TY  - JOUR
A1  - Seher, Axel
A1  - Lagler, Charlotte
A1  - Stühmer, Thorsten
A1  - Müller-Richter, Urs Dietmar Achim
A1  - Kübler, Alexander Christian
A1  - Sebald, Walter
A1  - Müller, Thomas Dieter
A1  - Nickel, Joachim
T1  - Utilizing BMP-2 muteins for treatment of multiple myeloma
JF  - PLoS ONE
N2  - Multiple myeloma (MM) represents a haematological cancer characterized by the pathological hyper proliferation of antibody-producing B-lymphocytes. Patients typically suffer from kidney malfunction and skeletal disorders. In the context of MM, the transforming growth factor β (TGFβ) member Activin A was recently identified as a promoter of both accompanying symptoms. Because studies have shown that bone morphogenetic protein (BMP)-2-mediated activities are counteracted by Activin A, we analysed whether BMP2, which also binds to the Activin A receptors ActRII and ActRIIB but activates the alternative SMAD-1/5/8 pathway, can be used to antagonize Activin A activities, such as in the context of MM. Therefore three BMP2 derivatives were generated with modified binding activities for the type II (ActRIIB) and/or type I receptor (BMPRIA) showing either increased or decreased BMP2 activity. In the context of MM these BMP2 muteins show two functionalities since they act as a) an anti-proliferative/apoptotic agent against neoplastic B-cells, b) as a bone-formation promoting growth factor. The molecular basis of both activities was shown in two different cellular models to clearly rely on the properties of the investigated BMP2 muteins to compete for the binding of Activin A to the Activin type II receptors. The experimental outcome suggests new therapeutic strategies using BMP2 variants in the treatment of MM-related pathologies.
KW  - multiple myeloma
KW  - signaling
KW  - cell proliferation
KW  - cell binding
KW  - membrane receptor signaling
KW  - BMP
KW  - gene expression
KW  - B cell receptors
KW  - B cells
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158144
VL  - 12
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Degenkolbe, Elisa
A1  - König, Jana
A1  - Zimmer, Julia
A1  - Walther, Maria
A1  - Reißner, Carsten
A1  - Nickel, Joachim
A1  - Plöger, Frank
A1  - Raspopovic, Jelena
A1  - Sharpe, James
A1  - Dathe, Katharina
A1  - Hecht, Jacqueline T.
A1  - Mundlos, Stefan
A1  - Doelken, Sandra C.
A1  - Seemann, Petra
T1  - A GDF5 Point Mutation Strikes Twice - Causing BDA1 and SYNS2
JF  - PLOS Genetics
N2  - Growth and Differentiation Factor 5 (GDF5) is a secreted growth factor that belongs to the Bone Morphogenetic Protein (BMP) family and plays a pivotal role during limb development. GDF5 is a susceptibility gene for osteoarthritis (OA) and mutations in GDF5 are associated with a wide variety of skeletal malformations ranging from complex syndromes such as acromesomelic chondrodysplasias to isolated forms of brachydactylies or multiple synostoses syndrome 2 (SYNS2). Here, we report on a family with an autosomal dominant inherited combination of SYNS2 and additional brachydactyly type A1 (BDA1) caused by a single point mutation in GDF5 (p.W414R). Functional studies, including chondrogenesis assays with primary mesenchymal cells, luciferase reporter gene assays and Surface Plasmon Resonance analysis, of the GDF5 W-414R variant in comparison to other GDF5 mutations associated with isolated BDA1 (p.R399C) or SYNS2 (p.E491K) revealed a dual pathomechanism characterized by a gain-and loss-of-function at the same time. On the one hand insensitivity to the main GDF5 antagonist NOGGIN (NOG) leads to a GDF5 gain of function and subsequent SYNS2 phenotype. Whereas on the other hand, a reduced signaling activity, specifically via the BMP receptor type IA (BMPR1A), is likely responsible for the BDA1 phenotype. These results demonstrate that one mutation in the overlapping interface of antagonist and receptor binding site in GDF5 can lead to a GDF5 variant with pathophysiological relevance for both, BDA1 and SYNS2 development. Consequently, our study assembles another part of the molecular puzzle of how loss and gain of function mutations in GDF5 affect bone development in hands and feet resulting in specific types of brachydactyly and SYNS2. These novel insights into the biology of GDF5 might also provide further clues on the pathophysiology of OA.
KW  - dominant-negative mutatio
KW  - morphogenetic protein receptors
KW  - brachtydacyly type A2
KW  - BMP
KW  - gene encoding noggin
KW  - growth factor beta
KW  - signal tranduction
KW  - molecular mechanism
KW  - crystal-structure
KW  - differentiation
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127556
SN  - 1553-7404
VL  - 9
IS  - 10
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ulbrich, Jannes
T1  - Integrierung und biochemische Charakterisierung ektoper BMP Rezeptoren in Zellmembranen
T1  - The integration and biochemical characterization of ectopic BMP receptors in cell membranes
N2  - BMPs vermitteln ihre zellulären Effekte durch Rekrutierung und Aktivierung von zwei Typen spezifischer, membranständiger Rezeptoren. Die genauen Mechanismen der Rezeptorakivierung und die Komposition eines funktionellen, signalvermittelnden Komplexes auf der Zelloberfläche sind in den letzten Jahren genau untersucht worden. Die dimere Natur aller BMPs, die Promiskuitivität der BMPs sowie der entsprechenden Rezeptoren und die unterschiedlichen Rezeptorkonformationen (PFC, BISC) erschweren jedoch die experimentelle Zugänglichkeit dieser Proteinfamilie. Um den Einfluss der Membranverankerung der Rezeptoren auf deren Affinität zu einzelnen Liganden zu untersuchen, wurden verschiedene Methoden evaluiert, die eine quantitative Kopplung an Plasmamembranen ermöglichten. Die BMP Rezeptorektodomänen wurden u.a. mittels einer lysin-spezifischen Kopplung lipidiert, oder aber als His6-Ektodomänen an membranintegrierte Chelatlipide gekoppelt.
