TY  - JOUR
A1  - Goncharova, Elena P.
A1  - Ruzhenkova, Julia S.
A1  - Petrov, Ivan S.
A1  - Shchelkunov, Sergey N.
A1  - Zenkova, Marina A.
T1  - Oncolytic virus efficiency inhibited growth of tumour cells with multiple drug resistant phenotype in vivo and in vitro
JF  - Journal of Translational Medicine
N2  - Background
Tumour resistance to a wide range of drugs (multiple drug resistant, MDR) acquired after intensive chemotherapy is considered to be the main obstacle of the curative treatment of cancer patients. Recent work has shown that oncolytic viruses demonstrated prominent potential for effective treatment of diverse cancers. Here, we evaluated whether genetically modified vaccinia virus (LIVP-GFP) may be effective in treatment of cancers displaying MDR phenotype.

Methods
LIVP-GFP replication, transgene expression and cytopathic effects were analysed in human cervical carcinomas KB-3-1 (MDR−), KB-8-5 (MDR+) and in murine melanoma B-16 (MDR−), murine lymphosarcomas RLS and RLS-40 (MDR+). To investigate the efficacy of this therapy in vivo, we treated immunocompetent mice bearing murine lymphosarcoma RLS-40 (MDR+) (6- to 8-week-old female CBA mice; n = 10/group) or melanoma B-16 (MDR−) (6- to 8-week-old female C57Bl mice; n = 6/group) with LIVP-GFP (5 × 107 PFU of virus in 0.1 mL of IMDM immediately and 4 days after tumour implantation).

Results
We demonstrated that LIVP-GFP replication was effective in human cervical carcinomas KB-3-1 (MDR−) and KB-8-5 (MDR+) and in murine melanoma B-16 (MDR−), whereas active viral production was not detected in murine lymphosarcomas RLS and RLS-40 (MDR+). Additionally, it was found that in tumour models in immunocompetent mice under the optimized regimen intratumoural injections of LIVP-GFP significantly inhibited melanoma B16 (33 % of mice were with complete response after 90 days) and RLS-40 tumour growth (fourfold increase in tumour doubling time) as well as metastasis.

