TY  - THES
A1  - Schäfer, Rolf
T1  - Aktivierung von Caspasen in AKR-2B Mausfibroblasten
T1  - Activation of caspases in AKR-2B mouse fibroblasts
N2  - In der vorliegenden Arbeit konnte die essentielle Beteiligung von Caspasen im Zelltodmodell der AKR 2B-Mausfibroblasten nachgewiesen und ihre Aktivitäten charakterisiert werden. AKR 2B-Mausfibroblasten stellen eine subklonierte und gut charakterisierte Zellinie dar, in der durch Entzug des Serums der Zelltod induziert wird. Während des Zelltods sterben innerhalb von 6h etwa 50 Prozent einer dichtearretierten Kultur. Die überlebenden Zellen bleiben von diesem Mangelzustand für mindestens weitere 48h unbeeinflußt, benötigen aber zum Überleben eine Proteinneusynthese. Der Zelltod zeigt für eine Apoptose typische morphologische Veränderungen der Zelle, obwohl apoptotische Charakteristika, wie die oligonukleosomale Fragmentierung der DNA oder die Aufnahme der zerfallenen Zelle durch benachbarte Zellen, ausbleiben. Mittels unterschiedlicher Methoden konnte die Expression von mRNA aller für den apoptotischen Prozeß bekannten relevanten Caspasen in den AKR 2B-Mausfibroblasten nachgewiesen werden. Die Caspasen-1, -2, -3, -6 und -9 liegen in ihrer zymogenen Form konstitutiv in den Zellen vor. Mit Ausnahme der Caspase-9 konnte die durch Serumentzug induzierte Spaltung dieser Caspasen in Untereinheiten und somit ihre Aktivierung nicht detektiert werden. Die wesentliche Beteiligung dieser Cystein-Proteasen wurde jedoch durch den protektiven Effekt spezifischer Inhibitoren und den Nachweis ihrer spezifischen Aktivität bestimmt. Die Charakterisierung dieser enzymatischen Aktivitäten lieferte Hinweise zur Identität der aktivierten Caspasen. Neben einer konstitutiven VEIDase- und IETDase-Aktivität wird 3h nach Entzug des Serums eine DEVDase maximal aktiviert. Das Gemisch an Caspase-Aktivitäten wird durch eine DEVDase dominiert. Diese Aktivität wird zum größten Teil durch nur ein Enzym gestellt, wie durch eine Affinitätsmarkierung und 2D-Gelelektrophorese gezeigt wurde. KM- und Ki-Wert-Bestimmungen der DEVDase deuten darauf hin, daß dieses Enzym typische Effektoreigenschaften, wie die der Caspase-3, besitzt. Daneben werden Lamine während des Zelltods in AKR 2B-Mausfibroblasten abgebaut, was auf eine aktivierte Caspase-6 hinweist. Die enzymatischen Charakteristika dieser Protease weichen aber von den in AKR 2B-Mausfibroblasten festgestellten Werten deutlich ab, so daß man ihr nur eine untergeordnete Rolle im Caspasen-Gemisch zuordnen kann. Eine mehrfach chromatographische Reinigung der Aktivität bietet die beste Grundlage für eine anschließende Sequenzierung der Caspase mit dem Ziel ihrer Identifizierung. Durch die Expression des viralen Caspase-Inhibitors CrmA konnte eine tragende Rolle der Caspase-8 und damit des Rezeptor-vermittelten Weges in der Initiierung des apoptotischen Programms in AKR 2B-Mausfibroblasten ausgeschlossen werden. Gleiches gilt für den mitochondrial-vermittelten Weg, für dessen Beteiligung, bis auf die Spaltung der Caspase-9, keine Hinweise vorliegen. Der Weg, der zur Aktivierung der DEVDase führt, ist Ziel gegenwärtiger Untersuchungen. Substanzen, die Signalwege aktivieren PDGF-BB, TPA, Forskolin und 8Br-cAMP) oder auch Substanzen, deren Verbindung zu Signalwegen noch weitgehend offen ist, schützen die Zellen vor dem Zelltod. Der protektive Effekt dieser Signalwege konzentriert sich in einem Konvergenzpunkt, der auf noch unbekannte Weise die Aktivierung der Effektor-Caspasen blockiert. Die Identität dieses Konvergenzpunktes und von ihm ausgehenden protektiven Weges ist Ziel weiterer Untersuchungen. So ist es möglicherweise dieser Weg, der zum Überleben von 50 Prozent der AKR 2B-Mausfibroblasten während des Serumentzugs wesentlich beiträgt.
N2  - In the work presented here, the essential involvement of caspases in the cell death of AKR 2B-fibroblasts could be proved as well as their activities could be characterized. Confluent AKR 2B-fibroblasts, a good characterized and subcloned cell line, rapidly disintegrate after serum deprivation. Dying of the cells ceases after 6 hours with a survival of 50 per cent. These surviving cells remain uneffected for additional 48 hours which is dependent on neo-protein biosynthesis. During cell death AKR 2B-fibroblasts show morphological changes characteristically for apoptosis, even though typical features like oligonucleosomal DNA fragmentation is absent. Using different approaches the expression of mRNA of all known caspases, which are believed to be involved in apoptosis essentially, was successfully detected in AKR 2B-fibroblasts. Caspases-1, -2, -3, -6 and -9 were constitutively expressed as zymogens. With the exception of Caspase-9, the processing into their active subunits induced by serum removal could not be detected. At least their considerable importance during cell death of AKR cells could be proved by using specific caspase inhibitors and by determination of their specific activity. The characterization of that activity gave some hints for the identity of activated caspases. Beside constutive VEIDase and IETDase activities, a DEVDase reaches its maximum 3 hours after the onset of apoptosis. The present mixture of caspase activity is dominated by this DEVDase, which seems to be represented by just one enzyme, as shown by affinity labeling and 2D-SDS-PAGE. Determinations of KM- and Ki-values lead to the conclusion, that this enzyms has typical effector caspase characteristics, like caspase-3. Cleavage of lamins during cell death of the fibroblasts indicate that a caspase-6 became active. However, the known characteristics of caspase-6 are different of that found in AKR 2B cells, so that it may play just a minor role in the caspase mixture. Established repeated purification steps by chromatography, offers best conditions for protein sequencing and identification of the active caspase. The involvement of the receptor mediated pathway could be excluded by an overexpression of CrmA , a cowpox virus derived Caspase inhibitor; also there are no hints for an involvement of the mitochondria mediated pathway, except of caspase-9 cleavage. Pathways which lead to DEVDase activation are of major interests in present and future. Stimulation of signal pathways by PDGF-BB, TPA, Forskolin and 8Br-cAMP and others agents protect the fibroblasts from death. The stimulated pathways converge in one point up stream of effector-caspase activation. The identification of this point and its regulatory properties is a future goal, which will maybe lead to an understanding of processes responsible for surviving of 50 per cent of AKR 2B-Mausfibroblasten during serum removal.
KW  - Maus
KW  - Fibroblast
KW  - Apoptosis
KW  - Proteasen
KW  - AKR-2B Fibroblasten
KW  - Apoptose
KW  - Anisomycin
KW  - Caspase
KW  - Serumentzug
KW  - DEVDase
KW  - AKR-2B fibroblasts
KW  - apoptosis
KW  - anisomycin
KW  - caspase
KW  - serum deprivation
KW  - DEVDase
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1950
ER  - 
TY  - THES
A1  - Große-Wilde, Anne
T1  - Klonierung, molekulare Charakterisierung und konditionale Inaktivierung eines murinen Todesrezeptors für TRAIL (mTRAIL-R)
T1  - Cloning, molecular characterization and konditional inactivation of a murine death receptor for TRAIL (mTRAIL-R)
N2  - TRAIL/APO-2L (Tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand) ist ein Apoptose-induzierendes Mitglied der TNF-Superfamilie (TNF-SF). Bislang sind zwei humane TRAIL-Todesrezeptoren, TRAIL-R1 und TRAIL-R2, bekannt, die zur TNF-Rezeptor-Superfamilie gehören. TRAIL induziert Apoptose in einer Vielzahl von Tumorzelllinien, wohingegen die meisten primären Zellen resistent gegenüber TRAIL sind. In präklinischen Studien mit Mäusen und nichthumanen Primaten wurde keine systemische Toxizität von TRAIL nachgewiesen. Diese Beobachtungen haben beträchtliches Interesse an dem Einsatz von TRAIL zur Tumortherapie geweckt. Über die physiologische Rolle von TRAIL ist jedoch noch wenig bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war, Werkzeuge zum Studium des Apoptose-induzierenden TRAIL-Systems in Mäusen zu etablieren. Zunächst mussten das oder die murinen Homologe der beiden Apoptose-induzierenden TRAIL-Rezeptoren identifiziert werden. Dazu wurden murine TRAIL-bindende Proteine biochemisch über 2D-Gelanalysen identifiziert. Anhand einer Sequenzinformation aus einer Datenbank wurde ein muriner TRAIL-Rezeptor kloniert, der aufgrund seines biochemisch bestimmten Molekulargewichts p54_mTRAIL-R genannt wurde. Der Sequenzvergleich sowie die Funktionsanalyse von p54_mTRAIL-R ergab, dass dieser Rezeptor das funktionelle murine Homolog zu den humanen TRAIL-Todesrezeptoren TRAIL-R1 und TRAIL-R2 ist. So war p54_mTRAIL-R ebenfalls in der Lage, nach Überexpression Caspase-abhängig Apoptose zu induzieren. Wie die Transkripte der humanen TRAIL-Todesrezeptoren wurden die Transkripte von p54_mTRAIL-R in allen untersuchten Geweben detektiert. Es wurde ein lösliches p54_mTRAIL-R:Fc-Fusionsprotein hergestellt, welches zur TRAIL-Inaktivierung in vivo und in vitro verwendet werden kann. Um die physiologische Rolle des p54_mTRAIL-Rs in vivo studieren zu können, sollten mTRAIL-R-defiziente Mäuse generiert werden. Zur Modifikation des für p54_mTRAIL-R kodierenden tar-Locus wurde das Gen kloniert und charakterisiert. Um eine durch die Gendefizienz hervorgerufene eventuelle Letalität oder sekundäre kompensierende Effekte zu vermeiden, wurden mit Hilfe des Cre/loxP-Systems und des Flp/FRT-Systems konditionale p54_mTRAIL-R defiziente Mäuse hergestellt. Die Werkzeuge, die in dieser Arbeit generiert wurden, wie lösliches p54_mTRAIL-R:Fc Fusionsprotein und konditionale p54_mTRAIL-R defiziente Mäuse, können nun in vivo für die Erforschung der physiologischen Rolle des TRAIL-Systems sowie seines Potentials und dessen Grenzen bei der Tumortherapie benutzt werden.