N2  - BMPs elicit their cellular functions via recruitment and activation of specific receptor serin/threonine receptor kinases. The precise mechanisms leading to receptor activation and the composition of a functional signal transducing complex on the cell surface has been investigated intensively over the last decades. The dimeric nature of all BMPs, the promiscuity of both, the ligands and the receptors and the different receptor conformations on the cell surface (PFC, BISC) hamper the experimental accessibility of this protein family. To study the membrane anchorage's influence of the receptors on their affinity towards single ligands, different methods were evaluated that enabled us to couple the receptor ectodomains in a quantitative manner to plasma membranes. The BMP receptor ectodomains were, among other techniques, lipidated in a lysine specific way or coupled as hexahistidine fusion proteins to membrane integrated chelating lipids.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Transforming Growth Factor
KW  - Transforming Growth Factor beta
KW  - BMPs
KW  - BMP Rezeptoren
KW  - Proteinmodifikationen
KW  - Protein Lipidierungen
KW  - NTA Lipide
KW  - BMP
KW  - BMP receptos
KW  - protein modifications
KW  - protein lipidations
KW  - NTA lipids
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55462
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schlüter, Jan
T1  - Molekulare Charakterisierung der Proepikardentwicklung
T1  - Molecular Characterization of Proepicardial Development
N2  - Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung der molekularen Grundlagen der Proepikardentwicklung im Huhn. Das Proepikard (PE) stellt die Vorläuferpopulation des Koronargefäßsystems dar. Es wurden zwei Schwerpunkte bearbeitet, zum einen die Rolle von einem Mitglied der TGFß-Superfamilie (BMP, bone morphogenetic protein) während der Induktionsphase des PE und zweitens die molekularen Mechanismen, welche der links/rechts Asymmetrie der PE Entwicklung zugrunde liegen. Die Expressionsmuster von TBX18, WT1, CFC weisen diese als proepikardiale Marker aus. BMP4 wird ebenfalls im PE exprimiert, wenngleich wesentlich schwächer als BMP2 im benachbarten Sinusmyokard. Durch in vitro Experimente mit proepikardialen Primärkulturen wurde festgestellt, dass die Zugabe von rekombinatem BMP2 einen Teil der Zellen zu Kardiomyozyten differenzieren lässt. Daher wird angenommen, dass ein Teil der proepikardialen Zellen konzentrationsabhängig auf Wachstumsfaktoren reagieren und in der Lage sind, die epikardiale Linie zu verlassen und ein myokardiales Schicksal anzunehmen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Rolle des NODAL-PITX2-Signalweges in Bezug auf die Unilateralität des Proepikards im Hühnchen analysiert. Dazu wurden Manipulationen des Hensenschen Knotens im HH Stadium 4 durchgeführt, mit dem Ziel linksseitige Markergene auf der rechten Seite ektopisch zu induzieren. Keine dieser Manipulationen, als auch eine virale Überexpression von PITX2 in sinuatrialen Progenitoren in vivo, liess eine Veränderung der TBX18-Lateralität erkennen, obwohl die PITX2-Expression randomisiert war. Dagegen führte die Inhibition des asymmetrischen Ionenfluxes sowie der Apoptose im Primitivstreifen zu einer völligen Randomisierung der TBX18-Expression, sowie unter anderem der Entwicklung bilateraler Proepikardien. Die Induktion bilateraler TBX18-Expressionsdomänen war ebenfalls durch ektopisches FGF8 auf der linken Seite des Knotens zu beobachten. Der Verlust der rechtsseitigen FGF Signalgebung im Knoten resultierte in einem Verlust der rechtsseitigen TBX18-Expression im Sinus. Daraus kann geschlossen werden, dass proepikardiale Progenitoren nicht nur durch den asymmetrischen Ionenflux sowie Apoptose im Primitivstreifen in ihrer Lateralität festgelegt werden, sondern auch von rechtsseitigen FGF-Signalen im Knoten und unabhängig vom linkseitigen NODAL-PITX2-Signalweg lateralisiert werden.