Conclusion
The anti-tumour activity of LIVP-GFP is a result of direct oncolysis of tumour cells in case of melanoma B-16 because the virus effectively replicates and destroys these cells, and virus-mediated activation of the host immune system followed by immunologically mediated destruction of of tumour cells in case of lymphosarcoma RLS-40. Thus, the recombinant vaccinia virus LIVP-GFP is able to inhibit the growth of malignant cells with the MDR phenotype and tumour metastasis when administered in the early stages of tumour development.
KW  - Multiple drug resistance
KW  - Vaccinia virus
KW  - Cancer
KW  - Human and murine cancer cells
KW  - Melanoma B16
KW  - Oncolytic action
KW  - Virotherapy
KW  - Interleukin IL-6
KW  - Immunotherapy
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165714
VL  - 14
IS  - 241
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bertolini, Enrico
T1  - Comparative analysis of insect circadian clocks: a behavioural, anatomical, and molecular study
T1  - Vergleichende Analyse der zirkadianen Uhr von Insekten: eine verhaltensbezogene, anatomische und molekulare Studie
N2  - Biological clocks are endogenous oscillators that give organisms the sense of time. Insects, as the largest taxonomic group, offer fascinating models to study the evolution of clocks and their adaptation to various environments. Although the laboratory fruit fly, Drosophila melanogaster, led the role in the field of circadian biology as it provides a powerful genetic experimental tool, new model insect species need to be established to understand photoperiodic responses and to enable comparative studies. This work reports the behavioural, anatomical, and molecular characterization of the circadian clock of five insect species. The malt fly Chymomyza costata carries a D. melanogaster-like clock network, which supports circadian rhythms under rhythmic environment but cannot self-sustain when isolated from external time cues. The olive fly Bactrocera oleae is the major pest of olive plantations and the characterization of its circadian clock will improve future pest management strategies. The linden bug Pyrrhocoris apterus, a well suited model for investigating circadian and photoperiodic timing interactions, shows high degree of homology of the clock network with D. melanogaster. The scuttle flies Megaselia scalaris and Megaselia abdita represent new fascinating models to study how the clock network controls circadian behaviour. Overall, this work highlights high degree of homology between different circadian clock systems, but at the same time also dramatic differences in terms of circadian behaviour and neuro-anatomical expression of clock components. These have been mainly discussed in regards to the evolution of clocks in Diptera, and the adaptation of clocks to high latitudes.
N2  - Biologische Uhren sind endogene Oszillatoren, mit welchen Organismen die Zeit
messen können. Als größte taxonomische Gruppe stellen Insekten eine Vielzahl faszinierender Modelle, um die Evolution und Anpassung von biologischen Uhren an verschiedene Umweltbedingungen zu untersuchen. Obwohl Drosophila melanogaster eines der führenden Modelltiere im Feld der Chronobiologie ist, was sich leicht auf die herausragende genetische Manipulierbarkeit der Fliege zurück führen lässt, müssen weitere Insektenarten als Modellorganismen etabliert werden, um anhand verglei- chender Studien die Anpassungen an photoperiodische Veränderungen verstehen zu können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Charakterisierung der zirkadianen Uhr von fünf Insektenarten auf molekularer-, anatomischer- und Verhaltens-Ebene. Die Taufliegenart Chymomyza costata besitzt eine Drosophila-ähnliche Uhr, die zirkadiane Rhythmen unterstützt solange sich das Tier in einer rhythmischen Umwelt befindet. Allerdings kann die Uhr den Rhythmus nicht selbstständig aufrecht erhalten, wenn die Fliege von externen Zeitgebern isoliert ist.
Die Olivenfruchtfliege Bactrocera oleae ist der bedeutendste Schädling auf Olivenplantagen und die Charakterisierung der zirkadianen Uhr dieser Art wird zuku¨nftige Schädlingsbekämpfungsstrategien verbessern.
Die Gemeine Feuerwanze Pyrrhocoris apterus, ein gut geeignetes Modell um die Interaktion des zirkadianen und photoperiodischen Timings zu untersuchen, zeigt hohe Homologie zum Uhrennetzwerk von D. melanogaster.
Die Buckelfliegen Megaselia scalaris und Megaselia abdita repräsentieren neue faszinierende Modelle für die Erforschung wie das Uhrennetzwerk zirkadianes Verhalten
steuert.
Zusammengenommen hebt diese Arbeit die hohe Ähnlichkeit zwischen verschiedenen zirkadianen Systemen hervor, zeigt jedoch gleichermaßen gravierende Unterschiede in Bezug auf zirkadianes Verhalten und der neuroanatomischen Expression von Uhrenkomponenten. Die Homologien und Unterschiede werden hauptsächlich in Bezug auf die Evolution biologischer Uhren in Dipteren, sowie der Anpassung der Uhren an höhere geografische Breiten, erörtert.
KW  - neurobiology
KW  - circadian clock
KW  - insects
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164651
ER  - 
TY  - THES
A1  - Siverino, Claudia
T1  - Induction of ectopic bone formation by site directed immobilized BMP2 variants \(in\) \(vivo\)
T1  - Induktion ektoper Knochenbildung durch gerichtet immobilisierte BMP2-Varianten \(in\) \(vivo\)
N2  - In contrast to common bone fractures, critical size bone defects are unable to self-regenerate and therefore external sources for bone replacement are needed. Currently, the gold standard to treat critical size bone fractures, resulting from diseases, trauma or surgical interventions, is the use of autologous bone transplantation that is associated with several drawbacks such as postoperative pain, increased loss of blood during surgery and extended operative time.
The field of bone tissue engineering focuses on the combination of biomaterials and growth factors to circumvent these adverse events and thereby to improve critical size bone defects treatment.
To this aim, a promising approach is represented by using a collagen sponge soaked with one of the most powerful osteoinductive proteins, the bone morphogenetic protein 2 (BMP2). After the approval by the Food and Drug Administration (FDA), BMP2 was used to successfully treat several severe bone defects. However, the use of BMP2 delivery systems is associated with severe side effects such as inflammation, swelling, ectopic bone formation outside of the site of implantation and breathing problems if implanted in the area of the cervical spine. The occurrence of severe side effects is related to the supraphysiological amounts of the applied protein at the implantation site. The BMP2 is typically adsorbed into the scaffold and diffuses rapidly after implantation. Therefore, intensive research has been conducted to improve the protein’s retention ability, since a prolonged entrapment of the BMP2 at the implantation site would induce superior bone formation in vivo due to a minimized protein release. By controlling the release from newly designed materials or changing the protein immobilization methods, it seems possible to improve the osteoinductive properties of the resulting BMP2-functionalized scaffolds.
The combination of biocompatible and biodegradable scaffolds functionalized with a covalently immobilized protein such as BMP2 would constitute a new alternative in bone tissue engineering by eliminating the aforementioned severe side effects. One of the most common immobilization techniques is represented by the so-called EDC/NHS chemistry. This coupling technique allows covalent biding of the growth factor but in a non-site direct manner, thus producing an implant with uncontrollable and unpredictable osteogenic activities. Therefore, the generation of BMP2 variants harboring functional groups that allow a site-directed immobilization to the scaffold, would enable the production of implants with reproducible osteogenic activity.
