TY  - THES
A1  - Kuhnen, Sebastian
T1  - Charakterisierung von sFRP4 als phosphatsensitives Phosphatonin in mesenchymalen Stammzellen
T1  - Characterisation of sFRP4 as Phosphate-sensitive Phosphatonin in Mesenchymal Stem Cells
N2  - Phosphat stellt einen essenziellen Bestandteil der Knochenhartsubstanz dar und ist zudem erforderlich, um mesenchymale Stammzellen osteogen zu differenzieren. Bei der Aufklärung molekularer Pathomechanismen von Störungen der Phosphathomöostase wurden in den vergangenen zehn Jahre mehrere Botenstoffe identifiziert, die spezifische Wirkungen auf den systemischen Phosphathaushalt haben. Die als „Phosphatonine“ bezeichneten Substanzen FGF23 (Fibroblastenwachstumsfaktor 23), sFRP4 (secreted frizzled related protein 4), FGF7 (Fibroblastenwachstumsfaktor 7) und MEPE (matrix extracellular phosphoglycoprotein) induzieren eine negative Phosphatbilanz, indem sie an der Niere phosphaturisch wirken. Ziel dieser Arbeit war es, eventuell vorhandene Interaktionen zwischen knochenbildenden Zellen, Phosphat und den inzwischen bekannten Substanzen mit Wirkung auf den Phosphathaushalt zu charakterisieren. Dazu wurden immortalisierte Zelllinien mesenchymaler Stammzellen (hMSC-TERT) und fetaler Osteoblasten (hFOB) konzentrations- und zeitabhängig mit Phosphat stimuliert (von 1,25 mM bis 20 mM, von 0 bis 48 h). Die quantitative real-time-PCR zur relativen mRNA-Quantifizierung wurde dabei in der Arbeitsgruppe als Methode etabliert, um den Einfluss dieser erhöhten Phosphatspiegel im Nährmedium auf die Expression von Genen des Phosphatstoffwechsels und Markern der osteogenen Differenzierung zu analysieren. Untersucht wurden Col1 (Kollagen 1), OC (Osteokalzin), AP (Alkalische Phosphatase) und OP (Osteopontin) als Differenzierungsmarker, Pit-1 (Natrium-Phosphattransporter), sFRP4, MEPE und FGF23 als Schlüsselsubstanzen im Phosphatstoffwechsel sowie Aktin und EF1a als Housekeeping-Gene. Die real-time-PCR wurde mit der SYBR® Green-Methode durchgeführt, die Effizienzbestimmung erfolgte mit LinRegPCR, die Auswertung mit REST© und REST 2005, jeweils für die ermittelte Effizienz und die als optimal angenommene Effizienz (E=2). Zunächst konnte die Expression des Natrium-Phosphattransporters Pit-1 in den Zellen hMSC-TERT und hFOB nachgewiesen werden. Bei beiden Zelllinien zeigte sich, dass die Expression von sFRP4 mit steigender Phosphatkonzentration bzw. steigender Stimulationsdauer nach unten reguliert wird. Beim Vergleich aller stimulierten Proben mit den unstimulierten Kontrollen fiel das Expressionsverhältnis bei hMSC-TERT ungefähr auf die Hälfte des Ausgangswertes (0,52; p<0,05), bei hFOB reduzierte es sich auf zwei Drittel (0,67; p<0,05). Es ist somit anzunehmen, dass Phosphat in der Lage ist, die Genexpression von sFRP4 in hMSC-TERT und hFOB nach unten zu regulieren. Für Pit-1 ergab sich bei hMSC-TERT der Hinweis auf eine gesteigerte mRNA-Expression unter Phosphateinwirkung, für hFOB-Zellen konnte diese Beobachtung nicht gemacht werden. Beide Zelllinien zeigten unter Phosphat-Stimulation und maximaler Einwirkzeit von 48 h kein einheitliches Expressionsmuster, das auf eine beginnende Differenzierung hinweisen würde. Der in dieser Arbeit gefundene Hinweis auf eine Phosphatsensitivität von sFRP4 in mesenchymalen Stammzellen und Osteoblasten lässt somit die Vermutung einer physiologischen Beteiligung von sFRP4 an der Phosphatregulation zu. Es bleibt zu klären, inwieweit