N2  - The proepicardium (PE) is a progenitor population of cells, which gives rise to the coronary blood vessel system of the heart. The aim of this study was to unravel the underlying mechansims of the induction of proepicardial development in the chick. Two main topics were hereby addressed, (1) investigation of the role of BMP (bone morphogenetic protein), a member of the TGFß-superfamily, during the induction of the PE and (2) the molecular mechanisms, which underlie the asymmetrical development of the PE. The analysis of TBX18, CFC and WT1 expression shows that these genes serve as proepicardial markers. BMP4 is also expressed in the PE, but significantly weaker than BMP2 that was known to be expressed in the sinus myocardium. Studies of proepicardial explants revealed, that treatment with recombinant BMP2 leads to differentiation into contractile cardiomyocytes. One can assume that proepicardial cells react after stimulation with growth factors like BMP2 by leaving the epicardial lineage and adopting a myocardial fate. In the second topic, the role of the NODAL-PITX2 pathway in the asymmetrical PE development was analyzed. Manipulations of Hensens node at stage HH 4 were performed to induce leftsided marker gene expression on the right side. However, none of these manipulations as well as a forced overexpression of PITX2 in sinuatrial progenitors had an influence on the expression of TBX18 in the right sinus. In contrast, inhibition of asymmetrical ionflux and prevention of apoptosis in the primitive streak randomized TBX18 expression and lead to the induction of bilateral PE anlagen. The applicaton of FGF8 on the left side of the node also lead to induction of bilateral TBX18 expression domains and the loss of FGF on the right side was followed by a loss of rightsided TBX18 expression. Presumably, the laterality of proepicardial cells is not only determined by an early asymmetrical ionflux and apoptosis in the primitive streak, but also via rightsided FGF signaling in the node which acts independently of the leftsided NODAL-PITX2 pathway.
KW  - Embryonalentwicklung
KW  - Hühnerembryo
KW  - Proepikard
KW  - links-rechts Asymmetrie
KW  - BMP
KW  - FGF
KW  - chick embryo
KW  - proepicardium
KW  - left-right asymmetry
KW  - BMP
KW  - FGF
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30287
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hartung, Anke
T1  - Localization of BMP receptors in distinct plasma membrane domains and its impact on BMP signaling
T1  - Lokalisierung von BMP Rezeptoren in speziellen Plasmamembrandomänen und deren Auswirkung auf den BMP Signalweg
N2  - Endocytosis of growth factor receptors plays an important role in the activation and propagation as well as the attenuation of signaling pathways. Its malfunctioning can cause several pathologies, e.g. by controlling the level of receptors at the cell surface. BMPs are members of the TGF-ß superfamily and are involved in the regulation of proliferation, differentiation, chemotaxis and apoptosis. BMP signaling is initiated at two types of transmembrane serine/threonine kinases, BRI and BRII. BMP receptor activation occurs upon ligand binding to preformed complexes (PFCs) or BMP2-induced signaling complexes (BISCs) composed of BRI and BRII. Binding of BMP2 to PFCs results in activation of the Smad pathway, whereas BISCs initiate the activation of Smad-independent pathways via p38 resulting in the induction of Alkaline phosphatase (ALP). BMP receptor endocytosis has not been extensively studied and the potential role of localization to different regions of the plasma membrane in determining the signaling pathways activated by PFCs and BISCs was not explored so far. In the present work, the localization of BMP receptors in distinct membrane domains and the consequential impact on BMP signaling were investigated. By separating detergent-resistant membranes (DRMs) from cell lysates and subsequent gradient ultracentrifugation, it could be demonstrated that BRI and BRII cofractionate with cav-1, the marker protein of caveolae. Moreover, both receptor types interacted with cav-1 and showed a partially colocalization with cav-1 at the plasma membrane. Although these results point to a caveolar localization, BMP receptors cofractionated also with DRMs in cells exhibiting no caveolae, suggesting an additional non-caveolar raft localization. Beyond that, BRII could also be localized to clathrin-coated pits (CCPs) by means of immuno-electronmicroscopy studies. The second part of this thesis demonstrated that both membrane regions influence BMP signaling in distinct ways. Smad1/5 was shown to be phosphorylated independently of endocytic events at the cell surface. On the one hand, disruption of DRM regions by cholesterol depletion inhibited specifically BMP2-mediated ALP production, while Smad signaling was unaffected. On the other hand, inhibition of clathrin-mediated endocytosis by specific inhibitors affected BMP2-induced Smad signaling as well as the induction of ALP, suggesting that both Smad-dependent and Smad-independent signaling pathways are required for BMP2 induced ALP production. These findings propose an important regulatory impact of different endocytic routes and membrane regions on BMP signaling as well as that a distinct membrane localization of BMP receptors account for specific signaling properties initiated at PFCs or BISCs.