The new BMP2 variants harbor an artificial amino acid at a specific position of the mature polypeptide sequence. The presence of the unnatural amino acid allows to use particular covalent immobilization techniques in a highly specific and site directed manner. The two selected BMP2 variants, BMP2 E83Plk and BMP2 E83Azide, were expressed in E. coli, renatured and purified by cation exchange chromatography. The final products were intensively analyzed in terms of purity and biological activity in vitro. The two BMP2 variants enabled the application of different coupling techniques and verify the possible options for site directed immobilization to the scaffold.
Intensive analyses on the possible side effects caused by the coupling reactions and on the quantification of the coupled protein were performed. Both click chemistry reactions showed high reaction efficacies when the BMP2 variants were coupled to functionalized fluorophores. Quantification by ELISA and scintillation counting of radioactively labeled protein revealed different outcomes. Moreover, the amounts of protein detected for the BMP2 variants coupled to microspheres were similar to that of the wild type protein. Therefore, it was not possible to conclude whether the BMP2 variants were covalently coupled or just adsorbed.
BMP2 variants being immobilized to various microspheres induced osteogenic differentiation of C2C12 cells in vitro, but only in those cells that were located in close proximity to the functionalized beads. This selectivity strongly indicates that the protein is for a great portion covalently coupled and not just adsorbed. Moreover, the difference between the covalently coupled BMP2 variants and the adsorbed BMP2 WT was confirmed in vivo. Injection of the BMP2-functionalized microspheres in a rat model induced subcutaneous bone formation.
The main aim of the animal experiment was to prove whether covalently coupled BMP2 induces bone formation at significant lower doses if compared to the amount being required if the protein is simply adsorbed. To this aim, several BMP2 concentrations were tested in this animal experiment. The BMP2 variants, being covalently immobilized, were hypothesized to be retained and therefore bio-available at the site of implantation for a prolonged time. However, in the animal experiments, lower doses of either coupled or adsorbed protein were unable to induce any bone formation within the 12 weeks.
In contrast, the highest doses induced bone formation that was first detected at week 4. During the 12 weeks of the experiment, an increase in bone density and a steady state bone volume was observed. These results were obtained only for the covalently coupled BMP2 E83Azide but not for BMP2 E83Plk that did not induce bone formation in any condition. The negative outcome after application of BMP2 E83Plk suggested that the coupling reaction might have provoked changes in the protein structure that extremely influenced its osteogenic capabilities in vivo.
However, the histological examination of the different ossicles induced either by BMP2 WT or BMP2 E83Azide, revealed clear morphological differences. BMP2 WT induced a bone shell-like structure, while the covalently coupled protein induced uniform bone formation also throughout the inner part. The differences between the two newly formed bones can be clearly associated with the different protein delivery mechanisms. Thus, the developed functionalized microspheres constitute a new interesting strategy that needs further investigations in order to be able to be used as replacement of the currently used BMP2 WT loaded medical devices.
N2  - Knochendefekte kritischer Größe sind im Vergleich zu normalen Knochenfrakturen nicht in der Lage selbst zu heilen. Daher werden zusätzlich Knochenersatzmaterialien zu deren Heilung benötigt. Der derzeitige Goldstandard in der Behandlung dieser Defekte, die durch Krankheiten, Traumata oder durch chirurgische Eingriffe hervorgerufen werden können, ist Transplantation autologen Knochens, was jedoch mit einigen Nachteilen verbunden ist. Als Alternative können neuartige biokompatible Materialien mit intrinsischem osteogenen Potential verwendet werden. Solche Materialien können Wachstumsfaktoren beinhalten welche aktiv die Heilung des beschädigten Knochens fördern.
Ein vielversprechender Ansatz um dieses Ziel zu erreichen, ist der Einsatz eines Kollagenträgers, welcher mit einem der stärksten osteoinduktiven Proteine, dem Bone Morphogenic Protein 2 (BMP2) dotiert ist. Nach der Genehmigung durch die Food and Drug Administration (FDA), wurde BMP2 erfolgreich bei der Behandlung von schwerwiegenden Knochendefekten eingesetzt. Daher wird es als bisher beste Alternative zu autologen Transplantaten sowie als beste Möglichkeit zur Anregung der Knochenneubildung angesehen. Nichtdestotrotz geht der Einsatz von mit BMP2 beladenen Trägersystemen mit Nebenwirkungen, wie Entzündungen Schwellungen, Knochenwucherungen abseits des behandelten Defektes sowie Atembeschwerden bei Behandlungen im Bereich der Halswirbelsäule einher. Die Nebenwirkungen werden durch die supraphysiologische Menge an Protein, mit der die Trägerstruktur beladen wird hervorgerufen. Jedoch ist solch eine Menge an Protein nötig, da die Abgabe des Proteins an der Transplantationsstelle sehr schnell abläuft. Deshalb konzentriert sich die Forschung auf die Verbesserung der Freisetzungskinetik, da ein längerer Verbleib des BMP2 an der Implantationsstelle sowie eine verringerte Freisetzung des Proteins eine bessere Knochenbildung in vivo herbeiführt. Die Freisetzungskinetik kann durch die Eigenschaften neu entwickelter Materialien selbst oder durch alternative Methoden der Kopplung des Proteins an die Trägerstruktur verändert werden.
Die Kombination aus biokompatiblen sowie biodegradierbaren Trägerstrukturen, an die über kovalente Bindungen BMP2 gebunden wird, stellt eine vielversprechende Alternative dar, welche die vorgenannten Nebenwirkungen bei der Knochenregeneration eliminiert. Die am häufigsten eingesetzte Methode zur kovalenten Anbindung von Proteinen an Trägerstukturen erfolgt über die sogenannte EDC/NHS-Chemie. Diese Technik erlaubt die allerdings nur eine ungerichtete Anbindung wodurch die standardisierte Reproduktion eines möglichen Medizinproduktes erschwert wird. Als Resultat entstehen sehr wahrscheinlich Implantate mit unvorhersehbaren osteogenen Eigenschaften. Die Herstellung von BMP2-Varianten, welche gerichtet an Trägerstrukturen gekoppelt werden können, ermöglicht die Herstellung von Implantaten mit reproduzierbarer osteogener Aktivität.
Alle hier vorgestellte Varianten beinhalten eine artifizielle Aminosäure an einer bestimmten Stelle in der Polypeptidsequenz. Die künstliche Aminosäure ermöglicht den Einsatz spezieller Kopplungschemien für kovalente Bindungen, welche dadurch per Definition spezifisch und gerichtet sind. Für weiterführende Experimente wurden die folgende BMP2-Varianten ausgewählt: BMP2 E83Plk und BMP2 E83Azide. Diese wurden durch Expression in E. coli gewonnen, renaturiert und mittels Ionenchromatographie aufgereinigt. Die gewonnenen Produkte wurden hinsichtlich ihrer Reinheit und biologischen Aktivität in vitro untersucht. Beide BMP2 Varianten ermöglichen den Einsatz verschiedener Kopplungstechniken an geeignete Trägerstrukturen.
Analysen hinsichtlich möglicher Nebenwirkungen aufgrund der Kupplungsreaktion sowie die genaue Quantifizierung der gekoppelten Proteine auf den Mikrosphären wurden durchgeführt. Beide Kopplungsstrategien zeigten eine hohe Effizienz wobei für die Quantifizierung der Proteinmengen mittels ELISA und Szintillationszählung unterschiedliche Werte gemessen wurden. Des Weiteren war die gemessene Proteinmenge von an Mikrosphären gekoppelten BMP2 Varianten in einem ähnlichen Bereich, wie die bei der ungekoppelten BMP2 WT Kontrolle gemessen wurden. Daher war es nicht möglich zu bestimmen, inwieweit die verwendeten BMP2-Varianten kovalent gebunden oder lediglich adsorbiert waren.
