TY  - JOUR
A1  - Alsheimer, Manfred
A1  - Link, Jana
A1  - Jahn, Daniel
A1  - Schmitt, Johannes
A1  - Göb, Eva
A1  - Baar, Johannes
A1  - Ortega, Sagrario
A1  - Benavente, Ricardo
T1  - The Meiotic Nuclear Lamina Regulates Chromosome Dynamics and Promotes Efficient Homologous Recombination in the Mouse
JF  - PLoS Genetics
N2  - The nuclear lamina is the structural scaffold of the nuclear envelope and is well known for its central role in nuclear organization and maintaining nuclear stability and shape. In the past, a number of severe human disorders have been identified to be associated with mutations in lamins. Extensive research on this topic has provided novel important clues about nuclear lamina function. These studies have contributed to the knowledge that the lamina constitutes a complex multifunctional platform combining both structural and regulatory functions. Here, we report that, in addition to the previously demonstrated significance for somatic cell differentiation and maintenance, the nuclear lamina is also an essential determinant for germ cell development. Both male and female mice lacking the short meiosis-specific A-type lamin C2 have a severely defective meiosis, which at least in the male results in infertility. Detailed analysis revealed that lamin C2 is required for telomere-driven dynamic repositioning of meiotic chromosomes. Loss of lamin C2 affects precise synapsis of the homologs and interferes with meiotic double-strand break repair. Taken together, our data explain how the nuclear lamina contributes to meiotic chromosome behaviour and accurate genome haploidization on a mechanistic level.
KW  - homologous chromosomes
KW  - homologous recombination
KW  - lamins
KW  - Oocytes
KW  - spermatocytes
KW  - synapsis
KW  - telomeres
KW  - testes
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96285
ER  - 
TY  - THES
A1  - Link, Jana
T1  - The role of meiotic nuclear envelope components in chromosome dynamics and meiotic progression
T1  - Die Rolle meiotischer Kernhüllenkomponenten für Chromosomendynamiken und den meiotischen Ablauf
N2  - Meiosis is the specialised cell division which produces haploid germ cells, capable of developing into fertile gametes, from diploid progenitor cells. During meiosis, chromosomes undergo strictly regulated and strongly conserved dynamic processes, at the beginning of which the telomeres are actively tethered and intimately attached to the nuclear envelope (NE). The attached telomeres are then moved within the NE through cytoskeletal forces to cluster within a restricted region, forming the highly conserved bouquet stage. Subsequently, the bouquet is released simultaneously to the completion of the synaptonemal complex assembly tightly linking homologous chromosome pairs together. In combination these processes are essential for the successful completion of meiosis. Because the meiotic NE serves as a platform for telomere attachment and movement it can be assumed to be critically involved in these events crucial for fertility. However, the precise roles of many meiotic NE proteins in the attachment and movement of telomeres still remain elusive. Therefore, it was the aim of this thesis to investigate the functions of two mammalian meiotic NE components in telomere attachment and dynamics. The first part of this thesis is concerned with the meiosis-specific lamin C2. Lamin C2 is the only A-type lamin expressed during meiosis and has in previous studies shown to feature altered meiosis-specific properties, clearly distinguishing it from somatic lamins. Because lamin C2 is enriched at sites of telomere attachment, exhibits a high mobility within the nuclear lamina and influences NE integrity, it has been postulated that it may locally increase NE flexibility to allow efficient meiotic telomere movement. Therefore, possible functions of lamin C2 in the movement of attached telomeres were investigated in this thesis by studying the bouquet formation and release of pubertal mice specifically lacking lamin C2. This revealed that lamin C2 deficient mice show a delayed bouquet release, leading to severe defects in the synaptic pairing of homologous chromosomes, which in turn results in infertility of the males. Therefore, the efficient repositioning of attached meiotic telomeres, facilitated by lamin C2, seems essential for completing meiosis. The second part of this thesis focuses on the protein complex responsible for the attachment of meiotic telomeres to the NE and their coupling to the cytoskeleton. The so-called LINC complex is composed of SUN domain proteins in the inner nuclear membrane interacting with KASH domain proteins of the outer nuclear membrane. In previous studies it had been shown that SUN1, SUN2 and KASH5 localise to the attached meiotic telomeres. Regarding the meiotic role of SUN2, however, contradicting results have recently been discussed, showing the need for further investigations. Using an available SUN1 deficient mouse strain, this thesis was able to show that SUN2 is sufficient for telomere attachment per se although telomere attachment is impaired in SUN1 deficient mice leading to infertility. It is also demonstrated that SUN2 forms a functional LINC complex together with KASH5 to mediate this telomere attachment. This LINC complex in the absence of SUN1 is able to move attached telomeres into a bouquet-like cluster formation. Therefore, this demonstrates that SUN2 is involved in the functional attachment and movement of meiotic telomeres. In summary, this thesis has shown SUN2 and the meiotic nuclear lamina to be directly involved in or essential for the highly conserved attachment and movement of telomeres, making them critical for a successful meiosis. The meiotic NE is therefore in this thesis demonstrated to be a determinant of mammalian fertility.
