Nikola Mai

• Die BMPs (Bone morphogenetic proteins) sind Zytokine, die in fast allen Tieren exprimiert werden und zur TGF-β Superfamilie gehören. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Knochenentwicklung, unter anderem auf Grund ihrer Fähigkeit, die Neubildung von Knochen auszulösen. Eine weitere Aufgabe der BMPs liegt in der Beeinflussung der Embryogenese. Hier tragen sie zur Differenzierung der einzelnen Keimblätter bei und werden während der Organogenese in vielen Organanlagen exprimiert. Ep45, ein Protein aus Xenopus laevis, gehört zur Familie derDie BMPs (Bone morphogenetic proteins) sind Zytokine, die in fast allen Tieren exprimiert werden und zur TGF-β Superfamilie gehören. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Knochenentwicklung, unter anderem auf Grund ihrer Fähigkeit, die Neubildung von Knochen auszulösen. Eine weitere Aufgabe der BMPs liegt in der Beeinflussung der Embryogenese. Hier tragen sie zur Differenzierung der einzelnen Keimblätter bei und werden während der Organogenese in vielen Organanlagen exprimiert. Ep45, ein Protein aus Xenopus laevis, gehört zur Familie der Serinproteaseinhibitoren und ist ein extrazellulärer Ligand von BMP4, ohne jedoch dessen Rezeptorbindung bzw. dessen Aktivität zu beeinflussen. Ep45, auch bekannt unter dem Namen pNiXa, wird in der Embryogenese von Xenopus laevis wirksam: Es induziert die Reifung von Oozyten, kann im weiteren Verlauf in verschiedenen Organanlagen nachgewiesen werden und wird in Zusammenhang gebracht mit Teratogenität, die durch Ni2+ hervorgerufen wird. Um auf die aufwendige Isolierung von Ep45 aus Xenopus-Oozyten bzw. –Embryonen verzichten zu können, sollte in dieser Arbeit eine Methode zur rekombinanten Expression und Isolierung von aktivem Ep45 entwickelt werden. Zunächst wurde die Expression von Ep45 in E. coli als lösliches Einzelprotein mit dem Vektor pET25b(+) angestrebt. Da sich jedoch zeigte, dass das Protein zum Großteil als unslösliche Aggregate in Form von inclusion bodies vorlag, wurden diese präpariert, denaturiert und eine Isolierung von Ep45 durch verschiedene Chromatographie-Verfahren (Kationenaustauschersäule, Gelchromatographie) unternommen. Durch die nachfolgenden Renaturierungsversuche konnte jedoch kein aktives Protein gewonnen werden. Zum Nachweis von aktivem Ep45 dienten ein Enzymassay, der auf der Serinproteaseinhibitor-Funktion von Ep45 beruht, sowie ein Bindungsassay. Dieser weist den Ep45-Chymotrypsin-Komplex nach, der bei der Inhibition von Chymotrypsin durch Ep45 entsteht. Als alternatives Expressionssystem kam deshalb das pMal™-Fusionsprotein-System zur Anwendung. Dazu wurde Ep45 an MBP gekoppelt, so dass eine Aufreinigung mittels Chromatographie an einer Amylosesäule möglich werden sollte. Nach Spaltung durch Faktor Xa sollten die beiden Proteine durch Chromatographie voneinander getrennt werden, so dass schließlich Ep45 als reines aktives Protein vorliegt. Trotz des Einsatzes diverser Chromatographie-Verfahren (Ionentauschersäule, hydrophobe Säule, Nickelsäule) gelang keine Isolierung von Ep45. Da in E. coli zwar eine Expression jedoch keine Aufreinigung von aktivem Ep45 gelang, wurde ein Expressionssystem unter Verwendung von Sf9-Zellen (Insektenzellen) eingesetzt. Nach Herstellung des Plasmids pIZT/V5-xEp45 wurden Versuche zur transienten Expression von Ep45 in Sf9-Zellen mittels des InsectSelect™ Systems durchgeführt, die bis zum Abschluss meiner praktischen Arbeit nicht zum Erfolg führten, aber innerhalb der Arbeitsgruppe weiter bearbeitet werden.…
• The BMPs (Bone morphogenetic proteins) are cytokines, which are expressed in nearly all animals and which belong to the TGF-β superfamily. They induce the formation of new bone tissue and determine important steps during embryogenesis in animals. They are important for the differentiation of the 3 germ layers and are expressed during the organogenesis of many organs. Ep45, a protein expressed in Xenopus laevis, belongs to the family of serine proteinase inhibitors and is an extracellular ligand of BMP4. In contrast to other extracellularThe BMPs (Bone morphogenetic proteins) are cytokines, which are expressed in nearly all animals and which belong to the TGF-β superfamily. They induce the formation of new bone tissue and determine important steps during embryogenesis in animals. They are important for the differentiation of the 3 germ layers and are expressed during the organogenesis of many organs. Ep45, a protein expressed in Xenopus laevis, belongs to the family of serine proteinase inhibitors and is an extracellular ligand of BMP4. In contrast to other extracellular ligands Ep45 cannot influence the receptor binding or the activity of BMP4. Ep45, also called pNiXa, influences different steps during embryogenesis of Xenopus laevis: Ep45 induces the maturation of oocytes and is found in many different organs during organogenesis. Ep45 seems to play an important role in Ni2+-induced teratogenesis. The isolation of Ep45 from Xenopus-oocytes or –embryos appeared to be quite laborious. The aim of this dissertation was to find a more handy method to isolate active Ep45 by recombinant expression. The first step was to express Ep45 in E. coli as a soluble protein by using the vector pET25b(+). The protein was found mainly as insoluble inclusion bodies. The inclusion bodies were prepared and denaturated, then Ep45 was isolated by different kinds of chromatography. The following experiments to produce the active protein by renaturation weren’t successful. The detection of active Ep45 was done by a binding assay and an enzyme assay, that use the function of Ep45 as a serine proteinase inhibitor. As alternative expression system the pMal™ fusion protein system was used. Ep45 was bound to MBP for isolating active Ep45 by an amylose column chromatography after cleavage by factor Xa. We used different chromatography steps but couldn’t isolate active Ep45. It was possible to express but not to isolate active Ep45 by using different expression systems in E. Coli. That’s why we tried next to express Ep45 in Sf9 cells (insect cells). After cloning of the plasmid pIZT/V5-xEp45 the InsectSelect™ system was used for transient expression of Ep45 in Sf9 cells.…