Die BMP2 Varianten, die anhand der verwendeten Kopplungschemie in kovalent gebundener Form vorliegenden sollten, induzierten unabhängig vom jeweils verwendeten Material der Sphären die osteogene Differenzierung von C2C12 Zellen die in unmittelbarem Kontakt zu diesen Sphären standen. Im Falle von BMP2 WT beinhaltenden Sphären wurde auch Zelldifferenzierung in Distanz zu den einzelnen Sphären beobachten, was auf Diffusionsprozesse hindeutet. Da dies im Falle der kovalent gekoppelten BMP-2 Varianten nicht beobachtet werden konnte zeigt, dass das Protein hier zum Großteil kovalent gebunden vorliegt und nicht nur adsorbiert wird. Unterschiede zwischen den kovalent gebundenen BMP2 Varianten und dem adsorbierten Wildtyp zeigten sich auch in den Tierexperimenten. Mikrosphären, welche mit BMP2 WT oder einem der beiden BMP2 Varianten beladenen waren, wurden einer Ratte subkutan injiziert, was zu einer ektopen Knochenbildung führte. Das Ziel des Tierversuches war, zu überprüfen, ob geringere Dosen an kovalent gebundenem BMP2, verglichen mit der hohen benötigten Menge an adsorbiertem Protein diese Knochenneubildung induzieren kann. Dabei wurden verschiedene BMP2 Konzentrationen getestet.
Die Hypothese war, dass die kovalent gebundenen BMP2 Varianten zurückgehalten werden beziehungsweise langsamer freigesetzt werden und daher über einen längeren Zeitraum an der Implantationsstelle wirksam sind. Allerdings konnte im Tierversuch weder durch niedrig dosiertes (< 10 μg) kovalent gebundenes noch durch adsorbiertes Protein innerhalb von 12 Wochen ektope Knochenbildung induziert werden.
Dagegen konnte mit der höchsten Dosis bereits nach 4 Wochen Knochenbildung nachgewiesen werden. Während des zwölfwöchigen Experiments konnte ein Anstieg der Knochendichte und ein Steady State des Knochenvolumens beobachtet werden. Dies traf jedoch nur für das kovalent gebundene BMP2 E83Azide zu, jedoch nicht für das BMP2 E83Plk, welches bei allen Dosen kein Knochenwachstum hervorrufen konnte. Das negative Ergebnis nach der Gabe von BMP2 E83Plk deutet darauf hin, dass die hier verwendete Kopplungschemie möglicherweise eine Veränderung der Proteinstruktur bewirkt und dadurch die biologische Aktivität des Proteins verloren geht.
Allerdings zeigten histologische Untersuchungen der gebildeten Knochenstrukturen, welche durch BMP2 WT oder durch BMP2 E83Azide hervorgerufen wurden, deutliche morphologische Unterschiede. BMP2 WT erzeugt eine solide schalenförmige Strukturen während das kovalent gebundene Protein ein eher gleichförmiges Knochenwachstum induziert, auch im Inneren der gebildeten Knochenstruktur, welches hier Reste implantierten Mikrosphären umschließt. Dies konnte nicht in den durch BMP2 WT induzierten Knochenstrukturen nachgewiesen werden. Der Unterschied zwischen den zwei Formen neu gebildeten Knochens kann mit den verschiedenen Freisetzungsmechanismen in Verbindung gebracht werden. Daher stellt die Entwicklung funktionalisierter Mikrosphären eine neue interessante Strategie dar, welche weiterführende Untersuchungen benötigt, um die aktuell genutzten BMP2 WT beinhaltenden Medizinprodukte zu ersetzen.
KW  - Bone morphogenetic protein 2
KW  - ectopic bone formation
KW  - site directed immobilization
KW  - bone regeneration
KW  - in vivo study
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169359
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jarick [née Ottmüller], Katja Julika
T1  - Migration of allogenic T cells in intestinal lymphoid structures during acute Graft-versus-Host Disease
T1  - Migration allogener T-Zellen in intestinalen lymphoiden Strukturen während der akuten Graft-versus-Host Reaktion
N2  - T cell infiltration into the intestine occurs after priming and activation in the mesenteric lymph nodes and Peyer’s patches and subsequent trafficking via the blood circulation. We hypothesized that additionally to the vascular trafficking route, a fraction of T cells in the Peyer’s patches directly migrate into the adjacent lamina propria of the small intestine. To test this hypothesis, we employed a mouse model of acute Graft-versus-Host Disease to study the direct T cell migration from the Peyer’s patches to the adjacent lamina propria. 
First, we analyzed the border of Peyer’s patches on histological sections and found that the Peyer’s patch is not enclosed by a capsule or basement membrane. Thus, the tissue architecture allows for direct access to the surrounding tissue. With whole-mount light sheet fluorescence microscopy we quantified a three-dimensional gradient of T cells around Peyer’s patches on day 2.5 and day 3 after transplantation. This gradient evened out at day 4 and day 6 when high numbers of T cells started to evenly infiltrate the intestine from the blood circulation. We confirmed that gradient-forming T cells around Peyer’s patches resided within the tissue parenchyma of the lamina propria and not inside lymphatic vessels. 
To positively prove that the recently activated donor T cells around Peyer’s patches have egressed directly from that patch, we established a protocol for intravital photoconversion of T cells inside Peyer’s patches. 12 h after photoconversion inside a single Peyer’s patch, photoconverted T cells resided only around this particular Peyer’s patch and not elsewhere in the small intestine. This indicated that the T cells did not infiltrate via the blood but migrated to the adjacent lamina propria of the small intestine. Dynamic intravital two-photon microscopy revealed that these T cells next to the Peyer’s patch migrated in a random pattern. This suggested that these cells did not follow a positive chemoattractive gradient once they had reached the lamina propria. Laser-capture microdissection combined with RNA sequencing of the mucosa near the Peyer’s patch identified a wide range of migration-promoting factors. These included chemokines, co-stimulatory receptors and migration-associated intracellular molecules, which are candidates to promote this direct migration from Peyer’s patches.
Altogether, we demonstrate for the first time that additionally to the vascular trafficking route, a fraction of T cells migrates directly from the Peyer’s patch to the surrounding mucosa. This mechanism implies so far unrecognized regional specification of Peyer’s-patch-primed T cells. Our findings may impact treatment strategies to avoid intestinal inflammation or foster immunity after oral vaccination.
N2  - T-Zell Infiltration in den Darm erfolgt nach Primen und Aktivierung in den mesenterialen Lymphknoten und Peyerschen Plaques durch Rezirkulation über die Blutbahn. Wir stellten die Hypothese auf, dass zusätzlich zur vaskulären Route ein Teil der T-Zellen im Peyerschen Plaque direkt in die angrenzende Lamina propria des Dünndarms wandert. Um diese Hypothese zu testen, setzten wir ein Mausmodell für eine akute Graft-versus-Host Reaktion ein, um die direkte Migration von T Zellen aus den Peyerschen Plaques in die angrenzende Lamina propria zu untersuchen. 
Zuerst analysierten wir die Randzonen um die Peyerschen Plaques mit histologischen Schnitten und konnten bestätigen, dass der Peyersche Plaque von keiner Kapsel oder Basalmembran umschlossen ist, sodass die Gewebearchitektur den direkten Zugang des umliegenden Gewebes zulässt. Mithilfe der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie von Dünndarm-Komplettpräparaten quantifizierten wir einen dreidimensionalen T-Zell Gradienten um Peyersche Plaques an den Tagen 2,5 und 3 nach allogener Stammzelltransplantation. Dieser Gradient verschwand zwischen an Tag 4 und Tag 6, als eine hohe Anzahl an T-Zellen begann, den Darm gleichmäßig über die Blutbahn zu infiltrieren. Wir bestätigten, dass die Gradienten-bildenden T-Zellen im Gewebe der Lamina propria und nicht in lymphatischen Gefäßen saßen, um zirkulierende Zellen von der Gradientenbildung auszuschließen.