N2  - Die Meiose, eine spezialisierte Zellteilung, produziert aus diploiden Vorläuferzellen haploide Keimzellen, welche sich zu befruchtungsfähigen Gameten entwickeln können. Chromosomen durchlaufen während der Meiose stark regulierte, evolutionär hochkonservierte Bewegungen. Zunächst werden die Telomere aktiv und stabil an der Kernhülle verankert. Angeheftete Telomere werden durch das Cytoskelett entlang der Kernhülle bewegt um sich in einer begrenzten Region anzureichern und das chromosomale Bouquet bilden. Das Bouquet wird durch gerichtete Telomerbewegungen anschließend wieder aufgelöst während die finalen Schritte des Zusammenbaus des Synaptonemalkomplexes stattfinden. Diese Prozesse sind in ihrer Summe essentiell für den erfolgreichen Ablauf der Meiose. Da die meiotische Kernhülle als Plattform für die Anheftung und Bewegung der Telomere dient, kann angenommen werden, dass sie in diese für die Fertilität kritischen Prozesse involviert ist. Die genaue Funktion von Kernhüllenproteinen in der Anheftung und Bewegung meiotischer Telomere ist trotzdem zu großen Teilen noch unverstanden. Deshalb war es Ziel dieser Arbeit zwei Komponenten der meiotische Kernhülle und deren Rolle in Telomeranheftung und –dynamik zu untersuchen. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem meiosespezifischen Lamin C2, welches das einzige während der Meiose exprimierte A-typ Lamin ist. Weil Lamin C2 in Bereichen der Telomeranheftung angereichter ist, eine hohe Mobilität in der Kernhülle aufweist und Kernhülleneigenschaften verändern kann, wurde postuliert dass es lokal die Flexibilität der Kernhülle steigern könnte um leichtere Bewegungen der Telomere zu ermöglichen. Demzufolge sollte in dieser Arbeit eine mögliche Rolle von Lamin C2 in der effizienten Bewegung angehefteter Telomere anhand von jungen Lamin C2-defizienten Mäuse untersucht werden. Dies ergab, dass Lamin C2-defiziente Mäuse eine verlangsamte Auflösung des meiotische Bouquets zeigten, was Defekte in der Homologenpaarung verursacht und letztlich zur Infertilität der Männchen führt. Schlussendlich, scheint die effiziente Bewegung angehefteter Telomere, ermöglicht durch Lamin C2, damit essentiell für einen erfolgreichen Ablauf der Meiose. Der zweite Teil dieser Arbeit ist auf einen Proteinkomplex fokussiert welcher für die Anheftung meiotische Telomere und deren Verbindung zum Cytoskelett verantwortlich ist. Dieser LINC complex besteht aus SUN-domänenproteinen der inneren Kernmembran welche mit KASH-domänenproteinen der äußeren Kernmembran interagieren. Aus früheren Studien ist bekannt, dass SUN1, SUN2 und KASH5 an angehefteten Telomeren lokalisieren. Die meiotische Funktion von SUN2, jedoch, wird aktuell anhand widersprüchlicher Ergebnisse diskutiert. Durch die Verwendung SUN1-defizienter Mäuse konnte diese Arbeit zeigen, dass obwohl die partiell unvollständige Telomeranheftung in der Abwesenheit von SUN1 zu Infertilität führt, SUN2 dennoch für Telomeranheftung an sich ausreichend ist. Um diese Anheftung zu vermitteln, bildet SUN2 einen funktionellen LINC complex mit KASH5 welcher angeheftete Telomere in der Abwesenheit von SUN1 in bouquet-ähnliche Konformationen führt. Demzufolge demonstriert diese Arbeit, dass SUN2 an der funktionellen Telomeranheftung und –bewegung beteiligt ist. Zusammenfassend hat diese Arbeit gezeigt, dass SUN2 und die meiotische Lamina in die hochkonservierte Anheftung und Bewegung von Telomeren direkt involviert oder für sie essentiell sind, und somit unabdingbar für eine erfolgreiche Meiose. Damit definiert diese Arbeit die meiotische Kernhülle als eine Determinante für die Fertilität von Säugern.
