TY  - THES
A1  - Raffelsbauer, Diana
T1  - Identification and characterization of the inlGHE gene cluster of Listeria monocytogenes
T1  - Identifizierung und Charakterisierung des inlGHE-Genclusters von Listeria monocytogenes
N2  - In the present study, a new gene cluster of Listeria monocytogenes EGD containing three internalin genes was identified and characterized. These genes, termed inlG, inlH and inlE, encode proteins of 490, 548 and 499 amino acids, respectively, which belong to the class of large, surface-bound internalins. Each of these proteins contains a signal peptide, two regions of repeats (Leucine-rich repeats and B repeats), an inter-repeat region and a putative cell wall anchor sequence containing the sorting motiv LPXTG. PCR analysis revealed the presence of the inlGHE gene cluster in most L. monocytogenes serotypes. A similar gene cluster termed inlC2DE localised to the same position on the chromosome was described in a different L. monocytogenes EGD isolate. Sequence comparison of the two clusters indicates that inlG is a new internalin gene, while inlH was generated by a site-specific recombination leading to an in-frame deletion which removed the 3'-terminal end of inlC2 and a 5'-portion of inlD. The genes inlG, inlH and inlE seem to be transcribed extracellularly and independent of PrfA. To study the function of the inlGHE gene cluster several in-frame deletion mutants were constructed which lack the genes of the inlGHE cluster individually or in combination with other inl genes. When tested in the mouse model, the inlGHE mutant showed a significant reduction of bacterial counts in liver and spleen in comparison to the wild type strain, indicating that the inlGHE gene cluster plays an important role in virulence of L. monocytogenes. The ability of this mutant to invade non-phagocytic cells in vitro was however two- to three-fold higher than that of the parental strain. To examine whether deletion of the single genes from the cluster has the same stimulatory effect on invasiveness as deletion of the complete gene cluster, the single in-frame deletion mutants inlG, inlH and inlE were constructed. These mutants were subsequently reverted to the wild type by introducing a copy of the corresponding intact gene into the chromosome by homologous recombination using knock-in plasmids. To determine a putative contribution of InlG, InlH and InlE in combination with other internalins to the entry of L. monocytogenes into mammalian cells, the combination mutants inlA/GHE, inlB/GHE, inlC/GHE, inlA/B/GHE, inlB/C/GHE, inlA/C and inlA/C/GHE were constructed. Transcription of the genes inlA, inlB and inlC in these mutants was studied by RT-PCR. Deletion of inlGHE enhances transcription of inlA and inlB, but not of inlC. This enhancement is not transient but can be observed at different time-points of the bacterial growth curve. Deletion of inlA also increases transcription of inlB and vice-versa. In contrast, the amounts of inlA and inlB transcripts in the single deletion mutants inlG, inlH and inlE were similar to those from the wild type.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurde ein neues Gencluster von Listeria monocytogenes EGD mit drei Internalingenen identifiziert und charakterisiert. Diese als inlG, inlH und inlE bezeichneten Gene codieren für Proteine mit 490, 548 bzw. 499 Aminosäuren, die zur Klasse der großen, oberflächengebundenen Internaline gehören. Jedes dieser Proteine enthält ein Signalpeptid, zwei Repeat-Regionen (Leucin-reiche Repeats und B-Repeats), eine Inter-Repeat-Region, und eine mögliche Zellwandankersequenz mit dem Motiv LPXTG. PCR-Analyse zeigte das Vorkommen des inlGHE-Genclusters in den meisten L. monocytogenes-Serotypen. Ein ähnliches, als inlC2DE bezeichnetes Gencluster wurde in der gleichen Position auf dem Chromosom eines anderen L. monocytogenes EGD Isolats beschrieben. Ein Sequenzvergleich beider Clusters zeigte, dass inlG ein neues