N2  - TRAIL/APO-2L (Tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand) is an apoptosis-inducing member of the tumor necrosis factor superfamily (TNF-SF). Currently two human death receptors, namely TRAIL-R1 and TRAIL-2, belonging to the TNF receptor superfamily (TNFR-SF) are known to bind TRAIL. Interestingly, TRAIL has been shown to induce apoptosis in a variety of tumor cell lines whereas most primary cells were resistant. In addition, preclinical studies with mice and nonhuman primates have indicated that TRAIL does not induce substantial systemic toxicity. These observations have raised considerable interest in the use of TRAIL in tumor therapy. Yet little is known about the physiological function of TRAIL. In order to examine the physiological function of TRAIL in vivo, the aim of this work was to establish tools to study the apoptosis-inducing TRAIL system in mice. First the murine homologue/s of the two death-inducing TRAIL receptors needed to be identified. Therefore the first aim was to biochemically identify murine TRAIL-binding proteins via 2D-gel analysis. With the help of the information from an EST sequence contained in a public database a murine TRAIL receptor was cloned, which was termed p54_mTRAIL-R due to its molecular weight as determined by biochemical analysis. Sequence comparison and functional analysis of p54_mTRAIL-R revealed that mTRAIL-R is homologous to both human TRAIL death receptors. Like its human counterparts p54_mTRAIL-R was capable of inducing apoptosis in a caspase-dependent fashion upon overexpression. As transcripts of the human TRAIL death receptors, also transcripts of p54_mTRAIL-R could be detected in all tissues examined. A soluble p54_mTRAIL-R:Fc-protein was generated, which could be used to block TRAIL-induced apoptosis in vitro and in vivo. To be able to study the physiological role of the p54_mTRAIL-R in vivo TRAIL-R deficient mice were generated. For modification of the tar-locus coding for p54_mTRAIL the gene was cloned and characterized. In order to avoid lethality or secondary complementing effects the Cre/loxP system and Flp/FRT system was used to generate conditional p54_mTRAIL-R deficient mice. The tools generated in this work as soluble p54_mTRAIL-R:Fc fusion protein and conditional p54_mTRAIL-R deficient mice can now be used in vivo to deduce the physiological role of the TRAIL system and to determine its potential and limitations for cancer therapy.
KW  - Maus
KW  - Tumor-Nekrose-Faktor
KW  - Apoptosis
KW  - TRAIL
KW  - Rezeptor
KW  - Apoptose
KW  - Klonierung
KW  - 2D-Gel-Analyse
KW  - konditionale Knockout-Maus
KW  - TRAIL
KW  - receptor
KW  - apoptosis
KW  - cloning
KW  - 2D gel analysis
KW  - conditional knockout mouse
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-559
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jordan, Bruce
T1  - The identification of NRAGE
T1  - Die Identifizierung von NRAGE
N2  - The inhibitor of apoptosis proteins (IAPs) have been shown to interact with a growing number of intracellular proteins and signalling pathways in order to fulfil their anti-apoptotic role. In order to investigate in detail how the avian homologue ITA interfered with both TNF induced apoptosis and the NGF mediated differentiation in PC12 cells, a two hybrid screen was performed with a PC12 library using ITA as a bait. The screen resulted in the identification of several overlapping fragments of a previously unknown gene. The complete cDNA for this gene was isolated, the analysis of which revealed a high homology with a large family of tumour antigens known as MAGE (melanoma associated antigens). This newly identified member of the MAGE family, which was later named NRAGE, exhibited some unique characteristics that suggested for the first time a role in normal cellular physiology for this protein family. MAGE proteins are usually restricted in their expression to malignant or tumour cells, however NRAGE was also expressed in terminally differentiated adult tissue. NRAGE also interacted with the human XIAP in direct two-hybrid tests. The interactions observed in yeast cells were confirmed in mammalian cell culture, employing both coimmunoprecipitation and mammalian two-hybrid methods. Moreover, the results of the coimmunoprecipitation experiments indicated that this interaction requires the RING domain. The widely studied 32D cell system was chosen to investigate the effect of NRAGE on apoptosis. NRAGE was stably transduced in 32D cells, and found to augment cell death induced by the withdrawal of Interleukin-3. One reason for this reduced cell viability in NRAGE expressing cells could be the binding of endogenous XIAP, which occurred inducibly after growth factor withdrawal. Interestingly, NRAGE was able to overcome the protection afforded to 32D cells by the exogenous expression of human Bcl-2. Thus NRAGE was identified during this research doctorate as a novel pro-apoptotic, IAP-interacting protein, able to accelerate apoptosis in a pathway independent of Bcl-2 cell protection.
N2  - Die Familie der „inhibitor of apoptosis proteins” (IAPs) interagieren mit einer wachsenden Zahl an intrazellulären Proteinen und Signaltransduktionswegen um ihre anti-apoptotische Aufgabe zu erfüllen. Es konnte gezeigt werden, dass das ITA-Homolog aus dem Huhn sowohl die durch TNF induzierte Apoptose als auch die durch NGF induzierte Differenzierung von PC12-Zellen verhindert bzw. verlangsamt. Um diese Befunde genauer zu untersuchen, wurde in dieser Arbeit ein "yeast two-hybrid screen" mit ITA als "bait" (Köder) und einer cDNA-Bank aus PC12-Zellen durchgeführt. In diesem "screen" konnten verschiedene Fragmente eines bis dahin unbekannten Gens identifiziert werden. Die Untersuchung der isolierte Gesamt-cDNA ergab eine hohe Homologie mit einer Familie von Tumor-Antigenen namens MAGE (melanoma associated antigens). Im Gegensatz zu den bisher identifizierten MAGE, zeigte dieses neue Familienmitglied, welches später NRAGE genannt wurde, einige Charakteristika die das erste mal eine Rolle in der normalen zellulären Physiologie nahe legten. In einem direkten "yeast two hybrid test" konnte die Interaktion zwischen NRAGE und humanem XIAP gezeigt werden. Diese Interaktion konnte sowohl in Ko-Immunpräzipitationen als auch im sogenannten Säuger two-hybrid bestätigt werden. Desweiteren zeigten die Ko- Immunpräzipitationen, dass für die Interaktion dieser beiden Proteine die RING-Domäne von ITA benötigt wird. Um Effekte von NRAGE auf die Apotose zu untersuchen, wurde dass etablierte 32D Zellsystem verwendet. NRAGE wurde stabil in 32D-Zellen exprimiert, wodurch die Apoptoserate der Zellen, induziert durch die Kultivierung in IL-3 freiem Medium, gesteigert wurde. Ein Grund für diese erhöhte Apoptoserate, könnte in der Bindung von XIAP, welches nach dem Entzug von Wachstumsfaktoren induziert wird, an NRAGE liegen. Interessanterweise war NRAGE auch fähig die protektive Wirkung von exogen exprimiertem Bcl-2 aufzuheben. Somit konnte in dieser Arbeit NRAGE als pro-apoptotisches und mit IAP interagierendes Protein beschrieben werden. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass die Verstärkung der Apoptose unabhängig von dem bekannten durch Bcl-2 bedingten anti-apoptotischen Signalweg erfolgt.