Um direkt zu beweisen, dass die T-Zellen um dem Peyerschen Plaque unmittelbar aus diesem Plaque ausgewandert sind, haben wir ein Protokoll für intravitale Photokonversion von T-Zellen im Peyerschen Plaque etabliert. 12 h nach der Photokonversion in einem einzelnen Peyerschen Plaque befanden sich die T-Zellen nur um diesen bestimmten Plaque herum. Dies zeigt, dass die T-Zellen das Gewebe nicht über die Blutbahn infiltrierten, sondern direkt in die angrenzende Lamina propria des Dünndarms gewandert waren. Dynamische intravitale Zweiphotonenmikrokopie offenbarte, dass diese T-Zellen um den Peyerschen Plaque nach zufälligem Schema wanderten. Dies legte nahe, dass diese T-Zellen keinem positiven Chemokingradienten folgten, sobald sie die Lamina propria erreicht hatten. Laser-Mikrodissektion kombiniert mit RNA-Sequenzierung der Mukosa nahe des Peyerschen Plaques identifizierte eine große Auswahl an migrationsfördernden Faktoren. Hierunter waren Chemokine, kostimulatorische Rezeptoren und intrazelluläre migrationsassoziierte Moleküle, welche Kandidaten sind, diese direkte Migration aus den Peyerschen Plaques zu fördern. 
In dieser Arbeit zeigen wir erstmalig, dass zusätzlich zur vaskulären Route ein Teil der T Zellen direkt vom Peyerschen Plaque in die umliegende Mukosa wandert. Dieser Mechanismus impliziert bislang unerkannte regionale Spezialisierung von T Zellen, welche in Peyerschen Plaques aktiviert wurden. Diese neuen Befunde können zukünftige Behandlungsstrategien gegen intestinale Entzündungserkrankungen oder für Immunreaktionen nach oraler Impfung beeinflussen.
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Graft-versus-host-disease
KW  - Darm
KW  - Zellmigration
KW  - Peyer's patch
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178758
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chithelen, Janice
T1  - Targeting viral and host factors to optimize anti-measles virus therapy
T1  - Zielgerichtete Hemmung von Virus- und Wirtsfaktoren zur Optimierung der Anti-Masern-Virus-Therapie
N2  - Measles is an ancient disease with historical records as early as the 9th century.
Extensive study as well as advances in scientific knowledge of virology have led to
identification of the viral pathogen and subsequent development of an effective vaccine
leading to global efforts towards measles elimination. In 2018, around 140,000 deaths were
reported due to measles with incomplete vaccine coverage being one of the leading causes
of resurgence. Measles is highly contagious and often regarded as a childhood illness.
However, measles is associated with a number of complications and persistent infections
like subacute sclerosing panencephalitis (SSPE), which have brought into focus the need
for specific anti-viral therapies.
The aim of this study was to target host and viral factors to optimize anti-measles virus
therapy. Our approach was to test a panel of compounds known to inhibit host cell
functions or viral factors for their antiviral effect on measles replication. Primary human
lymphocytes, persistently infected NT2 cells and post-mitotic neurons were used as in vitro
model systems of acute, persistent and neuronal infection respectively to test the inhibitors.
Using the inhibitors Ceranib-2 and SKI-II to target the sphingolipid metabolism enzymes
acid ceramidase and sphingosine kinase in infected human primary lymphocytes, we
observed a decreased protein translational capacity mediated by mTORC1, EIF4E and
ribosomal protein S6 phosphorylation that probably contributes to the antiviral effect. In
the persistently infected neural NT2 cells and post-mitotic neurons derived from LUHMES
cells, we observed effective infection inhibition and viral clearance upon treatment with a
small non-nucleoside inhibitor (ERDRP-0519) specifically targeting the Morbillivirus
large polymerase. Other inhibitors such as Ribavirin and Favipiravir were less effective. To
conclude, 1) we identified a mTOR associated protein translation axis associated with the
sphingolipid metabolism, which affects measles virus replication and 2) In vitro
persistently infected neuronal and post-mitotic neuron models were successfully used as a
rapid method to test antivirals against measles virus.
N2  - Masern sind eine uralte Krankheit, die bereits im 9. Jahrhundert historisch belegt ist. Umfangreiche Studien und Fortschritte in der Virologie haben die Identifizierung des viralen Erregers und anschließende Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs ermöglicht, was zu weltweiten Bemühungen um die Eliminierung der Masern geführt hat. Im Jahr 2018 wurden rund 140.000 Todesfälle aufgrund von Masern gemeldet, wobei die unvollständige Durchimpfungsrate eine der Hauptursachen für das Wiederauftreten der Krankheit ist. Masern sind hoch ansteckend und werden oft als Kinderkrankheit betrachtet. Die Erkrankung ist jedoch assoziiert mit einer Reihe Komplikationen und persistierenden Infektionen wie die subakute sklerosierende Panenzephalitis (SSPE), was den Bedarf nach spezifischen antiviralen Therapien in den Focus gebracht hat.
Ziel dieser Studie war es, zelluläre und virale Faktoren ins Visier zu nehmen, um die Therapie gegen das Masernvirus zu optimieren. Unser Ansatz bestand darin, eine Reihe von Substanzen, die bekanntermaßen Wirtsfunktionen oder virale Faktoren hemmen, auf ihre antivirale Wirkung auf die Masernreplikation zu testen. Primäre menschliche Lymphozyten, persistierend infizierte NT2-Zellen und post-mitotische Neuronen wurden als in-vitro-Modellsysteme für akute, persistierende und neuronale Infektionen verwendet, um die Inhibitoren zu testen. Durch den Einsatz der Inhibitoren Ceranib-2 und SKI-II, die auf die Enzyme saure Ceramidase und Sphingosinkinase des Sphingolipid-Stoffwechsels abzielen, konnten wir in infizierten menschlichen primären Lymphozyten eine verringerte Protein-Translationskapazität vermittelt durch mTORC1, EIF4E und ribosomales Protein S6-Phosphorylierung beobachten, die wahrscheinlich zur antiviralen Wirkung beiträgt. In den persistierend infizierten neuronalen NT2-Zellen und aus LUHMES-Zellen differenzierten post-mitotischen Neuronen beobachteten wir eine effektive Elimination des Virus oder Infektionshemmung bei Behandlung mit einem nicht-nukleosidischen Inhibitor (ERDRP-0519), der spezifisch auf die Polymerase des Morbillivirus abzielt. Andere Inhibitoren wie Ribavirin und Favipiravir waren weniger effektiv. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir 1) wir eine mTOR-assoziierte Protein-Translationsachse identifiziert haben, die mit dem Sphingolipid-Stoffwechsel in Verbindung steht und die Masernvirus-Replikation beeinflusst, und 2) In-vitro-Modelle für persistierend infizierte neuronale und post-mitotische Neuronen erfolgreich als schnelle Methode zum Testen von Virostatika gegen Masernvirus angewandt haben.
KW  - measles virus
KW  - sphingolipid
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-293059
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Costea, Paul I.
A1  - Coelho, Louis Pedro
A1  - Sunagawa, Shinichi
A1  - Munch, Robin
A1  - Huerta-Cepas, Jaime
A1  - Forslund, Kristoffer
A1  - Hildebrand, Falk
A1  - Kushugulova, Almagul
A1  - Zeller, Georg
A1  - Bork, Peer
T1  - Subspecies in the global human gut microbiome
JF  - Molecular Systems Biology
