TY  - THES
A1  - Karunakaran, Karthika
T1  - Mechanisms of apoptosis regulation in human cells infected with Simkania negevensis
T1  - Mechanismen der Apoptoseregulation in Simkania negevensis infizierten Humanzellen
N2  - Chlamydiales are obligate intracellular gram-negative bacteria that have gained high medical relevance. These important human pathogens cause diverse diseases including trachoma and wide spread sexually transmitted diseases. Chlamydia establishes membrane bound inclusions in the host cell and loots the host for nutritional requirements. Infections are usually recognized by the host immune system and eliminated systematically, by triggering apoptosis. However, the pathogen Chlamydia has evolved various strategies to prevent the detection as well as protect the invaded cell against apoptosis or any other form of cell death. The evolutionary conservation of cell death regulation has not been investigated in the order Chlamydiales, which also includes Chlamydia-like organisms with a broader host spectrum. The present study was aimed at investigating the apoptotic response of human cells infected with the Chlamydia-like organism Simkania negevensis (Sn). Simkania infected cells exhibited strong resistance to apoptosis induced by intrinsic stress or by the activation of cell death receptors. Apoptotic signaling was blocked upstream of mitochondria since Bax translocation, Bax and Bak oligomerisation and cytochrome c release were absent in these cells. Caspases were differentially regulated upon Sn infection. Caspase-3 and -9 were not activated upon Sn infection and apoptosis induction; whereas caspases-8 was activated in Sn infected cells even without apoptosis induction. This indicates that, Sn utilizes death receptor association independent caspase activation for thriving in the host environment. Infected cells turned on pro-survival pathways like cellular Inhibitor of Apoptosis Proteins (IAP-1/2 and XIAP) and the Akt/PI3K pathway. Sn infection also 20 activated the pro-survival transcription factor NF-кB. Blocking any of these survival pathways sensitized the infected host cell towards apoptosis induction, demonstrating their role in infection-induced apoptosis resistance. The NF-кB mutant cells also showed reduced infectivity of Sn, which indicated an essential role of NF-кB in Sn infection. It was interesting to observe that, Acanthamoeba castellanii, a natural host of Sn, survived maintaining its trophozoite forms after infection with Sn upon starvation. The metacaspases, responsible for encystment could be regulated by Sn upon infection. This suggests an early level of gene regulation indicating how the pathogen evolved its ability to inhibit apoptosis in higher organisms. The resistance to apoptosis pathways subverted in Sn-infected cells was similar but not identical to those modulated by Chlamydia. Together, the data supports the hypothesis of evolutionary conserved signaling pathways to apoptosis resistance as common denominators in the order Chlamydiales.
N2  - Vertreter der Ordnung Chlamydiales sind obligat intrazelluläre gram-negative Bakterien mit einer zunehmenden medizinischen Relevanz. Diese Humanpathogene lösen verschiedene Krankheiten aus, unter anderem Blindheit und sexuell übertragbare Krankheiten. Chlamydia führt zur Ausbildung einer Membranumschlossenen Inklusion innerhalb der Wirtszelle und entzieht dem Wirt die nötigen Nährstoffe. Infektionen können vom Immunsystem des Wirts erkannt und systematisch mittels Apoptose bekämpft werden. Chlamydia hat jedoch verschiedene Strategien entwickelt um der Erkennung durch das Immunsystem zu entgehen und um ihre Wirtszelle vor dem Zelltod zu schützen. Ob die Fähigkeit den Zelltod der Wirtszelle zu regulieren evolutionär innerhalb der Ordnung der Chlamydiales, welche auch Chlamydia-ähnliche Organismen mit einem breiteren Wirtsspektrum beinhalten, konserviert ist wurde bislang noch nicht untersucht. In dieser Arbeit wurde das apoptotische Verhalten humaner mit dem Chlamydia-ähnlichen Organismus Simkania negevensis (Sn) infizierter Zellen untersucht. Mit Simkanien infizierte Zellen zeigen eine starke Apoptose-Resistenz, unabhängig ob diese über intrinsischen Stress oder durch die Aktivierung von Todesrezeptoren ausgelöst wurde. Die Apoptose-Signalkaskade wurde vor den Mitochondrien blockiert, da es weder zu einer Bax Translokation, Bax und Bak Oligomerisierung noch zur Cytochrom c Freisetzung in den