TY  - THES
A1  - Knödel, Matthias
T1  - Regulation der terminalen B-Zell-Differenzierung durch Blimp-1
T1  - Regulation of B cell terminal differentiation by Blimp-1
N2  - Nach Aktivierung differenzieren B-Zellen entweder direkt zu IgM sezernierenden Plasmazellen oder treten in den Differenzierungsweg zur Gedächtniszelle ein, der sowohl durch die Affinitätsreifung als auch den Klassensprung zu sekundären Immunglobulin-Isotypen gekennzeichnet ist. Welchen Weg die B-Zelle durchläuft, ist abhängig von der Intensität und der Dauer des BZR-Signals, von der Verfügbarkeit und der Art der T-Zell-Hilfe und von weiteren Signalen in der speziellen Mikroumgebung des Keimzentrums. Der Transkriptionsfaktor Blimp-1 ("B lymphocyte induced maturation protein 1") wird als ein „Mastergen“ der terminalen B-Zell-Differenzierung betrachtet und ist in der Lage, die komplexen Differenzierungsprozesse zu Ig-sezernierenden Plasmazellen auszulösen und voranzutreiben. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit identifizieren Blimp-1 als wichtigen Regulator, der bestimmt, ob eine B-Zelle zur Plasmazelle oder zur Gedächtniszelle differenziert. Unter Verwendung ruhender, primärer B-Zellen der Maus, die in vitro mit Interleukin-4 (IL-4), anti-mF(ab´)2 oder anti-CD40 in verschiedenen Kombinationen sowohl in An- als auch in Abwesenheit von LPS stimuliert wurden, konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass die IgM-Sekretion und die Expression von Blimp-1 durch Signalgebung über den BZR oder CD40 und durch IL-4 entweder nicht induziert oder sogar unterdrückt wird. Die Zugabe von IL-2 und IL-5 induziert die Expression von Blimp-1 und erleichtert die Sekretion von IgM und IgG1 in diesem System. Gleiches kann durch direkte Transduktion der B-Zellen mit rekombinanten Retroviren erreicht werden, die für Blimp-1 codieren. Auf der anderen Seite wird der durch IL-4 induzierte Klassensprung nach IgG1 durch Blimp-1 gehemmt. Blimp-1 bewirkt daher ein Umschalten des B-Zell-Differenzierungsweges von der Gedächtniszelle zur Plasmazelle. Die Unterdrückung der Expression von Blimp-1 sowohl durch Antigen-BZR-Wechselwirkungen als auch durch die von T-Helferzellen abhängige Signalgebung über CD40 und IL-4 unterdrückt die terminale Differenzierung zur Plasmazelle und ist für den Eintritt und das Durchlaufen des Gedächtniszell-Differenzierungsweges notwendig. Zur Identifikation von Genen, deren Expression durch Blimp-1 direkt oder indirekt beeinflusst wird, wurde Blimp-1 in WEHI 231 B-Lymphomzellen unter Verwendung rekombinanter Retroviren überexprimiert. Messika et al. zeigten, dass die Überexpression von Blimp-1 in B-Lymphomzellen in Abhängigkeit vom Reifungsstadium der Zelle entweder einen Wachstumsnachteil, gefolgt vom Zelltod, induziert oder zur terminalen Differenzierung führt. Obwohl WEHI 231 Zellen unreife, d.h. sIgM+ B-Zellen repräsentieren, exprimieren Blimp-1 transduzierte WEHI 231 Zellen die J-Kette, zeigen eine erhöhte Konzentration der für die sekretorische Form der my-Kette codierenden mRNA, exprimieren den Plasmazellmarker Syndecan-1 auf ihrer Oberfläche und sezernieren für kurze Zeit IgM. Diese Differenzierungsprozesse gehen allerdings mit einem Wachstumsnachteil und Zellzyklus-Arrest, gefolgt vom Zelltod, einher. Blimp-1 exprimierende WEHI 231 Zellen zeigen somit den Phänotyp kurzlebiger Plasmazellen. Eine Langzeitkultur Blimp-1+ WEHI 231 Zellen führt zum Verlust des differenzierten Phänotyps, d.h der Erhalt IgM-sezernierender WEHI 231 Zellen ist nicht ohne weitere Maßnahmen möglich. Auf molekularer Ebene hemmt Blimp-1 die Expression von c-myc und diejenige des antiapoptotischen Bcl-2 Familienmitgliedes A1, stimuliert aber die Expression von mad4. Die Verschiebung des Verhältnisses von Myc/Max- zu Mad/Max-Heterodimeren zugunsten