N2  - Endozytose von Wachstumsfaktor-Rezeptoren spielt eine entscheidende Rolle bei Aktivierung und Übertragung wie auch bei der Schwächung von Signalen. Störungen der Endozytose können schwere Krankheitsbilder hervorrufen, z.B. durch ihren Einfluss auf die Regulation der Rezeptormenge an der Zelloberfläche. BMPs sind Mitglieder der TGF-ß Superfamilie und sind involviert in die Regulation von Proliferation, Differenzierung, Chemotaxis und Apoptose. Zwei Arten von Transmembranproteinen, die Serin/Threonin-Kinase Aktivität besitzen, sind bedeutend für den BMP Signalweg – die BMP Rezeptoren BRI und BRII. Die Aktivierung von BRI und BRII erfolgt durch Ligandenbindung an präformierte Komplexe (PFCs) oder BMP2-induzierte Signalkomplexe (BISCs), die aus beiden Rezeptorarten bestehen. Wenn BMP2 an PFCs bindet, wird die Smad-Signalkaskade initiiert, wohingegen BISCs Smad-unabhängige Signale über p38 weiterleiten, was schließlich zur Produktion von alkalischer Phosphatase (ALP) führt. Das Feld der BMP Rezeptor Endozytose wurde noch nicht sehr ausführlich untersucht, genauso wenig wie die potentielle Rolle, die unterschiedliche Rezeptorlokalisierungen in verschiedenen Plasmamembran-Regionen bei der Initiierung der Signalwege, die durch PFCs bzw. BISCs aktiviert werden, spielen könnten. In der vorliegenden Arbeit wurden die Lokalisierung von BMP Rezeptoren in speziellen Membrandomänen sowie deren Einfluss auf die BMP Signalkaskade untersucht. Mittels Reinigung von Detergenz-resistenten Membranen (DRMs) aus Zelllysaten und anschließender Gradientenultrazentrifugation konnte gezeigt werden, dass BRI und BRII mit dem caveolären Markerprotein cav-1 kofraktionieren. Darüber hinaus interagieren beide Rezeptorarten mit cav-1 und kolokalisieren auch teilweise mit cav-1 an der Plasmamembran. Obwohl diese Ergebnisse auf ein eindeutiges Vorkommen der Rezeptoren in Caveolae schließen lassen, kofraktionieren sie auch mit DRMs in Zellen, die von Natur aus keine Caveolae ausbilden, woraus man eine zusätzliche nichtcaveoläre Raft-Lokalisierung schlussfolgern kann. Des Weiteren konnte BRII mittels Immun- Elektronenmikroskopie in „clathrin-coated pits“ (CCPs) lokalisiert werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass beide untersuchten Membranregionen die BMP Signalkaskade auf unterschiedliche Art und Weise beeinflussen. Es wurde bewiesen, dass Smad1/5 unabhängig von endozytotischen Vorgängen an der Plasmamembran phosphoryliert wird. Einerseits führte die Zerstörung von DRM-Regionen durch Cholesterindepletion zur spezifischen Inhibierung der BMP2-vermittelten ALP Produktion, ohne gleichzeitig die BMP Signalkaskade über Smads zu beeinflussen. Andererseits bewirkte eine spezifische Blockierung der Clathrin-vermittelten Endozytose eine Inhibition des BMP2-induzierten Smad-Signalwegs und auch der ALP Produktion, was auf ein Zusammenspiel von Smad-unabhängigen und Smad-abhängigen Signalwegen bei der ALP-Induzierung schließen lässt. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen die Schlussfolgerung zu, dass verschiedene endozytotische Wege und Membranregionen einen bedeutenden, regulatorischen Einfluss auf die BMP Signalkaskade ausüben. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Membranlokalisierung von BMP Rezeptoren für das Einschlagen verschiedener Signalwege ausgehend von PFCs und BISCs verantwortlich ist.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Rezeptor
KW  - Endocytose
KW  - BMP
KW  - Rezeptoren
KW  - Endozytose
KW  - Lipid Raft
KW  - Caveolae
KW  - BMP
KW  - receptors
KW  - endocytosis
KW  - lipid raft
KW  - caveolae
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18360
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mai, Nikola
T1  - Expression und Isolierung des BMP-bindenden Proteins Ep45
T1  - Expression and isolation of the BMP-binding protein Ep45
N2  - Die BMPs (Bone morphogenetic proteins) sind Zytokine, die in fast allen Tieren exprimiert werden und zur TGF-β Superfamilie gehören. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Knochenentwicklung, unter anderem auf Grund ihrer Fähigkeit, die Neubildung von Knochen auszulösen. Eine weitere Aufgabe der BMPs liegt in der Beeinflussung der Embryogenese. Hier tragen sie zur Differenzierung der einzelnen Keimblätter bei und werden während der Organogenese in vielen Organanlagen exprimiert. Ep45, ein Protein aus Xenopus laevis, gehört zur Familie der Serinproteaseinhibitoren und ist ein extrazellulärer Ligand von BMP4, ohne jedoch dessen Rezeptorbindung bzw. dessen Aktivität zu beeinflussen. Ep45, auch bekannt unter dem Namen pNiXa, wird in der Embryogenese von Xenopus laevis wirksam: Es induziert die Reifung von Oozyten, kann im weiteren Verlauf in verschiedenen Organanlagen nachgewiesen werden und wird in Zusammenhang gebracht mit Teratogenität, die durch Ni2+ hervorgerufen wird. Um auf die aufwendige Isolierung von Ep45 aus Xenopus-Oozyten bzw. –Embryonen verzichten zu können, sollte in dieser Arbeit eine Methode zur rekombinanten Expression und Isolierung von aktivem Ep45 entwickelt werden. Zunächst wurde die Expression von Ep45 in E. coli als lösliches Einzelprotein mit dem Vektor pET25b(+) angestrebt. Da sich jedoch zeigte, dass das Protein zum Großteil als unslösliche Aggregate in Form von inclusion bodies vorlag, wurden diese präpariert, denaturiert und eine Isolierung