieser Substanzen bis heute nicht vollkommen aufgeklärt sind. In der zerebralen Hirnendothelzelllinie cEND [Forster C, Silwedel C, Golenhofen N, Burek M, Kietz S, Mankertz J & Drenckhahn D. (2005). Occludin as direct target for glucocorticoid-induced improvement of blood-brain barrier properties in a murine in vitro system. J Physiol 565, 475-486] wurde eine Funktionsverbesserung der Endothelbarriere durch die Expressionerhöhung von Occludin nach GC-Behandlung bereits analysiert. Daraufhin wurden andere Kandidaten des apikalen Junktionssystems gesucht, die positiv auf GC-Gabe ansprechen. Der erste Teil der Arbeit präsentiert den positiven Einfluss der Dexamethason-Behandlung auf die Expression des Adhärenskontakt-Proteins VE- (Vascular-Endothelial) Cadherin in cEND-Zellen. Dabei wurde eine Reorganisation des Zytoskeletts, eine verstärkte Verankerung des VE-Cadherins an das Zytoskelett, sowie eine einhergehende Morphologieänderung der behandelten Zellen beobachtet. Untersuchungen der Transkriptionsaktivierung des VE-Cadherin-Promoters nach Dexamethason-Behandlung, wiesen auf einen indirekten Steroid-Effekt hin, der zu einer Erhöhung der VE-Cadherin-Proteinsynthese führte. Somit sind GCs wichtig für die Proteinsynthese und -organisation beider Kontaktproteinarten: der Adhärens- und Occludenskontakte in mikrovaskulären Hirnendothelzellen. Die Beeinträchtigung der BHS-Integrität mit Veränderungen der Occludenskontaktexpression zählt zu den frühen Ereignissen bei der Entstehung einer Inflammation des ZNS, wie beispielsweise bei der MS. Im zweiten Teil der Dissertation wurde die Herunterregulation von Occludenskontaktproteinen in der cEND-Zelllinie untersucht. Dabei wurden cEND-Zellen mit Seren von Patienten, die sich in zwei verschiedenen Stadien der MS befanden, behandelt: in der akuten Exazerbationsphase oder der Remissionsphase, und auf die Protein- und Genexpression mit und ohne Dexamethasons-Behandlung untersucht. Es konnte ein negativer Effekt auf den Barrierewiderstand und die Occludenskontaktexpression, sowie eine erhöhte MMP-9-Genexpression nach Krankheitssereninkubation gezeigt werden. Die Dexamethason-Behandlung ergab eine geringe, aber keine vollständige Rekonstitution der Barrierefunktion. Anhand dieser Studie konnte jedoch erstmals eine Erniedrigung der Protein- und mRNA-Synthese von Claudin-5 und Occludin in Remissionspatientenseren inkubierten cEND-Zellen demonstriert werden. Somit könnten diese Erkenntnisse zur Prädiagnose einer bevorstehenden Exazerbationsphase der MS eingesetzt werden. Eine Langzeit-GC-Behandlung führt zu zahlreichen Nebenwirkungen, u. a. zum Bluthochdruck, welcher aufgrund einer eingeschränkten Produktion des vasodilatativen Faktors Stickstoffmonoxid, NO, im myokardialen Endothel hervorgerufen wird. Veränderungen in der NO-Produktion, wie auch anderer Faktoren der NO-Signalkaskade in der myokardialen Endothelzelllinie MyEND unter Einfluss von Dexamethason standen im Zentrum des dritten Teils dieser Arbeit. Während keine Veränderungen in der Expression der endothelialen NO-Synthase, eNOS, nach GC-Behandlung gezeigt werden konnten, wurden repressive Einflüsse von Dexamethason auf die Enzymaktivität der eNOS in MyEND-Zellen untersucht. GC-Gabe führte zur einer herabgesetzten Synthese des essenziellen Co-Faktors der eNOS, des Tetrahydrobiopterins, BH4, sowie zu einer Herunterregulation der GTP-Cyclohydrolase-1 (GTPCH-1), des geschwindigkeitsbestimmenden Enzyms der BH4-Produktion. Im Gegensatz zu bisherigen Ergebnissen anderer Arbeitsgruppen, konnte in der vorliegenden Studie belegt werden, dass die Herunterregulation der GTPCH-1 mRNA-Level auf den Liganden-abhängigen proteasomalen Abbau des Glukokortikoid-Rezeptors (GR) zurückzuführen ist. Das 26S-Proteasom moduliert die GR-abhängige Genexpression durch Kontrolle des Umsatzes und des Recyclings des Rezeptors selbst, wodurch eine regulierte Hormonresponsivität gewährleistet wird. Die Aufhebung des Liganden-abhängigen Abbaus des GR-Proteins durch gezielte Proteasominhibition, sowie durch eine Überexpression des ubiquitinylierungsdefekten GR-Konstruktes, K426A-GR, in Dexamethason-behandelten MyEND-Zellen resultierte in einer Erhöhung der GTPCH-1-Expression, sowie einer gesteigerten eNOS-Aktivität. Die hier beschriebenen Ergebnisse erlauben einen innovativen Einblick in die Erkenntnisse zur GC-vemittelten Hypertonie. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass GC-Behandlungen von mikrovaskulären Hirnendothelzellen zu einer Stabilisierung der Endothelbarriere führen. Unter pathologischen Bedingungen, wie der MS, wird der protektive GC-Effekt durch andere Faktoren beeinträchtigt