infizierten Zellen kam. Auch Caspasen zeigten eine veränderte Regulation. Die Caspase-3 und -9 wurden während einer Sn-Infektion und Apoptose-Induktion nicht aktiviert. Die Caspase 8 jedoch ist während der Sn-Infektion unabhängig von einer Apoptose-Induktion aktiv. Diese Tatsache lässt vermuten, dass Sn sich eines von den Todesrezeptoren 22 unabhängigen Mechanismus der Caspaseaktivierung bedienen um in der Wirtzelle zu verbleiben. Infizierte Zellen zeigen eine Aktivierung verschiedener antiapoptotischer Signalwege wie der der Inhibitor of Apoptotis Proteins (IAP1/2 and XIAP)- und den Akt/PI3K Signalweg. Durch eine Sn-Infektion kommt es außerdem zur Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kB. Wird einer dieser Überlebenssignalwege blockiert zeigen die infizierten Wirtszellen eine erhöhte Sensitivität gegenüber einer Apoptoseinduktion, was wiederum die zentrale Rolle der infektionsvermittelten Apoptoseresistenz aufzeigt. Eine Zelllinie mit mutiertem NF-kB zeigte eine verminderte Infektiosität von Sn, was die zentrale Rolle von NF-kB in der Sn-Infektion unterstreicht. Infektionsversuche mit Sn und dessen natürlichem Wirt Acanthamoeba castellanii zeigten, dass diese im Sn-infizierten Stadium die Aufrechterhaltung ihrer Trophozyten-Form nach Nährstoffmangel überlebten. Die Metacaspasen, welche für die Einkapselung verantwortlich sind konnten durch eine Sn-Infektion reguliert werden. Dies weist auf ein frühes Stadium der Genregulation hin und lässt vermuten wie die Pathogene die Fähigkeit zur Apoptose-Inhibition höherer Organismen erlangt haben könnten. Die durch eine Sn-Infektion vermittelte Resistenz der Wirtszelle gegenüber Apoptose-Signalwegen ist ähnlich, jedoch nicht identisch zu der durch Chlamydia vermittelten Resistenz. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese eines evolutionär konservierten Signalwegs der Apoptoseresistenz als allgemeiner Nenner in der Ordnung der Chlamydiales.
KW  - Apoptosis
KW  - Simkania Negevensis
KW  - Apoptose
KW  - Simkania Negevensis
KW  - Apoptosis
KW  - Simkania Negevensis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72098
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lang, Isabell
T1  - Molekulare Mechanismen der CD95-Aktivierung
T1  - Molecular mechanisms of CD95 activation
N2  - Die Stimulation des CD95-Todesrezeptors durch seinen natürlichen membranständigen Li-ganden CD95L führt zur kontextabhängigen Aktivierung von sowohl apoptotischen als auch nicht-apoptotischen Signalwegen. Durch Proteolyse wird aus dem membranständigen CD95L löslicher trimerer CD95L freigesetzt. Die Bindung von löslichem trimerem CD95L an CD95 ist nicht ausreichend, um die CD95-Signaltransduktion effizient zu stimulieren. Die Fähigkeit von löslichen CD95L-Trimeren CD95-vermittelte Signalwege robust zu aktivieren kann jedoch durch Oligomerisierung und artifizielle Immobilisierung an eine Oberfläche drastisch gesteigert werden. In dieser Arbeit wurde zunächst bestätigt, dass nur oligomere CD95L-Varianten, die z.B. durch Antikörpervernetzung von N-terminal getaggten rekombinanten CD95L-Varianten oder durch eine gentechnisch erzwungene Hexamerisierung von CD95L-Molekülen erhalten wur-den, in der Lage sind, effizient apoptotische und nicht-apoptotische Signalwege zu aktivieren. Ferner zeigte sich dann, dass die Bindung von löslichen CD95L-Trimeren nicht ausreichend ist, um die Translokation von CD95-Molekülen in detergenzunlösliche „Lipid Raft“- Membrandomänen zu stimulieren. Die „Lipid Raft“-Translokation ist ein zentrales Ereignis bei der CD95-Aktivierung und vor allem für die Induktion der Apoptose bedeutsam. Dabei ist ein selbstverstärkender Prozess aus Caspase-8-Aktivierung und „Lipid Raft“-Assoziation des CD95 von Bedeutung. Um die Interaktion von CD95 und CD95L mit Hilfe von hoch sensitiven zellulären Bindungs-studien analysieren zu können, wurden in dieser Arbeit desweiteren CD95L-Fusionsproteine entwickelt und hergestellt, an welche N-terminal eine Gaussia princeps Luziferase (GpL)- Reporterdomäne gekoppelt ist. So konnte mit den GpL-CD95L-Fusionsproteinen gezeigt werden, dass die Oligomerisierung von CD95L-Trimeren keinen Effekt auf die Ligandenbele-gung des CD95 hat. Dies spricht dafür, dass die höhere spezifische Aktivität von oligomeri-sierten CD95L-Trimeren nicht auf einer Aviditäts-vermittelten Zunahme der apparenten Affi-nität beruht, sondern dies deutet darauf hin, dass die sekundäre Aggregation von sich initial bildenden