von Ep45 durch verschiedene Chromatographie-Verfahren (Kationenaustauschersäule, Gelchromatographie) unternommen. Durch die nachfolgenden Renaturierungsversuche konnte jedoch kein aktives Protein gewonnen werden. Zum Nachweis von aktivem Ep45 dienten ein Enzymassay, der auf der Serinproteaseinhibitor-Funktion von Ep45 beruht, sowie ein Bindungsassay. Dieser weist den Ep45-Chymotrypsin-Komplex nach, der bei der Inhibition von Chymotrypsin durch Ep45 entsteht. Als alternatives Expressionssystem kam deshalb das pMal™-Fusionsprotein-System zur Anwendung. Dazu wurde Ep45 an MBP gekoppelt, so dass eine Aufreinigung mittels Chromatographie an einer Amylosesäule möglich werden sollte. Nach Spaltung durch Faktor Xa sollten die beiden Proteine durch Chromatographie voneinander getrennt werden, so dass schließlich Ep45 als reines aktives Protein vorliegt. Trotz des Einsatzes diverser Chromatographie-Verfahren (Ionentauschersäule, hydrophobe Säule, Nickelsäule) gelang keine Isolierung von Ep45. Da in E. coli zwar eine Expression jedoch keine Aufreinigung von aktivem Ep45 gelang, wurde ein Expressionssystem unter Verwendung von Sf9-Zellen (Insektenzellen) eingesetzt. Nach Herstellung des Plasmids pIZT/V5-xEp45 wurden Versuche zur transienten Expression von Ep45 in Sf9-Zellen mittels des InsectSelect™ Systems durchgeführt, die bis zum Abschluss meiner praktischen Arbeit nicht zum Erfolg führten, aber innerhalb der Arbeitsgruppe weiter bearbeitet werden.
N2  - The BMPs (Bone morphogenetic proteins) are cytokines, which are expressed in nearly all animals and which belong to the TGF-β superfamily. They induce the formation of new bone tissue and determine important steps during embryogenesis in animals. They are important for the differentiation of the 3 germ layers and are expressed during the organogenesis of many organs. Ep45, a protein expressed in Xenopus laevis, belongs to the family of serine proteinase inhibitors and is an extracellular ligand of BMP4. In contrast to other extracellular ligands Ep45 cannot influence the receptor binding or the activity of BMP4. Ep45, also called pNiXa, influences different steps during embryogenesis of Xenopus laevis: Ep45 induces the maturation of oocytes and is found in many different organs during organogenesis. Ep45 seems to play an important role in Ni2+-induced teratogenesis. The isolation of Ep45 from Xenopus-oocytes or –embryos appeared to be quite laborious. The aim of this dissertation was to find a more handy method to isolate active Ep45 by recombinant expression. The first step was to express Ep45 in E. coli as a soluble protein by using the vector pET25b(+). The protein was found mainly as insoluble inclusion bodies. The inclusion bodies were prepared and denaturated, then Ep45 was isolated by different kinds of chromatography. The following experiments to produce the active protein by renaturation weren’t successful. The detection of active Ep45 was done by a binding assay and an enzyme assay, that use the function of Ep45 as a serine proteinase inhibitor. As alternative expression system the pMal™ fusion protein system was used. Ep45 was bound to MBP for isolating active Ep45 by an amylose column chromatography after cleavage by factor Xa. We used different chromatography steps but couldn’t isolate active Ep45. It was possible to express but not to isolate active Ep45 by using different expression systems in E. Coli. That’s why we tried next to express Ep45 in Sf9 cells (insect cells). After cloning of the plasmid pIZT/V5-xEp45 the InsectSelect™ system was used for transient expression of Ep45 in Sf9 cells.
KW  - Ep45
KW  - BMP
KW  - TGF
KW  - Serpin
KW  - Ep45
KW  - BMP
KW  - TGF
KW  - Serpin
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15311
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zavala Góngora, Ricardo
T1  - Isolierung, Charakterisierung und Funktionsanalyse von TGF-Beta-Signaltransduktionskomponenten des Fuchsbandwurms Echinococcus multilocularis
T1  - Structural and functional characterization of TGFß signaling systems in Echinococcus multilocularis
N2  - Die molekularen Mechanismen der Wirt-Parasit-Interaktion bei der durch den Zestoden Echinococcus multilocularis ausgelösten Erkrankung der alveolären Echinokokkose sind bislang ungeklärt. Zudem liegen keine Daten über Entwicklungs- und Differenzierungsmechanismen dieses Parasiten vor, die für die Entwicklung neuer Antiparasitika genutzt werden könnten. Ein bei der Evolution der Metazoen bereits frühzeitig entstandener Signaltransduktionsmechanismus zur Steuerung von Entwicklungsvorgängen ist das TGFβ/BMP-System, das aus strukturell verwandten Zytokinen der TGFβ (transforming growth factor β) bzw. BMP (bone morphogenetic protein)-Familie, oberflächenständigen Rezeptoren der TGFβ-Rezeptorfamilie (Typ I und Typ II) und intrazellulären Signaltransduktoren der Smad-Familie besteht. Außer an Entwicklungsvorgängen tierischer Organismen könnte diesem System eine wichtige Rolle bei der Wirt-Helminth-Kommunikation während Infektionsprozessen zukommen, wie in vorherigen Studien am Nematoden Brugia malayi und am Trematoden Schistosoma mansoni gezeigt werden konnte. Erste, wichtige Schritte zur Charakterisierung von TGFβ und BMP-Signalsystemen in Zestoden wurden in der vorliegenden Arbeit getan. Aufbauend auf einem vorherigen Bericht zu einem