KW  - Meiose
KW  - Kernhülle
KW  - Meiosis
KW  - Nuclear envelope
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83540
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gross, Hans J.
A1  - Samhita, Laasya
T1  - The “Clever Hans  Phenomenon” revisited
N2  - In the first decade of the 20th century, a horse named Hans drew worldwide attention in Berlin as the first and most famous “speaking” and thinking animal. Hans solved calculations by tapping numbers or letters with his hoof in order to answer questions. Later on, it turned out that the horse was able to give the correct answer by reading the microscopic signals in the face of the questioning person. This observation caused a revolution and as a consequence, experimenters avoided strictly any face-to-face contact in studies about cognitive abilities of animals—a fundamental lesson that is still not applied rigorously.
KW  - Clever Hans Phenomenon
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112626
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kato, Hiroki
A1  - Lu, Qiping
A1  - Rapaport, Doron
A1  - Kozjak-Pavlovic, Vera
T1  - Tom70 Is Essential for PINK1 Import into Mitochondria
JF  - PLoS ONE
N2  - PTEN induced kinase 1 (PINK1) is a serine/threonine kinase in the outer membrane of mitochondria (OMM), and known as a responsible gene of Parkinson's disease (PD). The precursor of PINK1 is synthesized in the cytosol and then imported into the mitochondria via the translocase of the OMM (TOM) complex. However, a large part of PINK1 import mechanism remains unclear. In this study, we examined using cell-free system the mechanism by which PINK1 is targeted to and assembled into mitochondria. Surprisingly, the main component of the import channel, Tom40 was not necessary for PINK1 import. Furthermore, we revealed that the import receptor Tom70 is essential for PINK1 import. In addition, we observed that although PINK1 has predicted mitochondrial targeting signal, it was not processed by the mitochondrial processing peptidase. Thus, our results suggest that PINK1 is imported into mitochondria by a unique pathway that is independent of the TOM core complex but crucially depends on the import receptor Tom70.
KW  - binding
KW  - outer-membrane proteins
KW  - Parkinsons diesease
KW  - intracellular membranes
KW  - quality control
KW  - pathway
KW  - recruitment
KW  - biogenesis
KW  - mechanisms
KW  - complex
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-131061
VL  - 8
IS  - 3
ER  - 
TY  - THES
A1  - Regneri, Janine
T1  - Transcriptional regulation of cancer genes in the Xiphophorus melanoma system
T1  - Transkriptionelle Regulation von Krebsgenen im Xiphophorus-Melanommodell
N2  - The Xiphophorus melanoma system is a useful animal model for the study of the genetic basis of tumor formation. The development of hereditary melanomas in interspecific hybrids of Xiphophorus is connected to pigment cell specific overexpression of the mutationally activated receptor tyrosine kinase Xmrk. In purebred fish the oncogenic function of xmrk is suppressed by the molecularly still unidentified locus R. The xmrk oncogene was generated by a gene duplication event from the Xiphophorus egfrb gene and thereby has acquired a new 5’ regulatory sequence, which has probably altered the transcriptional control of the oncogene. So far, the xmrk promoter region was still poorly characterized and the molecular mechanism by which R controls xmrk-induced melanoma formation in Xiphophorus still remained to be elucidated. To test the hypothesis that R controls melanoma development in Xiphophorus on the transcriptional level, the first aim of the thesis was to gain a deeper insight into the transcriptional regulation of the xmrk oncogene. To this end, a quantitative analysis of xmrk transcript levels in different Xiphophorus genotypes carrying either the highly tumorigenic xmrkB or the non-tumorigenic xmrkA allele was performed. I was able to demonstrate that expression of the tumorigenic xmrkB allele is strongly increased in malignant melanomas of R-free backcross hybrids compared to benign lesions, macromelanophore spots, and healthy skin. The expression level of the non-tumorigenic xmrkA allele, in contrast, is not influenced by the presence or absence of R. These findings strongly indicate that differential transcriptional regulation of the xmrk promoter triggers the tumorigenic potential of these xmrk alleles. To functionally characterize the xmrk promoter region, I established a luciferase assay using BAC clones containing the genomic regions where xmrk and egfrb are located for generation of reporter constructs. This approach showed for the first time a melanoma cell specific transcriptional activation of xmrkB by its flanking regions, thereby providing the first functional evidence that the xmrk oncogene is controlled by a pigment cell specific promoter region. Subsequent analysis of different deletion constructs of the xmrkB BAC reporter construct strongly indicated that the regulatory elements responsible for the tumor-inducing overexpression of xmrkB in melanoma cells are located within 67 kb upstream of the xmrk oncogene. Taken together, these data indicate that melanoma formation in Xiphophorus is regulated by a tight transcriptional control of the xmrk oncogene and that the R locus acts through this mechanism. As the identification of the R-encoded gene(s) is necessary to fully understand how melanoma formation in Xiphophorus is regulated, I furthermore searched for alternative R candidate genes in this study. To this end, three genes, which are located in the genomic region where R has been mapped, were evaluated for their potential to be a crucial constituent of the regulator locus R. Among these genes, I identified pdcd4a, the ortholog of the human tumor suppressor gene PDCD4, as promising new candidate, because this gene showed the expression pattern expected from the crucial tumor suppressor gene encoded at the R locus.