KW  - Apoptosis
KW  - Inhibition
KW  - Proteine
KW  - Molekularbiologie
KW  - IAP
KW  - NRAGE
KW  - Apoptosis
KW  - IAP
KW  - NRAGE
KW  - Apoptose
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180090
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kilic, Mehtap
T1  - Formation of  caspase activating complexes  and activation of caspase-12 during apoptosis in AKR-2B mouse fibroblasts
T1  - Formation des Caspase Aktivierenden Komplexes und Aktivierung von Caspase-12 wahrend der Apoptose von AKR-2B Maus Fibroblasten
N2  - Der Zelltod kann in Dichte-arretierten AKR-2B Mausfibroblasten durch Entzug des Serums oder Behandlung mit Anisomycin induziert werden. Der Zelltod zeigt zwar die für die Apoptose typischen morphologischen Veränderungen der Zelle wie Zellfragmentierung und Chromatinkondensation jedoch fehlen andere apoptotische Charakteristika, wie die oligonukleosomale Fragmentierung der DNA oder Änderung des Membranpotentials der Mitochondria. Während der Apoptose wurde eine beachtliche DEVDase Aktivität nach- gewiesen, die einem einzelnen Enzym zugeordnet werden konnte. Dieses Enzym hatte typische Eigenschaften von Effektor-Caspasen, wie die der Caspase-3, besaß jedoch einen ungewöhnlich hohen KM Wert von 100 µM, und die Molmasse der großen Untereinheit betrug 19 kDa anstelle der erwarteten 17 kDa. Mit Hilfe des rekombinanten mCaspase-3 Proteins wurde dieses Enzym in der vorliegenden Untersuchung als Caspase-3 identifiziert. Die N-terminale Sequenzierung des mCaspase-3 Proteins ergab, daß sich die Spaltstelle seiner Prodomäne von der des humanen homologen Proteins unterschied (Asp-9 von Asp-28). Somit betrug die Molmasse der großen Untereinheit der aktiven Caspase-3 19 kDa. Darüberhinaus stimmte der KM-Wert der rekombinanter mCaspase-3 von ~100 µM mit der überein, die in Zellextrakten bestimmt wurde. Die Affinitätmarkierung in Kombination mit einer 2D-Gelelektrophorese bestätigte, daß tatsächlich Caspase-3 als Haupt-Effektor-Caspase in AKR-2B-Zellen während der Apoptose aktiviert wird. Im Folgenden wurde untersucht, welcher Signalwege in AKR-2B-Zellen, denen Serum aus dem Nährmedia entzogen wurden war oder die mit Anisomycin behandelt worden waren, zur Aktivierung der Caspase-3 führt. Da eine Beteiligunug des Rezeptor-vermittelte Signalweges bereits zuvor ausgeschlossen worden war,wurde überprüft, ob der mitochondrial vermittelte Signalweg bei der Aktivierung von Caspase-3 ein Rolle spielt. Gelfiltrations- experimente ergaben, daß Caspase-3 als freies Enzym und nur in geringen Mengen innerhalb unterschiedlich große Komplexe der Molmassen 600 kDa und 250 kDa eluiert wird. Obwohl die apparenten Molmassen der Caspase-3-haltigen Komplexe mit kürzlich veröffentlichten Daten übereinstimmten, enthielten sie weder Apaf-1 noch Caspase-9. Dies deutet daraufhin, daß der mitochondrial-vermittelte Signalweg ebenfalls nicht an der Caspase-3 Aktivierung beteiligt ist. Darüberhinaus wurde ein neuer Caspase-6 enthaltender Komplex (450 kDa) nach Serumentzug in AKR-2B-Zellen gefunden, der sich deutlich von Caspase-3 haltigen Komplexen unterscheidet. Caspase-3 ist für die meisten morphologische Veränderungen während der Apoptose verantwortlich. Wahrend der Apoptose in der AKR-2B-Zellen zwar Caspase-3 als Haupt-Effektor-Caspase identifiziert worden war, jedoch keine intranukleosomale Fragmentierung nachgeweisen werden konnen, da bei wurde die intrazelluläre Lokalisation der Caspase-3 untersucht. Durch Überexpression eines Caspase-3-GFP Fusionskonstruktes in AKR-2B Zellen wurde die Procaspase-3 im Cytoplasma lokalisiert, während die aktive Caspase-3 vorwiegend in membranumhüllten Vesikeln und zum Teil im Cytoplasma aktiviert wurde. Ebenfalls wurde eine mögliche Beteiligung von Caspase-12 und eine ER-Streß vermittelte Signalleitung an der Apoptose in AKR-2B-Zellen untersucht. Kinetische Untersuchungen zeigten, daß Caspase-12 im Fall von Serumentzug oder Behandlung mit Anisomycin zeitgleich mit Caspase-3 aktiviert wurde, was zur Bildung von zwei Spaltprodukte der Molmassen 47 kDa und 35 kDa führte. Gelfiltrationsexperimente ergaben, daß Caspase-12 als freies Enzym während der Apoptose auftritt. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde in allen Publikationen beschrieben, daß Caspase-12 in Folge von ER-Streß aktiviert wird. Nach Serumentzug oder Zugabe von Anisomycin zu AKR-2B-Zellen wurde jedoch kein Anstieg der Synthese des Chaperon-Proteins Grp78, einem Marker für ER-Streß, beobachtet. Dies zeigt, daß beide Behandlungen nicht zur ER-Streß führen. Im Gegensatz dazu erzeugten bekannte Indikatoren von ER Streß wie Thapsigargin und A23187 (ionophor) ER-Streß in AKR-2B-Zellen, was zu unspezifischem Abbau der Caspase-12 führte. Darum ist es unwahrscheinlich, daß in AKR-2B- Zellen Caspase-12 bei ER-Streß aktiviert wird. Zusammenfassend zeigten diese Daten, daß Caspase-12 in AKR-2B-Zellen über Signalwegen aktiviert wird, die ER stress un- abhängig sind und zeigen daß Caspase-3 bei der Aktivierung von Caspase-12 beteiligt ist somit liefern die vorliegenden Untersuchungen einen Hinweis darauf daß neben den klassischen Signalwege weitere Signalwege existieren, die zur Apoptose führten.
N2  - Density arrested AKR-2B cells die rapidly in response to serum starvation or treatment by Anisomycin. Cell death is associated with typical hallmarks of apoptosis including membrane blebbing and chromatin condensation but lacks energy dissipation in mitochondria and intranucleosomal fragmentation. During apoptosis a considerable DEVDase activity has been detected which seemed to be represented by a single enzyme. This enzyme had typical effector caspase characteristics, like caspase-3, but exhibited an unusual high KM values of ~100 µM and its large subunit exhibited a molecular weight of 19 kDa, instead of expected 17 kDa. In the present study, this enzyme was identified to be caspase-3 with the help of the generation of recombinant mcaspase-3 protein. N-terminal sequencing of the recombinant mcaspase-3 protein revealed that its prodomain cleavage site differs from that in the human homologue (Asp-9 instead of Asp-28). Thus the large subunit of active caspase-3 was found to be 19 kDa. Furthermore the KM value of recombinant mcaspase-3 was ~100 µM in perfect agreement with that found in cell extracts. Affinity labeling in combination with 2D-GE confirmed that indeed caspase-3 is activated as the main executioner in AKR-2B cells during apoptosis. Since the receptor mediated pathway has already been excluded previously [129], a possible involvement of mitochondria mediated pathway in the activation of caspase-3 was examined. Gel filtration experiments revealed that caspase-3 is mainly eluted as free enzyme and in lower levels within the differently sized high molecular weight complexes of ~600 kDa and 250 kDa in response to serum starvation or Anisomycin treatment. Though the apparent molecular weight of the complexes containing caspase-3 are in accordance with recently published data, they were devoid of Apaf-1 and caspase-9. Apparently, mitochondria mediated pathway is also not involved since neither formation of high molecular weight complexes of Apaf-1 nor cleavage of caspase-9 was observed. Thus, the activation of caspase-3 is caused by a noncanonical pathway during apoptosis. In addition a new 450 kDa complex containing activated caspase-6 was found in response to serum starvation which is clearly separated from caspase-3 containing complexes. Generally caspase-3 has been found to be responsible for most of the morphological changes during apoptosis. One of those is intranucleosomal fragmentation. Although caspase-3 was found to be the main executioner caspase in AKR-2B cells the lack of the intranucleosomal fragmentation led to examine its localization. As detected by overexpression of the Caspase-3-GFP fusion construct in AKR-2B, procaspase-3 was localized in the cytoplasm, wheras the active caspase-3 was mainly found in the membrane blebs and partially in the cytoplasm. Clearly no nuclear localization of active caspase-3 was detected. These data gave first hints on the mechanism of degradation of AKR-2B cells demonstrating that cytoplasmic membrane is the primary site of activation of caspase-3. The possible role of caspase-12 and ER stress mediated pathway of apoptosis was also examined in AKR-2B cells. Kinetic studies showed that caspase-12 is activated at the same time together with caspase-3 in response to serum starvation or Anisomycin treatment resulting in two cleavage products of 47 kDa and 35 kDa, respectively. It was therefore examined whether these two caspases were eluted in the same complexes. Gel filtration experiments revealed that caspase-12 is released as free enzyme during apoptosis. To date all the studies have identified that caspase-12 is specifically activated in response to ER stress. After serum starvation or Anisomycin addition there was no increase of the protein expression level of the chaperone protein Grp 78 which is known to be higly elevated in response to ER stress indicating that both treatments did not lead to ER stress. In contrast treatment with ER stressor substances i.e. Thapsigargin, A23187 (ionophore) induced an ER stress in AKR-2B which lead to unspecifically degradation of caspase-12. Thus it is unlikely that caspase-12 is activated in response to ER stress in AKR-2B cells. However, after the in vitro addition of recombinant caspase-3 to cytosolic extracts caspase-12 is cleaved into 47 kDa and 35 kDa fragments similiar to those observed in vivo. In conclusion the present data demostrated that caspase-12 is activated in AKR-2B cells during apoptosis triggered through pathways that do not involve (the) ER stress and provided evidence that caspase-3 might be involved in activation of caspase-12. Thus the present study in AKR-2B cells gives hints for the existence of additional pathways for apoptosis other than the classical ones.
