TY  - THES
A1  - Govindaraj, Vijayakumar
T1  - Improved Cardiac Glucose Uptake: A Potential Mechanism for Estrogens to Prevent the Development of Cardiac Hypertrophy
N2  - The incidence of cardiovascular diseases including cardiac hypertrophy and failure in pre-menopausal women is lower compared to age-matched men but the risk of heart disease increases substantially after the onset of menopause. It has been postulated that female sex hormones play an important role in cardiovascular health in pre-menopausal women. In animal studies including spontaneously hypertensive (SHR) rats, the development of cardiac hypertrophy is attenuated by 17β-estradiol treatment. Cardiac energy metabolism is crucial for normal function of the heart. In cardiac hypertrophy and heart failure, the myocardium undergoes a metabolic shift from fatty acid as primary cardiac energy source to glucose, which re-introduces the fetal type of metabolism that representing the glucose as a major source of energy. Many studies have reported that the disruption of the balance between glucose and fatty acid metabolism plays an important role in cardiac pathologies including hypertrophy, heart failure, diabetes, dilative cardiomyopathy and myocardial infarction. Glucose enters cardiomyocytes via GLUT1 and GLUT4 glucose transporters and GLUT4 is the major glucose transporter which is insulin-dependent. Cardiac-selective GLUT4 deficiency leads to cardiac hypertrophy. This shows that the decrease in cardiac glucose uptake may play a direct role in the pathogenesis of cardiac hypertrophy. Estrogens modulate glucose homeostasis in the liver and the skeletal muscle. But it is not known whether estrogens affect also cardiac glucose uptake which could provide another mechanism to explain the prevention of cardiac hypertrophy by female sex hormones. In the present study, SHR Rats were ovariectomized (OVX), not ovariectomized (sham) or ovariectomized and treated with subcutaneous 17β-estradiol. After 6 weeks of treatment, body weight, the serum levels of estrogen, insulin, intra-peritoneal glucose tolerance test (IP-GTT), myocardial glucose uptake by FDG-PET (2-(18F)-fluoro-deoxyglucose (18FDG) and Positron Emission Tomography), cardiac glucose transporter expression and localization and cardiac hexokinase activity were analyzed. As results of this study, PET analysis of female SHR revealed decreased cardiac glucose uptake in OVX animals compared to intact that was normalized by estrogen supplementation. Interestingly, there was no change in global glucose tolerance among the treatment groups. Serum insulin levels and cardiac hexokinase activity were elevated by E2 substitution. The protein content of cardiac glucose transporters GLUT-4 and GLUT-1, and their translocation as determined by fractionation studies and immuno-staining did not show any significant change by ovariectomy and estrogen replacement. Also levels of insulin receptor substrate-1 (IRS-1) and its tyrosine phosphorylation, which is required for activation and translocation of GLUT4, was un-affected in all groups of SHR. Cardiac gene expression analysis in SHR heart showed that ei4Ebp1 and Frap1 genes which are involved in the mTOR signaling pathway, were differentially expressed upon estrogen treatment. These genes are known to be activated in presence of glucose in the heart. As a conclusion of this study, reduced myocardial FDG uptake in ovariectomized spontaneously hypertensive rat is normalized by 17β-estradiol treatment. Increased myocardial hexokinase appears as a potential mechanism to explain increased myocardial glucose uptake by 17β-estradiol. Increased cardiac glucose uptake in response to 17β-estradiol in ovariectomized SHR may provide a novel mechanism to explain the reduction of cardiac hypertrophy in E2 treated SHR. Therefore, 17β-estradiol improves cardiac glucose utilization in ovariectomized SHR which may give rise to possible mechanism for its protective effects against cardiac hypertrophy.