trimeren CD95L-CD95-Komplexen eine entscheidende Rolle in der CD95-Aktivierung spielt. Durch Scatchard-Analysen zeigte sich ferner, dass trimerer CD95L mit mindestens zwei zellulären Bindungsstellen unterschiedlicher Affinität interagiert. Bindungs-studien mit löslichen monomeren und trimeren GpL-CD95-Rezeptoren an membranständigen CD95L, als auch Inhibitionsstudien ergaben, dass trimerer CD95 weitaus besser an CD95L bindet. Dies legt nahe, dass es sich bei den zuvor beobachteten hoch- und niederaffinen Bindungsstellen für CD95L um monomere bzw. prä-assemblierte CD95-Moleküle handelt. Die GpL-CD95L-Fusionsproteine wurden auch genutzt, um die CD95-Translokation in „Lipid Rafts“ zu analysieren. So wurde trimerer GpL-CD95L als „Tracer“ zur Markierung von inaktiven CD95-Molekülen eingesetzt. Nach Aktivierung der übrigen freien CD95-Moleküle mit hoch aktivem hexameren Fc-CD95L konnte eine Zunahme der inaktiven GpL-CD95L-markierten Rezeptoren in „Lipid Rafts“ beobachtet werden. Offensichtlich stimulieren also aktivierte CD95-Moleküle in „trans“ die Ko-Translokation inaktiver CD95-Rezeptoren in „Lipid Rafts“. Dies bestätigte sich auch in Experimenten mit Transfektanten, die einen chimären CD40-CD95-Rezeptor exprimieren. Letzterer ist nach Stimulation mit CD40L in der Lage, intrazellu-läre CD95-vermittelte Signalwege zu aktivieren. Die Aktivierung von CD95-assoziierten Sig-nalwegen durch Stimulation von endogenem CD95 in CD40-CD95-Transfektanten resultierte nun in der Ko-Translokation von unstimulierten CD40-CD95-Rezeptoren in „Lipid Rafts“. Vice versa zeigte sich die Ko-Translokation von endogenem CD95 nach spezifischer Aktivierung des chimären CD40-CD95-Rezeptors. Schlussendlich erwiesen sich eine funktionsfähige Todesdomäne und die Aktivierung der Caspase-8 als essentiell für die „Lipid Raft“-Assoziation von aktivierten CD95-Molekülen und auch für die durch diese Rezeptorspezies induzierte Ko-Translokation von inaktiven Rezeptoren in „Lipid Rafts“.
N2  - Membrane-bound CD95L activates the CD95 death receptor to induce context-dependent apoptotic and non-apoptotic signaling pathways. In contrast, soluble trimeric CD95L, which is released by proteolysis, is not sufficient to stimulate CD95-induced signaling. However, the ability of soluble CD95L trimers to activate robust CD95 mediated signaling pathways can be increased drastically by oligomerization and artificial immobilization on the cell surface. In this work, it has been confirmed that only the oligomeric CD95L-variants, produced by an-tibody crosslinking of N-terminal tagged recombinant CD95L-variants or by genetic engineer-ing-enforced formation of hexamers, are able to efficiently activate both apoptotic and non-apoptotic signaling pathways. Moreover, it has been shown that binding of soluble trimeric CD95L is not sufficient to stimulate translocation of CD95 molecules to the “lipid raft”-containing compartment of the cell membrane. This translocation of CD95 to “lipid rafts” is a pivotal event in CD95 activation and mainly meaningful, especially for induction of apoptosis. Thereby an auto-amplification-loop of caspase-8 activation and association of CD95 with “lipid rafts” is of importance. To analyze CD95-CD95L interactions, highly sensitive cellular binding studies using CD95L fusion proteins linked to the N-terminal Gaussia princeps luciferase (GpL) have been per-formed. With GpL-CD95L fusion proteins it has been demonstrated that oligomerization of CD95L trimers has no major effect on CD95 occupancy. Therefore higher specific activity of oligomerized CD95L trimers is not related to an avidity-driven increase in apparent affinity. This suggests that a process of secondary aggregation of the initially formed trimeric CD95L-CD95 complexes is crucial for CD95 activation. Furthermore, the data obtained from scat-chard analysis showed that trimeric CD95L interacts with at least two binding sites of different affinity. This was further examined by performing binding studies of soluble monomeric and trimeric GpL-CD95 receptors to membrane-bound CD95L and neutralization assays. It was observed that trimeric CD95 receptor can bind to CD95L much better. These results suggest that the high and low affinity binding sites concern to monomeric or rather pre-assembled CD95 molecules. Moreover, GpL-CD95L fusion proteins have been employed to analyze translocation of CD95 to “lipid rafts”. In these experiments, GpL-CD95L trimers were