N2  - Fische der Gattung Xiphophorus sind ein gut etabliertes Modellsystem zur Analyse der genetischen Grundlagen der Tumorentwicklung. Die Entwicklung hereditärer Melanome in bestimmten interspezifischen Xiphophorus-Hybriden wird durch die pigmentzellspezifische Überexpression des Onkogens xmrk ausgelöst. Dieses Gen codiert für eine durch Mutationen aktivierte Rezeptortyrosinkinase. In den reinerbigen Elterntieren wird die onkogene Funktion von xmrk durch den Regulator-Locus R unterdrückt, welcher jedoch auf molekularer Ebene noch nicht identifiziert wurde. Das Onkogen xmrk ist durch eine Genduplikation aus dem Protoonkogen egfrb entstanden und hat dabei eine neue regulatorische 5‘ Region erhalten, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit die transkriptionelle Regulation des Onkogens verändert hat. Die Promotorregion von xmrk war allerdings bisher nur unzureichend charakterisiert und der molekulare Mechanismus, durch den der R-Locus die xmrk-induzierte Melanomentwicklung kontrolliert, war noch weitgehend unbekannt. Um zu analysieren, ob der R-Locus die Melanomentwicklung in Xiphophorus auf transkriptioneller Ebene kontrolliert, war das erste Ziel dieser Arbeit die transkriptionelle Regulation des xmrk Onkogens genauer zu untersuchen. Zu diesem Zweck habe ich eine quantitative Analyse der xmrk Expressionslevel in Geweben verschiedener Xiphophorus-Genotypen durchgeführt, welche entweder das stark tumorigene xmrkB oder das nicht tumorigene xmrkA Allel besitzen. Ich konnte zeigen, dass im Vergleich zu benignen Läsionen, Macromelanophoren und gesunder Haut, die Expression des tumorigenen xmrkB Allels in den malignen Melanomen der R-defizienten Rückkreuzungshybride stark erhöht ist. Das Expressionslevel des xmrkA Allels wird hingegen nicht durch den R-Locus beeinflusst. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass eine differenzielle transkriptionelle Regulierung des xmrk Promotors für die Unterschiede im onkogenen Potential dieser Allele verantwortlich ist. Um die xmrk Promotorregion funktional zu charakterisieren, habe ich in der hier vorliegenden Studie einen Luciferase-Assay etabliert, für den BAC-Klone, welche die xmrk- oder egfrb-Region enthalten, zur Herstellung von Reporterkonstrukten verwendet wurden. Mit Hilfe dieses Ansatzes konnte ich zum ersten Mal eine melanomzellspezifische Aktivierung des xmrkB Gens durch seine regulatorischen Regionen zeigen. Dies liefert den ersten funktionalen Beweis, dass das xmrk Onkogen tatsächlich durch einen pigmentzellspezifischen Promotor kontrolliert wird. Durch die nachfolgende Analyse einer Deletionsserie des xmrkB Reporterkonstrukts konnte gezeigt werden, dass die regulatorischen Elemente, welche die starke Überexpression von xmrk in Melanomzellen steuern, in den proximalen 67 kb der xmrk 5‘ Region lokalisiert sind. Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Melanomentwicklung in Xiphophorus durch eine strikte transkriptionelle Kontrolle des xmrk Onkogens reguliert wird und dass der Regulator-Locus R seine tumorsuppressive Funktion über diesen Mechanismus ausübt. Da die Identifizierung des R-Locus-Gens entscheidend ist, um die Melanomentwicklung in Xiphophorus vollständig zu verstehen, habe ich im zweiten Teil dieser Arbeit drei Gene, welche in derselben genomischen Region liegen in der R lokalisiert wurde, genauer untersucht, um zu testen, ob es sich bei einem dieser Gene um eine entscheidende tumorsuppressive Komponente des R-Locus handelt. Von diesen Genen wurde pdcd4a, welches das Ortholog zum humanen Tumorsuppressorgen PDCD4 ist, als vielversprechendes neues Kandidatengen identifiziert, da das Expressionsmuster von pdcd4a mit dem zu erwartenden Expressionsmuster des am R-Locus codierten Tumorsuppressorgens übereinstimmt.