N2  - Erkrankungen des kardiovaskulären Systems, wie beispielsweise Herzhypertrophie oder Herzinsuffizienz treten bei Frauen vor der Menopause im Vergleich zu gleichaltrigen Männern seltener auf. Das Risiko für eine solche kardiovaskuläre Erkrankung steigt jedoch drastisch mit dem Beginn der Menopause an. Aus diesem Grund wird angenommen, dass weibliche Geschlechtshormone kardioprotektive Wirkungen besitzen. Tierstudien an spontan hypertensiven Ratten (SHR) haben belegt, dass eine Herzhypertrophie durch die Behandlung der Tiere mit 17β-Estradiol abgemildert werden kann. Entscheidend für die Funktion des Myokards ist sein Energiemetabolimus, der sich im Verlauf einer Hypertrophie oder Herzinsuffizienz vom primären Fettsäurestoffwechsel auf Glucosemetabolismus umschaltet. Diese Situation entspricht der des fetalen Herzens. Viele Studien haben belegt, dass eine Störung der Balance zwischen Glucose- und Fettsäurestoffwechsel oftmals ein erstes Anzeichen für einen pathologischen Zustand des Herzens, wie z.B. Hypertrophie, Herzinsuffizienz, Diabetes, dilative Kardiomyopathie und Myokardinfarkt ist. Im gesunden Herzen gelangt Glucose über die zwei Glucosetransporter GLUT1 und GLUT4 in die Zellen des Myokards, wobei der insulinabhängige Glut4-Transporter der Hauptglucosetransporter ist. Eine GLUT4-Defizienz führt daher ebenfalls zu einer Herzhypertrophie was wiederum zeigt, dass eine verminderte Glucoseaufnahme im direkten Zusammenhang mit pathologischen Zuständen des Herzens steht. Bisherige Studien haben gezeigt, dass Östrogen an der Glucosehomöostase in Leber und Skelettmuskeln beteiligt ist. Jedoch ist wenig darüber bekannt, ob Östrogen ebenfalls in die kardiale Glucosehomöostase eingreift und inwiefern die kardioprotektive Wirkung des Östrogens in diesem Zusammenhang steht.In der vorliegenden Arbeit wurden weibliche SH-Ratten ovariektomiert (OVX), nicht ovariektomiert (sham) oder ovariektomiert und zusätzlich subkutan mit 17β-Estradiol behandelt. Nach einer Behandlungszeit von 6 Wochen wurden dann das Körpergewicht, die Serumspiegel von Östrogen, Insulin und IPGTT bestimmt, und die Glucoseaufnahme des Myokards mittels FDG-PET analysiert. Zusätzlich wurden Expression und zelluläre Lokalisation der kardialen Glucosetransporter sowie die kardiale Hexokinaseaktivität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich eine verminderte Glucoseaufnahme des Herzens bei ovariektomierten Tieren durch Östrogen-Supplementation normalisieren lässt. Eine Abweichung bezüglich der Glucosetoleranz der einzelnen Gruppen konnte nicht beobachtet werden. Jedoch konnte ein erhöhter Insulinspiegel des Serums und eine erhöhte kardiale Aktivität des Enzyms Hexokinase durch die Behandlung mit Östrogen bei den ovariektomierten Tieren beschrieben werden. Durch Fraktionierungen und immunhistologische Untersuchungen konnte kein signifikanter Unterschied in Bezug auf die Menge sowie die Translokation der Glucosetransporter GLUT1 und GLUT4 im Myokard zwischen den einzelnen Behandlungen der Tiere beschrieben werden. Ferner konnte zwischen den einzelnen Tiergruppen auch kein Unterschied zwischen dem Insulin Rezeptor Substrat-1 (IRS-1) und seiner Tyrosin-phosphorylierten Form festgestellt werden, die für die Aktivierung und Translokation des GLUT4 benötigt werden. Analysen der Genexpression in den Herzen der SH-Ratten konnten allerdings zeigen, dass die Gene ei4Ebp1 und Frap1, die im mTOR Signalweg involviert sind, bei den Östrogen-supplementierten Tieren ein abweichendes Expressionsmuster aufweisen. Über diese Gene ist bekannt, dass sie in der Gegenwart von Glucose im Herzen aktiviert werden und bei der Entstehung einer Herzhypertrophie mitwirken. Basierend auf den PET-Analysen und der Hexokinaseaktivität lässt sich als Resultat dieser Arbeit aussagen, dass Östrogen die kardiale Glucoseaufnahme in SH-Ratten fördert. Diese Ergebnisse könnten einen Hinweis auf einen noch unbekannten Mechanismus geben, um die protektive Wirkung des Östrogens im Hinblick auf die Herzhypertrophie zu erklären. Hinsichtlich der Tatsache, dass keine Veränderungen in der Translokation der GLUT4-Transporter in der Plasmamembran bei den einzelnen Behandlungen der Tiere zu verzeichnen sind, jedoch Veränderungen der Glucoseaufnahme durch die PET-Analysen dargestellt werden konnten, besteht jedoch noch Erklärungsbedarf. Es liegen diverse Studien vor, die diesen Unterschied damit erklären könnten, dass der GLUT4-Transporter in einer inaktiven Form in der Plasmamembran vorliegt bis die Glucoseaufnahme durch den GLUT4-Transporter mittels der Insulin Signaltransduktionskaskade reguliert wird.