von Mad/Max-Komplexen und die daraus resultierende Inhibition der Transkription von Myc-abhängigen, proiliferationsfördernden Genen ist in vielen Systemen als von zentraler Bedeutung für die Initiation von Differenzierungsprozessen beschrieben und wurde auch bereits für B-Zellen diskutiert. Auch in primären B-Zellen führt Blimp-1 zu einer verstärkten Expression von mad4. Wird der durch Blimp-1 bewirkte Verlust der Expression von A1 durch dessen Überexpression in Blimp-1+ WEHI 231 Zellen kompensiert, so überleben diese Zellen wieder erheblich länger, bleiben aber weiterhin im Zellzyklus arretiert. Der differenzierte Phänotyp, charakterisiert durch die verstärkte Expression von mad4 und der Sekretion von IgM, wird dabei aufrechterhalten. Wachstumsnachteil und Zelltod können in diesem System daher entkoppelt werden. In primären Zellen führt Blimp-1 ebenfalls zur Erniedrigung der A1 Expression. Da diese Zellen aber nicht in dem Maße wie WEHI 231 Zellen absterben, kann der Verlust von A1 offensichtlich besser kompensiert werden. Die Lebensdauer einer Blimp-1+ Plasmazelle ist somit durch Manipulation der Expression von antiapoptotischen Molekülen wie A1 verlängerbar.
N2  - Blimp-1 (“B lymphocyte-induced maturation protein 1”) is a zinc-finger containing transcription factor that drives B-cell terminal differentiation to immunoglobulin-secreting plasma cells. Following stimulation, primary B cells either directly undergo terminal differentiation to IgM secreting plasma cells, thus providing a rapidly established source of neutralizing antibodies, or enter the memory pathway characterized by affinity maturation and isotype switching. Which of the various fates is adopted by the B cells is determined by the strength and the duration of the BCR-signal, the availability and the quality of T cell help and other signals derived from the microenvironment of the germinal center. High rate secretion is correlated with endogenous Blimp-1 levels and can be caused by ectopic expression of Blimp-1, suggesting that Blimp-1 is a master gene which is able to initiate and maintain the complex terminal differentiation program. Using cultures of resting primary mouse B cells stimulated in vitro in various combinations with interleukin-4 (IL-4), anti-mF(ab´)2 or anti-CD40 in the absence or presence of LPS, it is shown that IgM secretion and the expression of Blimp-1 is either not induced or even suppressed by BCR or CD40 ligation and by IL-4. Additional treatment with IL-2 and IL-5 induces Blimp-1 expression and facilitates IgM and IgG1 secretion, which can also be achieved by retroviral transduction of Blimp-1. In contrast, the increase in sIgG1+ cells with time in presence of IL-4 is greatly diminished in cells forced to express Blimp-1, suggesting that Blimp-1 inhibits further class-switching. Therefore, Blimp-1 expression takes B cells out of the memory pathway and initiates the terminal differentiation program. On the other hand, suppression of Blimp-1 by antigen-BCR interaction and T helper cell dependent CD40 and IL-4 signalling is necessary to facilitate entrance into the memory pathway and to prevent terminal differentiation. To identify genes whose expression is influenced by Blimp-1, WEHI 231 B lymphoma cells were retrovirally transduced with Blimp-1. Overexpression of Blimp-1 in B lymphoma cells has been reported to induce either growth arrest and cell death or immunoglobulin secretion and terminal differentiation, depending on the developmental stage of the recipient lymphomas. Surprisingly, Blimp-1 transduced immature WEHI 231 cells produce J chain, increased levels of the secretory form of my heavy chain mRNA, express the plasma cell marker syndecan-1 on their surface and secrete IgM for a short period of time. Concomitantly, they