andere Phosphatonine an solchen Signalachsen beteiligt sind. Spekuliert werden kann, dass sFRP4 auch als Antagonist des Wnt-Signalweges bei Differenzierungsvorgängen eine größere Rolle spielt als bisher angenommen. Des Weiteren sollte in der vorliegenden Arbeit ein Genexpressionssystem (Tet-On™ Konstrukt) in mesenchymalen adulten Stammzellen (hMSC-TERT) etabliert werden, mit dem im Endzustand die Expression beliebiger Gene Tetracyclin-abhängig induziert werden kann. Diese Arbeiten konnten bis zur ersten Transfektion erfolgreich durchgeführt werden: Für einen Referenz-Vektor zeigte sich eine ausgeprägte Induzierbarkeit durch Doxycyclin. Als erstes Gen sollte sFRP4 überexprimiert werden, das dafür zunächst isoliert, sequenziert und kloniert wurde und nun für den Einsatz in diesem Genexpressionssystem zur Verfügung steht. Die Aufklärung der Regulationsmechanismen und auch der Wirkungsweise von Phosphat wird ein wichtiges Ziel zukünftiger Forschung sein und eventuell neue therapeutische Möglichkeiten zur Behandlung von krankhaften Abweichungen der Phosphathomöostase eröffnen.
N2  - Phosphate is an exceptionally important component of bone mineral and is necessary for the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. In the last decade, several substances have been identified by the analysis of pathological mechanisms that underlie disorders in phosphate homeostasis. These substances, the so-called “phosphatonins”, seem to have a specific function in the regulation of phosphate metabolism. Phosphatonins, such as FGF23 (fibroblast growth factor 23), sFRP4 (secreted frizzled related protein 4), FGF7 (fibroblast growth factor 7) and MEPE (matrix extracellular phosphoglycoprotein) are able to induce a state of negative phosphate balance by reducing renal phosphate reabsorption. The aim of this study was to elucidate possible interactions between bone forming cells, phosphate, and the known signal molecules of phosphate homeostasis. To this end, immortalized experimental cell lines of mesenchymal stem cells (hMSC-TERT) and fetal osteoblasts (hFOB) were stimulated in a dose- and time-dependent manner with augmented levels of phosphate (1.25 mM to 20 mM, 0 to 48 h). In order to detect the influence of increased phosphate levels on the expression of genes, which are markers of osteogenic differentiation and components of phosphate homeostasis, the method of quantitative real-time PCR was established in the workgroup. Col1 (collagen 1), OC (osteocalcin), AP (alkaline phosphatase) and OP (osteopontin) were analyzed as markers of differentiation; Pit-1 (sodium-phosphate transporter), sFRP4, MEPE and FGF23 as key-players in phosphate homeostasis; while Aktin and EF1a were used as housekeeping-genes. Real-time PCR was proceeded following the SYBR® Green method; the PCR efficiency was evaluated with LinRegPCR; finally the expression-ratios were calculated by REST© and REST 2005 - once using the evaluated efficiency and once using the optimal efficiency (E=2). It was shown that Pit-1 is expressed in hMSC-TERT and hFOB cells. For both cell lines it was obvious that the expression of sFRP4 is down-regulated by increasing phosphate concentrations or increasing duration of phosphate stimulation. Comparing all stimulated samples with all unstimulated controls, the expression ratio of sFRP4 decreased at half the initial value (0.52; p<0.05) in hMSC-TERT, and decreased at two-thirds