KW  - estrogen
KW  - estrogen receptor
KW  - cardiac hypertrophy
KW  - cardiac metabolism
KW  - Glut4
KW  - estrogen
KW  - estrogen receptor
KW  - cardiac hypertrophy
KW  - cardiac metabolism
KW  - Glut4
KW  - estrogen
KW  - estrogen receptor
KW  - cardiac hypertrophy
KW  - cardiac metabolism
KW  - Glut4
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35911
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hallhuber, Matthias
T1  - Inhibition of Nuclear Import of Calcineurin Prevents the Development of Myocardial Hypertrophy
T1  - Inhibition des nukleären Imports von Calcineurin verhindert die Entwicklung myokardialer Hypertrophie
N2  - The Calcineurin/NFAT signaling cascade is a crucial transducer of cellular function. It has recently been emerged that in addition to the transcription factor NFAT, the phosphatase Calcineurin is also translocated to the nucleus. Our traditional understanding of Calcineurin activation via sustained high Ca2+-levels was also advanced by recent findings from this working group (AG Ritter), which showed that Calcineurin is activated by proteolysis of the C-terminal autoinhibitory domain. This leads to the constitutive activation and nuclear translocation of Calcineurin. Therefore, Calcineurin is not only responsible for dephosphorylating of NFAT in the cytosol thus enabling its nuclear import, its presence in the nucleus is also significant in ensuring the full transcriptional activity of NFAT. Formation of complexes between transcription factors and DNA regulates the transcriptional process. Therefore, the time that transcription factors remain nuclear is a major determinant of transcriptional activity. The movement of proteins over ~40 kDa into and out of the nucleus is governed by the nuclear pore complex (NPC). Transcription factors and enzymes that regulate the activity of these proteins are shuttled across the nuclear envelope by proteins that recognize nuclear localization signals (NLS) and nuclear export signals (NES) within the amino acid sequence of these transcription factors. In this study, the precise mechanisms of Calcineurin nuclear import and export were identified. Additionally to the nuclear localization sequence (NLS) and the nuclear export sequence (NES) within the sequence of Calcineurin, the respective nuclear cargo proteins, responsible for nuclear import, Importinβ1, and for nuclear export, CRM1, were identified. Inhibition of the Calcineurin/importin interaction by a competitive peptide, called Import Blocking Peptide (IBP), which mimicked the Calcineurin NLS, prevented nuclear entry of Calcineurin. A non-inhibitory control peptide showed no effect. Using this approach, it was able to prevent the development of myocardial hypertrophy. In Angiotensin II stimulated cardiomyocytes, both the transcriptional and the translational level was suppressed. Additionally, cell size and expression of Brain natriuretic peptide (as molecular marker for hypertrophy) were significantly reduced compared untreated controls. IBP worked dose-dependent, but did not affect the Calcineurin phosphatase activity. In conclusion, Calcineurin is not only capable of dephosphorylating NFAT, thus enabling its nuclear import, its presence in the nucleus is also important for full NFAT transcriptional activity. Using IBP to prevent the nuclear import of Calcineurin is a completely new approach to prevent the development of myocardial hypertrophy.