Internalingen ist, während inlH durch eine in-frame-Deletion vom 3'-Ende von inlC2 und einem 5'-Teil von inlD entstanden ist. Die Gene inlG, inlH und inlE werden vorwiegend extrazellulär und PrfA-unabhängig transkribiert. Um die Funktion des inlGHE-Genclusters zu untersuchen, wurden verschiedene in-frame-Deletionsmutanten hergestellt, aus denen die Gene des inlGHE-Clusters entweder einzeln oder in Kombination mit anderen Internalingenen deletiert wurden. Im Maumodell zeigte eine inlGHE-Mutante nach oraler Infektion eine signifikante Reduktion der Bakterienzahl in der Leber und Milz, die auf eine wichtige Rolle des inlGHE-Genclusters in der Virulenz von L. monocytogenes hindeutet. Die Fähigkeit dieser Mutante, in nicht-phagocytische Zellen in vitro einzudringen, ist zwei bis dreifach höher als die des Wildtyp-Stammes. Um zu untersuchen, ob die Deletion von Einzelgenen des inlGHE-Genclusters einen ähnlichen stimulatorischen Effekt auf die Invasivität ausübt wie die Deletion des kompletten Genclusters, wurden die Einzeldeletionsmutanten inlG, inlH and inlE hergestellt. Diese Mutanten wurden anschließend zum Wildtyp revertiert, indem eine Kopie des entsprechenden intakten Gens durch homologe Rekombination ins Chromosom mit Hilfe von Knock-in-Plasmiden eingeführt wurde. Um eine mögliche Rolle von InlG, InlH und InlE in Verbindung mit anderen Internalinen bei der Aufnahme von L. monocytogenes in Säugerzellen zu untersuchen, wurden die Mutanten inlA/GHE, inlB/GHE, inlC/GHE, inlA/B/GHE, inlB/C/GHE, inlA/C and inlA/C/GHE hergestellt. Die Transkription der Gene inlA, inlB and inlC in diesen Mutanten wurde durch RT-PCR untersucht. Deletion von inlGHE erhöht die Transkription von inlA und inlB, aber nicht die von inlC. Diese Erhöhung ist nicht vorübergehend sondern kann zu verschiedenen Zeitpunkten der Wachstumskurve beobachtet werden. Deletion von inlA verstärkt ebenfalls die Transcription von inlB und umgekehrt. Im Gegensatz dazu waren die Mengen an inlA- und inlB-Transkripten in den Einzeldeletionsmutanten inlG, inlH and inlE ähnlich wie die des Wildtyps.
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Molekulargenetik
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Virulenz
KW  - Internalin
KW  - inlGHE
KW  - Invasion
KW  - Leucin-reiche repeat protein
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - virulence
KW  - internalin
KW  - inlGHE
KW  - invasion
KW  - leucine-rich repeat protein
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180595
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ng, Eva Yee Wah
T1  - How did Listeria monocytogenes become pathogenic?
T1  - Wie wurde Listeria monocytogenes pathogen ?
N2  - Listeriae are Gram positive, facultative, saprophytic bacteria capable of causing opportunistic infections in humans and animals. This thesis presents three separate lines of inquiries that can lead to the eventual convergence of a global view of Listeria as pathogen in the light of evolution, genomics, and function. First, we undertook to resolve the phylogeny of the genus Listeria with the goal of ascertaining insights into the evolution of pathogenic capability of its members. The phylogeny of Listeriae had not yet been clearly resolved due to a scarcity of phylogenetically informative characters within the 16S and 23S rRNA molecules. The genus Listeria contains six species: L. monocytogenes, L. ivanovii, L. innocua, L. seeligeri, L. welshimeri, and L. grayi; of these, L. monocytogenes and L. ivanovii are pathogenic. Pathogenicity is enabled by a 10-15Kb virulence gene cluster found in L. seeligeri, L. monocytogenes and L. ivanovii. The genetic contents of the virulence gene cluster loci, as well as some virulence-associated internalin loci were compared among the six species. Phylogenetic analysis based on a data set of nucleic acid sequences from prs, ldh, vclA, vclB, iap, 16S and 23S rRNA genes identified L. grayi as the ancestral branch of the genus. This is