N2  - The integrity of the blood-brain barrier (BBB) is compromised in many disorders of the human central nervous system. A breakdown of the blood-brain barrier under conditions of neuroinflammation and cerebral ischemia, but also traumas, brain tumours and multiple Sclerosis (MS), leads to loss of the protective function of the barrier. In its breakdown one of the first observable changes is the loss of intercellular adhesion and concomitant an increase of permeability. Although therapeutic strategies for diseases with impaired BBB function include the treatment with glucocorticoids (GCs) but the mechanism explaining GC action still remains unclear. Recent studies showed the influence of GCs on the expression of the tight junction protein occludin in the brain capillary endothelial cell line cEND, contributing to improvement in endothelial barrier functions. In this study, we investigated GC effects on the expression of the adherens junction proteins VE- (vascular-endothelial) cadherin. It was possible to show a positive influence of dexamethasone administration on VE-cadherin protein levels as well as a rearrangement and the anchorage of VE-cadherin protein to the cytoskeleton. Investigation of transcriptional activation of the VE-cadherin promoter by dexamethasone, however, did not point to direct glucocorticoid-mediated VE-cadherin gene induction. But it rather suggested indirect steroid effects leading to increased VE-cadherin protein synthesis. We thus propose that glucocorticoid effects on VE-cadherin protein synthesis and organization are important for the formation of both adherens and tight junctions, and for improved barrier properties in microvascular brain endothelial cells. Abnormalities in the expression profile of tight junctions in cerebral endothelium constituting barrier functions occur early during neuroinflammation, as Multiple Sclerosis (MS). In the second part of this study, the disruption of tight junction proteins in the cEND cell line was analysed. cEND cells were incubated with sera from patients, which were in two different states of MS: in the acute exacerbation or the remission phase of the disease, and protein levels and gene expression of claudin-5, occludin and VE-cadherin with and without dexamethasone treatment were investigated. There arised a downregulation of claudin-5 and occludin on protein and mRNA levels and an accompanying upregulation of MMP-9 activity revealed. A minor reconstitution of barrier functions related to dexamethasone treatment could be shown. However, no reconstitution could be detected to the control level. Especially, observations in downregulation of claudin-5 and occludin in cEND cells incubated with sera from patients in remission phase of MS could not be demonstrated before. Thus, this finding is proposed to be a new useful prediagnostic tool for an early detection of upcoming exacerbation phase. One of the numerous side effects of GC therapy is hypertension arising from reduced release of the endothelium-derived vasodilator nitric oxide, NO, being in the centre of the third part of this study. While effects of dexamethasone on endothelial NO synthase, eNOS, expression itself could not be demonstrated, repressive effects of dexamethasone on eNOS enzyme activity were shown in the myocardial endothelial cell line MyEND. Following GC-treatment we observed decreased levels of the essential cofactor of eNOS, tetrahydrobiopterin, BH4. We also determined a downregulation of GTP cyclohydrolase-1, GTPCH-1, the key enzyme of BH4 synthesis. In contrast to recent data from other groups, we postulate that this downregulation of GTPCH-1 mRNA levels is not a direct downregulation effect of GC action. But it is rather a consequence of the ligand-dependent proteasomal degradation of the GC receptor, GR. The 26S-proteasome modulates GR-dependent gene transcription by regulation of its turnover and the recycling of receptor/transcriptional DNA complexes, thereby ensuring continued regulation of hormone responsivity. In this work, the inhibition of proteasome-mediated proteolysis of GR by using inhibitors of the 26S-proteasome, or overexpression of a point-mutated, ubiquitination-defective GR construct, K426A-GR, which attenuates endothelial GC responsivity, was demonstrated. The abrogation of ligand-dependent degradation of GR protein resulted in increased levels of GTPCH-1 hence expression, leading to an increased eNOS-activity. These results provide a new insight into the research of GC-induced hypertension. Taken together, these data demonstrate, that GC treatment in microvascular brain endothelial cells leads to barrier stabilisation, but under conditions of MS there are many other factors like cytokines and chemokines, which abrogate this positive action.
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Endothel
KW  - Tight junction
KW  - Dexamethason
KW  - Zellskelett
KW  - Proteasom
KW  - Hypertonie
KW  - Glukokortikoide
KW  - Endothelzelllinie
KW  - Adherens-Junction
KW  - blood brain barrier
KW  - brain endothelial cell line
KW  - tight junction
KW  - adherens junction
KW  - multiple sclerosis
KW  - proteasome
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57256
ER  -