TY  - THES
A1  - Schmittwolf, Carolin
T1  - Analyse des Differenzierungspotentials muriner hämatopoetischer und neuraler Stammzellen nach Modifikation ihrer Genexpression
T1  - Analysis of murine hematopoietic and neural stem cells´ potential of differentiation after modification of their gene expression
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde das Differenzierungspotential muriner hämatopoetischer und neuraler Stammzellen nach Modifikation ihrer Genexpression untersucht. Zur Veränderung der Genexpression wurden für die beiden adulten Stammzelltypen zwei unterschiedliche experimentelle Ansätze gewählt: In hämatopoetischen Stammzellen wurden molekulare Regulatoren der Hämatopoese durch retroviral vermittelten Gentransfer überexprimiert und anschließend ihr in vitro Verhalten und in vivo in Maustransplantationsmodellen ihre Rekonstitutionsfähigkeit untersucht. Neurale Stammzellen wurden gleichzeitig mit den Chromatin-modifizierenden Substanzen Trichostatin A (TSA) und 5-Aza-2´-desoxycytidin (AzadC) behandelt, im Anschluß ihre Sensitivität gegenüber der Behandlung in vitro bestimmt und ihr hämatopoetisches Entwicklungspotential in vivo analysiert. In hämatopoetischen Stammzellen wurde der Transkriptionsfaktor HOXB4, die hämatopoetische Vorläuferkinase 1 (HPK1) oder eine Kinase-inaktive Mutante der HPK1 (HPK1M46) durch retrovirale Transduktion überexprimiert. Der Transfer wildtypischer HPK1 oder HPK1M46 Gene in Knochenmarkzellen hatte in vitro keinen meßbaren Einfluß auf die Proliferation und Anzahl primitiver Vorläuferzellen, was auch nach Expression verschiedener Proteinmengen beobachtet wurde. Das Repopulationsverhalten hämatopoetischer Stammzellen, die mit wildtypischer HPK1 transduziert wurden, war vergleichbar mit dem kontrolltransduzierter Stammzellen. Nach HPK1M46 Transduktion zeigten hämatopoetische Stammzellen in vivo ein reduziertes Langzeitrepopulationsverhalten und Knochenmarkzellen ex vivo ein eingeschränktes Koloniebildungspotential. Sowohl mit wildtypischer HPK1 als auch mit HPK1M46 transduzierte hämatopoetische Stammzellen wiesen ein normales Multilinienbesiedlungspotential auf. Nach Transduktion von Knochenmarkzellen mit HOXB4, einem wichtigen Regulator der Selbsterneuerung hämatopoetischer Stammzellen, konnten diese in vitro expandiert werden, ohne daß sie, wie dies bei kontrolltransduzierten Knochenmarkzellen auftrat, phänotypisch Differenzierungsmarker ausbildeten. Nach HOXB4 Transduktion akkumulierte eine homogene, Mac-1niedrig exprimierende Zellpopulation im Gegensatz zu einer Mac-1hoch, Gr-1 sowie c-kit positiven Population, die sich in den Kontrollkulturen entwickelte. Auf mRNS Ebene wurden nur in den Kontrollkulturen Transkripte hochreguliert, die für differenzierende Zellen spezifisch sind, wie z. B. Zyklin D1 während myeloider Differenzierung. Die Überexpression von HOXB4 ermöglichte eine konstante Proliferationsrate und hatte auf das Verhältnis von asymmetrischen zu symmetrischen Zellteilungen jedoch keinen Einfluß. Entsprechend blieb das Expressionsmuster an Zyklinen, Zyklin-abhängigen Kinasen und Mitgliedern des Transkriptionsaktivators AP-1 in HOXB4 transduzierten Knochenmarkzellen über den beobachteten Zeitraum konstant. Durch die Überexpression von HOXB4 kann somit in kultivierten Knochenmarkzellen in vitro eine stabile Proliferationsrate induziert und parallel eine fortschreitende Differenzierung der Knochenmarkkultur aufgehalten oder zumindest verzögert werden. Sowohl wildtypische als auch bcl-2 transgene neurale Stammzellen, die mit den Epigenotyp-verändernden Substanzen TSA und AzadC behandelt wurden, zeigten nach Transplantation in bestrahlte adulte Rezipienten hämatopoetisches Entwicklungspotential, das unbehandelte neurale Stammzellen nicht aufwiesen. Die Frequenz chimärer Tiere konnte durch Verwendung bcl-2 transgener neuraler Stammzellen erhöht werden und bereits in vitro wiesen wildtypische und bcl-2 transgene neurale Stammzellen unterschiedliche Sensitivität gegenüber der TSA/AzadC Behandlung auf. Diese von behandelten neuralen Stammzellen vermittelte Rekonstitution des hämatopoetischen Systems war langanhaltend und fand sowohl in der myeloiden als auch in der lymphoiden Linie statt. Eine erfolgreiche hämatopoetische Besiedlung war auch nach Transplantation klonaler neuraler Stammzellen zu beobachten, so daß eine Verunreinigung mit hämatopoetischen Zellen als Ursache der Rekonstitution ausgeschlossen werden konnte. Die beobachtete Generierung der morphologisch und phänotypisch intakten hämatopoetischen Zellen aus neuralen Zellen war nicht das Ergebnis einer Zellfusion von Rezipientenzellen mit injizierten Donorzellen. Denn die hämatopoetischen Donorzellen trugen einen normalen 2n Karyotyp und wiesen keine Heterokaryons auf, die für Fusionen charakteristisch wären. Somit ist es möglich, durch die Veränderung des Epigenotyps neuraler Stammzellen gefolgt von einer Transplantation in eine hämatopoetische Mikroumgebung eine Transdifferenzierung neuraler in hämatopoetische Zellen zu induzieren.