of the initial value (0.67; p<0.05) in hFOB. This seems to be a strong indication that phosphate is able to down-regulate the expression of sFRP4 in hMSC-TERT and hFOB. Concerning Pit-1, one could suppose that the mRNA-expression was increased in hMSC-TERT cells following the stimulation with phosphate. In hFOB cells, this observation could not be made. Within both cell lines, no gene-expression pattern could be found that indicates the beginning of a differentiation process. The observed phosphate-sensitivity of sFRP4 in mesenchymal stem cells and osteoblasts permits us to assume that sFRP4 is involved in the physiological regulation of phosphate metabolism. Whether other phosphatonins are involved in such signaling-axis remains to be elucidated. By acting as a Wnt-antagonist, it can be assumed that sFRP4 plays a more important role in differentiation than previously known. Furthermore, the aim of this work was to establish a gene-expression-system (Tet-On™-system) in adult mesenchymal stem cells, by which it is possible to induce the expression of a target-gene in a tetracycline-dependent manner. The first transfection was accomplished successfully; the expression of a test-reference-vector was induced notedly by doxycycline. sFRP4 was projected as first gene being overexpressed by the Tet-On™-system. For this aim, sFRP4 was isolated, sequenced and cloned and is now ready to use in this manner. Revealing the mechanisms of regulation and the biological effects of phosphate in organisms will remain one topic of further investigation and will perhaps offer new therapeutic strategies for the treatment of disorders in phosphate homeostasis.
KW  - Phosphat
KW  - sFRP4
KW  - mesenchymale Stammzellen
KW  - quantitative real-time PCR
KW  - osteogene Differenzierung
KW  - phosphate
KW  - sFRP4
KW  - mesenchymal stem cells
KW  - quantitative real-time PCR
KW  - osteogenic differentiation
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22738
ER  - 
TY  - THES
A1  - Neske, Florian
T1  - Entwicklung molekularbiologischer und serologischer Methoden zum Nachweis von Infektionen mit dem humanen Bocavirus und dem Polyomavirus WU
T1  - Development of molecularbiological and serological detection methods of human Bocavirus and Polyomavirus WU
N2  - Durch Viren ausgelöste Infektionen der Atemwege zählen zu den häufigsten Erkrankungen des Menschen. Durch molekularbiologische Verfahren konnten in den vergangen Jahren bis dahin unbekannte Viren in respiratorischen Proben nachgewiesen werden, darunter das humane Bocavirus (hBoV) in 2005 und das Polyomavirus WU (WUPyV) in 2007. In der vorliegenden Arbeit wurden qualitative und quantitative DNA-Nachweisverfahren für hBoV und WUPyV etabliert und validiert, um retrospektiv die Infektionshäufigkeit von hBoV und WUPyV bei hospitalisierten Kindern mit akuter respiratorischer Erkrankung (ARE) der Universitätskinderklinik Würzburg zu untersuchen. Zusätzlich wurden phylogenetische Untersuchungen dieser Viren durchgeführt. Zum Nachweis von Antikörpern gegen Kapsidproteine von hBoV und WUPyV wurde ein auf rekombinanten Baculoviren basierender Immunfluoreszenztest (IFT) etabliert. HBoV-DNA konnte in 12 % von 834 untersuchten Nasenrachensekreten (NRS) von Kindern mit ARE aus dem Zeitraum von Januar 02 – September 05 detektiert werden. Das mediane Alter der hBoV-positiven Kinder war 1,8 Jahre, die mediane hBoV-Last betrug 4,9 x 103 Kopien/ml. Bei