consistent with previous 16S and 23S rRNA findings. The remainder 5 species formed two groupings. One lineage represents L. monocytogenes and L. innocua, while the other contains L. welshimeri, L. ivanovii and L. seeligeri, with L. welshimeri forming the deepest branch within this group. Deletion breakpoints of the virulence gene cluster within L. innocua and L. welshimeri support the proposed tree. This implies that the virulence gene cluster was present in the common ancestor of L. monocytogenes, L. innocua, L. ivanovii, L. seeligeri and L. welshimeri; and that pathogenic capability has been lost in two separate events represented by L. innocua and L. welshimeri. Second, we attempted to reconstitute L. innocua of its deleted virulence gene cluster, in its original chromosomal location, from the L. monocytogenes 12 Kb virulence gene cluster. This turned out particularly difficult because of the limits of genetic tools presently available for the organism. The reconstitution was partially successful. The methods and approaches are presented, and all the components necessary to complete the constructs are at hand for both L. innocua and the parallel, positive control of L. monocytogenes mutant deleted of its virulence gene cluster. Third, the sequencing of the entire genome of L. monocytogenes EGDe was undertaken as part of an EU Consortium. Our lab was responsible for 10 per cent of the labor intensive gap-closure and annotation efforts, which I helped coordinate. General information and comparisons with sister species L. innocua and a close Gram positive relative Bacillus subtilis are presented in context. The areas I personally investigated, namely, sigma factors and stationary phase functions, are also presented. L. monocytogenes and L. innocua both possess surprisingly few sigma factors: SigA, SigB, SigH, SigL, and an extra-cytoplasmic function type sigma factor (SigECF). The stationary phase genes of L. monocytogenes is compared to the well-studied, complex, stationary phase networks of B. subtilis. This showed that while genetic competence functions may be operative in unknown circumstances, non-sporulating Listeria opted for very different approaches of regulation from B. subtilis. There is virtually no overlap of known, stationary phase genes between Listeria and Gram negative model organism E. coli.
N2  - Listerien sind Gram-positive, fakultativ intrazelluläre, saprophytische Bakterien, die in der Lage sind, bei Mensch und Tier opportunistische Infektionen hervorzurufen. Die vorliegende Arbeit veranschaulicht drei unterschiedliche Versuchsansätze, die schließlich hinsichtlich Evolution, Genom- und Funktionsanalysen zur Konvergenz der globalen Sichtweise von Listeria als pathogener Mikroorganismus führen können. Zunächst wurden phylogenetische Analysen durchgeführt, die einen Einblick in die Evolution des pathogenen Potentials von Mitgliedern der Gattung Listeria geben sollten. Aufgrund mangelnder phylogenetischer Informationen bezüglich der 16S und 23S rRNAs war eine genaue phylogenetische Entschlüsselung der Gattung Listeria jedoch nicht möglich. Die Gattung Listeria umfaßt sechs verschiedene Spezies: L. monocytogenes, L. ivanovii, L. innocua, L. seeligeri, L. welshimeri und L. grayi, wobei L. monocytogenes und L. ivanovii zu den pathogenen Bakterien zählen. Die Pathogenität wird hierbei durch ein 10-15 kb großes Virulenzgencluster determiniert, das in L. monocytogenes, L. ivanovii sowie in L. seeligeri vorzufinden ist und neben einigen Virulenz-assoziierten Internalin-Genen zum genetischen Vergleich der sechs verschiedenen Spezies herangezogen wurde. Die im Rahmen der phylogenetischen Analysen untersuchten Nukleinsäuresequenzen der Gene prs, ldh, vclA, vclB, iap sowie die der 16S und 23S rRNA-Gene deuteten darauf hin, daß L. grayi dem gemeinsamen Vorläufer der Gattung Listeria am nächsten steht, was mit den bisher verfügbaren 16S und 23S rRNA-Daten übereinstimmt. Die verbleibenden fünf