N2  - This PhD thesis addressed the capacity of murine hematopoietic and neural stem cells to differentiate after modifying their gene expression pattern. Two different experimental approaches were chosen and applied to both systems of adult stem cells: By retroviral mediated gene transfer molecular regulators of hematopoiesis were overexpressed in hematopoietic stem cells and the behaviour of the genetically modified hematopoietic stem cells was analyzed in vitro and using mouse transplantatioin models their reconstitution capacity in vivo was tested. Neural stem cells were simultaneously treated with the two chromatin-modifying substances trichostatin A (TSA) and 5-aza-2´-deoxycytidine (AzadC), in vitro their TSA/AzadC sensitivity and in vivo their hematopoietic differentiation potential was studied. The transcriptionfactor HOXB4, the hematopoietic progenitor kinase 1 (HPK1) or a kinase-dead mutant of HPK1 (HPK1M46) were overexpressed in hematopoietic stem cells by retroviral transduction. Retrovirally transferred wildtype HPK1 or HPK1M46 in bone marrow cells showed no detectable influence on proliferation or numbers of primitive progenitors in vitro even when varying protein amounts were expressed. The repopulation capacity of hematopoietic stem cells transduced with wildtype HPK1 was comparable to control transduced stem cells. However, HPK1M46 transduced hematopoietic stem cells showed in vivo a reduced long-term repopulation activity and bone marrow cells displayed a limited colony forming potential in vitro. Wildtype HPK1 as well as HPK1M46 transduced hematopoietic stem cells possessed a normal multi-lineage repopulation potential. Although differentiation was observable in control transduced bone marrow cells transduction of bone marrow cells with HOXB4, an important regulator of self-renewal of hematopoietic stem cells, permitted in vitro expansion of bone marrow cells without expression of phenotypical differentiation markers. After HOXB4 transduction a homogenous Mac-1low expressing cell population accumulated in contrast to a Mac-1high, Gr-1 and c-kit positive population developing in control cultures. At mRNA level transcripts specific for differentiating cells like cyclin D1 during myeloid differentiation were upregulated only in control cells. Overexpression of HOXB4 enabled a constant cell proliferation rate but showed no influence on the ratio of symmetric to asymmetric cell divisions. Likewise the expression pattern of cyclins, cyclin-dependent kinases and members of the AP-1 transcription activator complex remained constant in HOXB4-transduced bone marrow cells over time. Thus by overexpressing HOXB4, a sustained and stable proliferation rate can be induced in cultured bone marrow cells in vitro and ongoing differentiation of the bone marrow culture can be blocked or at least delayed. After treatment with the epigenotype-modifying substances TSA and AzadC wildtype as well as bcl-2 transgenic neural stem cells revealed hematopoietic differentiation potential after transplantation into irradiated adult recipients which was not shown by untreated neural stem cells. The frequency of chimeric mice could be enhanced by using bcl-2 transgenic neural stem cells and already in vitro wildtype and bcl-2 transgenic neural stem cells revealed different TSA/AzadC sensitivity. This reconstitution of the hematopoietic system by treated neural stem cells was long lasting and occurred in the lymphoid as well as in the myeloid lineage. Successful hematopoietic reconstitution was also observable after transplanting clonal neural stem cells thereby excluding residual hematopoietic cells in the neural stem cell preparation to account for the reconstitution of the hematopoietic system. The generation of morphological and phenotypical intact hematopoietic cells from neural cells was not the consequence of cell fusion of recipient cells with injected donor cells because of the normal 2n genotype and the absence of heterokaryons which are known to be characteristic for fusion events. In view of that it is possible by modifying the epigenotype of neural stem cells followed by transplantation into a hematopoietic microenvironment to induce transdifferentiation of neural cells into hematopoietic cells.