einem großen Teil (39,1 %) der hBoV-DNA-positiven Kinder wurden Koinfektionen mit anderen respiratorischen Viren detektiert, was jedoch keine signifikante Auswirkung auf die nachgewiesene hBoV DNA Menge hatte. Kinder mit Bronchitis wiesen eine signifikant höhere Viruslast auf als Kinder mit Fieberkrämpfen. Im Rahmen einer Verlaufsstudie konnte hBoV-DNA bei einem Kind über einen Zeitraum von 4,5 Monaten in NRS nachgewiesen werden. Bei einem Teil der Kinder mit hBoV-DNA-positiven NRS wurden Serum- und Stuhlproben auf hBoV-DNA untersucht. In einer von 10 Serumproben und 14 von 31 Stuhlproben konnte BoV-DNA nachgewiesen werden. Dabei war die hBoV-DNA-Menge im NRS signifikant höher, wenn die Stuhlprobe ebenfalls positiv war. Die phylogenetische Analyse von hBoV bestätigte die vom Erstbeschreiber ermittelten Cluster (St1 und St2). Diese Cluster weisen eine hohen Identität zueinander auf, sowohl auf Nukleotid- (&#8805;99,6 %) als auch auf Aminosäure (AS)-Ebene (&#8805;99,9 %). Ein Zusammenhang zwischen den Clustern und klinischen oder virologischen Faktoren war nicht ersichtlich. Die Untersuchung auf IgG-Antikörper gegen hBoV-VP2 ergab bei gesunden Erwachsenen eine Seroprävalenz von 74 %. Ein Zusammenhang zwischen Alter und Seropositivität für hBoV-VP2 war nicht erkennbar. Die WUPyV-Untersuchungen wurden anhand von NRS durchgeführt, die im Zeitraum von Januar 02 – September 05 und Januar 07 – Juli 07 entnommen wurden. Dabei konnte WUPyV-DNA bei 5,2 % der Proben mit einer medianen Viruslast von 9,5x 102 Kopien/ml nachgewiesen werden. Das mediane Alter der WUPyV-infizierten Kinder betrug 3,0 Jahre. Bei 54,8 % der WUPyV positiven Kinder konnte eine Koinfektion mit einem anderen respiratorischen Virus festgestellt werden, wobei keine Korrelation zwischen Koinfektion und WUPyV-DNA-Menge ersichtlich wurde. Eine Assoziation zwischen der WUPyV-Last in NRS und klinischer Diagnose war nicht feststellbar. In 3 von 14 Serum- und 2 von 14 Stuhlproben von Kindern mit WUPyV-DNA-positivem NRS konnte WUPyV-DNA detektiert werden. Dabei war die WUPyV-Last im NRS von Kindern mit positivem Serum höher als bei Kindern mit negativem Serum. Durch die phylogenetischen Untersuchung von WUPyV konnten zwei Cluster mit hoher Nukleotid-Identität (&#8805;99,2 %) ermittelt werden. Der Großteil (60,3 %) der Substitutionen war nicht synonym, was zu einer Identität auf AS-Ebene von 98,8 % führte. Von den AS Mutationen waren 76 % Cluster-spezifisch. Mit dem etablierten WUPyV-spezifischen IFT konnte bei gesunden Erwachsenen eine IgG-Seroprävalenz von 88 % für WUPyV ermittelt werden. Ein signifikanter Unterschied im medianen Alter zwischen Anti-WUPyV-VP1-positiven und -negativen Probanden konnte nicht festgestellt werden. Zusammenfassend konnte durch die etablierten molekularen und serologischen Nachweisverfahren die Infektionshäufigkeit von hBoV und WUPyV bei Kindern mit ARE, die Phylogenie der Viren und die Seroprävalenz bei gesunden Erwachsenen erforscht werden. Die in den vorliegenden Studien ermittelten Infektionshäufigkeiten für hBoV und WUPyV deckten sich mit anderen Publikationen zur Epidemiologie von hBoV und WUPyV. Durch die in dieser Arbeit durchgeführten Versuche konnten keine offensichtlichen Assoziationen zwischen einer hBoV- oder WUPyV-Infektion und einer respiratorischen Erkrankung festgestellt werden. Zur Untersuchung der Pathogenität von hBoV und WUPyV sind daher noch weitere Studien notwendig.