applied to “mark” inactive CD95 molecules. Upon activation of the remaining free CD95 molecules using highly active Fc-CD95L, an increased association of these inactive receptors with “lipid rafts” was observed. Apparently activated CD95 molecules stimulate in “trans” the co-translocation of inactive CD95 receptors to “lipid rafts”. This has also been confirmed in experiments with transfectants expressing chimeric CD40-CD95 receptors. These chimeric receptors are able to activate CD95-mediated signaling pathways after stimulation with CD40L. After stimulation of endogenous CD95 in CD40-CD95 transfectants the unstimulated chimeric CD40-CD95 receptors co-translocated to “lipid rafts”. Conversely, activation of CD95-associated pathways by specific stimulation of chimeric CD40-CD95 receptors resulted in co-translocation of the endogenous CD95. In conclusion, it has been shown that a functional death domain and caspase-8 activation turned out to be essential for both “lipid raft” association of signaling-active CD95 molecules and co-translocation of inactive CD95 receptors induced by active receptor species.
KW  - Fas-Ligand
KW  - Apoptosis
KW  - Antigen CD95
KW  - CD95
KW  - CD95L
KW  - Apoptose
KW  - "Lipid Rafts"
KW  - FAS
KW  - CD95
KW  - CD95L
KW  - apoptosis
KW  - "Lipid Rafts"
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73339
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schlegelmilch, Katrin
T1  - Molecular function of WISP1/CCN4 in the musculoskeletal system with special reference to apoptosis and cell survival
T1  - Funktionsüberprüfung von WISP1/CCN4 im mukuloskelettalen System mit besonderem Augenmerk auf Apoptose und das Überleben der Zellen
N2  - Human adult cartilage is an aneural and avascular type of connective tissue, which consequently reflects reduced growth and repair rates. The main cell type of cartilage are chondrocytes, previously derived from human mesenchymal stem cells (hMSCs). They are responsible for the production and maintainance of the cartilaginous extracellular matrix (ECM), which consists mainly of collagen and proteoglycans. Signal transmission to or from chondrocytes, generally occurs via interaction with signalling factors connected to the cartilaginous ECM. In this context, proteins of the CCN family were identified as important matricellular and multifunctional regulators with high significance during skeletal development and fracture repair. In this thesis, main focus lies on WISP1/CCN4, which is known as a general survival factor in a variety of cell types and seems to be crucial during lineage progression of hMSCs into chondrocytes. We intend to counter the lack of knowledge about the general importance of WISP1-signalling within the musculoskeletal system and especially regarding cell death and survival by a variety of molecular and cell biology methods. First, we established a successful down-regulation of endogenous WISP1 transcripts within different cell types of the human musculoskeletal system through gene-silencing. Interestingly, WISP1 seems to be crucial to the survival of all examined cell lines and primary hMSCs, since a loss of WISP1 resulted in cell death. Bioinformatical analyses of subsequent performed microarrays (WISP1 down-regulated vs. control samples) confirmed this observation in primary hMSCs and the chondrocyte cell line Tc28a2. Distinct clusters of regulated genes, closely related to apoptosis induction, could be identified. In this context, TRAIL induced apoptosis as well as p53 mediated cell death seem to play a crucial role during the absence of WISP1 in hMSCs. By contrast, microarray analysis of WISP1 down-regulated chondrocytes indicated rather apoptosis induction via MAPK-signalling. Despite apoptosis relevant gene regulations, microarray analyses also identified clusters of differentially expressed genes of other important cellular activities, e.g. a huge cluster of interferon-inducible genes in hMSCs or gene regulations affecting cartilage homeostasis in chondrocytes. Results of this thesis emphasize the importance of regulatory mechanisms that influence cell survival of primary hMSCs and chondrocytes in the enforced absence of WISP1. Moreover, findings intensified the assumed importance for WISP1-signalling in cartilage homeostasis. Thus, this thesis generated an essential fundament for further examinations to investigate the role of WISP1-signalling in cartilage homeostasis and cell death.