KW  - Maus
KW  - Stammzelle
KW  - Genexpression
KW  - Modifizierung
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - hämatopoetische Stammzelle
KW  - neurale Stammzelle
KW  - HOXB4
KW  - HPK1
KW  - epigenetische Modifikation
KW  - hematopoietic stem cell
KW  - neural stem cell
KW  - HOXB4
KW  - HPK1
KW  - epigenetic modification
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8812
ER  - 
TY  - THES
A1  - Boussaad, Ibrahim
T1  - Interaktion des Masernvirus mit humanen hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen
T1  - Interaction of measles virus and human hematopoietic stem and progenitor cells
N2  - Die MV-induzierte Immunsuppression ist unter anderem durch eine Leukopenie gekennzeichnet und so wurde in der vorliegenden Studie die Frage nach den Auswirkungen einer Interaktion des MV mit Knochenmarkszellen adressiert. Humane HSC, multipotente und oligopotente hämatopoetische Vorläuferzellen (HPC) können, im Gegensatz zu murinen, nicht anhand des SLAM-codes unterschieden werden. Während CD244 auf allen HS/PC exprimiert wird, markieren CD150 und CD48 eher humane HPC als HSC. Trotz vorhandener CD150+-HPC beschränkt sich die Infektion mit wildtypischen MV nicht auf diese Subpopulation, sondern erfolgt, wie bei CD150- Stromazellen, unabhängig von diesem Rezeptor. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die MV-Exposition von HS/PC in vitro weder deren Proliferation noch die Fähigkeit zur Koloniebildung stört. Dass sich eine MV-Infektion in Kokulturen von HS/PC mit Stromazellen vom jeweils einen auf den anderen Zelltypen überträgt, könnte als möglicher Mechanismus zur Ausbreitung und Etablierung einer Infektion im Knochenmark angesehen werden. Obwohl in vitro keine Inhibition der Expansion von HS/PC beobachtet wurde, stört eine vorangegangene MV-Exposition die Kurzzeitrekonstitution bestrahlter NOD/SCID-Mäuse massiv. Diese Inhibition der Hämatopoese ist jedoch transient und hat keine Auswirkungen auf die Langzeitrekonstitution. Da weder die Migration der transplantierten HS/PC zum Knochenmark gestört ist noch die Knochenmarkszellen der Maus permissiv für eine MV-Infektion sind, ist die beobachtete Inhibition auf einen direkten Einfluss der MV-Exposition auf die HS/PC zurückzuführen.
N2  - MV-induced immunosuppression is marked by leukopenia so that we addressed the question whether the interaction of MV with bone marrow cells would have any consequences. In contrast to their murine counterparts, human HSC, multipotent and oligopotent hematopoietic progenitor cells (HPC)cannot be distinguished based on the SLAM-code. While CD244 is expressed by all HS/PC, CD150 and CD48 rather mark human HPC than HSC. Though CD150+-HPC exist, the infection by wild type MV is not restricted to this subpopulation but occurs, as for the CD150- stroma cells as well, CD150-independently. Furthermore it was shown that MV-exposure of HS/PC neither affects their proliferation nor their ability to form colonies in vitro. MV is mutually transmitted in co-cultures of HS/PC and stroma cells from one cell type to the other, and this might be a possible way for the virus to spread and to establish an infection within the bone marrow. Although MV-exposure does not affect HS/PC-expansion in vitro, it massively inhibits short term reconstitution of irradiated NOD/SCID-mice. However, this inhibition of hematopoiesis remains transient and has no consequences for long term reconstitution. Since transplanted HS/PC home normally and murine bone marrow cells do not support MV-replication, the effects observed on hematopoiesis can only be explained by a direct influence of MV-exposure to HS/PC.
KW  - Blutstammzelle
KW  - Masernvirus
KW  - Immunsuppression
KW  - SLAM-Code
KW  - CD150
KW  - measles virus
KW  - hematopoietic stem cell
KW  - SLAM-code
KW  - CD150
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64462
ER  -