N2  - Respiratory tract infections are a major cause of human morbidity and are caused by a broad spectrum of microbial agents, mostly viruses. In recent years, the use of molecular biology methods led to the discovery of several novel viruses, including the human bocavirus (hBoV) in 2005 and the polyomavirus WU (WUPyV) in 2007. In this study, we established qualitative and quantitative polymerase chain reaction assays for both viruses in order to investigate their genoprevalence in hospitalized children with acute respiratory diseases (ARD). Furthermore, phylogenetic analyses of hBoV and WUPyV were performed. In order to study the antibody response against hBoV and WUPyV, immunofluorescence assays (IFA) based on recombinant baculoviruses were established for both viruses. Nasopharyngeal aspirates (NPA) from the period of January 02 to September 05 of hospitalized children with ARD were retrospectively tested for the presence of hBoV DNA. We found that 12 % of the NPA were positive for hBoV DNA. The median age of hBoV DNA-positive children was 1,8 years and the median hBoV load in NPA was 4.9 x 103 copies/ml. Coinfections with other respiratory viruses were detected in 39,1 % of the hBoV DNA-positive NPA. There was no difference of the hBoV load in NPA between children with or without known coinfection, but the load was significantly higher in children with bronchitis than in children with the diagnosis of febrile seizures. In follow-up studies, hBoV DNA shedding was detected for a maximum period of 4.5 months. HBoV DNA was found in 1 of 10 serum samples and in 14 of 31 stool samples of children with hBoV DNA-positive NPA. The hBoV load in NPA was significantly higher for children with positive stool samples. Phylogenetic analysis of hBoV confirmed the previously suggested clusters St1 and St2. The nucleotide and amino acid identity between the clusters was very high (&#8805;99.6 % and &#8805;99.9 %, respectively). An association of the clusters with virological or clinical parameters was not apparent. Using an IFA to detect IgG against hBoV VP2 antigen, the seroprevalence for hBoV in healthy adults was found to be 74 %. There was no association between age and seropositivity in the study population. WUPyV DNA was analysed in 1232 NPA, which had been collected from 2002 to 2007, and was found in 5.2 % of theses samples with a median WUPyV load of 9.5 x 102 copies/ml. Coinfections were found in 54.8 % of the WUPyV DNA-positive NPA. The median age of the WUPyV DNA-positive children was 3.0 years. The WUPyV load in NPA was neither associated with the coinfection status nor with the clinical diagnoses. WUPyV DNA was found in 3 of 14 serum samples and in 2 of 14 stool samples of WUPyV DNA-positive children. The WUPyV load in NPA tended to be higher in viremic children. Two different WUPyV clusters with high nucleotide-identity (&#8805;99 %) were found by phylogenetic analysis. A high number (60.3 %) of nucleotide substitutions was non synonymous, resulting in 46 amino acid mutations and 98.8 % amino acid identity. Of the amino acid mutations, 76 % were specific for the two clusters. The IgG seroprevalence for WUPyV among healthy adults was 88 % as determined by IFA based on Sf9 cells expressing WUPyV VP1. As seen with hBoV, there was no association between age and seropositivity. In conclusion, we investigated the genoprevalence of hBoV and WUPyV in children with ARD and the seroprevalence in healthy adults. The results of our studies were in agreement with other publications on the epidemiology and serology of hBoV and WUPyV. No obvious association between infection with hBoV or WUPyV and clinical diagnosis was apparent. The methods established and evaluated in this thesis can be applied for further studies to investigate the pathogenicity of hBoV and WUPyV.
KW  - Viren
KW  - Polyoma-Virus
KW  - Parvoviren
KW  - Atemwegsinfektion
KW  - Polymerase-Kettenreaktion
KW  - Immunfluoreszenz
KW  - Boccavirus
KW  - Polyomavirus WU
KW  - Virusnachweis
KW  - quantitative real-time PCR
KW  - Immunofluoreszenztest
KW  - Boccavirus
KW  - Polyomavirus WU
KW  - quantitative real-time PCR
KW  - Immunofluorescence Assay
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-40424
ER  -