KW  - Apoptosis
KW  - Caspasen
KW  - Apoptose
KW  - Casapse
KW  - AKR-2B
KW  - Fibroblasten
KW  - Apoptosis
KW  - Caspases
KW  - AKR-2B
KW  - fibroblasts
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7190
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schweizer, Ulrich
T1  - Genetische Untersuchungen zur Rolle von Cytochrom C und Stat3 bei der Regulation des embryonalen Zelltods von Motoneuronen der Maus
T1  - Genetic studies on the role of Cytochrome C and Stat3 for the regulation of the cell death of  embryonic  mouse motoneurons
N2  - Genetische Inaktivierung des somatischen Cytochrom C Gens der Maus Cytochrom C wurde als ein Interaktionspartner im Apoptosom beschrieben. Ziel dieses Projektes war es, die Rolle von Cytochrom C bei der Apoptose von Nervenzellen in vivo durch genetische Inaktivierung in der Maus zu untersuchen. Die homozygote Deletion des Cytochrom C Gens führt jedoch zu einem sehr frühen Entwicklungsdefekt: Schon am 8. Embryonaltag findet man nur noch Embryonen ohne erkennbare Körperachse. Im weiteren wurden daher heterozygote Tiere untersucht, die in bestimmten Geweben, wie Gehirn und Rückenmark, eine Reduktion der Menge von Cytochrom C aufweisen. Am ersten Tag nach der Geburt konnten keine Unterschiede zwischen Tieren mit einem oder zwei Cytochrom C Genen in Bezug die Anzahl von Motoneuronen gefunden werden. Auch nach perinataler Fazialisläsion war die Rate des Zelltods bei Tieren mit heterozygoter Deletion des Cytochrom C Gens unverändert. In vitro zeigte sich jedoch eine erhöhte Resitenz von Motoneuronen gegenüber Fas-induzierter Apoptose. Bei der Analyse der Apoptose von Thymozyten zeigte sich ein Trend, der eine kleine, aber reproduzierbare Verzögerung einer späten Zelltodphase nach UV-induzierter Apoptose nahelegt. Erste Experimente deuten außerdem auf einen Effekt der Cytochrom C Gendosis auf den Verlauf einer Experimentellen Autoimmunencephalitis (EAE) hin. Charakterisierung der NFL-Cre Maus Die zelltypspezifische Genablation mit dem Cre/loxP System umgeht einige der größten Probleme der klassischen Methode der Geninaktivierung in Mäusen, indem nur in bestimmten Geweben oder Zelltypen, eventuell sogar nur ab einem bestimmten Zeitpunkt, ein Gen gezielt ausgeschaltet werden kann. Allerdings hängt das Cre/loxP System von der Verfügbarkeit von brauchbaren Cre-transgenen Mauslinien mit entsprechenden Expressionsmustern und –kinetiken ab. Wir haben eine transgene Mauslinie etabliert und analysiert, die die Cre Rekombinase unter der Kontrolle des humanen Neurofilament-L Promotors exprimiert. Das Expressionsmuster von Cre wurde in mehreren Geweben mit RT-PCR und durch Verkreuzung mit einer Reportergenmaus untersucht. Im Gehirn wurden Cre exprimierende Zelltypen mit in-situ Hybridisierung, Immunhistochemie und wiederum mit Hilfe der Reportermaus identifiziert. Dabei zeigte sich eine spezifische Cre Expression in bestimmten Neuronpopulationen wie hippocampalen Pyramidenzellen und spinalen und cranialen Motoneuronen. Unsere NFL-Cre Maus besitzt einige Eigenschaften, die bisher publizierte Cre-Linien nicht aufweisen, so z.B.eine starke Cre Expression in hippocampalen Pyramidenzellen, aber nicht in Körnerzellen des Gyrus dentatus; Expression in cortikalen Pyramidenzellen, aber keine Expression im Striatum; Expression in zerebellären Purkinje-, aber nicht Körnerzellen; sowie die Expression in spinalen und cranialen Motoneuronen, aber nicht in angrenzenden Interneuronen. Die Rolle von Stat3 für das Überleben von Motoneuronen Die Mitglieder der CNTF/LIF/Cardiotrophin Genfamilie sind potente Überlebensfaktoren für embryonale und lädierte Motoneurone sowohl in vitro als auch in vivo. Diese Faktoren binden an Rezeptorkomplexe, die gp130 und LIFR als signaltransduzierende Komponenten enthalten. Im Gegensatz zu den Rezeptoren für andere neurotrophe Faktoren, führt die Aktivierung von gp130 und LIFR zur Phosphorylierung und Aktivierung des Transkriptionsfaktors Stat3. Es war aber zu Beginn dieser Arbeiten unklar, ob die Aktivierung von Stat3 für den Überlebenseffekt der neuropoietischen Zytokine notwendig ist. Um diese Frage zu beantworten, wurde Stat3 in Motoneuronen mit Hilfe des Cre/loxP Systems konditional inaktiviert. Stat3 ist nicht für das Überleben embryonaler Motoneurone essentiell, obwohl man in vitro eine Verschiebung der Dosis-Wirkungskurve für CNTF findet. In vivo hingegen kann kein erhöhter Zelltod von Motoneuronen nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu, kommt es bei adulten Tieren mit Inaktivierung von Stat3 in Motoneuronen zu einem erhöhten Zelltod nach Fazialisläsion. Diese Neurone können wiederum durch die Applikation neurotropher Faktoren, einschließlich CNTF, gerettet werden. Durch semiquantitative RT-PCR kann man zeigen, daß Stat3-regulierte Gene, deren Expression nach Nervenläsion induziert wird, in Neuronen mit Inaktivierung von Stat3 weniger stark exprimiert werden. Zu diesen Genen gehören Reg-2, ein Mitogen für Schwannzellen, das von regenerierenden Neuronen exprimiert wird, und Bcl-xL, ein Gen, welches direkt in die Apoptoseregulation eingreift. Diese Daten zeigen, daß Stat3 Aktivierung eine essentielle Rolle für das Überleben nach Läsion von postnatalen Motoneuronen spielt, aber nicht während der Embryonalentwicklung. Das bedeutet, daß die Signalwege ein und desselben neurotrophen Faktors sich während der Entwicklung und reifung des Organismus verändern können.
N2  - Genetic inactivation of the somatic cytochrome C gene in mice Cytochrome C has been described as a component of the apoptosome. It was the aim of this project to analyze the role of cytochrome C in apoptosis of neurons in vivo by genetic inactivation in mice. Mice lacking cytochrome C, however, exhibit a very early embryonic phenotype: On embryonic day 8, only highly degenerated embryos can be found which even lack a body axis. Therefore, we subsequently analyzed heterozygous animals, as they showed a gene dose-dependent reduction of cytochrome C protein in several tissues, including brain and spinal cord. Testing motoneuron survival after development or after facial nerve lesion, we found no significant differences between heterozygous animals and their wildtype litter mates. In vitro, however, an increased resistance toward Fas-mediated apoptosis was observed in heterozygous motoneurons. When we analyzed induced apoptosis of thymozytes, we consistently found that a late phase of cell death was delayed in cytochrome C heterozygous cells. Characterization of the Cre-transgenic NFL-Cre mouse Cell type-specific gene ablation using the Cre/loxP technology can circumvent some of the greatest problems encountered with classical gene inactivation by selective inactivation of the gene of interest in a particular tissue or cell type, possibly at a specific time point. However, the Cre/loxP technology critically depends on the availability of suitable Cre-transgenic mouse lines. We have established and characterized a transgenic mouse line that expresses Cre recombinase under control of the human neurofilament-L promoter. Cre expression was studied by RT-PCR and cross-breeding with lacZ reporter mice. Our NFL-Cre mice exhibit some unique features not shared with other available Cre transgenic mouse lines: We find high Cre expression in hippocampal pyramidal neurons while granule cells in the dentate gyrus do not express Cre. In addition, we observed widespread Cre expression in cortical neurons, but none in striatal neurons. Finally, Cre is expressed in cranial and spinal motoneurons, but not in adjacent interneurons. The role of Stat3 for the survival of motoneurons Members of the CNTF/LIF/Cardiotrophin gene family are potent survival factors for embryonic and lesioned motoneurons in vitro as well as in vivo. These factors act through receptor comlexes containing gp130 and LIFR signal transducing subunits. A particular feature of these receptors is that their activation leads to phosphorylation and activation of the transcription factor Stat3, while neurotrophin receptors do not activate Stat3. It was the aim of this project to find out whether Stat3 activation in response to CNTF binding is required for its survival effect on motoneurons. Therefore, we conditionally inactivated Stat3 in motoneurons using our NFL-Cre transgenic mice. In NFL-Cre; Stat3flox/KO mice, we find that Stat3 is not essential for motoneuron survival during the the period of naturally occurring cell death, although motoneurons from these mice require higher doses of CNTF for their survival in vitro. In contrast, motoneuron survival is significantly reduced after facial nerve lesion in adult NFL-Cre; Stat3flox/KO mice. Stat3 proved essential for upregulation of Reg-2 and Bcl-xL expression in lesioned motoneurons. These data show that Stat3 activation plays an important role for motoneuron survival after nerve lesion in postnatal life but not during embryonic development, indicating that signaling requirements for motoneuron survival change during maturation.