KW  - Melanom
KW  - Schwertkärpfling
KW  - Chromatophor
KW  - Epidermaler Wachstumsfaktor
KW  - Onkogen
KW  - Tumorsuppressorgen
KW  - Hybrid
KW  - transkriptionelle Regulation
KW  - melanoma
KW  - Xiphophorus
KW  - xmrk
KW  - transcriptional control
KW  - pigment cell
KW  - Hautkrebs
KW  - Epidermaler Wachstumsfaktor-Rezeptor
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-82319
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Shannon, Graver
A1  - Hein, Melanie
T1  - Tumor cell response to bevacizumab single agent therapy in vitro
JF  - Cancer Cell International
N2  - Background

Angiogenesis represents a highly multi-factorial and multi-cellular complex (patho-) physiologic event involving endothelial cells, tumor cells in malignant conditions, as well as bone marrow derived cells and stromal cells. One main driver is vascular endothelial growth factor (VEGFA), which is known to interact with endothelial cells as a survival and mitogenic signal. The role of VEGFA on tumor cells and /or tumor stromal cell interaction is less clear. Condition specific (e.g. hypoxia) or tumor specific expression of VEGFA, VEGF receptors and co-receptors on tumor cells has been reported, in addition to the expression on the endothelium. This suggests a potential paracrine/autocrine loop that could affect changes specific to tumor cells.

Methods

We used the monoclonal antibody against VEGFA, bevacizumab, in various in vitro experiments using cell lines derived from different tumor entities (non small cell lung cancer (NSCLC), colorectal cancer (CRC), breast cancer (BC) and renal cell carcinoma (RCC)) in order to determine if potential VEGFA signaling could be blocked in tumor cells. The experiments were done under hypoxia, a major inducer of VEGFA and angiogenesis, in an attempt to mimic the physiological tumor condition. Known VEGFA induced endothelial biological responses such as proliferation, migration, survival and gene expression changes were evaluated.

Results

Our study was able to demonstrate expression of VEGF receptors on tumor cells as well as hypoxia regulated angiogenic gene expression. In addition, there was a cell line specific effect in tumor cells by VEGFA blockade with bevacizumab in terms of proliferation; however overall, there was a limited measurable consequence of bevacizumab therapy detected by migration and survival.

Conclusion

The present study showed in a variety of in vitro experiments with several tumor cell lines from different tumor origins, that by blocking VEGFA with bevacizumab, there was a limited autocrine or cell-autonomous function of VEGFA signaling in tumor cells, when evaluating VEGFA induced downstream outputs known in endothelial cells.
KW  - Bevacizumab
KW  - NCI-60
KW  - Tumor angiogenesis
KW  - VEGFA
KW  - Hypoxia
KW  - In vitro
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97185
UR  - http://www.cancerci.com/content/13/1/94
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heß, Michael
T1  - Vaccinia virus-encoded bacterial beta-glucuronidase as a diagnostic biomarker for oncolytic virotherapy
T1  - Vaccinia Virus-codierte bakterielle Beta-Glucuronidase als diagnostischer Biomarker in der onkolytischen Virotherapie
N2  - Oncolytic virotherapy represents a promising approach to revolutionize cancer therapy. Several preclinical and clinical trials display the safety of oncolytic viruses as wells as their efficiency against solid tumors. The development of complementary diagnosis and monitoring concepts as well as the optimization of anti-tumor activity are key points of current virotherapy research. Within the framework of this thesis, the diagnostic and therapeutic prospects of beta-glucuronidase expressed by the oncolytic vaccinia virus strain GLV-1h68 were evaluated. In this regard, a beta-glucuronidase-based, therapy-accompanying biomarker test was established which is currently under clinical validation. By using fluorescent substrates, the activity of virally expressed beta-glucuronidase could be detected and quantified. Thereby conclusions about the replication kinetics of oncolytic viruses in animal models and virus-induced cancer cell lysis could be drawn. These findings finally led to the elaboration and establishment of a versatile biomarker assay which allows statements regarding the replication of oncolytic viruses in mice based on serum samples. Besides the analysis of retrospective conditions, this test is able to serve as therapy-accompanying monitoring tool for virotherapy approaches with beta-glucuronidase-expressing viruses. The newly developed assay also served as complement to routinely used plaque assays as well as reference for virally expressed anti-angiogenic antibodies in additional preclinical studies. Further validation of this biomarker test is currently taking place in the context of clinical trials with GL-ONC1 (clinical grade GLV-1h68) and has already shown promising preliminary results. It was furthermore demonstrated that fluorogenic substrates in combination with beta-glucuronidase expressed by oncolytic viruses facilitated the optical detection of solid tumors in preclinical models. In addition to diagnostic purposes, virus-encoded enzymes could also be combined with prodrugs resulting in an improved therapeutic outcome of oncolytic virotherapy. In further studies, the visualization of virus-induced immune reactions as well as the establishment of innovative concepts to improve the therapeutic outcome of oncolytic virotherapy could be accomplished. In conclusion, the results of this thesis provide crucial findings about the influence of virally expressed beta-glucuronidase on various diagnostic concepts in the context of oncolytic virotherapy. In addition, innovative monitoring and therapeutic strategies could be established. Our preclinical findings have important clinical influence, particularly by the development of a therapy-associated biomarker assay which is currently used in different clinical trials.
