TY - JOUR A1 - Weissenberger, M. A1 - Weissenberger, M. H. A1 - Gilbert, F. A1 - Groll, J. A1 - Evans, C. H. A1 - Steinert, A. F. T1 - Reduced hypertrophy in vitro after chondrogenic differentiation of adult human mesenchymal stem cells following adenoviral SOX9 gene delivery JF - BMC Musculoskeletal Disorders N2 - Background Mesenchymal stem cell (MSC) based-treatments of cartilage injury are promising but impaired by high levels of hypertrophy after chondrogenic induction with several bone morphogenetic protein superfamily members (BMPs). As an alternative, this study investigates the chondrogenic induction of MSCs via adenoviral gene-delivery of the transcription factor SOX9 alone or in combination with other inducers, and comparatively explores the levels of hypertrophy and end stage differentiation in a pellet culture system in vitro. Methods First generation adenoviral vectors encoding SOX9, TGFB1 or IGF1 were used alone or in combination to transduce human bone marrow-derived MSCs at 5 x 10\(^2\) infectious particles/cell. Thereafter cells were placed in aggregates and maintained for three weeks in chondrogenic medium. Transgene expression was determined at the protein level (ELISA/Western blot), and aggregates were analysed histologically, immunohistochemically, biochemically and by RT-PCR for chondrogenesis and hypertrophy. Results SOX9 cDNA was superior to that encoding TGFB1, the typical gold standard, as an inducer of chondrogenesis in primary MSCs as evidenced by improved lacuna formation, proteoglycan and collagen type II staining, increased levels of GAG synthesis, and expression of mRNAs associated with chondrogenesis. Moreover, SOX9 modified aggregates showed a markedly lower tendency to progress towards hypertrophy, as judged by expression of the hypertrophy markers alkaline phosphatase, and collagen type X at the mRNA and protein levels. Conclusion Adenoviral SOX9 gene transfer induces chondrogenic differentiation of human primary MSCs in pellet culture more effectively than TGFB1 gene transfer with lower levels of chondrocyte hypertrophy after 3 weeks of in vitro culture. Such technology might enable the formation of more stable hyaline cartilage repair tissues in vivo. KW - Mesenchymal stem cell KW - Cartilage KW - SOX9 KW - Gene therapy KW - Chondrogenesis KW - Hypertrophy KW - Adenovirus KW - Bone marrow Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-229232 VL - 20 ER - TY - THES A1 - Ganesan, Jayavarshni T1 - The role of microRNA-378 in cardiac hypertrophy T1 - Untersuchungen zur Rolle der MikroRNA-378 bei kardialer Hypertrophie N2 - MicroRNAs are endogenous ≈22 nt long non coding RNA molecules that modulate gene expression at the post transcriptional level by targeting mRNAs for cleavage or translational repression. MicroRNA-mRNA interaction involves a contiguous and perfect pairing within complementary sites usually in the 3’ UTR of the target mRNA. Heart failure is associated with myocyte hypertrophy and death, due to compensatory pathological remodeling and minimal functional repair along with microRNA deregulation. In this study, we identified candidate microRNAs based on their expression strength in cardiomyocytes and by their ability to regulate hypertrophy. Expression profiling from early and late stages of heart failure showed several deregulated microRNAs. Of these microRNAs, miR-378 emerged as a potentially interesting microRNA that was highly expressed in the mouse heart and downregulated in the failing heart. Antihypertrophic activity of miR-378 was first observed by screening a synthetic miR library for morphologic effects on cardiomyocytes, and validated in vitro proving the tight control of hypertrophy by this miR. We combined bioinformatic target prediction analysis and microarray analysis to identify the targets of miR-378. These analyses suggested that factors of the MAP kinase pathway were enriched among miR-378 targets, namely MAPK1 itself (also termed ERK2), the insulin-like growth factor receptor 1 (IGF1R), growth factor receptor bound protein 2 (GRB2) and kinase suppressor of ras 1 (KSR1). Regulation of these targets by miR-378 was then confirmed by mRNA and protein expression analysis. The use of luciferase reporter constructs with natural or mutated miR-378 binding sites further validated these four proteins as direct targets of miR-378. RNA interference with MAPK1 and the other three targets prevented the prohypertrophic effect of