N2  - Population genomics of prokaryotes has been studied in depth in only a small number of primarily pathogenic bacteria, as genome sequences of isolates of diverse origin are lacking for most species. Here, we conducted a large‐scale survey of population structure in prevalent human gut microbial species, sampled from their natural environment, with a culture‐independent metagenomic approach. We examined the variation landscape of 71 species in 2,144 human fecal metagenomes and found that in 44 of these, accounting for 72% of the total assigned microbial abundance, single‐nucleotide variation clearly indicates the existence of sub‐populations (here termed subspecies). A single subspecies (per species) usually dominates within each host, as expected from ecological theory. At the global scale, geographic distributions of subspecies differ between phyla, with Firmicutes subspecies being significantly more geographically restricted. To investigate the functional significance of the delineated subspecies, we identified genes that consistently distinguish them in a manner that is independent of reference genomes. We further associated these subspecies‐specific genes with properties of the microbial community and the host. For example, two of the three Eubacterium rectale subspecies consistently harbor an accessory pro‐inflammatory flagellum operon that is associated with lower gut community diversity, higher host BMI, and higher blood fasting insulin levels. Using an additional 676 human oral samples, we further demonstrate the existence of niche specialized subspecies in the different parts of the oral cavity. Taken together, we provide evidence for subspecies in the majority of abundant gut prokaryotes, leading to a better functional and ecological understanding of the human gut microbiome in conjunction with its host.
KW  - biology
KW  - genetic variation
KW  - metagenomics
KW  - microbiome
KW  - population structure
KW  - prokaryotic subspecies
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-172674
VL  - 13
IS  - 12
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lakovic, Milica
T1  - Evolution of animal dispersal: Putting timing in perspective
T1  - Evolution von Ausbreitungsstrategien: Die Fitnesskonsequenzen des Zeitpunkts von Emigration
N2  - Dispersal is a life-history trait affecting dynamics and persistence of populations; it evolves under various known selective pressures. Theoretical studies on dispersal typically assume 'natal dispersal', where individuals emigrate right after birth. But emigration may also occur during a later moment within a reproductive season ('breeding dispersal'). For example, some female butterflies first deposit eggs in their natal patch before migrating to other site(s) to continue egg-laying there. How breeding compared to natal dispersal influences the evolution of dispersal has not been explored. To close this gap we used an individual-based simulation approach to analyze (i) the evolution of timing of breeding dispersal in annual organisms, (ii) its influence on dispersal (compared to natal dispersal). Furthermore, we tested (iii) its performance in direct evolutionary contest with individuals following a natal dispersal strategy. Our results show that evolution should typically result in lower dispersal under breeding dispersal, especially when costs of dispersal are low and population size is small. By distributing offspring evenly across two patches, breeding dispersal allows reducing direct sibling competition in the next generation whereas natal dispersal can only reduce trans-generational kin competition by producing highly dispersive offspring in each generation. The added benefit of breeding dispersal is most prominent in patches with small population sizes. Finally, the evolutionary contests show that a breeding dispersal strategy would universally out-compete natal dispersal.
N2  - Emigration und die daraus resultierende Ausbreitung („dispersal“) ist ein wichtiges Ereignis im Lebenszyklus von Insekten, mit grundlegenden öko-evolutionären Folgen. Fortschreitender globaler Wandel hinterlässt viele Arten in stark fragmentierten Habitaten; der Verbreitungsstrategie kommt deshalb eine Schlüsselrolle im Fortbestehen von Populationen zu. Insekten sind besonders anfällig gegenüber Habitatzerstörungen, da viele von ihnen Spezialisten sind und daher z.B. stark von Präsenz bestimmter Wirtsarten und deren Verteilung abhängen. Zum Schutz dieser Arten ist es folglich entscheidend die Ursachen und Folgen verschiedener Ausbreitungsstrategien zu verstehen. Zudem können Arten mit unterschiedlichen Lebenszyklen spezifische Ausbreitungsstrategien aufweisen. Natale Emigration („natal dispersal“) ist definiert als das Verlassen des Ortes der Geburt, um an einem neuen Ort zu reproduzieren, während „breeding dispersal“ Ausbreitung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Paarungen bedeutet. Natal dispersal kann während des Larval- und Adultstadiums stattfinden, breeding dispersal nur während des Adultstadiums. Weiterhin ist der Zeitpunkt der Verpaarung, entweder vor oder nach Ausbreitung, besonders wichtig für Weibchen, die nicht nur die eigenen Gene transportieren, sondern eventuell auch die eines verpaarten Männchens. Es ist eindeutig, dass sich Genfluss und ökoevolutionäre Dynamik zwischen diesen Ausbreitungsstrategien unterscheiden. Schließlich erhielt nformationsverarbeitung durch Insekten und dessen Rolle in emigrationsbezogenen Entscheidungen in jüngster Zeit viel Aufmerksamkeit. Dennoch wurde der Zeitraum der Informationsbeschaffung (z.B. während des Larven- oder Adultstadiums) und folglich die Verfügbarkeit von Information zum Zeitpunkt der Emigration von Theoretikern und Empirikern größtenteils nicht beachtet. Meine Doktorarbeit liefert theoretische Einsichten in den optimalen Zeitpunkt der Emigration, des Zeitpunktes der Paarung (in Relation zu Emigration) und die Rolle von Informationsbeschaffung in Insekten- Metapopulationen. Mit  Individuen basierten Modellen analysierte ich zuerst die Evolution des Emigrationszeitpunktes in Metapopulationen, gefolgt von der Evolution des (optimalen) Emigrations- und Paarungszeitpunktes in Metapopulationen von Insekten. Abschließend untersuchte ich, wie sich die Investition von Zeit in das Sammeln von Informationen auf den Zeitpunkt und die Häufigkeit von Emigration auswirkt. Ergebnisse meiner Thesis zeigen, dass die Vermeidung von Konkurrenz innerhalb der Art eine entscheidende Rolle in der Evolution des Zeitpunktes der Emigration einnimmt; weiterhin konnte ich zeigen, dass Insekten Informationen über die Populationsdichte nutzen können, um daran angepasst Entscheidungen bezüglich ihrer Emigration zu treffen; in heterogener Umwelt bestimmt die Toleranz gegenüber der Habitate die Evolution der Ausbreitungsstrategie und des Paarungszeitpunktes, was folglich die lokal Anpassung innerhalb ganzer Landschaften bestimmt. Meine Thesis bietet neue Einsichten in die Evolution von Ausbreitung, insbesondere auf den richtigen Zeitpunkt und die Reihenfolge von Emigration, Verpaarung und dem Sammeln von Informationen. Dieser Aspekt des Timings wurde bisher von theoretischen und empirischen
Ökologen größtenteils ignoriert. Um die Populationsdynamik und die Ausbreitung einer Art verstehen zu können, ist es essentiell den Lebenszyklus und die Zeitpunkte der wichtigsten Lebensereignisse (Verbreitung, Reproduktion) zu kennen. Dies ist zwingend nötig, wenn eine erfolgreiche Umsetzung von Naturschutzmaßnahmen (z.B. Wiedereinführung von Arten) oder biologischer Schädlingsbekämpfung (z.B. Einführung von Prädatoren zur Bekämpfung von Schädlingen) angestrebt wird.
KW  - dispersal timing
KW  - metapopulation
KW  - individual-based simulation
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-154522
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - da Cruz, Irene
A1  - Rodríguez-Casuriaga, Rosana
A1  - Santiñaque, Frederico F.
A1  - Farías, Joaquina
A1  - Curti, Gianni
A1  - Capoano, Carlos A.
A1  - Folle, Gustavo A.
A1  - Benavente, Ricardo
A1  - Sotelo-Silveira, José Roberto
A1  - Geisinger, Adriana
T1  - Transcriptome analysis of highly purified mouse spermatogenic cell populations: gene expression signatures switch from meiotic-to postmeiotic-related processes at pachytene stage
JF  - BMC Genomics
N2  - Background