N2  - Die Calcineurin/NFAT – Signalkaskade spielt eine wichtige Rolle innerhalb der zellulären Funkionalität. Es wurde bereits gezeigt, dass neben NFAT auch die Phosphatase Calcineurin in den Zellkern transportiert wird. Die bisherigen Vorstellungen zur Aktivierung von Calcineurin durch erhöhte intrazelluläre Ca2+-Konzentrationen wurden durch aktuellste Ergebnisse dieser Arbeitsgruppe (AG Ritter) neu diskutiert. Es wurde gezeigt, dass Calcineurin durch gezielte Proteolyse der autoinhibitorischen Domäne konstitutiv aktiviert werden kann und in den Zellkern transportiert wird. Calcineurin ist daher nicht nur verantwortlich für die im Zytosol stattfindende Dephosphorylierung von NFAT, sondern übernimmt auch eine wichtige Funktion im Zellkern. Die nukleäre Lokalisation von Calcineurin ist essentiell für die vollständige transkriptionelle Aktivität von NFAT. Die Komplexbildung zwischen Transkriptionsfaktoren und DNA reguliert die Transkription. Aus diesem Grund spielt die nukleäre Verweildauer diverser Transkriptionsfaktoren eine tragende Rolle. Der Transport von Proteinen (> 40 kDa) in den und aus dem Zellkern erfolgt über nukleäre Porenkomplexe, wobei die zu transportierenden Proteine mittels nukleärer Lokalisationssequenzen (NLS) / nukleärer Exportsequencen (NES) durch die entsprechenden Transportportproteine (Karyopherine) erkannt werden. In dieser Arbeit wurden die genauen Mechanismen des Imports und des Exports von Calcineurin identifiziert. Zusätzlich konnten die NLS/NES von Calcineurin und die entsprechenden Karyopherine, Importinβ1 für den Import bzw. CRM1 für den Export, ermittelt werden. Die Inhibition der Calcineurin/Importin Interaktion durch ein kompetitives Peptid, welches als Import Blocking Peptide (IBP) bezeichnet wurde und der NLS von Calcineurin entspricht, verhinderte den nukleären Import von Calcineurin. Durch diesen Mechanismus war es möglich, die Entwicklung kardialer Hypertrophie zu verhindern. In Angiotensin II stimulierten Kardiomyozyten konnten sowohl die transkriptionelle, als auch die translationelle Aktivität reduziert werden. Des Weiteren wurden das Zellwachstum und die Expression von BNP unterdrückt. Das Blockpeptid wirkte konzentrationsabhängig, beeinflusste aber die Phosphatase-Eigenschaft von Calcineurin nicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Calcineurin, nicht nur verantwortlich für die Dephosphorylierung von NFAT ist, sondern die nukleäre Lokalisierung ebenfalls eine entscheidende Rolle für die volle transkriptionelle Aktivität von NFAT spielt. Die Verwendung von IBP, um den nukleären Import von Calcineurin zu verhindern, stellt ein völlig neues Konzept dar, die Entwicklung kardialer Hypertrophie zu unterdrücken.
KW  - Calcineurin
KW  - Inhibition
KW  - Blockpeptid
KW  - myokardiale Hypertrophie
KW  - Calcineurin
KW  - Inhibition
KW  - Blocking Peptide
KW  - Myocardial Hypertrophy
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23536
ER  - 
TY  - THES
A1  - Visan, Ioana Andreea
T1  - The CD23 receptor-regulation of expression and signal transduction
N2  - Bisher sind zwei Isoformen des humanen CD23 (CD23a und CD23b) beschrieben. Beide unterscheiden sich lediglich in 6-7 Resten im N-terminalen, zytoplasmatischen Anteil. CD23a wird ausschließlich auf B-Zellen exprimiert, während CD23b sowohl auf B-Zellen als auch auf Monozyten, eosinophilen Granulozyten, Makrophagen und zahlreichen anderen Zelltypen durch Stimulation mit IL-4 induziert werden kann. Die beiden Isoformen vermitteln wahrscheinlich unterschiedliche Funktionen. CD23a gilt als Isoform, welche vornehmlich mit der Endozytose von IgE-Immunkomplexen und der Vermittlung von Antigen-Präsentation auf B-Zellen assoziiert ist. CD23b besitzt ein Phagozytose-Motiv und scheint bei der Phagozytose IgE besetzter Partikel, der Freisetzung von Zytokinen und der Bildung von Peroxiden eine Rolle zu spielen. Frühere Untersuchungen legen die Vermutung nahe, dass die beiden Isoformen zwei getrennte Signalübertragungswege miteinander verbinden. Die Gegenüberstellung von Ereignissen, welche in Zellen, die nur eine einer oder beide Isoformen von CD23 besitzen, stattfinden, legt die Vermutung nahe, dass CD23b cAMP und iNOS hochreguliert, wohingegen CD23a einen Anstieg des intrazellulären