Transmembranrezeptor (EmRSK1) und einem Smad-Homologen (EmSmadA) aus Echinococcus multilocularis wurde die Liste der TGFβ/BMP Signaltransduktionsfaktoren in E. multilocularis in dieser Arbeit deutlich erweitert und erstmals umfangreiche funktionelle Studien durchgeführt. Die hier charakterisierten Faktoren umfassen zwei weitere Serin/Threonin-Kinasen der TGFβ/BMP-Rezeptorfamilie (EmRSK2, EmRSK3) sowie intrazelluläre Transduktoren der R-Smad-Subfamilie (EmSmadB, EmSmadC) und ein Homologes zur MAP-kinase-kinase-kinase TAK1 (TGFβ activated kinase 1), genannt EmTAK1. Zudem konnte erstmals für einen parasitären Helminthen ein Zytokin der BMP-Subfamilie, EmBMP, auf molekularer Ebene charakterisiert werden. Strukturelle und funktionelle Untersuchungen legen nahe, dass E. multilocularis sowohl ein TGFβ wie auch ein BMP-Signalsystem exprimiert. Ersteres wird sehr wahrscheinlich durch die Kinase EmRSK2 und den Smad-Faktor EmSmadC gebildet, letzteres durch EmRSK1 und EmSmadB. EmSmadA nimmt eine Sonderstellung ein, da es sowohl durch TGFβ- wie auch durch BMP-Rezeptoren aktiviert werden kann. Die genaue Rolle von EmRSK1 und EmTAK1 wäre durch weitere Untersuchungen zu klären. Signifikante funktionelle Homologien zwischen den TGFβ/BMP-Signalsystemen des Parasiten und Säugern konnten nachgewiesen werden, die sich u.a. darin äußern, dass die Echinococcus Smad-Proteine durch entsprechende Rezeptoren des Menschen aktiviert werden können. Darüber hinaus konnten jedoch auch einige deutliche Unterschiede zwischen den Systemen aus Parasit und Wirt nachgewiesen werden, die sich als Angriffspunkte zur Entwicklung von Chemotherapeutika eignen könnten. So fehlt den Smad-Faktoren EmSmadA und EmSmadC eine MH1-Domäne, die sonst unter allen R-Smads hoch konserviert ist. Zudem sind einige bislang noch nie beschriebene, strukturelle Besonderheiten der Echinococcus TGFβ/BMP-Rezeptoren zu verzeichnen. Auch die Regulation dieser Faktoren und die Kreuz-Interaktion mit weiteren intrazellulären Signalwegen (z.B. der MAP Kinase Kaskade) scheint in E. multilocularis anders zu verlaufen als bislang für Vertebraten, Insekten oder Nematoden beschrieben. Schließlich konnte, als sehr wichtiger Befund, auch nachgewiesen werden dass mindestens ein Rezeptor des Parasiten, EmRSK1, mit einem Zytokin des Wirts (BMP2) in vitro funktionell interagiert. Da BMP2 in Zellkultursystemen, die das Wachstum des Parasiten am befallenen Wirtsorgan nachstellen, einen deutlichen Effekt auf E. multilocularis ausübt, könnte die hier beschriebene EmRSK1/BMP2 – Interaktion von entscheidender Bedeutung für die Wirt-Parasit-Interaktion bei der alveolären Echinokokkose sein.
N2  - Up to now, the molecular mechanisms of the interactions between host and parasite in the disease of alveolar echinococcosis, caused by the cestode Echinococcus multilocularis, are not understood. Furthermore there are not data available about the mechanisms of development and differentiation in this parasite that could be used for the design of novel antiinfectives. One of the signaling systems which emerged very early in metazoan evolution and which presumably controls developmental processes in all animals is the TGFβ signal transduction system. This system consists of various factors: structurally related cytokines of the TGFβ (transforming growth factor β) and the BMP (bone morphogenetic protein) family, surface associated receptors of the TGFβ receptor family (type I and type II) and intracellular signal transduction factors of the Smad family. In addition to their crucial role in animal development, TGFβ/BMP systems could also play an important role in the communication between host and helminths during an infection, as has been shown previous studies on the nematode Brugia malayi and the trematode Schistosoma mansoni. In this study, the initial steps towards a characterization of TGFβ/BMP signaling in the third large group of parasitic helminths, the cestodes, have been made. Adding to a previous report on a transmembrane receptor (EmRSK1) and a Smad homologue (EmSmadA) from E. multilocularis, this work significantly extends the list of known TGFβ/BMP signaling factors from Echinococcus and provides, for the first time, functional studies on these systems. The newly characterized factors comprise two further serin/threonin kinases of the TGFβ/BMP receptor family (EmRSK2, EmRSK3), two further intracellular transducing factors belonging to the subfamiliy of R-smads (EmSmadB, EmSmadC) and one homologue of the MAP-kinase-kinase-kinase TAK1 (TGFβ activated kinase 1), which was designated EmTAK1. Furthermore, and for the first time in a parasitic helminth, a cytokine of the BMP subfamily was characterized on the molecular level. Structural and functional studies suggested that E. multilocularis expresses both a TGFβ and a BMP signaling system. The kinase EmRSK2 and the Smad factor EmSmadC are most probably components of the first, EmRSK1 and EmSmadB parts of the latter system. Surprisingly, EmSmadA seems to constitute an unusual Smad since it can be activated by both TGFβ and the BMP receptors upon expression in mammalian cells. The precise roles of EmRSK3 and EmTAK1 have to be determined in future studies. In the present work, significant structural and functional homologies between the TGFβ/BMP systems of E. multilocularis and its mammalian