Spermatogenesis is a complex differentiation process that involves the successive and simultaneous execution of three different gene expression programs: mitotic proliferation of spermatogonia, meiosis, and spermiogenesis. Testicular cell heterogeneity has hindered its molecular analyses. Moreover, the characterization of short, poorly represented cell stages such as initial meiotic prophase ones (leptotene and zygotene) has remained elusive, despite their crucial importance for understanding the fundamentals of meiosis.

Results

We have developed a flow cytometry-based approach for obtaining highly pure stage-specific spermatogenic cell populations, including early meiotic prophase. Here we combined this methodology with next generation sequencing, which enabled the analysis of meiotic and postmeiotic gene expression signatures in mouse with unprecedented reliability. Interestingly, we found that a considerable number of genes involved in early as well as late meiotic processes are already on at early meiotic prophase, with a high proportion of them being expressed only for the short time lapse of lepto-zygotene stages. Besides, we observed a massive change in gene expression patterns during medium meiotic prophase (pachytene) when mostly genes related to spermiogenesis and sperm function are already turned on. This indicates that the transcriptional switch from meiosis to post-meiosis takes place very early, during meiotic prophase, thus disclosing a higher incidence of post-transcriptional regulation in spermatogenesis than previously reported. Moreover, we found that a good proportion of the differential gene expression in spermiogenesis corresponds to up-regulation of genes whose expression starts earlier, at pachytene stage; this includes transition protein-and protamine-coding genes, which have long been claimed to switch on during spermiogenesis. In addition, our results afford new insights concerning X chromosome meiotic inactivation and reactivation.

Conclusions

This work provides for the first time an overview of the time course for the massive onset and turning off of the meiotic and spermiogenic genetic programs. Importantly, our data represent a highly reliable information set about gene expression in pure testicular cell populations including early meiotic prophase, for further data mining towards the elucidation of the molecular bases of male reproduction in mammals.
KW  - Spermatogenesis
KW  - Transcriptome
KW  - RNAseq
KW  - Flow cytometry
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164574
VL  - 17
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Shen, Yingjia
A1  - Chalopin, Domitille
A1  - Garcia, Tzintzuni
A1  - Boswell, Mikki
A1  - Boswell, William
A1  - Shiryev, Sergey A.
A1  - Agarwala, Richa
A1  - Volff, Jean-Nicolas
A1  - Postlethwait, John H.
A1  - Schartl, Manfred
A1  - Minx, Patrick
A1  - Warren, Wesley C.
A1  - Walter, Ronald B.
T1  - X. couchianus and X. hellerii genome models provide genomic variation insight among Xiphophorus species
JF  - BMC Genomics
N2  - Background

Xiphophorus fishes are represented by 26 live-bearing species of tropical fish that express many attributes (e.g., viviparity, genetic and phenotypic variation, ecological adaptation, varied sexual developmental mechanisms, ability to produce fertile interspecies hybrids) that have made attractive research models for over 85 years. Use of various interspecies hybrids to investigate the genetics underlying spontaneous and induced tumorigenesis has resulted in the development and maintenance of pedigreed Xiphophorus lines specifically bred for research. The recent availability of the X. maculatus reference genome assembly now provides unprecedented opportunities for novel and exciting comparative research studies among Xiphophorus species.

Results

We present sequencing, assembly and annotation of two new genomes representing Xiphophorus couchianus and Xiphophorus hellerii. The final X. couchianus and X. hellerii assemblies have total sizes of 708 Mb and 734 Mb and correspond to 98 % and 102 % of the X. maculatus Jp 163 A genome size, respectively. The rates of single nucleotide change range from 1 per 52 bp to 1 per 69 bp among the three genomes and the impact of putatively damaging variants are presented. In addition, a survey of transposable elements allowed us to deduce an ancestral TE landscape, uncovered potential active TEs and document a recent burst of TEs during evolution of this genus.