Spezies bilden zwei Gruppen, die sich zum einen aus L. monocytogenes und L. innocua und zum anderen aus L. welshimeri, L. ivanovii und L. seeligeri zusammensetzen. Die Positionen der im Virulenzgencluster von L. innocua und L. welshimeri identifizierten Deletionen bestätigen den hier vorgeschlagenen Stammbaum, was darauf hindeutet, daß im gemeinsamen Vorfahren von L. monocytogenes, L. innocua, L. ivanovii, L. seeligeri und L. welshimeri das Virulenzgencluster vorhanden war und daß das pathogene Potential in L. innocua bzw. in L. welshimeri durch zwei unabhängige Ereignisse verloren ging. Weiterhin wurde versucht, das 12 kb-Virulenzgencluster von L. monocytogenes in der ursprünglichen Lokalisation in das Chromosom der Spezies L. innocua, die eine Deletion des Virulenzgenclusters aufweist, zu integrieren. Dieser Ansatz erwies sich aufgrund der derzeit limitierten Methodik zur genetischen Manipultation dieses Organismus als sehr problematisch und führte bisher nur teilweise zum Erfolg. Die angewandten Strategien zur Klonierung der erforderlichen Konstrukte, die zur Erstellung der beschriebenen L. innocua-Mutante und einer L. monocytogenes-Mutante mit Deletion des Virulenzgenclusters erforderlich sind, werden vorgestellt. Der dritte Schwerpunkt der Arbeit befaßte sich mit der vollständigen Sequenzierung des Genoms von L. monocytogenes EGDe, die im Rahmen eines EU-Konsortiums durchgeführt wurde. Unser Labor war zu 10 Prozent an der Lückenschließung zwischen den Sequenz-Contigs sowie an der Annotierung beteiligt, für deren Koordinierung ich verantwortlich war. Vergleiche der Genomsequenzen von L. monocytogenes, L. innocua und dem verwandten Gram-positiven Bakterium Bacillus subtilis werden vorgestellt, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf den Genen für Sigma-Faktoren und Stationärphase-Funktionen liegt. Sowohl L. monocytogenes und L. innocua enthalten mit SigA, SigB, SigH und einem extrazytoplasmatischen Sigma-Faktor, SigECF, überraschend wenige Sigma-Faktoren. Die Stationärphase-Gene von L. monocytogenes werden mit dem gut untersuchten, sehr komplexen Stationärphase-System von B. subtilis verglichen. Dies zeigte, daß, obwohl genetische Kompetenz unter nicht bekannten Umständen eine Rolle spielen könnten, in Listeria völlig unterschiedliche Mechanismen der Genregulation wirksam sind. Es ist keinerlei Überlappung mit den bekannten Stationärphase-Genen des Gram-negativen Modellorganismus Escherichia coli festzustellen.
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Virulenz
KW  - Evolution
KW  - Molekulargenetik
KW  - Pathogenität
KW  - Phylogenic
KW  - Genom
KW  - Listeria
KW  - Evolution von Pathogenen
KW  - Evolution von Virulenz
KW  - Phylogenie von Listeria
KW  - bakterielle Pathogenese
KW  - listeria
KW  - evolution of pathogens
KW  - evolution of virulence
KW  - phylogeny of listeria
KW  - bacterial pathogenesis
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1752
ER  - 
TY  - THES
A1  - Leimeister, Cornelia
T1  - Identifizierung und Charakterisierung von Genen für die Entwicklung der Nieren und des Urogenitalsystems
T1  - Identification and characterization of genes involved in development of the kidney and the urogenital system
N2  - Das Studium der Nierenentwicklung gibt Einblicke in generelle entwicklungsbiologische Prozesse wie induktive Wechselwirkungen, mesenchymale Kondensation, mesenchymale-epitheliale Umformung, Determinierung von Zellschicksal sowie Differenzierung und damit auch in die Entstehung congenitaler Fehlbildungen. Nach Induktion durch die Ureterknospe entstehen aus dem metanephrogenen Mesenchym die funktionellen Einheiten der Niere - die Nephrone - und das Nierenstroma. Diesen morphogenetischen Prozessen liegen komplexe regulatorische Veränderungen in der Genexpression zugrunde, die bislang nicht im Detail aufgeklärt sind. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Identifizierung bekannter und insbesondere neuer Gene, die durch Induktion im metanephrogenen Mesenchym reguliert werden. Mit Hilfe der ddPCR und Transfilter-Organkulturen wurde die Genexpression von induziertem versus nicht-induziertem Mesenchym aus Mäuse-Nierenanlagen untersucht. Einzelne Kandidaten wurden auf differenzielle Expression durch Northern Blot Analyse überprüft und für die weitere Charakterisierung ausgewählt. Als eines der bekannten Gene wurde sFRP2 als im metanephrogenen Mesenchym induziert bestätigt und durch in situ Hybridisierung ganzer Mäuseembryonen und Paraffinschnitte näher untersucht. Es zeigt eine spezifische und dynamische Expression während der Entwicklung der Niere und anderer Gewebe, die mit den Expressionsmustern von sFRP1 und sFRP4 verglichen wurde. Die detailierte Genexpressionsanalyse der sFRP-Familie in der murinen Embryonalentwicklung sollte als Grundlage für funktionelle Studien dieser erst kürzlich entdeckten neuen Genfamilie dienen. Erste Untersuchungen der ddPCR-Produkte C0-5, J6-3 und M2-4 zeigten, daß es sich um neue Gene handelt, die unterschiedliche Expressionsmuster in der Niere zeigen. Während C0-5 dynamisch in Epithelzellen von Ureter und Nephronvorläufern exprimiert ist, markiert J6-3 Stromazellen und M2-4 ist bereits im kondensierenden Mesenchym, später aber auch in den epithelialen Derivaten nachweisbar. Die Isolierung und Analyse der dem C0-5-ddPCR-Fragment entsprechenden cDNA zeigte, daß sie für ein kollagenartiges Protein codiert, welches beim Menschen in der Nähe des EWS-Gens auf Chromosom 22q12 liegt. Darüber hinaus wurde eine neue zu hairy und dem E(spl)-Komplex verwandte Genfamile identifiziert. Aufgrund ihrer Verwandtschaft und einem charakteristischen YRPW-Tetrapeptid wurden sie als Hey-Gene bezeichnet für: "hairy- und E(spl)-verwandt mit YRPW-Motiv". Sie zeigen gegenüber hairy/E(spl) oder den entsprechenden Vertebraten-Homologen der Hes-Genfamilie veränderte DNA- und Protein-Bindungseigenschaften. Darüber hinaus korrelieren ihre Expressionsmuster häufig mit Genen des Delta-Notch-Signaltransduktionsweg, was auf eine Beteiligung der Hey-Gene an Zelldeterminierung und Bildung von Zellgrenzen hinweist. Diese Vermutung konnte durch die Analyse von Dll1-Knockout-Mäusen für die Somitogenese ansatzweise bestätigt werden. Die Kombination von Transfilter-Organkultur mit ddPCR erwies sich als geeignet, um transkriptionell regulierte Gene des metanephrogenen Mesenchyms zu identifizieren. Expressions- und Sequenzanalyse vor allem der neuen Gene deutet auf ihre Beteiligung an der Entwicklung der Niere und anderer Gewebe hin, die nun im Einzelnen untersucht werden muß. Mehr als 50 weitere Kandidaten für neue Gene bilden eine breite Basis zur weiteren Erforschung molekularer Grundlagen der Nierenentwicklung.
N2  - Studies on kidney development provide insights into general processes of embryogenesis like inductive interactions, mesenchymal condensation, mesenchymal-epithelial interactions, cell fate determination as well as differentiation and thereby into the basis of congenital malformations. Once induced by the ureteric bud, the metanephrogenic mesenchyme gives rise to the functional units of the kidney - the nephrons - and the renal stroma. These morphogenetic processes rely on complex regulatory changes in gene expression, which to date are not understood in detail. The present thesis aimed to identify known and primarily novel genes regulated within the metanephrogenic mesenchyme upon induction. Gene expression of induced versus uninduced mesenchyme from murine kidney anlagen was compared using ddPCR together with transfilter organ culture. Several candidates were assayed for differential expression by northern blot hybridization and selected for further characterization. As one of the known genes, sFRP2 was verified to be induced within the metanephrogenic mesenchyme. In situ hybridization of whole-mount mouse embryos and paraffin sections revealed specific and dynamic expression patterns for sFRP2 as well as for