N2  - Onkolytische Viren stellen einen vielversprechenden Therapieansatz dar, der die Behandlung von Krebserkrankungen revolutionieren könnte. Intensive präklinische und klinische Studien zeigen sowohl die körperliche Verträglichkeit von onkolytischen Viren, als auch deren Wirksamkeit gegenüber soliden Tumoren. Die Entwicklung von therapiebegleitenden Diagnose- und Monitoringkonzepten sowie eine Optimierung der Antitumorwirkung onkolytischer Viren stellen Eckpunkte der aktuellen Forschung auf dem Gebiet der Virotherapie dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, welche diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten die virale Expression von beta-Glucuronidase durch den onkolytischen Vaccinia-Virus-Stamm GLV-1h68 eröffnet. In diesem Zusammenhang wurde ein, auf beta-Glucuronidase basierender, therapiebegleitender Biomarkertest entwickelt, dessen klinische Validierung derzeit stattfindet. Mit Hilfe von fluorogenen Substraten konnte die Aktivität viral exprimierter beta-Glucuronidase detektiert und quantifiziert werden. Dies lies direkte Rückschlüsse auf das Replikationsverhalten von onkolytischen Viren im Tiermodell zu und ermöglichte zudem Aussagen über die Zelllyse Virus-infizierter Krebszellen. Diese Erkenntnisse führten letztendlich zur Ausarbeitung und Etablierung eines vielseitig anwendbaren Biomarker-Assays, der es ermöglicht anhand von Blutproben Aussagen über das Replikationsverhalten onkolytischer Viren in Mäusen zu machen. Neben retrospektiven Analysen erlaubt dieser Test auch ein therapiebegleitendes Monitoring der onkolytischen Virotherapie mit beta-Glucuronidase-exprimierenden Viren. In weiteren präklinischen Untersuchungen diente der entwickelte Assay zudem als Ergänzung zum viralen Plaque Assays sowie als Referenz für Virus-exprimierte anti-angiogene Antikörper. Eine fortführende Validierung dieses neuartigen Biomarkertests findet derzeit im Rahmen humaner Studien mit der klinischen Formulierung von GLV-1h68, GL-ONC1, statt und zeigte bereits erste positive Resultate. Weiterhin konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Expression von beta-Glucuronidase durch onkolytische Viren in Verbindung mit fluoreszierenden Substraten eine optische Detektion von Karzinomen im präklinischen Tiermodell ermöglicht. Neben diagnostischen Zwecken, konnten Virus-kodierte Enzyme in Kombination mit Prodrugs genutzt werden, um den Therapieerfolg der onkolytischen Virotherapie zu verbessern. In zusätzlichen Studien konnten zudem Methoden zur Visualisierung der Virus-induzierten Immunantwort sowie neuartige Konzepte zur Therapieverbesserung etabliert werden. Zusammenfassend liefern die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit wichtige Erkenntnisse über den Einfluss Virus-exprimierter beta-Glucuronidase auf unterschiedliche Diagnosekonzepte im Rahmen der onkolytischen Virotherapie. Daneben konnten entscheidende Erkenntnisse über den möglichen Einsatz neuer Monitoring- und Therapieansätze erzielt werden. Insbesondere durch die Entwicklung eines therapiebegleitenden Biomarkertests haben diese Resultate erheblichen Einfluss auf die weitere klinische Anwendung von onkolytischen Vaccinia-Viren.