exhibit a distinct growth disadvantage with cell cycle arrest, followed by cell death. Thus, Blimp-1+ WEHI 231 cells aquire the phenotype of short-lived plasma cells. However, this differentiated phenotype of Blimp-1+ WEHI 231 cells was transient and not longer observed after long term culture. On the molecular level, Blimp-1 transduced WEHI 231 cells exhibit altered ratios of c-myc/mad4 mRNA levels and a reduction in the expression of the anti-apoptotic bcl-2 family member A1. It is known from several experimental systems that induction of transcripts of the mad family and therefore a change in favor of mad/max rather than myc/max complexes favors differentiation over proliferation. An important role for the myc/max/mad network in B cell proliferation, differen-tiation and apoptosis has recently been discussed by Melchers. The upregulation of mad4 expression by Blimp-1 is also observed in primary B cells. To determine whether A1 downregulation is causally involved in the short live span of Blimp-1+ WEHI 231 cells, sublines overexpressing A1 were established by retroviral transduction. Additional ectopic expression of A1 greatly extends the life span of Blimp-1 expressing WEHI 231 cells but does not overcome their block in cell cycle transition. Therefore, the proliferative disadvantage of Blimp-1 transduced cells can be separated from cell death in this system. A1+ Blimp-1+ WEHI 231 cells still show the differentiated phenotype characterized by IgM secretion and increased mad4 expression. In primary B cells, Blimp-1 also leads to a decrease in the expression of A1. However, the loss of A1 can be compensated in primary B cells since Blimp-1 expression does not lead to a comparable cell death as observed in WEHI 231 cells. These data suggest that levels of A1 and other anti-apoptotic molecules may determine the checkpoint between death and survival of Blimp-1 expressing B cells.
KW  - B-Lymphozyt
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Genregulation
KW  - Blimp-1
KW  - B-Zellen
KW  - terminale Differenzierung
KW  - A1
KW  - WEHI 231
KW  - retroviraler Gentransfer
KW  - IL-4
KW  - CD40
KW  - Plasmazellen
KW  - Gedächtniszellen
KW  - Blimp-1
KW  - B cells
KW  - terminal differentiation
KW  - A1
KW  - WEHI 231
KW  - retroviral gene transfer
KW  - IL-4
KW  - CD40
KW  - plasma cells
KW  - memory cells
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1571
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zellner, Elisabeth
T1  - Wechselwirkungen zwischen Replikationsproteinen und Origin-DNA während Proliferation und terminaler Differenzierung
T1  - Interactions between replication proteins and origin DNA during proliferation and terminal differentiation
N2  - Ein Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Fragestellung, ob beim Übergang von Proliferation zu Teilungsruhe und Differenzierung irreversible Veränderungen in der Zusammensetzung des präreplikativen Komplexes auftreten. Ein dafür geeignetes System ist die murine C2C12-Zell-Linie, die durch Kultivierung in Hungermedium zu Myotuben differenziert werden können. FACS-Analyse und BrdU-Einbau ergaben, dass in den Muskelzellen keine signifikante DNA-Synthese mehr stattfindet. Die Fluktuation von Replikationsproteinen wurde im Verlauf der terminalen Differenzierung untersucht. Gleiche Mengen an Kern- und Cytoplasma-Extrakten von proliferierenden, konfluenten und sich differenzierenden Zellen wurden durch SDS-PAGE aufgetrennt und im Immunblot mit Antikörpern gegen Replikationsproteine untersucht ORC1, CDC6, MCM6 und Geminin konnten nach 132 h nicht mehr detektiert werden, während ORC2, ORC3, MCM3, CDT1 und CDC45 zwar noch vorhanden waren, jedoch in geringerer Menge als in proliferierenden Zellen. Weiterhin wurde die Menge an Replikationsproteinen in durch Serummangel transient aus dem Zellzyklus ausgetretenen G0-Phase-Zellen und Zellen, die durch Serum reaktiviert wurden, untersucht. Die Replikationsproteine waren in quieszenten C2C12- und 3T3-Zellen gleichermaßen wie in den terminal differenzierten Zellen in verringerter Menge vorhanden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine Restimulierung von quieszenten, nicht aber terminal differenzierten Zellen, die erneute Expression von Replikationsproteinen zur Folge hat. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Chromatin-Immunpräzipitations-Experimente (ChIP) mit proliferierenden und terminal differenzierten C2C12-Zellen durchgeführt. Eine preRC-Assemblierungsstelle befindet sich im OBR-Bereich der murinen rRNA-Gene von -2519 bis -2152 (Fragment B). In proliferierenden C2C12-Zellen konnte die Bindung von ORC1-5, CDC6, CDT1, MCM3, MCM6, CDC45 und HP1 an Fragment B nachgewiesen werden. Während der terminalen Differenzierung werden ORC1, CDC6, CDT1 und CDC45 von der preRC-Bindungsstelle entfernt, ORC2-5, MCM3, MCM6 und HP1 bleiben an Fragment B gebunden. Die Bindung von preRC-Proteinen an Fragment B sollte durch Electrophoretic Mobility Shift Assays (EMSAs) in vitro detailliert untersucht werden. Dazu mussten zunächst preRC-Proteine nativ aus dem Kernextrakt proliferierender FM3A-Zellen durch Ionenaustausch- und Gelfiltrations-Chromatographie angereichert werden. Proteine in den Fraktionen B4 bis B12 bilden einen DNA-Protein-Komplex mit Fragment B. Die ATP-Abhängigkeit der Bildung des DNA-Protein-Komplexes wurde nachgewiesen. Die Ausbildung des DNA-Protein-Komplexes erfolgt sequenzspezifisch an Fragment B. Durch Zugabe spezifischer Antikörper gegen ORC3 und CDT1 zur Bindungsreaktion konnte die Ausbildung des DNA-Protein-Komplexes reduziert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Bildung des DNA-Protein-Komplexes unabhängig von ATP-Hydrolyse erfolgt und dass Diadenosin-Tetraphosphat (Ap4A) die Bindung von preRC-Proteinen an die DNA nicht signifikant stimuliert. Zur Eingrenzung der preRC-Bindungsstelle wurden sowohl am 5´- als auch am 3´-Ende partiell deletierte B-Fragmente eingesetzt. Mit den um 100 bp verkürzten Fragmenten kann der DNA-Protein-Komplex weiterhin gebildet werden. Deletionen von 200 bp entweder vom 5´- oder 3´-Ende verhindern hingegen die Ausbildung des DNA-Protein-Komplexes. Auf einem 119 bp langen Fragment (-2365 bis -2247), das zentral in Fragment B gelegen ist, kann sich der DNA-Protein-Komplex in einer ATP-stimulierten Weise wiederum ausbilden. Die Analyse dieses Bereiches zeigte, dass sich darin zwei auffällige 9 bp-Sequenzen (CTCGGGAGA) befinden, die im Abstand von 63 bp wiederholt werden (-2343 bis -2335; -2280 bis -2272) und die durch die 200 bp-Deletionen ganz oder teilweise eliminiert wurden. Durch ortsgerichtete Mutagenese mittels PCR wurden innerhalb dieser 9 bp-Wiederholungen die Basen C zu A, T zu G und umgekehrt ausgetauscht. In vier sukzessiven Klonierungen wurden je 4 bp ersetzt (S1 bis S4), wobei die erhaltenen Konstrukte als Ausgangs-DNA für die nachfolgende Klonierung dienten. Die Substitutionen S1, S2 und S3 beeinträchtigten die Ausbildung des DNA-Protein-Komplexes im Wesentlichen nicht. Wurden jedoch 8 bp in beiden 9 bp-Wiederholungen ersetzt (S4), war die Ausbildung des DNA-Protein-Komplexes nahezu vollständig inhibiert. S4 hat außerdem eine leichte reduzierte elektrophoretische Mobilität der proteinfreien DNA-Fragmente zur Folge. Vermutlich stellen die 9 bp-Sequenzen jedoch keine Konsensus-Sequenz für die Bindung der preRC-Proteine per se dar, sondern haben vielmehr Effekte auf die Ausbildung spezifischer Sekundär-Strukturen, die wiederum das Binden der preRC-Proteine an diese Region im OBR der murinen rRNA-Gene erlauben könnten.