KW  - Cytochrom c
KW  - Apoptosis
KW  - Nervenzelle
KW  - Cytochrom C
KW  - Stat3
KW  - Motoneuron
KW  - Fazialisläsion
KW  - LIFR
KW  - Cytochrome C
KW  - Stat3
KW  - motoneuron
KW  - facial nerve lesion
KW  - LIFR
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3732
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schulze-Lührmann, Jan
T1  - Die Hämatopoetische Progenitor Kinase (HPK) 1 und NFAT-Transkriptionsfaktoren unterstützen die Apoptose von T-Lymphozyten
T1  - Hematopoietic Progenitor Kinase (HPK) 1 and NFAT-Transcription Factors support Apoptosis of T Lymphocytes
N2  - Die Expression der Hämatopoetischen Progenitor Kinase 1 (HPK1), einem Mitglied der Familie der „Germinal Centre“ Kinasen, ist im adulten Organismus auf die Zellen des hämatopoetischen Systems beschränkt. Die HPK1 wurde ursprünglich als ein Aktivator des JNK-Signalübertragungsweges beschrieben [Hu et al., 1996; Kiefer et al., 1996], und kürzlich wurde eine transiente Aktivierung der HPK1 nach TZR-Stimulation nachgewiesen. Auch wurde eine Assoziation der HPK1 mit dem Linker aktivierter T-Zellen (LAT) und den Adaptorproteinen Nck, Crk, Gads, Grb2, Grap, CrkL sowie SLP-76 gezeigt. Für die Aktivierung der nach TZR-Stimulation in den Lipid-Rafts lokalisierten HPK1 sind sowohl Lck als auch ZAP-70 notwendig [Liou et al., 2000; Liu et al., 2000a; Ling et al., 2001]. Diese Daten legen eine mögliche Funktion von HPK1 bei der TZR-vermittelten Signalübertragung nahe. Trotzdem konnte bisher eine physiologische Rolle der HPK1 im Rahmen der Immunrezeptor-Signalübertragung nicht nachgewiesen werden. In der vorliegenden Arbeit wird dargestellt, dass eine wichtige Funktion der HPK1 in T-Zellen nach TZR-Stimulation, die durch die Förderung des Aktivierungs-induzierten Zelltodes (AICD) vermittelt wird, in der Kontrolle der Termination der Immunantwort und damit Homöostase des Immunsystems besteht. Dies wurde durch retrovirale Überexpression der wildtypischen (wt) HPK1 in murinen CD4+ T-Zellen nachgewiesen, in denen die HPK1 zu einem Anstieg der spontanen und antiCD3-vermittelten Apoptose sowie zu einer gesteigerten Expression des Fas-Liganden (FasL oder auch CD95L) führte. Die Expression einer HPK1-„antisense“ (AS)-RNA in CD4+ T-Zellen bewirkte dagegen eine schwache, jedoch signifikant nachweisbare Hemmung der Apoptose und FasL-Expression. Die Apoptose-Hemmung durch die HPK1-AS-RNA war besonders stark in H2O2-stimulierten EL-4 T-Zellen ausgeprägt, in denen die Überexpression der wt HPK1 den durch reaktive Sauerstoffmetabolite (ROS) induzierten Zelltod verstärkte. Aus diesen Daten folgt, dass die HPK1 die T-Zell-Apoptose reguliert. In H2O2-stimulierten EL-4 T-Zellen führt die HPK1-Expression zu einer verstärkten und anhaltenden Aktivierung der c-Jun N-terminalen Kinase (JNK), die wahrscheinlich an der HPK1-vermittelten Apoptoseinduktion beteiligt ist. Unter den gleichen Bedingungen konnte eine schnelle Spaltung der HPK1 beobachtet werden. Die Überexpression der N- oder C-terminalen Spaltprodukte in CD4+ T-Zellen führte - wie die der Gesamt-HPK1 - zu einem Anstieg des AICD. In Übereinstimmung mit publizierten Daten konnten wir eine Hemmung der NFkB-Aktivität durch das C-terminale HPK1-Peptid nachweisen, das die IkBalpha-Degradation inhibiert. Die erzielten Ergebnisse führten uns in ihrer Gesamtheit zu folgendem Modell: während der Initiationsphase der T-Zell-Stimulierung werden nach schneller, transienter HPK1-Aktivierung pro- und anti-apoptotische Signale durch den JNK- und NFkB-Signalübertragungsweg vermittelt. Durch die Akkumulation der C-terminalen HPK1-Spaltprodukte kommt es später zur Inhibierung der NFkB-Aktivität und damit zu einer Verschiebung des Gleichgewichts zwischen den Überlebens- und Apoptose-stimulierenden Signalen zugunsten des AICD. Allerdings gibt es sicherlich weitere Faktoren und Signalwege, die an der HPK1-vermittelten Kontrolle der T-Zell-Apoptose beteiligt sind und von deren Untersuchung ein detaillierteres Verständnis der HPK1-Physiologie erwartet wird. Die Nukleären Faktoren aktivierter T-Zellen (NFAT´s) gehören zu einer Familie von Transkriptionsfaktoren, denen eine konservierte, ca. 300 Aminosäuren (aa) große DNA-Bindedomäne und eine Calcineurin-Bindedomäne gemeinsam ist. NFATc (auch NFATc1 oder NFAT2 genannt) und NFATp (NFATc2 oder NFAT1) werden in peripheren T-Zellen stark exprimiert und kontrollieren deren Effektorfunktionen u.a. über die Expression von IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IFNgamma und weiterer Lymphokine. Weitere von den NFAT´s kontrollierte Gene sind p21WAF1, der CD40L und der CD95L. Somit scheinen die NFAT´s bei der Zellzyklus-Kontrolle und beim AICD von T-Lymphozyten eine wichtige Rolle zu spielen. Daten unseres Labors zeigten, dass die T-Zell-Aktivierung zu einer massiven Induktion der kurzen Isoform A von NFATc innerhalb von 3-4 h führt [Chuvpilo et al., 1999b], noch vor dem Start des AICD. Dies ließ vermuten, dass sich die biologische Funktion von NFATc/A durch das Fehlen des C-terminalen Peptids von ca. 245 aa, das in allen anderen NFAT-Proteinen einschließlich der längeren Isoform NFATc/C vorhanden ist, unterscheidet. Deshalb sollte in der vorliegenden Arbeit die Induktion und Funktion von NFATc/A in murinen T-Lymphozyten untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Infektion primärer CD4+ T-Lymphozyten mit NFATc/A-exprimierenden rekombinanten Retroviren, im Gegensatz zu der mit NFATc/C- oder NFATp-exprimierenden Retroviren, den AICD unbeeinflusst lässt. Dies deutet darauf hin, dass es durch die massive NFATc/A-Synthese nach Effektor-T-Zell-Aktivierung zur Induktion von Effektor-Funktionen kommt, ohne dass dabei die T-Zell-Apoptose beschleunigt wird. Im Gegensatz dazu üben die langen NFAT-Faktoren wie NFATc/C und NFATp eine pro-apoptotische Wirkung aus.
N2  - Hematopoietic progenitor kinase 1 (HPK1) is a member of germinal center kinases that is predominantly expressed in hematopoietic cells. The HPK1 has originally been described as an upstream Ser/Thr protein kinase of the JNK signaling cascade [Hu et al., 1996; Kiefer et al., 1996]. Recently, it was shown that T cell receptor (TCR) stimulation leads to a rapid but transient activation of HPK1 and its binding to the linker of activated T cells (LAT) and the adaptor proteins Nck, Crk and Gads. HPK1 which also binds to the signaling molecules SLP-76, Grb2, Grap and CrkL is localized in lipid rafts and needs lck and ZAP70 for its activation [Liou et al., 2000; Liu et al., 2000a; Ling et al., 2001]. These data suggested an involvement of HPK1 in the signaling transfer from the TCR to downstream signaling cascades. However, a role for HPK1 in T cell physiology remained to be shown. We show here that one of the functions of HPK1 activation upon T cell stimulation is to control the termination of immune response and, therefore, homeostasis of the immune system by supporting the ´Activation Induced Cell Death´ (AICD) of T cells. This is demonstrated by overexpressing wild type (wt) HPK1 which led to a substantial increase in spontaneous and antiCD3-mediated apoptosis as well as in Fas ligand (FasL or also CD95L) expression on murine CD4+ T cells. In contrast, expression of HPK1 antisense (AS)-RNA exerted a slight, albeit measurable suppressive effect on both apoptosis and FasL expression. Apoptosis suppression by overexpressing HPK1 AS-RNA was much more pronounced in H2O2-treated EL-4 T cells in which HPK1 overexpression stimulated cell death induced by reactive oxygen species (ROS) indicating that HPK1 indeed controls apoptosis in T cells. HPK1 expression also led to a sustained increase in c-Jun N-terminal kinase (JNK) activity suggesting that JNK activation contributes to the HPK1-mediated apoptosis in H202-treated EL-4 cells. Under the same conditions a rapid cleavage of HPK1 was observed, and overexpression of N- and C-terminal cleavage products in CD4+ T cells resulted, similar to full-length HPK1, in an increase in AICD. In agreement with published data we show that the C-terminal portion of HPK1 suppresses IkBalpha degradation thereby inhibiting NFkB activation. Taken together, these results led to a model in which, during the initial phase of T cell activation, the rapid and transient HPK1 induction provides both pro- and anti-apoptotic signals by activating JNK and NFkB signaling pathways, respectively. At a later stage, due to the accumulation of the C-terminal HPK1 cleavage product, NFkB activation is suppressed and the balance between survival and apototic signals is shifted favoring apoptosis. However, signalling events in addition to the stimulation of JNK and inhibition of NFkB signalling cascades might also be involved in the HPK1-mediated control of T cell apoptosis. The nature of these events remains to be elucidated. Nuclear Factor of activated T cells (NFAT) proteins belong to a family of transcription factors which share a common DNA binding domain of approximately 300 amino acids (aa) and a calcineurin binding domain. NFATc (also designated as NFATc1 or NFAT2) and NFATp (also designated as NFATc2 or NFAT1) are highly expressed in peripheral T cells and control their effector function, in particular the expression of lymphokines, such as IL-2, IL-3, IL-4, IL-5 and IFNgamma. Further target promoters for NFATs are the p21Waf1, the CD40 ligand and CD95 ligand promoters indicating that in addition to effector function NFATs are also involved in the control of the cell cycle and, in particular, AICD of T lymphocytes. We have shown previously that T cell activation leads to the massive induction of the short isoform A of NFATc within 3-4 h [Chuvpilo et al., 1999b], i.e. before the onset of AICD. This observation suggested that due to the lack of the C-terminal extension of approximately 245 aa which is present in all other NFAT proteins, NFATc/A might differ in biological function from other NFAT proteins, including its longer isoform NFATc/C. This view prompted us to investigate the induction and function of NFATc/A in murine T lymphocytes. Here we show that infection of primary CD4+ T lymphocytes with recombinant retroviruses expressing NFATc/A, in contrast to retroviruses expressing NFATc/C or NFATp, does not enhance AICD. These data suggest that the massive synthesis of NFATc/A upon activation of effector T cells ensures these cells to exert effector functions without inducing rapid apoptosis.