KW  - Vaccinia-Virus
KW  - Glucuronidase <beta->
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - cancer
KW  - oncolytic virus
KW  - biomarker
KW  - beta-glucuronidase
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-86789
ER  - 
TY  - THES
A1  - Huang, Ting
T1  - Vaccinia Virus-mediated Therapy of Solid Tumor Xenografts: Intra-tumoral Delivery of Therapeutic Antibodies
T1  - Vaccini-Virus-vermittelte Therapie solider Tumoren: Intra-tumoraler Transport therapeutischer Antikörper
N2  - Over the past 30 years, much effort and financial support have been invested in the fight against cancer, yet cancer still represents the leading cause of death in the world. Conventional therapies for treatment of cancer are predominantly directed against tumor cells. Recently however, new treatments options have paid more attention to exploiting the advantage of targeting the tumor stroma instead.
Vaccinia virus (VACV) has played an important role in human medicine since the 18th century as a vaccination against smallpox. In our laboratory, the recombinant, replication-competent vaccinia virus, GLV-1h68, was shown to enter, colonize and destroy cancer cells both in cell culture, and in vivo, in xenograft models (Zhang, Yu et al. 2007). In addition, combined therapy of GLV-1h68 and anti-VEGF immunotherapy significantly enhanced antitumor therapy in vivo (Frentzen, Yu et al. 2009).
In this study, we constructed several new recombinant VACVs carrying genes encoding different antibodies against fibroblast activation protein (FAP) in stroma (GLV-1h282), nanobody against the extracellular domain of epidermal growth factor receptor (EGFR, GLV-1h442) or antibodies targeting both vascular endothelial growth factor (VEGF) and EGFR (GLV-1h444) or targeting both VEGF and FAP (GLV-1h446). 
The expression of the recombinant proteins was first verified using protein analytical methods, SDS-gel electrophoresis, Western blot analysis, immunoprecipitation (IP) assays and ELISA assays. The proteins were detected after infection of the cells with the different VACVs and the recombinant proteins purified by affinity adsorption. The purified antibodies were shown to specifically bind to their respective antigens.
Secondly, the infection and replication capability of all the virus strains was analyzed in cell culture using several human tumor cell lines (A549, FaDu or DU145), revealing that all the new recombinant VACVs were able to infect cancer cells with comparable efficiency to the parental viruses from which they were derived.
Thirdly, the antitumor efficacy of the new recombinant VACVs was evaluated in vivo using several human cancer xenograft models in mice. In A549 and DU145 xenografts, the new recombinant VACVs exhibited an enhanced therapeutic efficacy compared to GLV-1h68 with no change in toxicity in mice. In the FaDu xenograft, treatment with GLV-1h282 (anti-FAP) significantly slowed down the speed of tumor growth compared to GLV-1h68. Additionally, treatment with the recombinant VACVs expressed the various antibodies achieved comparable or superior therapeutic effects compared to treatment with a combination of GLV-1h68 and the commercial therapeutic antibodies, Avastin, Erbitux or both.   
Next, the virus distribution in tumors and organs of treated mice was evaluated. For most of the viruses, the virus titer in tumors was not signficantly diffferent than GLV-1h68. However, for animals treated with GLV-1h282, the virus titer in tumors was significantly higher than with GLV-1h68. This may be the reason for enhanced antitumor efficacy of GLV-1h282 in vivo. 
Lastly, the underlying mechanisms of therapeutic antibody-enhanced antitumor effects were investigated by immunohistochemistry. Blood vessels density and cell proliferation in tumors were suppressed after treatment with the antibody-encoded VACVs. The results indicated that the suppression of angiogenesis or cell proliferation in tumors may cause the observed therapeutic effect.
In conclusion, the results of the studies presented here support the hypothesis that the treatment of solid tumors with a combination of oncolytic virotherapy and immunotherapy has an additive effect over each treatment alone. Moreover, expression of the immunotherapeutic antibody by the oncolytic VACV locally in the tumor enhances the antitumor effect over systemic treatment with the same antibody.  Combined, these results indicate that therapy with oncolytic VACVs expressing-therapeutic antibodies may be a promising approach for the treatment of cancer.
N2  - In den letzten 30 Jahren wurde viel Aufwand und finanzielle Unterstützung in den Kampf gegen Krebs investiert, doch das Resultat ist limitiert, da Krebs immer noch die zweithöchste Todesursache in der Welt darstellt. Zusätzlich zu gegenwärtig verwendeten Therapien, die vorwiegend gegen Tumorzellen gerichtet sind, wird neuen Therapien mehr Aufmerksamkeit gewidmet, die stattdessen direkt auf das Tumorstroma zielen.
Onkolytische Vaccinia Viren haben seit dem 18ten Jahrhundert als Impfstoff gegen Pocken  in der Humanmedizin eine wichtige Rolle gespielt. In unserem Labor hat das rekombinante, replikationskompetente Vaccinia Virus GLV-1h68 gezeigt, dass es in Zellkultur und in Xenograft Modellen in Krebszellen eindringen sowie diese kolonisieren und zerstören kann (Zhang, Yu et al. 2007). Zusätzlich verbessert die kombinierte  Therapie von GLV-1h68 und anti-VEGF Immunotherapy signifikant die Antitumortherapie in vivo (Frentzen, Yu et al. 2009).