antimiR-378, suggesting that they functionally relate to miR-378. In vivo restoration of disease induced loss of miR-378 in a pressure overload mouse model of hypertrophy using adeno associated virus resulted in partial attenuation cardiac hypertrophy and significant improvement in cardiac function along with reduced expression of the four targets in heart. We conclude from these findings that miR-378 is an antihypertrophic microRNA in cardiomyocytes, and the main mechanism underlying this effect is the suppression of the MAP kinase-signaling pathway on four distinct levels. Restoration of disease-associated loss of miR-378 through cardiomyocyte-targeted AAV-miR-378 may prove as an effective therapeutic strategy in myocardial disease. N2 - MicroRNAs sind ca. 22 Nukleotide lange endogene, nicht-kodierende RNA-Moleküle, die die Expression von Genen posttranskriptionell regulieren, indem sie den Abbau der Ziel-mRNA herbeiführen oder deren Translation hemmen. Die Interaktion von microRNA und mRNA erfolgt durch perfekt komplementäre Bindung in der 3’-untranslatierten Region der Ziel-mRNA. Eine Deregulation der Expression verschiedener microRNAs lässt sich bei Herzinsuffizienz beobachten. Im insuffizienten Herzen laufen kompensatorische pathologische Remodellingprozesse ab und es kommt unter anderem zu Hypertrophie und Apoptose von Kardiomyozyten. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir Kandidaten-microRNAs nach folgenden Kriterien identifiziert: 1) Expr e s s ions s t ä rke in Ka rdiomyozyt en, 2) Fähigke i t zur Regul a t ion von Kardiomyozytenhypertrophie im Screening einer synthetischen microRNA-Bibliothek auf Kardiomyozytengröße und 3) Regulation ihrer Expression in frühem und späten Stadium eines murinen Herzinsuffizienzmodells. Aus den resultierenden Kandidaten-microRNAs wurde im folgenden miR-378 näher untersucht. MiR-378 war im gesunden Mausherz stark exprimiert. Die Expression nahm bei Herzinsuffizienz ab. Weiterhin hatte die Überexpression von miR-378 in neonatalen Kardiomyozyten einen antihypertrophen Effekt. Im Gegenzug führte die Expression von antimiR-378 zu einer verstärkten Hypertrophie. Zur Target-Suche wurden zum einen bioinformatische Vorhersage-Datenbanken verwendet und zum anderen ein Microarray durchgeführt. Diese Analysen zeigten eine Anreicherung von Faktoren des MAP-Kinase- Signalweges: Mitogen-aktivierte Proteinkinase 1 (MAPK1, auch als ERK2 bezeichnet), Insulinähnlicher Wachstumsfaktorrezeptor 1 (IGF1R), Wachstumsfaktorbindeprotein 2 (GRB2) und Kinasesuppressor von Ras 1 (KSR1). Die Regulation dieser Targets durch miR-378 wurde durch Bestimmung der mRNA- und Proteinexpression nach Überexpression bzw. Inhibition von miR-378 bestätigt. Durch Luziferaseassays mit Reporterkonstrukten, die jeweils die exakten oder mutierte Bindungsstellen der vier Targets enthielten, konnte gezeigt werden, dass die mRNAs der vier Faktoren direkte Targets von miR-378 darstellen. Durch siRNA-mediierte Herabregulation der Zielproteine konnte der prohypertrophe Effekt von antimiR-378 inhibiert werden. Daraus lässt sich schließen, dass der Hypertrophie-Phänotyp direkt auf miR-378 zurückzuführen ist. Schließlich wurde der Effekt von miR-378 im murinen Herzinsuffizienzmodell (Konstriktion der Aorta, TAC) untersucht. TAC führte zu einer Abnahme der Expression von miR-378 im Herzen. Durch Adenoassoziierten Virus (AAV) vermittelte exogene Expression von miR-378 wurde das Expressionslevel des gesunden Herzens im TAC-Modell wiederhergestellt und die Expression der vier Targets herabgesetzt. Dies resultierte in weniger ausgeprägten Kardiomyozytenhypertrophie sowie in einer signifikanten Verbesserung der Herzfunktion. Aus diesen Daten schließen wir, dass miR-378 einen antihypertrophen Effekt auf Kardiomyozyten hat, der wesentlich durch die Suppression des MAP-Kinase-Signalweges an vier Angriffspunkten vermittelt wird. Die Wiederherstellung des “gesunden” Expressionsniveaus von miR-378 im kranken Herzen durch Kardiomyozyten-spezifische Expression mit AAV-miR-378 könnte eine Therapieoption bei Herzerkrankungen sein. KW - Hypertrophie KW - Herzinsuffizienz KW - miRNS KW - Herzmuskelzelle KW - Cardiomyocytes KW - Gene therapy KW - MicroRNA KW - Cardiac hypertrophy KW - Hypertrophy Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-100918 ER - TY - THES A1 - Wiktorowicz, Tatiana T1 - Herstellung eines neuen foamyviralen Vektors durch Einengung der cis-aktiven Sequenzen T1 - Generation of an improved