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Apoptosis
KW  - HPK1
KW  - NFAT
KW  - JNK
KW  - MAPK
KW  - NFkappaB
KW  - CD4+
KW  - T-Lymphozyten
KW  - EL-4
KW  - AICD
KW  - Apoptose
KW  - ROS
KW  - H2O2
KW  - Retroviraler Gentransfer
KW  - HPK1
KW  - NFAT
KW  - JNK
KW  - MAPK
KW  - NFkappaB
KW  - CD4+
KW  - T Lymphocytes
KW  - EL-4
KW  - AICD
KW  - Apoptosis
KW  - ROS
KW  - H2O2
KW  - retroviral gene transfer
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3074
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thakar, Juilee
T1  - Computational models for the study of responses to infections
T1  - Bioinformatische Modelle zur Analyse der Immunantwort auf Infektionen
N2  - In diesem Jahrhundert haben neue experimentelle Techniken und Computer-Verfahren enorme Mengen an Information erzeugt, die bereits viele biologische Rätsel enthüllt haben. Doch die Komplexität biologischer Systeme wirft immer weitere neue Fragen auf. Um ein System zu verstehen, bestand der Hauptansatz bis jetzt darin, es in Komponenten zu zerlegen, die untersucht werden können. Ein neues Paradigma verknüpft die einzelnen Informationsteile, um sie auf globaler Ebene verstehen zu können. In der vorgelegten Doktorarbeit habe ich deshalb versucht, infektiöse Krankheiten mit globalen Methoden („Systembiologie“) bioinformatisch zu untersuchen. Im ersten Teil wird der Apoptose-Signalweg analysiert. Apoptose (Programmierter Zelltod) wird bei verschiedenen Infektionen, zum Beispiel bei Viruserkrankungen, als Abwehrmaßnahme eingesetzt. Die Interaktionen zwischen Proteinen, die ‚death’ Domänen beinhalten, wurden untersucht, um folgende Fragen zu klären: i) wie wird die Spezifität der Interaktionen erzielt? –sie wird durch Adapter erreicht, ii) wie werden Proliferation/ Überlebenssignale während der Aktivierung der Apoptose eingeleitet? – wir fanden Hinweise für eine entscheidende Rolle des RIP Proteins (Rezeptor-Interagierende Serine/Threonine-Proteinkinase 1). Das Modell erlaubte uns, die Interaktions-Oberflächen von RIP vorherzusagen. Der Signalweg wurde anschließend auf globaler Ebene mit Simulationen für verschiedene Zeitpunkte analysiert, um die Evolution der Aktivatoren und Inhibitoren des Signalwegs und seine Struktur besser zu verstehen. Weiterhin wird die Signalverarbeitung für Apoptosis-Signalwege in der Maus detailliert modelliert, um den Konzentrationsverlauf der Effektor-Kaspasen vorherzusagen. Weitere experimentelle Messungen von Kaspase-3 und die Überlebenskurven von Zellen bestätigen das Modell. Der zweite Teil der Resultate konzentriert sich auf das Phagosom, eine Organelle, die eine entscheidende Rolle bei der Eliminierung von Krankheitserregern spielt. Dies wird am Beispiel von M. tuberculosis veranschaulicht. Die Fragestellung wird wiederum in zwei Aspekten behandelt: i) Um die Prozesse, die durch M. tuberculosis inhibiert werden zu verstehen, haben wir uns auf das Phospholipid-Netzwerk konzentriert, das bei der Unterdrückung oder Aktivierung der Aktin-Polymerisation eine große Rolle spielt. Wir haben für diese Netzwerkanalyse eine Simulation für verschiedene Zeitpunkte ähnlich wie in Teil eins angewandt. ii) Es wird vermutet, dass Aktin-Polymere bei der Fusion des Phagosoms mit dem Lysosom eine Rolle spielen. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde ein in silico Modell von uns entwickelt. Wir fanden heraus, dass in der Anwesenheit von Aktin-Polymeren die Suchzeit für das Lysosom um das Fünffache reduziert wurde. Weiterhin wurden die Effekte der Länge der Aktin-Polymere, die Größe der Lysosomen sowie der Phagosomen und etliche andere Modellparameter analysiert. Nach der Untersuchung eines Signalwegs und einer Organelle führte der nächste Schritt zur Untersuchung eines komplexen biologischen Systems der Infektabwehr. Dies wurde am Beispiel der Wirt-Pathogen Interaktion bei Bordetella pertussis und Bordetella bronchiseptica dargestellt. Die geringe Menge verfügbarer quantitativer Daten war der ausschlaggebende Faktor bei unserer Modellwahl. Für die dynamische Simulation wurde ein selbst entwickeltes Bool’sches Modell verwendet. Die Ergebnisse sagen wichtige Faktoren bei der Pathologie von Bordetellen hervor, besonders die Bedeutung der Th1 assoziierten Antworten und dagegen nicht der Th2 assoziierten Antworten für die Eliminierung des Pathogens. Einige der quantitativen Vorhersagen wurden durch Experimente wie die Untersuchung des Verlaufs einer Infektion in verschiedenen Mutanten und Wildtyp-Mäusen überprüft. Die begrenzte Verfügbarkeit kinetischer Daten war der kritische Faktor bei der Auswahl der computer-gestützten Modelle. Der Erfolg unserer Modelle konnte durch den Vergleich mit experimentellen Beobachtungen belegt werden. Die vergleichenden Modelle in Kapitel 6 und 9 können zur Untersuchung neuer Wirt-Pathogen Interaktionen verwendet werden. Beispielsweise führt in Kapitel 6 die Analyse von Inhibitoren und inhibitorischer Signalwege aus drei Organismen zur Identifikation wichtiger regulatorischer Zentren in komplexen Organismen und in Kapitel 9 ermöglicht die Identifikation von drei Phasen in B. bronchiseptica und der Inhibition von IFN-γ durch den Faktor TTSS die Untersuchung ähnlicher Phasen und die Inhibition von IFN-γ in B. pertussis. Eine weitere wichtige Bedeutung bekommen diese Modelle durch die mögliche Identifikation neuer, essentieller Komponenten in Wirt-Pathogen Interaktionen. In silico Modelle der Effekte von Deletionen zeigen solche Komponenten auf, die anschließend durch experimentelle Mutationen weiter untersucht werden können.
N2  - In this century new experimental and computational techniques are adding an enormous amount of information, revealing many biological mysteries. The complexities of biological systems still broach new questions. Till now the main approach to understand a system has been to divide it in components that can be studied. The upcoming new paradigm is to combine the pieces of information in order to understand it at a global level. In the present thesis we have tried to study infectious diseases with such a global ‘Systems Biology’ approach. In the first part the apoptosis pathway is analyzed. Apoptosis (Programmed cell death) is used as a counter measure in different infections, for example viral infections. The interactions between death domain containing proteins are studied to address the following questions: i) How specificity is maintained - showing that it is induced through adaptors, ii) how proliferation/ survival signals are induced during activation of apoptosis – suggesting the pivotal role of RIP. The model also allowed us to detect new possible interacting surfaces. The pathway is then studied at a global level in a time step simulation to understand the evolution of the topology of activators and inhibitors of the pathway. Signal processing is further modeled in detail for the apoptosis pathway in M. musculus to predict the concentration time course of effector caspases. Further, experimental measurements of caspase-3 and viability of cells validate the model. The second part focuses on the phagosome, an organelle which plays an essential role in removal of pathogens as exemplified by M. tuberculosis. Again the problem is addressed in two main sections: i) To understanding the processes that are inhibited by M. tuberculosis; we focused on the phospholipid network applying a time step simulation in section one, which plays an important role in inhibition or activation of actin polymerization on the phagosome membrane. ii) Furthermore, actin polymers are suggested to play a role in the fusion of the phagosome with lysosome. To check this hypothesis an in silico model was developed; we find that the search time is reduced by 5 fold in the presence of actin polymers. Further the effect of length of actin polymers, dimensions of lysosome, phagosome and other model parameter is analyzed. After studying a pathway and then an organelle, the next step was to move to the system. This was exemplified by the host pathogen interactions between Bordetella pertussis and Bordetella bronchiseptica. The limited availability of quantitative information was the crucial factor behind the choice of the model type. A Boolean model was developed which was used for a dynamic simulation. The results predict important factors playing a role in Bordetella pathology especially the importance of Th1 related responses and not Th2 related responses in the clearance of the pathogen. Some of the quantitative predictions have been counterchecked by experimental results such as the time course of infection in different mutants and wild type mice. All these computational models have been developed in presence of limited kinetic data. The success of these models has been validated by comparison with experimental observations. Comparative models studied in chapters 6 and 9 can be used to explore new host pathogen interactions. For example in chapter 6, the analysis of inhibitors and inhibitory paths in three organism leads to the identification of regulatory hotspots in complex organisms and in chapter 9 the identification of three phases in B. bronchiseptica and inhibition of IFN-γ by TTSS lead us to explore similar phases and inhibition of IFN-γ in B. pertussis. Further an important significance of these models is to identify new components playing an essential role in host-pathogen interactions. In silico deletions can point out such components which can be further analyzed by experimental mutations.