In dieser Studie haben wir mehrere neue rekombinante VACVs konstruiert, die die Gene für verschiedene Antikörper gegen das Fibroblasten Aktivierungs Protein (FAP) im Stroma (GLV-1h282) oder einen Nanobody gegen die extrazelluläre Domäne des Epidermalen Wachstumsfaktor (EGFR; GLV-1h442) kodieren. Ausserdem wurden Viren konstruiert, die eine Ko-Expression von Antikörpern gegen sowohl vaskulären Endothelwachstumsfaktor (VEGF) als auch EGFR (GLV-1h444) oder gegen sowohl VEGF als auch FAP (GLV-1h446) erlauben.
Zunächst wurden SDS-Gelelektrophorese, Western Blot Analyse, Immunprezipitation (IP) und ELISA Assays durchgeführt, um die Expression der rekombinanten Proteine in Zellen mit proteinanalytischen Methoden zu untersuchen. Die Proteine waren nach Infektion der Zellen mit den verschiedenen VACVs nachweisbar und wurden mittles des FLAG Tags mit einem IP Kit aufgereinigt. Es konnte gezeigt werden, dass die aufgereinigten Antikörper spezifisch an ihr jeweiliges Antigen binden. 
Zweitens wurde die Infektion und Replikationsfähigkeit aller Virusstämme in Zellkultur untersucht (A549, FaDu oder DU145) und mit ihrem jeweiligen Ausgangsstamm GLV-1h68, GLV-1h164, GLV-1h282 oder GLV-1h442 verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle neuen rekombinanten VACVs Zellen mit vergleichbarer Effizienz infizieren konnten wie ihre Ausgangsstämme.
Drittens, um die Antitumoreffizienz der neuen rekombinanten Stämme in vivo zu testen, wurden verschiedene humane Tumor Xenotransplantat-tragende Nacktmäuse mit verschiedenen VACVs behandelt. In A549 und DU145 Xenotransplantaten zeigten die neuen rekombinanten VACVs erhöhte therapeutische Effizienz verglichen mit dem Ausgangsstamm GLV-1h68, ohne Veränderung der Toxizität in Mäusen. Im FaDu Xenotransplantat verursachte die Behandlung mit GLV-1h68 keine Tumorregression, wohingegen die Behandlung mit GLV-1h282 (anti-FAP) die Geschwindigkeit des Tumorwachstums signifikant verlangsamte sowie das Überleben verlängerte. Zusätzlich haben wir herausgefunden, dass die Behandlung mit Antikörpern, die mittels Virus geliefert wurden, einen identischen oder sogar erhöhten inhibitorischen Effekt erzielen können, wie in einer Kombinationstherapie von GLV-1h68 und kommerziell erhältlichen Antikörpern, wie Avastin, Erbitux oder beidem.   
Um die virale Verteilung in vivo zu untersuchen, wurden Tumore und Organe von Mäusen seziert und homogenisiert, gefolgt von Titration der Virusmenge. Die Virus-Titer in Tumoren waren signifikant höher in Tieren, die mit GLV-1h282 behandelt wurden als solche, die mit GLV-1h68 behandelt wurden. Dies mag den Grund für die erhöhte Antitumoreffizienz von GLV-1h282 in vivo darstellen. Die Virus-Titer in allen anderen Gruppen zeigten keinen signifikanten Unterschied. 
Um den Mechanismus der durch therapeutische Antikörper erhöhten Antitumortherapie  zu untersuchen, wurde Immunohistochemie durchgeführt. Nach Behandlung mit den Antikörper-kodierenden VACVs waren die Blutgefäβdichte und Zellproliferation in Tumoren reduziert, nachgewiesen durch die jeweilige CD31 and Ki67 Färbung. Die Resultate deuteten an, dass die Suppression der Angiogenese oder der Zellproliferation in Tumoren den beobachteten Effekt verursachen könnte. 
Zusammenfassend zeigen die hier präsentierten Daten dass die Kombination der Behandlung von onkolytischer Virotherapie mit Immunotherapie durch Virus-gelieferte Antikörper einen vielversprechenden Ansatz für Krebstherapie darstellt.
KW  - Vaccinia-Virus
KW  - therapeutic antibody
KW  - oncolytic virus
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - Therapie
KW  - Antikörper
KW  - Tumor
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91327
ER  -