the related genes sFRP1 and sFRP4 in the developing kidney and other tissues. The detailed sFRP gene expression analysis was performed to guide functional studies for this recently identified novel gene family. Preliminary investigations of the ddPCR products C0-5, J6-3 and M2-4 revealed that they are all derived from novel genes with distinct expression patterns during kidney development. While C0-5 expression dynamically switches from the ureteric bud to the nephron precursors and the collecting system, J6-3 specifies the stromal cell lineage and M2-4 is already detectable in the condensing mesenchyme with subsequent expression in epithelial derivatives. Isolation and analysis of the C0-5 cDNA resulted in the identification of a collagen-like protein in mice and humans that is located upstream of the EWS gene of the human chromosome 22q12. Additionally, a novel gene family related to hairy and the E(spl)-complex genes has been identified. Because of this relationship and a characteristic YRPW tetrapeptide they were designated as Hey genes for "hairy and E(spl) related with YRPW motif". Compared to hairy/E(spl) or the mammalian Hes proteins they show novel features of DNA-binding and protein interaction. Moreover, their expression patterns frequently correlate with those of members of the Delta-Notch signaling pathway suggesting that Hey genes may participate in this pathway in cell fate decisions and boundary formation. Analysis of Dll1 knockout mice partly confirmed this assumption for Hey1 and Hey2 during somitogenesis. This screen has shown that transfilter organ culture in combination with ddPCR is a powerful tool to identify genes regulated within the metanephrogenic mesenchyme upon induction. Expression and sequence analysis of the novel genes implies a function during development of the kidney and other tissues that can now be studied in further detail. The collection of more than 50 additional candidates for novel genes regulated during nephrogenesis provides a rich resource for future analysis of the networks governing kidney development
KW  - Niere
KW  - Entwicklung
KW  - Molekulargenetik
KW  - Niere
KW  - Urogenitalsystem
KW  - Differential Display PCR
KW  - Entwicklung
KW  - In situ Hybridisierung
KW  - Somitogenese
KW  - Neurogenese
KW  - Mesenchym
KW  - Maus
KW  - Delta
KW  - kidney
KW  - urogenital system
KW  - differential display PCR
KW  - development
KW  - in situ hybridization
KW  - somitogenesis
KW  - neurogenesis
KW  - mesenchyme
KW  - mouse
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1690
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TY  - THES
A1  - Ebert-Dümig, Regina
T1  - Expression und Regulation 1,25(OH) 2 -Vitamin D 3-responsiver Gene in monozytären Zellen
T1  - Expression and regulation of 1,25 dihydroxyvitamin D3 responsive genes in monocytic cells
N2  - Das Secosterid Vitamin D3 wird durch die Nahrung aufgenommen oder im Organismus synthetisiert, wobei eine Reaktion in der Haut durch einen photochemischen Prozess katalysiert wird.Durch zwei Hydroxylierungsschritte in Leber und Niere wird Vitamin D3 über 25(OH) Vitamin D3 zum aktiven 1,25(OH)2 Vitamin D3-Hormon. 1,25(OH)2 Vitamin D3 hat eine wichtige Funktion im Knochenstoffwechsel, es reguliert die Ca2+-Resorption im Dünndarm. Die 1,25(OH)2 Vitamin D3-Synthese in der Niere wird durch Parathormon (PTH) kontrolliert. Ist die Serum Ca2+-Konzentration niedrig, wird PTH ausgeschüttet und die 1a-Hydroxylase, das 25(OH) Vitamin D3-aktivierende Enzym, stimuliert. Das Prinzip der (Seco)steroid-Aktivierung und -Inaktivierung in glandulären Organen, wie Leber und Niere mit anschließender Freisetzung der aktiven Hormone und Transport zu den jeweiligen Zielgeweben gilt heute nicht mehr uneingeschränkt. Auch Einzelzellen sind in der Lage Steroid-modifizierende Enzyme, die Hydroxylasen und Dehydrogenasen, zu exprimieren. Monozytäre Zellen exprimieren das 1,25(OH)2 Vitamin D3-aktivierende und das -inaktivierende