KW  - Bordetella pertussis
KW  - Infektion
KW  - Apoptosis
KW  - Signaltransduktion
KW  - Bioinformatik
KW  - Tuberkelbakterium
KW  - Biologische Kaskaden
KW  - Bordetellae
KW  - M. tuberculosis
KW  - Apoptose
KW  - Biological cascades
KW  - Bordetellae
KW  - M. tuberculosis
KW  - Apoptosis
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17266
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wüst, Simone
T1  - Analyse des Wirkmechanismus von Kortikosteroiden bei der Therapie der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis, einem Tiermodell für Multiple Sklerose
T1  - Analysis of the mechanism of action of corticosteroids in the therapy of experimental autoimmune encephalomyelitis, an animal model for multiple sclerosis
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurden die Mechanismen der Hochdosis-GC-Pulstherapie im Zusammenhang mit akuten Schüben von MS-Patienten anhand des Tiermodells der MS, der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE), untersucht. Die EAE wurde in C57Bl/6 Mäusen und diversen GR-defizienten Mäusen durch Immunisierung mit Myelinoligodendrozytenglykoprotein (MOG35-55) induziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Gabe von Dexamethason (Dex) den Krankheitsverlauf dosisabhängig verbessert. Die Untersuchung heterozygoter GR Knock-out Mäuse und hämatopoetischer Stammzellchimären verdeutlichte, dass der zytosolische GR (cGR) für die Vermittlung therapeutischer GC-Effekte von sehr großer Bedeutung ist. Der Einsatz zelltyp-spezifischer GR-defizienter Mäuse zeigte auf zellulärer Ebene, dass für die Vermittlung von GC-Wirkungen die Expression des GR vor allem in T-Zellen unabdingbar ist, wohingegen die GR-Expression in myeloiden Zellen in diesem Kontext keine Bedeutung hat. Durch die Analyse des molekularen Mechanismus konnte festgestellt werden, dass diese Effekte durch Apoptoseinduktion und Herunterregulieren von Adhäsionsmolekülen in peripheren, aber nicht ZNS-residenten T-Zellen erzielt wurden. Überdies wurde ersichtlich, dass Dex die T-Zellmigration in das ZNS verhinderte. Diese Beobachtung unterstützt die Hypothese, dass Dex durch Apoptoseinduktion und Immunmodulation hauptsächlich auf periphere T-Zellen wirkt und somit den ständigen Influx neuer Immunzellen in das ZNS verhindert. Ferner konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die therapeutische Gabe hochdosierten Methylprednisolons (MP) in diesem EAE-Modell ebenfalls zu einer dosisabhängigen Verbesserung der EAE führte. Diese beruhte auf einer reduzierten Lymphozyteninfiltration in das ZNS, war allerdings im Vergleich zur Dex-Therapie aufgrund geringerer Wirkpotenz weniger stark ausgeprägt. Im Gegensatz dazu führte die präventive MP-Applikation zu einem verstärkten EAE-Verlauf, der nach der Beeinflussung peripherer, hämatopoetischer Immunzellen auf eine verstärkte Proliferation autoreaktiver T-Zellen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der vorliegenden Arbeit wurde als möglicher Ersatz für die Hochdosis-GC-Pulstherapie eine nicht-steroidale, antiinflammatorische Substanz im chronischen EAE-Modell der C57Bl/6 Maus etabliert. Erste tierexperimentelle Untersuchungen mit Compound A (CpdA) offenbarten eine lediglich geringe therapeutische Breite dieser Substanz, wobei innerhalb pharmakologischer Dosierungen dennoch therapeutische Wirkungen vermittelt werden konnten. Anhand von in vitro Experimenten konnte eindeutig nachgewiesen werden, dass CpdA GR-unabhängig Apoptose induzierte, wobei Immunzellen und neuronale Zellen gegenüber CpdA besonders empfindlich reagierten. Der Einsatz T-Zell-spezifischer GR-defizienter Mäuse konnte zeigen, dass CpdA für die Vermittlung therapeutischer Wirkungen den cGR benötigt. Ferner wurde offensichtlich, dass CpdA in Abwesenheit des cGR in T-Zellen eine signifikante Verschlechterung der EAE verursachte. Durch die Anwendung physikochemischer Analysenmethoden, wie der Massenspektrometrie und 1H-NMR-Spektroskopie, konnte festgestellt werden, dass CpdA in vitro in gepufferten Medien in eine zyklische, chemisch sehr reaktive Verbindung (Aziridin) metabolisiert wird. Diese kann sehr wahrscheinlich für die Apoptose-Induktion in Zellen und die in Mäusen beobachteten neurotoxischen Ausfallerscheinungen verantwortlich gemacht werden. Durch chemische Analysen konnte in vitro in wässriger CpdA-Lösung ein weiterer Metabolit, das sympathomimetisch wirksame Synephrin, identifiziert werden. Um die Wirksamkeit adrenerger Substanzen in vivo zu testen, wurde das ß1/2-Sympathomimetikum Isoproterenol appliziert. Dieses verbesserte die EAE-Symptomatik, was sehr wahrscheinlich auf eine reduzierte Antigenpräsentation und einer damit verbundenen verminderten T-Zellinfiltration in das ZNS zurückzuführen ist.
N2  - High-dose glucocorticoids (GC) are used to treat acute relapses of multiple sclerosis (MS) patients. In this work the underlying mechanisms of this therapy have been investigated using the animal model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE). EAE was induced in C57Bl/6 mice and several strains of glucocorticoid receptor (GR) deficient mice by immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG35-55). It was shown that the application of dexamethasone (Dex) leads to a dose-dependent amelioration of the disease course. Analysis of heterozygous GR-knock out mice and hematopoietic stem cell chimeras revealed, that the cytosolic GR (cGR) is a prerequisite for mediating therapeutic GC effects. Furthermore, the use of cell type-specific GR-deficient mice showed at the cellular level that GR-expression is particularly needed in T cells, while it is dispensible in myeloid cells in this context. Analysis of molecular mechanisms determined that these effects are mainly achieved by apoptosis induction and down regulation of adhesion molecules in peripheral T cells, but not in CNS-residing T cells. In addition, it could be observed that Dex inhibited the T cell migration into the CNS. These findings confirm the hypothesis that Dex mainly acts on peripheral T cells by apoptosis induction and immunomodulation and thus inhibits the influx of new immune cells into the CNS. Furthermore, this work shows that therapeutic application of methylprednisolone (MP) in this EAE-model leads to a dose-dependent amelioration of the disease course as well. This improvement is based on a reduced lymphocyte infiltration into the CNS, but is less pronounced than that after Dex treatment due to reduced potency. In contrast to this, preventive MP-application induces an increased disease course. This aggravation is ascribed to interference with peripheral hematopoietic immune cells and an increased proliferation of autoreactive T cells. In the search of alternatives to high-dose GC therapy a novel antiinflammatory compound was established in the chronic EAE-model of the C57Bl/6 mouse. First in vivo experiments revealed that this non-steroidal substance, compound A (CpdA), has only little therapeutic index, but is able to mediate therapeutic effects within pharmacological dosages. On the basis of in vitro analysis CpdA induces apoptosis in a GR-independent manner, whereas immune cells and neuronal cells are most sensitive. Using T cell-specific GR-deficient mice it could be observed that CpdA requires the cGR for mediating therapeutic effects. Furthermore, the application of CpdA led to an aggravation of the EAE course in absence of the cGR in T cells. Physicochemical analysis such as mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy revealed that CpdA metabolizes in vitro in buffered media into a cyclic, highly reactive compound, aziridine. Presumably, this metabolite may be responsible for apoptosis induction in diverse cells and neurotoxic deficits observed in mice. Using the same methods, an adrenergic substance, synephrine, could be identified in vitro after resolving CpdA in water and PBS. In order to test the efficacy of adrenergic substances in EAE in vivo, the ß1/2-adrenergic drug isoproterenol, was applied. Isoproterenol led to an amelioration of the disease course which may be ascribed to decreased antigen presentation and reduced T cell infiltration into CNS.
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Tiermodell
KW  - Glucocorticosteroide
KW  - Apoptosis
KW  - Experimentelle autoimmune Enzephalomyelitis
KW  - Adhäsionsmoleküle
KW  - Glukokortikoid-Rezeptor Modulator
KW  - Experimental autoimmune encephalomyelitis
KW  - adhesion molecules
KW  - glucocorticoid-receptor modulator
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32961
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müller, Nicole
T1  - Entwicklung antigenabhängig aktivierbarer TNF-Ligand-Fusionsproteine
T1  - Development of antigen-dependent activatable TNF ligand fusion proteins
N2  - Von TRAIL, FasL und APRIL, drei Mitgliedern der TNF-Liganden-Familie, ist bekannt, dass Trimerstabilität und Oligomerisierungsstatus maßgeblich das Rezeptoraktivierungspotential dieser Liganden beeinflussen. Für die immunstimulatorischen TNF-Liganden CD27L, CD40L, OX40L, 41BBL und GITRL war hingegen vor der Durchführung dieser Arbeit praktisch nicht bekannt, inwieweit Trimerbildung, Stabilisierung und Oligomerisierung wichtig für deren Aktitvität sind. Dies wurde in dieser Arbeit systematisch untersucht. CD40L besaß bereits als trimeres Molekül eine hohe Aktivität, die durch sekundäre Oligomerisierung nur wenig gesteigert wurde. Die spezifische Aktivität konnte durch Stabilisierung mit Hilfe der Tenascin-C (TNC)-Trimerisierungsdomäne nur geringfügig gesteigert werden. CD27L war als lösliches Flag-markiertes sowie als hexameres Fc-Protein selbst nach Quervernetzen nicht in der Lage, seinen Rezeptor CD27 zu binden und zu aktivieren. Die TNC-stabilisierte trimere Form des CD27L hingegen induzierte nach Oligomerisierung mit einem anti-Flag-Antikörper ein starkes Signal. Trimerer OX40L und trimerer 41BBL konnten nur in oligomerisierter Form ihre Rezeptoren aktivieren, wobei die Aktivität der TNC-stabilisierten Form signifikant stärker ausgeprägt war. GITRL aktivierte seinen Rezeptor bereits als stabilisiertes Trimer und Hexamer, die Aktivität konnte durch Quervernetzen nur gering gesteigert werden. Zusammenfassend kann man sagen, dass CD27L, OX40L und 41BBL zu der Untergruppe der TNF-Ligandenfamilie gehört, für die eine Stabilisierung des trimeren Moleküls und dessen Oligomerisierung nötig sind, um eine starke Rezeptoraktivierung zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu zeigten CD40L und GITRL bereits oligomerisierungsunabhängig eine hohe Aktivität. GITRL benötigte allerdings die Stabilisierung des trimeren Moleküls durch die TNC-Domäne, um gute Aktivität zu zeigen. Im Weiteren wurden Antikörperfragment (scFv-)-TNF-Ligand-Fusionsproteine konstruiert und untersucht, die ein Zelloberflächenantigen binden. Eine starke Zelloberflächenantigen-spezifische Aktivierung des jeweiligen Rezeptors konnte für scFv-41BBL und für scFv-OX40L gezeigt werden, wohingegen scFv-CD40L und scFv-GITRL bereits auf antigennegativen Zellen stark aktiv waren. scFv-CD27L war selbst auf antigenpositiven Zellen inaktiv. Verwendet man an Stelle des Antikörperfragments eine extrazelluläre Proteinbindedomäne, z.B. die eines TNF-Rezeptors, erhält man Fusionsproteine, die zum einen eine selektive Aktivierung der TNF-Ligandendomäne und somit die Aktivierung des korrespondierenden Rezeptors auf der Zielzelle ermöglichen, zum anderen aber durch die Bindung an den membranständigen Liganden dessen Aktitvät neutralisieren können. Für CD40-, RANK- und B7-2-FasL konnte der immobilisationabhängige Aktivierungseffekt auf entsprechenden Zelloberflächenmolekül-exprimierenden Zellen gezeigt werden. Anhand von T47D-Zellen, die durch eine autokrine CD40L-CD40-Signalschleife vor Apoptose geschützt sind, konnte gezeigt werden, dass durch die Bindung von CD40-FasL an membranständigen CD40L die CD40L-CD40-Interaktion gestört und gleichzeitig Apoptose verstärkt induziert werden kann. Das Prinzip der antigenabhängigen Aktivierung von TNF-Liganden könnte Anwendung in der Tumortherapie finden, da bei Verwendung entsprechender selektiv exprimierter Marker eine lokale Rezeptoraktivierung erreicht und so Nebenwirkungen minimiert werden können.