Kalziums vermittelt. Im ersten Teil unserer Untersuchungen haben wir die Regulation der B-Zell-spezifischen Expression von CD23a analysiert. Pax-5 ist ein auf B-Zellen beschränkter Transkriptionsfaktor, welcher für die frühe und späte B-Zellentwicklung von entscheidender Bedeutung ist. Mögliche Pax-5 Bindungsstellen wurden in den proximalen Abschnitten des CD23a Promotors vermutet. Die Analyse des CD23a Promotors ergab drei mutmaßliche Pax-5 Bindungsstellen mit mehr als 50% Homologie zur Konsensus-Sequenz. Eine dieser Bindungsstellen, namens CD23-1, kann mit einer hochaffinen Pax-5 Bindungsstelle konkurrieren oder direkt das Pax-5 Protein in Elektromobilitäts Experimenten (EMSA) binden. Das Einfügen von Mutationen an dieser Stelle verhindert die Bindung. Ein weiterer Versuch, bei dem die gesamte Länge des CD23a Promotors durch überlappende Peptide in einem kompetitiven Verfahren gegenüber hoch affinen Bindungsstellen getestet wurde, zeigt ebenso CD23-1 als die einzige Stelle, welche direkt Pax-5 binden kann. In weiteren Experimenten führte die Expression von Pax-5 in 293 Zellen zu einer 7fachen Aktivierung eines CD23a Kernpromotor Konstrukts. Die Kotransfektion zusammen mit STAT6 zeigte, dass Pax-5 mit diesem Transkriptionsfaktor kooperiert, indem es die Transkriptionsrate eines vergrößerten CD23a Promotorkonstrukts erhöht. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass die ektope Expression von Pax-5 in der monozytären Zelllinie U-937, die normalerweise nur die CD23b Isoform exprimiert, dann zu einer Expression von CD23a nach Stimulation mit IL-4 und PMA führte. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Pax-5 in der auf B-Zellen beschränkten Expression der CD23 Isoform eine Schlüsselrolle zukommt. Im zweiten Teil des Projekts haben wir ein “Zwei-Hefen-Hybrid-System“ (Cyto-Trap von Stratagene) verwendet, um nach zytoplasmatischen Interaktionspartnern für den CD23 Rezeptor zu suchen. Das System wurde modifiziert um eine hohe Effizienz an Transformation zu erzielen. Unterschiedliche „Köder“-Vektorkonstrukte wurden hergestellt. Das Screening wurde mittels einer humanen Milzbibliothek mit dem Zielvektor des Systems durchgeführt. Die anfangs benutzten Konstrukte –pSosCD23a und pSosCD23b – exprimierten sehr kurze (22 Aminosäuren) zytoplasmatischen Reste der Isoformen am C-terminalen Ende des Fusionsproteins (humanes SOS). Verbesserte Konstrukte (pSos CD23a+Linker und pSosCD23b+Linker) exprimierten den zytoplasmatischen Anteil von CD23a/b am N-terminalen Ende des humanen SOS und hatten folglich den N-terminalen Anteil als Andockstelle frei, entsprechend den Bedingungen in vivo. Eine flexible Verbindungsregion trennte die Fusionsproteine, um auf diese Weise die kurze Aminosäurekette deutlich „sichtbar“ werden zu lassen. Annähernd drei Millionen Klone wurden mittels der verschiedenen Konstrukte untersucht. Dabei konnte keine tatsächlich positive Interaktion gefunden werden. Stattdessen fand sich eine vergleichsweise hohe Zahl falsch-positiver Klone. Diese wiederum wurden in einem zweiten “Zwei-Hefen-Hybrid-System“ getestet. In Zukunft wird ein neues Konstrukt als Köder verwendet werden. Hierbei wurde ein Tyrosin-Rest im zytoplasmatischen Anteil von CD23a durch Glutamat ersetzt. Das System wurde bereits dazu verwendet, die Interaktion zwischen CD23 und p59fyn - einem Mitglied der Src-Familie von Proteinkinasen, welches mit CD23a assoziiert sein soll – zu testen. Jedoch konnte im CytoTrap “Zwei-Hefen-Hybrid-System“ keine Wechselwirkung nachgewiesen werden. Zusammenfassend zeigt das zentrale Ergebnis der Arbeit, dass Pax-5 der Schlüsselregulator ist, der die B-Zell-spezifische Expression von CD23a ermöglicht. Zusätzlich wurde ein “Zwei-Hefen-Hybrid-System“ etabliert, mit dem zytoplasmatische Interaktionspartner für die CD23 Isoformen gefunden werden können.