Enzym, die 1a-Hydroxylase und die 24-Hydroxylase. Sie sind somit in der Lage, 1,25(OH)2 Vitamin D3 zu sezernieren, welches parakrin auf Nachbarzellen wirken kann. In diesem Zusammenhang wurde die Expression und Regulation der 1a-Hydroxylase in peripheren Blutmonozyten (PBM) und monozytären THP1-Zellen untersucht. Durch Supplementation der Zellen mit dem Substrat 25(OH) Vitamin D3 konnte die Produktion an aktivem 1,25(OH)2 Vitamin D3-Hormon in PBM signifikant gesteigert werden. In PBM konnte im Gegensatz zum systemischen Ca2+-Stoffwechsel nur ein geringer Einfluss auf die 1a-Hydroxylase-Aktivität beobachtet werden. Durch RT-PCR-Amplifikation konnte eine Expression des PTH Rezeptors Typ 1 (PTHR1) in PBM und Dendritischen Zellen nachgewiesen werden. Ein weiterer Ligand des PTHR1 ist PTH related Protein (PTHrP), ein Faktor der die Tumorhyperkalzämie propagiert. Durch Markierungsexperimente mit fluoreszenz-markiertem PTHrP konnte gezeigt werden, dass PTHrP an die Zellmembran von PBM und Dendritischen Zellen bindet und in den Zellkern von Dendritischen Zellen transportiert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Expression 1,25(OH)2 Vitamin D3-responsive Gene in Monozyten/Makrophagen untersucht. Die Expression der 24-Hydroxylase wird innerhalb der Differenzierung von myeloischen THP1-Zellen zu Makrophagen- bzw. Osteoklasten-ähnlichen Zellen transient induziert. Als weiteres 1,25(OH)2 Vitamin D3-responsives Gen wurde die Expression von Osteopontin (OPN) untersucht. OPN ist ein vor allem in Knochen vorkommendes Matrixprotein, das wesentlich an der Zelladhäsion beteiligt ist. OPN wird in THP1-Zellen im Zuge der Differenzierung zunehmend exprimiert. Durch immunhistochemische Untersuchungen konnte OPN in Granulomen von Morbus Crohn- und Leberschnitten detektiert werden. Es spielt hier eine wesentliche Rolle bei der Granulomentstehung. Die Thioredoxin Reduktase 1 (TR1) ist ein Selenoenzym, welches maßgeblich an der Reduktion von Disulfidbindungen in Proteinen beteiligt ist. Es moduliert Protein/Protein- und Protein/DNA-Interaktionen wie die Bindung der Transkriptionsfaktoren AP1 und NFkB an DNA-responsive Elemente. Die Expression der TR1 wird in THP1-Zellen im Rahmen der Differenzierung induziert und ist in differenzierten Zellen maximal. Aktivitätsmessungen deckten sich mit dieser Beobachtung. In peripheren Blutmonozyten steigt die TR-Aktivität alleine durch Adhäsion der Zellen an das Kulturgefäß und nach Behandlung mit 1,25(OH)2 Vitamin D3. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit zeigten eine Abhängigkeit der TR-Aktivität vom Differenzierungsgrad der Zellen und der Supplementation des Mediums mit dem Spurenelement Selen. Die Expression weiterer Selenoproteine in monozytären Zellen wurde nachgewiesen. So konnten durch 75Selenit-Markierungsexperimente neun Selenoproteine in THP1-Zellen detektiert werden, von denen fünf sezerniert werden. Ein weiteres, in monozytären Zellen charakterisiertes Selenoprotein ist die zelluläre Glutathionperoxidase. Ihre Aktivität konnte in Selenit-supplementierten Zellen um das 70fache gesteigert werden. Die Kultivierung monozytärer Zellen unter Selenit-Supplementation beeinflusst die Funktion dieser Zellen wesentlich. So konnte beobachtet werden, dass die Anzahl an phagozytierenden, zu Makrophagen differenzierten THP1-Zellen nach Selenit-Supplementation abnahm, während die Phagozytoserate der einzelnen Zellen anstieg. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass monozytäre Zellen mit Komponenten des 1,25(OH)2 Vitamin D3 Stoffwechsels ausgestattet sind und aktives 1,25(OH)2 Vitamin D3-Hormon produzieren, sezernieren und inaktivieren können. Die lokale Kontrolle der 1,25(OH)2 Vitamin D3 Stoffwechsels ausgestattet sind und aktives 1,25(OH)2 Vitamin D3-responsiver Gene, wie die Expression des Selenoproteins TR1, das einen direkten Einfluss auf den Redoxstatus und den Abbau reaktiver Sauerstoffverbindungen in diesen und Nachbarzellen ausübt.