N2  - Trimer stability and oligomerization status of TRAIL, FasL and APRIL, three members of the TNF ligand family, critically determine their receptor activating potential. However, detailed information for the immunostimmulatory ligands CD27L, CD40L, OX40L, 41BBL and GITRL regarding the importance of trimer formation, stabilization and oligomerization for ligand activity was lacking. These aspects were investigated systematically in this work. CD40L was highly active as a trimeric molecule. Secondary oligomerization and/or stabilization via the tenascin-C (TNC) trimerization domain slightly enhanced its specific activity. As soluble Flag-tagged and as hexameric Fc protein CD27L failed to bind and activate its cognate receptor CD27, even after crosslinking. However, the TNC stabilized form of CD27L induced a strong signal after oligomerization with anti-Flag antibody. Receptor signaling was only activated by oligomerized molecules of trimeric OX40L and 41BBL whereas the respective TNC fusion protein showed significant stronger activity. Stabilized GITRL trimers and hexamers already activated their receptor whereas oligomerization of GITRL just slightly enhanced the specific activity. Taken together, CD27L, OX40L and 41BBL belong to a TNF ligand family subgroup which requires oligomerization and stabilization of the trimeric molecule to ensure strong receptor activation. In contrast, CD40L and GITRL already display high oligomerization-independent activity, though the latter needs stabilization by the TNC domain. Furthermore, antibody fragment (scFv)-ligand fusion proteins targeting specific cell surface antigens were designed and analyzed. Strong cell surface antigen-selective TNF receptor activation was achieved for scFv-41BBL and scFv-OX40L whereas scFv-CD40L and scFv-GITRL already induced signaling in the absence of antigen-positive cells. scFv-CD27L lacked activity even on antigen-positive cells. Using an extracellular protein binding domain for example the ligand binding domain of a TNF receptor instead of an antibody fragment resulted in fusion proteins that on the one hand activate the TNF ligand domain and thus the corresponding receptor on target cells and on the other hand neutralize membrane ligand activity by binding. The effect of cell surface immobilization-mediated activation of these fusion proteins on cells expressing the corresponding target molecule was shown here for CD40-, RANK- and B7-2-FasL. The CD40-FasL fusion protein simultaneously blocked CD40L-CD40 interaction and induced strong apoptosis in T47D cells displaying an antiapoptotic autocrine CD40L-CD40 signaling loop. The principle of antigen-dependent activation of TNF ligands could be of use in tumor treatment due to the fact that tumor specific marker targeting leads to locally restricted receptor activation on antigen positive cells, promising a reduction in potential off target effects.
KW  - Rekombinantes Protein
KW  - Oligomerisation
KW  - Fas-Ligand
KW  - Antigen CD40
KW  - Apoptosis
KW  - Fibroblast activator protein I
KW  - Antigen CD19
KW  - Tumor-Nekrose-Faktor
KW  - Trimerisation
KW  - Stabilisierung
KW  - CD27L
KW  - GITRL
KW  - OX40L
KW  - 41BBL
KW  - TRAIL
KW  - single chain
KW  - oligomerization
KW  - fusion protein
KW  - cross-linking
KW  - FAP
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36489
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böhme, Linda
T1  - Cellular response to double-stranded RNA in Chlamydia trachomatis-infected human host cells
T1  - Zelluläre Antwort auf doppelsträngige RNA in Chlamydia trachomatis-infizierten humanen Wirtszellen
N2  - Chlamydien sind Gram-negative, obligat-intrazelluläre Bakterien, die für ein weites Spektrum an relevanten Krankheiten verantwortlich sind. Auf Grund ihres zweiphasigen Entwicklungszyklusses sind Chlamydien von einer intakten Wirtszelle abhängig, um sich erfolgreich vermehren und im Organismus ausbreiten zu können. Daher haben Chlamydien anspruchsvolle Strategien entwickelt, um das Immunsystem des Wirtes auszuschalten oder den programmierten Zelltod ihrer Wirtszelle zu verhindern. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine Infektion mit C. trachomatis einen Einfluss auf die zelluläre Antwort auf dsRNA nehmen kann. Die Synthese von dsRNA ist ein charakteristisches Merkmal der Replikation von Viren, welche sowohl die Apoptose induzieren als auch das Immunsystem aktivieren kann. Um eine chlamydiale und virale Co-Infektion zu simulieren, wurden Chlamydien-infizierte Epithelzellen mit der synthetischen dsRNA Polyinosin-Polycytidinsäure (polyI:C) transfiziert. Im ersten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob Chlamydien die durch dsRNA eingeleitete Apoptose verhindern können. Eine signifikante Reduktion der dsRNA-induzierten Apoptose konnte in infizierten Zellen beobachtet werden. Es zeigte sich, dass die Prozessierung der Initiator-Caspase-8 in infizierten Zellen unterblieb. Dies war von der frühen bakteriellen Proteinsynthese abhängig und für die dsRNA-vermittelte Apoptose spezifisch, da der durch TNFalpha bewirkte Zelltod nicht auf der Ebene der Caspase-8 verhindert werden konnte. Die Aktivierung von zellulären Faktoren, die bei der Apoptoseinduzierung eine wichtige Rolle spielen, beispielsweise PKR und RNase L, war in infizierten Zellen jedoch unverändert. Stattdessen konnte durch RNA Interferenz-vermittelte Depletion gezeigt werden, dass der zelluläre Caspase-8-Inhibitor cFlip eine entscheidende Rolle bei der chlamydialen Blockierung der dsRNA-vermittelten Apoptose spielt. Mittels Co-Immunopräzipitation konnte ein erster Hinweis darauf gefunden werden, dass C. trachomatis eine Anreicherung von cFlip im dsRNA-induzierten Komplex von Caspase-8 und FADD bewirkt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde untersucht, ob Chlamydien die Immunantwort auf virale Infektionen beeinflussen, welche vor allem die Expression von Interferonen und Interleukinen beinhaltet. Es stellte sich heraus, dass die Aktivierung des Interferon regulatory factor 3 (IRF-3) und des zur Familie von NF-kappaB Trankriptionsfaktoren gehörenden p65, zwei zentralen Regulatoren der Immunantwort auf dsRNA, in infizierten Epithelzellen verändert war. Die Degradation von IkappaB-alpha, des Inhibitors von NF-kappaB, war in infizierten Zellen beschleunigt, begleitet von einer Veränderung der Translokation des Transkriptionsfaktors in den Zellkern. Im Gegensatz dazu wurde die nukleäre Translokation von IRF-3 durch die Infektion signifikant verhindert. Die hier vorgestellten Daten zeigen erstmals, dass eine Infektion mit C. trachomatis die zelluläre Antwort auf dsRNA signifikant verändern kann und implizieren einen Einfluss von chlamydialen Infektionen auf den Ausgang von viralen Superinfektionen.
N2  - Chlamydia are Gram-negative obligate intracellular bacteria responsible for a wide spectrum of relevant diseases. Due to their biphasic developmental cycle Chlamydia depend on an intact host cell for replication and establishment of an acute infection. Chlamydia have therefore evolved sophisticated strategies to inhibit programmed cell death (PCD) induced by a variety of stimuli and to subvert the host immune system. This work aimed at elucidating whether an infection with C. trachomatis can influence the cellular response to double-stranded RNA (dsRNA). The synthesis of dsRNA is a prominent feature of viral replication inside infected cells that can induce both PCD and the activation of a cellular innate immune response. In order to mimic chlamydial and viral co-infections, Chlamydia-infected cells were transfected with polyinosinic:polycytidylic acid (polyI:C), a synthetic dsRNA. In the first part of this work it was investigated whether C. trachomatis-infected host cells could resist apoptosis induced by polyI:C. A significant reduction in apoptosis, determined by PARP cleavage and DNA fragmentation, could be observed in infected cells. It could be shown that processing of the initiator caspase-8 was inhibited in infected host cells. This process was dependent on early bacterial protein synthesis and was specific for dsRNA because apoptosis induced by TNFalpha was not blocked at the level of caspase-8. Interestingly, the activation of cellular factors involved in apoptosis induction by dsRNA, most importantly PKR and RNase L, was not abrogated in infected cells. Instead, RNA interference experiments revealed the crucial role of cFlip, a cellular caspase-8 inhibitor, for chlamydial inhibition of dsRNA-induced apoptosis. First data acquired by co-immunoprecipitation experiments pointed to an infection-induced concentration of cFlip in the dsRNA-induced death complex of caspase-8 and FADD. In the second part of this work, the chlamydial influence on the first line of defense against viral infections, involving expression of interferons and interleukins, was examined. Activation of the interferon regulatory factor 3 (IRF-3) and the NF-kappaB transcription factor family member p65, both central regulators of the innate immune response to dsRNA, was altered in Chlamydia-infected epithelial cells. polyI:C-induced degradation of IkappaB-alpha, the inhibitor of NF-kappaB, was accelerated in infected cells which was accompanied by a change in nuclear translocation of the transcription factor. Translocation of IRF-3, in contrast, was significantly blocked upon infection. Together the data presented here demonstrate that infection with C. trachomatis can drastically alter the cellular response to dsRNA and imply an impact of chlamydial infections on the outcome of viral super-infections.
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Signaltransduktion
KW  - Immunreaktion
KW  - Doppelhelix
KW  - RNS
KW  - Apoptosis
KW  - Apoptose
KW  - doppelsträngige RNA
KW  - Immunantwort
KW  - Apoptosis
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - double-stranded RNA
KW  - innate immunity
KW  - signal transduction
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46474
ER  -