N2  - One task of this work was to analyse the composition of preRCs in proliferating and terminally differentiated cells with the aim to monitor irreversible changes in the nature of preRCs upon transition from proliferation to differentiation. Murine C2C12 cells were used which can be triggered to become terminally differentiated myotubes by exposure to low mitogen medium. Differentiation was assessed by morphological examination. FACS analyses and BrdU incorporation showed the cessation of dna replication. Fluctuation of replication proteins during terminal differentiation was examined. Same amounts of nuclear and cytoplasmatic extracts, respectively, prepared from proliferating, confluent or differentiating C2C12 cells were resolved by SDS-PAGE. Immunoblot analyses were carried out using specific antibodies. After 132 h in DM ORC1, CDC6, MCM6 and geminin could not be detected in terminally differentiated myotubes at all, whereas ORC2, ORC3, MCM3, CDT1 and CDC45 were detectable, albeit at lower levels than in proliferating myoblasts. Levels of replication proteins in serum starved G0 phase cells and cells which were induced to reenter the cell cycle upon serum readdition, were investigated. Levels of replication proteins decreased in quiescent C2C12 and 3T3 cells, although different proteins were reduced to various extends. Reactivation of quiescent cells, but not terminally differentiated myotubes, resulted in reexpression of replication proteins. Chromatin immunoprecipitation analyses (ChIP) were performed comparing chromatin of proliferating cells to that of differentiated cells. A preRC binding site is localized within the OBR of the murine rRNA genes from position -2519 to -2152 (fragment B) upstream of the transcription start site. The in vivo binding of ORC1-5, CDC6, CDT1, MCM3, MCM6, CDC45 and HP1 to fragment B was observed in proliferating C2C12 cells. During terminal differentiation of C2C12 cells ORC1, CDC6, CDT1 and CDC45 are released. ORC2-5, MCM3, MCM6 and HP1, however, remain bound to fragment B. The removal of essential regulatory replication proteins like ORC1, CDC6, CDT1 and CDC45 from chromatin in terminally differentiated cells might contribute to the establishment and maintenance of an “out-of-cycle” state. One aim of the present work was to further characterize the binding of preRC proteins to fragment B in vitro by electrophoretic mobility shift assays (EMSAs). For that purpose, preRC proteins were enriched from nuclear extracts of proliferating FM3A cells by a combination of ion-exchange and gelfiltration chromatography. Purified proteins of fractions B4 to B12 caused a DNA/protein complex with fragment B. Purified preRC proteins bind exclusively to fragment B. When ORC3 and CDT1 antibodies were added to the DNA/protein binding reaction, formation of the DNA/protein complex was reduced, indicating that these proteins may play a role in formation of this DNA/protein complex. It was shown that this DNA/protein complex is formed independently of ATP hydrolysis and that diadenosine tetraphosphate (Ap4A) does not significantly stimulate binding of preRC proteins to DNA. In order to further narrow down the preRC binding site, EMSAs were performed using fragments shortened by 100 bp and 200 bp, respectively, at the 3´- or 5´-end. The DNA/protein complex is formed with both fragments truncated 100 bp at each end. However, if 200 bp are deleted, no shifts were observed, neither with fragment 5.200 nor with 3.200. On a central 119 bp fragment (-2365 to -2247) the DNA/protein complex is formed in an ATP-stimulated manner. Two conspicuous 9 bp sequence elements, CTCGGGAGA, were observed which are repeated at intervals of 63 bp (-2343 to -2335; -2280 to -2272). The sequence of these elements was altered by introducing C to A, T to G and vice versa substitutions. 4 successive substitutions of 4 bp each were constructed and the constructs were used as template DNA for subsequent mutageneses. Substitutions S1, S2 or S3 did not affect formation of the DNA/protein complex. If, however, 8 bp out of 9 bp in both sequence elements were substituted (S4), formation of the DNA/protein complex is abrogated. A naked S4 DNA fragment migrates distinctly slower than WT and S1-S3 suggesting that the secondary structure of the DNA is altered as a result of nucleotide substitutions. Probably, the 9 bp repeats do not constitute a consensus binding site per se, but rather have effects on formation of specific secondary DNA structures which in turn allow binding of preRC proteins to this region of murine rDNA.
KW  - Replikation
KW  - Proteine
KW  - Replikationsursprung
KW  - Proliferation
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - DNA-Replikation
KW  - Proliferation
KW  - terminale Differenzierung
KW  - präreplikativer Komplex
KW  - Origin
KW  - DNA replication
KW  - proliferation
KW  - terminal differentiation
KW  - prereplicative complex
KW  - origin
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15263
ER  -