N2  - The secosteroid 1,25(OH)2 vitamin D3 is either taken up by our daily diet or it is formed by a photochemical prosess in the skin. In liver and kidney vitamin D3 is hydroxylated in two steps to 25(OH) vitamin D3 and the active hormone 1,25(OH)2 vitamin D3. 1,25(OH)2 vitamin D3 plays an important role in bone metabolism. It is a key regulatorof the resorption of Ca2+ in the intestine. In the kidney 1,25(OH)2 vitamin D3 synthesis is controlled by parathyroid hormone (PTH). When the concentration of serum Ca2+ is low, PTH is secreted and 1a-hydroxylase, the 25(OH) vitamin D3 activating enzyme is induced in kidney. The picture of (seco)steroid activation and inactivation in glandular organs, like the liver and kidney, and the release and transport of the activated hormone to the target tissues has been modified recently. Single cells are also able to express steroid-modifying enzymes like hydroxylases and dehydrogenases. Monocytes express the 1,25(OH)2 vitamin D3-activating and the inactivating enzyme, i.e. the 1a-hydroxylase and the 24-hydroxylase. Thus they are able to build and secrete 1,25(OH)2 vitamin D3 which can act on neighbouring cells in a paracrine way. In this context the expression and regulation of the 1a-hydroxylase in peripheral blood monocytes (PBM) and THP1 cells was investigated. By supplementation of cells with the substrate 25(OH) vitamin D3 the production of active 1,25(OH)2 vitamin D3 hormone could be enhanced significantly in PBM. In PBM only a slight influence of PTH on 1a-hydroxylase activity could be observed, in contrast to the regulation in systemic Ca2+-metabolism. An expression of PTH receptor type 1 (PTHR1) could be verified by RT-PCR from whole RNA isolated from PBM and dendritic cells. A further ligand of PTHR1 is PTH related protein (PTHrP), a factor which propagates the humoral hypercalcemia of malignancy. Labeling experiments with a fluorescently marked PTHrP showed clustered membrane staining of PBM and dendritic cells and a transport to the nucleus of dendritic cells. The expression of 1,25(OH)2 vitamin D3-responsive genes in monocytes/macrophages was investigated. 24-hydroxylase is induced transiently during the differentiation of myeloid THP1 cells to macrophages and osteoclast-like cells, respectively. Next, the expression of osteopontin (OPN), a further 1,25(OH)2 vitamin D3 responsive gene was studied. OPN is a matrix protein that is mainly found in bone, it carries a RGD-motive in its aminoacid sequence which can bind to integrins and is involved in cell adhesion. The expression of OPN is increased during differentiation of THP1 cells. By immunohistochemistry OPN could be detected in Crohn's disease and liver granulomas where it also plays an important role in granuloma formation. The thioredoxin reductase 1 (TR1) is a selenoenzyme that is mainly involved in the reduction of disulfide bonds of proteins. It modulates protein/protein and protein/DNA interactions like the binding of the transkription factors AP1 and NFkB to DNA-responsive elements. The expression of TR1 mRNA is induced during differentiation and is maximal in differentiated cells. Activity measurments parallel these observations. In PBM TR-activity is increased by the event of adhesion of cells to the culture dish and after treatment with 1,25(OH)2 vitamin D3. A dependence of TR-activity on the degree of differentiation of cells and the supplementation of the medium with the trace element selenium was observed. The expression of further selenoproteins in monocytic cells was investigated. In THP1 cells nine selenoproteins could be detected By labeling experiments with 75selenite. Five were found as secreted proteins in the culture supernatant. In monocytes cellular glutathione peroxidase (cGPx) is a well characterized selenoprotein. Activity could be increased 70fold by selenit supplementation. Under selenite supplementation the number of differentiated THP1 cells capable of phagocytosis was diminished while the rate of phagocytosis of single cells was enhanced. Taken together, the experiments clearly indicate that monocytic cells are equipped with the components of 1,25(OH)2 vitamin D3 metabolism and thus are capable of 1,25(OH)2 vitamin D3 hormone synthesis, secretion and turnover. Moreover, local control of 1,25(OH)2 vitamin D3 synthesis and inactivation directly regulates the expression of 1,25(OH)2 vitamin D3-responsive genes like the selenoprotein TR and thus even impacts on the cellular redox-status and defense against reactive oxygen species in these and neighbouring cells.
KW  - Vitamin D3
KW  - Stoffwechsel
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Molekulargenetik
KW  - 1
KW  - 25 Dihydroxyvitamin D3
KW  - Monozyten
KW  - Selenit
KW  - Selenoprotein
KW  - 1
KW  - 25 dihydroxyvitamin D3
KW  - monocyte
KW  - selenite
KW  - selenoprotein
Y1  - 2000
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1101
ER  -