hosts have been detected. Upon expression in human cells, the Echinococcus Smad proteins were, for example, able to functionally interact with the corresponding receptors from Homo sapiens. On the other hand, the E. multilocularis TGFβ/BMP signaling factors also displayed several biochemical differences to those of the host, which could be exploited for the development of antiparasitic drugs. One of these differences is the lack of a usually conserved MH1 domain in EmSmadA and EmSmadC. Moreover, the Echinococcus TGFβ/BMP receptors display several structural features which have not yet been detected in other members of the protein superfamily. Likewise, the regulation of TGFβ/BMP pathways in Echinococcus as well as their cross-interaction with other signaling pathways (e.g. the MAP kinase cascade) seems to differ from the situation in vertebrates, insects and nematodes. Finally, this work also provides evidence that at least one host cytokine, BMP-2, can functionally interact with a receptor of the parasite, EmRSK1. This interaction could be highly relevant for host-parasite interaction mechanisms in alveolar echinococcosis since BMP-2 also exerts clear effects on Echinococcus growth and differentiation in an in vitro cultivation system that mimicks the situation at the affected organ during an infection.
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Ontogenie
KW  - Signaltransduktion
KW  - Echinococcus
KW  - TGFß
KW  - BMP
KW  - Smad
KW  - Zestode
KW  - Echinococcus
KW  - TGFß
KW  - BMP
KW  - Smad
KW  - cestode
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17755
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haßel, Sylke
T1  - Signal transduction via multiple BMP receptor complexes
T1  - Signaltransduktion über verschiedene BMP Rezeptorkomplexe
N2  - BMPs influence a variety of cellular processes. They have been shown to regulate proliferation, differentiation, migration and apoptosis and thus play central roles during developmental processes and tissue homeostasis. Ligand mediated signal transduction is transmitted via BMP type I and BMP type II receptors, both members of the serine/threonine kinase superfamily. The BMP receptor mediated signal transduction is not explored in detail. Therefore our aim was to address different aspects of BMP mediated signal transduction with main focus on BRII and its regulation. Due to the existence of two alternative splice variants, a long and a short form, the function of the two variants and the impact of the C-terminal extension are of general interest. Moreover, mutations in the BMPR2 gene were identified to be responsible for PPH, a autosomal dominant lung disease. In this thesis, BRII phosphorylation and signalling mediated by different receptor oligomers were investigated and multiple BRII associated proteins were identified. We could show that the oligomerization pattern of BMP receptors exhibits a higher degree of flexibility compared to other receptors of that superfamily. In the present work the BMP2 mediated signal transduction should be examined, depending on the receptor oligomerization pattern. Using kinase-deficient mutants, it could be demonstrated, that signalling via preformed BMP receptor complexes is mediated by the well characterized Smad1/5/8 pathway, whereas signalling initiated by BMP2 induced recruitment of the receptors activates the p38 pathway and leads to Alkaline Phosphatase production. To further study signalling events triggered directly from the BRII a proteomics-based screen for BRII associated proteins was performed. 53 associated proteins were found, the majority being signal transducing molecules, but in addition metabolic proteins, transcriptional regulators and others were identified. These proteins enable to gain a deeper insight in BMP mediated signalling. One of the interactors, the receptor tyrosine kinase c-kit, was characterized in more detail. It could be demonstrated, that BRII and c-kit form a complex in vitro and in vivo, and the interaction is enhanced upon BMP2 stimulation. 2D phosphopeptid mapping showed that BRII is phosphorylated at S757 upon activation of c-kit by SCF. Moreover, c-kit and its ligand SCF are modulating BMP2 pathways, by enhancing Smad1/5 phosphorylation, Smad-transcriptional activity, Alkaline Phosphatase production and expression of Cbfa1. All these pathways hint towards modulation of the osteoblast development via c-kit. Thus, we were able to develop a novel paradigm for the BMP2 meditated signalling. One of the initial triggers for BRII is the auto-phosphorylation of BRII. Here we analyze ligand-independent as well as ligand-dependent phosphorylation of BRII. Some phosphorylation sites in BRII were identified. The general phosphorylation occurs mostly on serines. S815, S818 and Y825 are identified targets of phosphorylation whose function is still unclear. However phosphorylation of S336 is demonstrated to be essential for BRII activation. The elucidation of BMP receptor phosphorylation and oligomerization as well as the impact of a number of BRII associated proteins (such as c-kit), demonstrated in this thesis that BMP signalling has to be regulated precisely on multiple levels. This can be useful for the development of selective signalling inhibitors for basic research and therapeutic approaches of PPH and other diseases.