N2  - Two isoforms of human CD23 (CD23a and CD23b) have been described. They differ by only 6-7 residues in the N-terminal cytoplasmic tail. CD23a is restrictively expressed on B-cells while CD23b is inducible on B-cells, as well as monocytes, eosinophils, macrophages and a variety of other cell types, after IL-4 stimulation. The two isoforms seems to have different functions. CD23a appears to be the isoform associated with endocytosis of IgE immune complexes and mediating antigen presentation on B-cells. CD23b has a phagocytosis motif and seems to be involved in the phagocytosis of IgE-coated particles, cytokine release and the generation of superoxides. Previous studies indicate that the two isoforms connect to different signal transduction pathways. Comparing the cells that express only one or both CD23 isoforms suggests that CD23b is involved in upregulating cAMP and iNOS, whereas CD23a mediates an increase in intracellular calcium. In the main part of the study we investigated how the CD23a B-cell specific expression is regulated. Pax-5 is a B-cell restricted transcription factor with an essential role in early and late B-cell development. Putative Pax-5 binding sites have been predicted in the CD23a proximal promoter. Analyses of the CD23a promoter revealed three putative Pax-5 binding sites with more than 50% homology to the consensus sequence. One of these sites, named CD23-1 can compete a high affinity Pax-5 binding site or can directly bind Pax-5 protein in electrophoretic mobility shift assays. Introducing mutations into this site abrogates the binding. A different approach, in which overlapping peptides covering the length of the CD23a promoter were tested in competition assays against a high affinity binding site, also revealed CD23-1 as the only site that directly binds Pax-5 protein. Expression of Pax-5 in 293 cells resulted in a 7-fold activation of a CD23a core promoter construct. Co-transfection together with STAT6 showed that Pax-5 cooperates with this transcription factor in enhancing the level of transcription of a CD23a extended promoter construct. Most importantly, ectopic expression of Pax-5 in the monocytic cell line U-937 that regularly expresses only the CD23b isoform enabled a significant CD23a expression after stimulation with IL-4 and PMA. Our results suggest that Pax-5 is a key regulator of the B-cell restricted expression of the CD23a isoform. In the second part of the project, we used a yeast two-hybrid system (CytoTrapTM from Stratagene) in order to look for cytoplasmic interaction partners for the CD23 receptor. The system was established in order to reach a high efficiency of transformation and different bait vector constructs were made. The screening was performed using a human spleen library cloned in the target vector of the system. The first bait constructs used (pSosCD23a and pSosCD23b) expressed the very short (22 amino acids) cytoplasmic tails of the isoforms at the C-terminal end of the fusion protein (human SOS). Improved bait constructs, (pSosCD23a+Linker and pSos CD23b+Linker) expressed the cytoplasmic tail of CD23a/b at the N-terminal side of the human SOS and had in consequence the N-terminal part free as a bait, as it occurs in vivo. A flexible linker region separated the fusion proteins in order to make the small amino acid bait chain more obvious. Approximately three million library clones were screened with these various constructs. No “true positive” interaction was detected. A relatively high number of “false positive” clones were obtained and checked in another two-hybrid system. A new bait construct, in which the tyrosine residue in the cytoplasmic tail of CD23a was replaced by a glutamic acid residue will be used for future screening. The system was also used in order to test the interaction between CD23 and p59fyn, a member of the Src family of protein kinases that was mentioned to associate with CD23a. No interaction was detected by using the CytoTrap two-hybrid system. In conclusion, the key result of the study demonstrates that Pax-5 is a main regulator of the B-cell specific expression of the CD23a isoform. In addition, a two-hybrid system was established and employed in order to look for cytoplasmic interaction partners for CD23.
KW  - Antigen CD23
KW  - Promotor <Genetik>
KW  - Genregulation
KW  - CD23
KW  - Pax-5
KW  - Zwei-Hefen-Hybrid-System
KW  - Promotor Regulation
KW  - CD23
KW  - Pax-5
KW  - promoter regulation
KW  - two-hybrid system
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5556
ER  - 
TY  - THES
A1  - Christensen, Morten Overby
T1  - Dynamics of human DNA Topoisomerases I and II
T1  - Dynamic von Human DNA Topoisomerases I and II
N2  - The first goal of this study was to develop cell lines with a stable expression of bio-fluorescent topo II and topo I. This was successfully achieved using a bicistronic vector system. Control experiments showed that proteins of expected size were expressed, and that GFP-tagged topos I, IIa, and IIb were active in the cells and fully integrated in the endogenous pools of the enzymes. These cell-lines provided a novel tool for investigating the cell biology of human DNA topoisomerases. Our most important finding was, that both types of mammalian topoisomerases are entirely mobile proteins that are in continuous and rapid flux between all compartments of the nucleus and between the cytososl and the chromosomes of mitotic cells. This was particularly surprising with regard to topo II, which is considered to be a structural component of the nuclear matrix and the chromosome scaffold. We must conclude that if this was the case, then these architectural structures appear to be much more dynamic than believed until now. In this context it should also be mentioned, that the alignment of topo II with the central axes of the chromosome arms, which has until now been considered a hall-mark of the enzyme’s association with the chromosomal scaffold, is not seen in vivo and can be demonstrated to be to some extent an artefact of immunohistochemistry. Furthermore, we show that the two isoforms of topo II (a and b) have a different localisation during mitotic cell division, supporting the general concept that topo II functions at mitosis are exclusively assigned to the a-form, whereas at interphase the two isoenzymes work in concert. Despite unrestricted mobility within the entire nuclear space, topoisomerases I and II impose as mostly nucleolar proteins. We show that this is due to the fact that in the nucleoli they are moving slower than in the nucleoplasm. The decreased nucleolar mobility cannot be due to DNA-interactions, because compounds that fix topoisomerases to the DNA deplete them from the nucleoli. Interestingly, the subnucleolar distribution of topoisomerases I and II was complementary. The type II enzyme filled the entire nucleolar space, but excluded the fibrial centers, whereas topo I accumulated at the fibrial centers, an allocation directed by the enzyme’s N-terminus. During mitosis, it also mediates association with the nucleolar organising regions of the acrocentric chromosomes. Thus, topo I stays associated with the rDNA during the entire cell-cycle and consistently colocalizes there with RNA-polymerase I. Finally, we show that certain cancer drugs believed to act by stabilising covalent catalytic DNA-intermediates of topoisomerases, do indeed immobilize the enzymes in living cells. Interestingly, these drugs do not target topoisomerases in the nucleoli but only in the nucleoplasm.