foamy virus vector by dissection of cis-acting sequences N2 - Im Vergleich zu anderen Retroviren, zeichnen sich Foamyviren durch eine Reihe von Eigenschaften aus, die sie besonders attraktiv für die Vektorentwicklung und somatische Gentherapie machen. Foamyviren exprimieren ihr Pol Prekursorprotein unabhängig von Gag, d.h. von ihrer eigenen gespleisten mRNA. Zwar ist der genaue Pol-Verpackungsmechanismus von Foamyviren noch nicht vollständig aufgeklärt, frühere Studien zeigten jedoch, dass die prägenomische RNA essentiell für die Pol-Enkapsidierung ist. Zwei Pol-Verpackungssequenzen (PES) wurden identifiziert, welche sich in den cis-aktiven Sequenzen (CAS) der prägenomischen RNA befinden (Heinkelein et al., 1998; Peters et al., 2005). In dieser Arbeit wurde untersucht, ob die PESI und PESII Sequenzen alleine ausreichend für die Pol-Verpackung sind. Zusätzich wurde der Einfluss von verschiedenen Teilen der ca. 2000 nt langen CASII Sequenz auf den Vektortransfer ohne Verlust der Pol-Enkapsidierung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass PESI und PESII alleine nicht ausreichend für die Pol-Verpackung ins foamyvirale Partikel sind. Die Verkürzung des CASII Elements zeigte keinen Effekt auf die Pol-Verpackung und den Vektortransfer. Das Einfügen eines zusätzlichen zentralen Polypurintraktes führte jedoch zur signifikanten Erhöhung der Transduktionseffizienz von FV Vektoren. Diese Ergebnisse führten zur Entwicklung eines neuen foamyviralen Vektors (pTW01), der ca. 850nt kürzer ist als die früher etablierten FV Vektoren, aber immer noch die gleiche Transduktionseffizienz auf Fibroblasten und humanen Stammzellen zeigt. Dieser Vektor mit einer höheren Verpackungskapazität und Sicherheit, eignet sich hervorragend für den Einsatz in gentherapeutischen Studien. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass eine heterologe Verpackung zwischen zwei unterschiedlichen Foamyviren (PFV und SFVmac) zu einem geringen Prozentsatz stattfindet. Als erster Schritt in der Entwickung eines neues Systems für eine einfache und kostengünstige Vektorvirusproduktion wurde gezeigt, dass die Expression der foamyviralen Gag, Pol und Env Proteine in Saccharomyces cerevisiae stattfinden kann. N2 - Foamy viruses harbor some unique features which make them, compared to other retroviruses, especially attractive for vector development and somatic gene therapy. Foamy viruses express their Pol precursor protein independently of Gag, i.e. from their own spliced mRNA. While the exact mechanism by which Pol is incorporated into the foamy virus particle is still unknown, previous studies have shown that pregenomic RNA is essential for Pol incorporation. Two cis-active sequences (CAS) were identified, within which two essential Pol encapsidation sequences (PES) were mapped (Heinkelein et al., 1998; Peters et al., 2005). Using the prototype foamy virus (PFV) as a model, this work investigated whether the previously identified PESI and PESII sequences in an FV vector are alone sufficient for Pol encapsidation. Additionly, the influence of various parts of the 2000 bp CASII sequence on vector transfer efficiency without the loss of Pol encapsidation was studied. The obtained results indicate that the PESI and PESII alone are not sufficient for Pol incorporation into a foamy virus particle. The truncation of the CASII element has no effect on Pol incorporation and vector transfer. However, if an additional central poly purine tract is generated into a foamy virus vector, it significantly increases the FV vector transduction rate. These results led to a generation of an improved foamy virus vector (pTW01), about 850 bp shorter than the previously established vectors, yet still as effective in transducing fibroblasts and primary human cells. These data add to the packaging limit of the PFV vectors for gene therapy, as well as to the safety of these vectors. In addition to these findings, it was shown that the cross-packaging between two different foamy viruses (PFV and SFVmac) takes place very rarely. Finally, as a first step in finding a new low-cost possibility to produce large amounts of vector viruses, it was shown that an expression of the three foamy virus proteins: Gag, Pol and Env can take place in Saccharomyces cerevisiae. KW - Gentheraphie KW - Foamyviren KW - Retroviraler Vektor KW - Gentherapie KW - Foamyviren KW - Gene therapy KW - foamy virus Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40008 ER -