Conclusions

Two new Xiphophorus genomes and their corresponding transcriptomes were efficiently assembled, the former using a novel guided assembly approach. Three assembled genome sequences within this single vertebrate order of new world live-bearing fishes will accelerate our understanding of relationship between environmental adaptation and genome evolution. In addition, these genome resources provide capability to determine allele specific gene regulation among interspecies hybrids produced by crossing any of the three species that are known to produce progeny predisposed to tumor development.
KW  - Xiphophorus
KW  - X. hellerii
KW  - Annotation
KW  - Single nucleotide change
KW  - Genome comparison
KW  - X. couchianus
KW  - Genome assembly
KW  - NGS
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164582
VL  - 17
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wallstabe, Julia
T1  - Induktion von GvHD-artigen Gewebeschäden an humanen artifiziellen Hautmodellen
T1  - Induction of GvHD-like tissue damage in human artificial skin models
N2  - Graft-versus-Host Disease (GvHD) stellt einen häufigen, den Gesamterfolg einer allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation limitierenden Faktor dar. Bei dieser Komplikation attackieren vor allem alloreaktive T-Lymphozyten des Stammzellspenders gesunde Körperzellen des Patienten. Infolgedessen kommt es zu Gewebeschäden in den Zielorganen Haut, Leber und Darm. Die Behandlung der GvHD erfordert eine effektive Immunsuppression, was wiederum Graft-versusTumor-Effekte kompromittiert und den Rückfall der malignen Grunderkrankung bedingen kann. Viele Patienten sprechen aus bisher ungeklärten Gründen nicht auf die klassische immunsuppressive Therapie mit Steroiden oder second-line Therapien an. Neue zelluläre Therapien zur Behandlung der refraktären GvHD sind auf dem Vormarsch, bedürfen aber einer weiterführenden klinischen Testung, auch um die exakten Wirkungsmechanismen zu verstehen. Idealerweise könnten neue Testsysteme das GvHD-Potential von allogenen Stammzellpräparaten oder aber das immunsuppressive Potential von neuen GvHD-Therapien vorhersagen, bevor diese in klinischen Studien eingesetzt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein erstes, in multiplen Replikaten einsetzbares, humanes organotypisches Gewebemodell zur Simulation einer GvHD-Reaktion am Beispiel der Haut zu etablieren. 
 
Zu diesem Zweck wurden artifizielle humane Hautmodelle unter statischen (KollagenHautmodelle) und dynamischen Kulturbedingungen (vaskularisierte Hautmodelle) generiert. Die Injektion unstimulierter PBMCs (engl. peripheral blood mononuclear cells) führte zu keinen histomorphologischen Veränderungen in den KollagenHautmodellen. Im Gegensatz dazu hatte die Injektion vorstimulierter allogener PBMCs eine Zerstörung der epidermalen Strukturen der Kollagen-Hautmodelle zur Folge, welche vergleichbar waren mit Gewebeschäden bei einer akuten GvHD der Haut. Dieselben Schädigungen der Epidermis wurden durch die Injektion von Mediumüberständen vorstimulierter PBMCs in die Kollagen-Hautmodelle erreicht. Im Kulturmedium der Kollagen-Hautmodelle wurden hohe Konzentrationen von Interleukin 2 und 17, Interferon gamma sowie Tumornekrosefaktor alpha gemessen, wodurch auf die Beteiligung von Zytokinen an der inflammatorischen Reaktion geschlossen werden konnte. Auch im komplexeren vaskularisierten Hautmodell verursachte die Injektion vorstimulierter PBMCs histomorphologische Veränderungen entsprechend einer akuten Haut-GvHD sowie einen zeitabhängigen Anstieg proinflammatorischer Zytokine. 
 
Zusammenfassend zeigen die Resultate dieser Arbeit, dass die Induktion einer starken Inflammations- und Immunreaktion in artifiziellen humanen Hautmodellen, welche histomorphologisch eine GvHD imitiert, möglich ist. Dieses Modell könnte als Grundlage für die Entwicklung eines klinisch relevanten Testsystems zur Bestimmung des GvHD-Restpotentials oder zur Festlegung der immunsuppressiven Kapazität innovativer Zellpräparate dienen. Somit könnten humane artifizielle GvHDModelle in klinischen Studien eingesetzt werden und die Erfahrungen aus Tiermodellen ergänzen sowie erste in vitro Ergebnisse im humanen System liefern, welche dann mit dem tatsächlichen klinischen Resultat verglichen werden könnten.
N2  - Graft-versus-Host Disease (GvHD) remains the most important limiting factor for the success of allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. This major complication is caused by alloreactive donor T-lymphocytes that attack healthy tissues of the recipient leading to severe tissue damage within the target organs skin, liver and gut. Treatment of GvHD requires effective immunosuppression, which in turn impairs Graft-versus-Tumor activity and enhances the risk for relapse of the malignant disease. However, for still unknown reasons many patients do not respond to standard immunosuppressive therapy with steroids or to second-line therapies. Development of novel cellular therapies that gain more and more clinical relevance due to their high anti-tumor potency lead to a strong demand for advanced test platforms to further investigate their underlying functional mechanisms and exclude off-tumor effects against healthy tissues. Ideally, new test systems could be used for the prediction of the GvHD potential of allogeneic stem cell products or for prediction of an immunosuppressive potential of novel GvHD therapies before entering clinical studies. The aim of this study was to establish a GvHD test system based on human organotypic skin models allowing the simulation of GvHD reactions in the skin in multiple replicates. 
 
To this end, artificial human skin models were generated under static (collagen skin model) and dynamic culture conditions (vascularized skin model). Injection of unstimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) did not cause histomorphological changes in collagen skin models. In contrast, injection of prestimulated PBMCs resulted in disruption of the epidermis of collagen skin models mimicking acute skin GvHD. The same disruption of the epidermal layer was observed using cell culture supernatants of prestimulated PBMCs, suggesting the involvement of proinflammatory cytokines. Indeed, measurement of cytokine levels in culture supernatants revealed an increase of interleukin 2 and 17, interferon gamma and tumor necrosis factor alpha. In addition, injection of prestimulated PBMCs into more complex vascularized skin models also caused disruption of the epidermal layer and an increase of proinflammatory cytokine levels in a time dependent manner. 
 
Taken together, these findings demonstrate that it is possible to induce a strong immune reaction and inflammatory tissue damage in artificial human skin models mimicking histomorphological patterns of acute skin GvHD. Therefore, this model could contribute to the development of a clinically relevant GvHD test platform for prediction of the GvHD potential or immunosuppressive capacity of innovative cell products. Thus, artificial human GvHD models may be employed in clinical studies in order to gain first in vitro results in a human system and to extend information from animal models, which can then be compared to the actual clinical outcome.
KW  - Graft-versus-host-disease
KW  - Tissue Engineering
KW  - inflammatorische Gewebeschäden
KW  - artifizielle Hautmodelle
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-153966
ER  -