N2  - BMPs regulieren eine Vielzahl zellulärer Prozesse, unter anderem Zellwachstum, Zelldifferenzierung, Bewegung und Zelltod. Dies macht sie zu einem bedeutenden Faktor während zahlreicher Entwicklungsvorgänge und im adulten Organismus. BMP-Signale werden über BMP Typ I und Typ II Rezeptoren weitergeleitet, die beide Serin/Threonin Kinase Rezeptoren sind. Während der Typ I Rezeptor Signale zu den Smad-Proteinen weiterleitet, fungiert der Typ II Rezeptor seinerseits als Aktivator des Typ I Rezeptors und ist somit für die Signalweiterleitung essentiell. Alternative Signalwege sind nicht sehr gut untersucht. Deswegen war es unser Ziel verschiedene Aspekte der BMP vermittelten Signaltransduktion, mit Schwerpunkt BRII, zu untersuchen. Der BRII ist interessant, da er in zwei alternativen Spleißvarianten vorliegt, einer langen und einer kurzen Form, die sich intrazellulär um mehr als 500 Aminosäuren unterscheiden und deren Unterschiede hinsichtlich Signalweiterleitung noch nicht erforscht sind. Darüber hinaus führen Mutationen im BMPR2 Gen zu einen Gefäßerkrankung der Lunge, PPH. In dieser Arbeit wurden die BRII Phosphorylierung und Signalweiterleitung, initiiert von unterschiedlichen BMP Rezeptorkomplexen, untersucht. Hierbei wurde eine Vielzahl von BRII assoziierten Proteine identifiziert und hinsichtlich ihres Einflusses auf BMP Signalweiterleitung charakterisiert.. Unser Labor konnte zeigen, daß das Oligomerisierungsmuster der BMP Rezeptoren weitaus flexibler als das der verwandten TGF-β Rezeptoren ist. Aus diesem Grund wurde die Siganltransduktion der BMP Rezeptoren im Hinblick auf die Komplexbildung untersucht. Mit Hilfe Kinase-defekter Mutanten konnte gezeigt werden, dass präformierte Rezeptorkomplexe den Smad-Signalweg benutzen, wohingegen liganden-induzierte Komplexe ihre Signale über den p38-Weg weiterleiten, welcher die Produktion von Alkalischer Phosphatase steuert. Um darüber hinaus Signalwege ausgehend vom BRII zu untersuchen und mehr über Smad-unabhängige Signalwege zu erfahren, wurde ein Proteomics-basierter Screen nach BMP Typ II Rezeptor interagierenden Proteinen durchgeführt. Unter den 53 Rezeptor-assoziierten Proteinen befanden sich viele Signaltransduktionsmoleküle, aber auch metabolische Proteine, Proteine, die an der Regulation der Transkription beteiligt sind und andere. Mit Hilfe dieser Proteine kann ein Einblick in die Vielfalt der BMP Rezeptor vermittelten Signaltransduktion gewonnen werden. Der Tyrosinkinase Rezeptor c-kit ist eines der assoziierten Proteine. Es konnte gezeigt werden, dass die Interaktion durch BMP2 Zugabe in vivo verstärkt wurde. Phosphorylierung an Serin 757 des BRII, vermittelt von aktiviertem c-kit und SCF, konnte mittels 2-dimensionalem Phosphopeptidmapping gezeigt werden. Außerdem beeinflusst der SCF/c-kit Signalweg auch bereits beschriebene BMP Signalwege. So konnten synergistische Effekte beider Liganden auf dem Smad1/5 Weg, bei der Produktion der Alkalischen Phosphatase und bei der Transkription von Cbfa1 beobachtet werden, alles Wege, die die Entwicklung von Osteoblasten steuern. So konnte mit dem Einfluß von c-kit auf BMP2 vermittelte Osteoblastenetwicklung ein neuer Faktor bei BMP gesteuerter Entwicklung aufgedeckt werden. Einer der initialen Trigger bei der BMP Signaltransuktion ist die Aktivierung des BMP Typ II Rezeptors durch Phosphorylierung. Es wurde Liganden-unabhängige wie Liganden-abhängige Phosphorylierung des BRII untersucht und die jeweiligen Phosphorylierungssites identifiziert. Hauptsächlich findet die Phosphorylierung an Serinen statt. So wurden S815 und S818, aber auch Y825 als Target-sites identifiziert. Im Gegensatz zu der Phosphorylierung von S815, S818 und Y825, deren Funktion noch unklar ist, konnte gezeigt werden, daß Phosphorylierung von S336 essentiell für die Rezeptoraktivierung ist. Die Erforschung der BMP-Rezeptor Phosphorylierung, Oligomerisierung und Rezeptor-assoziierter Proteine (wie c-kit), wie in dieser Arbeit vorgestellt, zeigt, dass BMP vermittelte Signaltransduktion präzise auf mehreren Ebenen reguliert werden muß. Die hier erstmalig beschriebenen Wege der Regulation der BMP Signaltransduktion tragen sowohl zu einem besseren Verständnis molekularer Zusammenhänge bei, als auch zu der Entwicklung selektiver Inhibitoren und therapeutischer Ansätze zur Behandlung der PPH und anderer Krankheiten.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Signaltransduktion
KW  - BMP
KW  - Signaltransduktion
KW  - Smad
KW  - p38
KW  - proteomics
KW  - BMP
KW  - signalling
KW  - Smad
KW  - p38
KW  - proteomics
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13353
ER  -