N2  - Humaner adulter Knorpel besitzt weder Blutgefäße noch Nerven, weswegen diese Knorpelart im Vergleich zu anderen Gewebetypen ein verringertes Wachstum und Regenerierung wiederspiegelt. Den Hauptteil der Zellen im adulten Knorpel stellen die Chondrozyten (Knorpelzellen)dar, welche sich zuvor aus humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) entwickelt haben. Sie sind verantwortlich für die Bildung und Aufrechterhaltung der extrazellulären Matrix (ECM) des Knorpelgewebes, welche hauptsächlich aus Kollagen und Proteoglykanen besteht. Signale, die durch Chondrozyten erzeugt oder weitergeleitet werden, finden in der Regel durch Interaktion mit Molekülen der im Knorpel liegenden ECM statt. Mitglieder der CCN-Familie gelten hierbei als bedeutende extrazelluläre Matrixproteine, die bei verschiedenen regulatorischen Prozessen während der Skelettentwicklung und der Frakturheilung eine Rolle spielen. In dieser Doktorarbeit liegt das Hauptaugenmerk auf dem CCN Protein WISP1/CCN4. Dieses Protein gilt bereits in verschiedenen Zellen als ein notwendiger Überlebensfaktor und scheint desWeiteren eine regulatorische Funktion während der Differenzierung von hMSCs in Chondrozyten auszuüben. Die generelle Bedeutung von WISP1 für das muskuloskelettale System ist bislang jedoch weitgehend ungeklärt und soll während dieser Doktorarbeit mittels einer Reihe von molekular- und zellbiologischer Methoden genauer untersucht werden. Hierfür wurde zu Beginn eine erfolgreiche Herunterregulierung endogen hergestellter WISP1 Transkripte mittels Genexpressionshemmung (gene-silencing) in verschiedenen muskuloskelettalen Zellen erzielt. Interessanterweise scheint WISP1 eine bedeutende Rolle für das Überleben dieser Zellen zu spielen, da ein Verlust bei allen untersuchten Zelllinien und primären hMSCs zum Zelltod führte. Um zu Grunde liegende Mechanismen genauer zu untersuchen, wurden daraufhin Microarray Analysen von hMSCs und Tc28a2 Chondrocyten durchgeführt (jeweils WISP1 herunterreguliert vs Kontrollzellen). In diesem Zusammenhang identifizierten bioinformatische Analysen differentielle Expressionen verschiedener apoptoseresponsiver Gene. So scheint eine Apoptoseinduktion über TRAIL und/oder p53 in hMSCs stattzufinden, wohingegen eine starke Regulation des MAPK-Signalweges in Chondrozyten detektiert wurde. Neben diesen Genregulationen, deckten die Analysen ebenso Gengruppen auf, die bei anderen wichtigen zellulären Abläufen eine Rolle spielen. Hier sind in WISP1 herunterregulierten hMSCs u.a. viele differenziell exprimierte Gene zu nennen, die durch Interferone induzierbar sind. In Chondrozyten dagegen scheint eine verringerte WISP1 Expression Genexpressionen zu beeinflussen, welche die Knorpelhomeostase regulieren. Die Ergebnisse, die während dieser Doktorarbeit erzielt wurden, verdeutlichen die Wichtigkeit von WISP1 für das Überleben von primären hMSCs und Chondrozyten. Darüberhinaus verstärken die bioinformatischen Analysen die Annahme, das WISP1 regulatorische Funktionen für die Knorpelhomeostase ausübt. Somit bietet diese Doktorarbeit ein essentielles Fundament, um die Rolle von WISP1 bei der Aufrechterhaltung der Knorpelhomeostase und des Zelltodes weiter zu erforschen.
KW  - Knorpelzelle
KW  - Extrazelluläre Matrix
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Apoptosis
KW  - WISP1/CCN4
KW  - mesenchymale Stammzellen
KW  - Apoptose
KW  - WISP1/CCN4
KW  - mesenchymal stem cells
KW  - apoptosis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73430
ER  -