N2  - Diese Arbeit hatte zunächst zum Ziel, humane Zelllinien zu etablieren, in denen GFP-Chimären der humanen DNS-Topoiosmerasen I, IIa und IIb stabil und constitutiv exprimiert werden. Dies wurde mit Hilfe eines bicistronischen Expressionsvektors erreicht, der eine quasi physiologische Expression der GFP-Chimären in humanen Zellen ermöglichte. Wir zeigen, dass die chimärischen Proteine die erwartete Größe haben, aktiv sind, und vollständig in die jeweiligen endogenen Enzympopulationen integriert werden. Damit halten wir ein ideales Werkzeug zur Untersuchung der Zellbiologie der Topoisomerasen in Händen. Sowohl Topoisomerase I, als auch die beiden Typ II-Enzyme innerhalb des Zellkerns vollständig mobil sind und zwischen Nukleoplasma und Nukleolen, sowie zwischen Zytosol und Chromosmen mitotischer Zellen ständig austauschen. Dieser Befund ist insbesondere hinsichtlich der Topoisomerase II erstaunlich, da man bisher davon ausgeht, dass dieses Enzym eine zentrale Rolle bei der Konstituierung der Kernmatrix bzw. des Chromosomengerüstes spielt, was mit einem vollständig und rasch beweglichen Protein unvereinbar scheint. Falls Topoisomerase II tatsächlich eine solche Rolle spielen sollte, müssen die Kernmatrix und das Chromosomengerüst sehr viel dynamischere Strukturen sein, als bisher angenommen. Es sei in diesem Zusammenhang auch darauf hingewiesen, dass wir in der lebenden Zelle keine Konzentrierung der Topoisomerase entlang der zentralen Längsachsen der Chromosmenarme gesehen haben, was bisher als Markenzeichen von deren Gerüstfunktion galt. Vielmehr konnten wir zeigen, dass eine solche axiale Anordnung überwiegend ein Artefakt immunhistologischer Methoden darstellt. Wir zeigen weiterhin, dass die beiden Isoformen der Topoisomerase II (a und b) während der Zellteilung unterschiedlich lokalisiert sind, was mit dem generellen Konzept zusammenpasst, dass nur die a-Form mitotische Funktionen wahrnimmt, während die beiden Isoenzyme in der Interphase konzertiert arbeiten. Ungeachtet ihrer unbegrenzten Mobilität innerhalb des gesamten Zellkerns, imponieren Topoiosmerase I und II in der lebende Zelle als überwiegend nukleoläre Proteine, was damit zusammenhängt, dass sie sich hier etwas langsamer bewegen, als im Nukleoplasma. Diese relative Abbremsung kann nicht auf DNS-Interaktionen beruhen, weil chemische Susbtanzen, die Topoisomerasen an der DNS fixieren, eine Entleerung der Nukleolen bewirken. Interessanterweise ist die subnukleoläre Verteilung von Topoisomerase I und II komplementär. Die Typ II- Enzyme füllen den gesamten nukleolären Raum aus, sparen aber die fibrillären Zentren aus, während das Typ I- Enzym fast ausschließlich an den fibrillären Zentren zu finden ist. Diese Assoziation wird durch den N-Terminus des Enzyms vermittelt, der darüber hinaus während der Mitose auch die Bindung an die nukelolären Organisationszentren der akrozentrischen Chromosomen bewirkt. So bleibt Topoisomerase I über den gesamten Zellzyklus hinweg mit der rDNS physisch verbunden und kolokalisiert hier mit der RNS-Polymerase I. Schließlich konnten wir zeigen, das bestimmte Tumnortherapeutika, von denen man annimt, dass sie über eine Stabilisierung der kovalenten katalytischen DNS-Intermediate der Topoiosmerasen wirken, diese Enzyme in der lebenden Zelle tatsächlich immobil machen. Interssanterweise treffen diese Substanzen überwiegend im Nukleolplasma und nicht in den Nukleolen.
KW  - Mensch
KW  - DNS-Topoisomerasen
KW  - Molekulargenetik
KW  - Topoisomerase I
KW  - Topoisomerase II
KW  - Mobilitet
KW  - Drogen
KW  - Krebs
KW  - Topoisomerases I
KW  - Topoisomerase II
KW  - Mobility
KW  - Drugs
KW  - Cancer
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4927
ER  - 
TY  - THES
A1  - Grue, Pernille
T1  - The physiological role of the two isoforms of DNA topoisomerase II in human cells
T1  - Die Physiologische Rolle der beiden Isoformen der DNS Topoisomerase II in humanen Zellen
N2  - Unique functions of DNA topoisomerase IIalpha and IIbeta have been suggested. A human cell line which carries a homozygeous mutation of the nuclear localization sequence of the topoisomerase IIalpha gene expresses the isoform outside the nucleus at the onset of mitosis. At mitosis topoisomerase IIbeta diffused away from the chromatin despite the nuclear lack of the IIalpha-form. Chromosome condensation and disjunction was performed with the aid of cytosolic topoisomerase IIalpha which bound to the mitotic chromatin with low affinity. Consequently an increased rate of nondisjunction is observed in these cells. It is concluded that high affinity chromatin binding of topoisomerase IIalpha is essential for chromosome condensation/disjunction and that topoisomerase IIbeta does not adopt these functions. A centrosomal protein was recognized by topoisomerase IIalpha. This topoisomerase IIalpha-like protein resembles a modified form of topoisomerase IIalpha with an apparent size of 205 kDa compared to 170 kDa. The expression of the protein is constant in all stages of the cell cycle and it appears in proliferating as well as in resting cells. If there is not sufficient topoisomerase IIalpha present at mitosis the centrosomal proteins might adopt the function and a mitotic catastrophe in the cells could therefore be prevented.
N2  - Die exakt Funktion der zwei Isoformen der DNS Topoisomerase II, genannt Topoisomerase IIalpha und Topoisomerase IIbeta ist bisher unbekannt. Eine humanen Zelllinie hatte eine homozygote Deletion in der Nukleären Lokalisations Sequenz im Topoisomerase IIalpha Gen. In dieser Zelllinie wurde Topoisomerase IIalpha während der Interphase außerhalb des Kerns exprimiert. Während der Mitose diffundierte die gesamte Topoisomerase IIbeta trotz intranukleärem Mangel an IIalpha-Isoform vom Chromatin ab. Die Kondensation der Chromosomen und die Disjunktion mit der Hilfe von zytosolischen Topoisomerase IIalpha fand statt, die sich mit niedriger Affinität an mitotisches Chromatin bindet. Folglich kann eine zunehmende Rate von non-Disjunktion in diesen Zellen festgestellt werden. Daraus kann geschlossen werden, daß die hohe Affinität der Chromatin-Bindung von Topoisomerase IIalpha essentiell für die chromosomomale Kondensation und Disjunktion ist. Außerdem konnte Topoisomerase IIbeta nicht die Funktionen der IIalpha-Isoform übernehmen. Ein zentrosomales Protein wird von der humanen Topoisomerase IIalpha erkannt. Das Topoisomerase IIalpha-ähnliche Protein gleicht einer modifizierten Form von Topoisomerase IIalpha mit einer vermeintlichen Größe von 205 kDa im Vergleich zu 170 kDa. Die Expression der Topoisomerase IIalpha ist konstant in allen Phasen des Zellzyklus und es taucht in proliferierenden und in ruhende Zellen auf. Folglich könnte aktive Topoisomerase II von diesen Pool an aktiven Enzymen bei Anfang der Mitose freigesetzt werden, um die fehlende Enzymaktivität zu ersetzen.
KW  - DNS-Gyrase
KW  - DNS-Topoisomerasen
KW  - Physiologie
KW  - Topoisomerase II alpha
KW  - Mitose
KW  - Kondensation
KW  - non-Disjunktion
KW  - zentrosomales Protein
KW  - topoisomerase II alpha
KW  - mitosis
KW  - condensation
KW  - non-disjunction
KW  - centrosomal protein
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1369
ER  -