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Growth, ageing and atherosclerotic plaque development alter the biomechanical forces acting on the vessel wall. However, monitoring the detailed local changes in wall shear stress (WSS) at distinct sites of the murine aortic arch over time has been challenging. Here, we studied the temporal and spatial changes in flow, WSS, oscillatory shear index (OSI) and elastic properties of healthy wildtype (WT, n = 5) and atherosclerotic apolipoprotein E-deficient (Apoe\(^{−/−}\), n = 6) mice during ageing and atherosclerosis using high-resolution 4D flow magnetic resonance imaging (MRI). Spatially resolved 2D projection maps of WSS and OSI of the complete aortic arch were generated, allowing the pixel-wise statistical analysis of inter- and intragroup hemodynamic changes over time and local correlations between WSS, pulse wave velocity (PWV), plaque and vessel wall characteristics. The study revealed converse differences of local hemodynamic profiles in healthy WT and atherosclerotic Apoe\(^{−/−}\) mice, and we identified the circumferential WSS as potential marker of plaque size and composition in advanced atherosclerosis and the radial strain as a potential marker for vascular elasticity. Two-dimensional (2D) projection maps of WSS and OSI, including statistical analysis provide a powerful tool to monitor local aortic hemodynamics during ageing and atherosclerosis. The correlation of spatially resolved hemodynamics and plaque characteristics could significantly improve our understanding of the impact of hemodynamics on atherosclerosis, which may be key to understand plaque progression towards vulnerability.
Aging is an independent risk factor for cardiovascular diseases and therefore of particular interest for the prevention of cardiovascular events. However, the mechanisms underlying vascular aging are not well understood. Since carcinoembryonic antigen‐related cell adhesion molecule 1 (CEACAM1) is crucially involved in vascular homeostasis, we sought to identify the role of CEACAM1 in vascular aging. Using human internal thoracic artery and murine aorta, we show that CEACAM1 is upregulated in the course of vascular aging. Further analyses demonstrated that TNF‐α is CEACAM1‐dependently upregulated in the aging vasculature. Vice versa, TNF‐α induces CEACAM1 expression. This results in a feed‐forward loop in the aging vasculature that maintains a chronic pro‐inflammatory milieu. Furthermore, we demonstrate that age‐associated vascular alterations, that is, increased oxidative stress and vascular fibrosis, due to increased medial collagen deposition crucially depend on the presence of CEACAM1. Additionally, age‐dependent upregulation of vascular CEACAM1 expression contributes to endothelial barrier impairment, putatively via increased VEGF/VEGFR‐2 signaling. Consequently, aging‐related upregulation of vascular CEACAM1 expression results in endothelial dysfunction that may promote atherosclerotic plaque formation in the presence of additional risk factors. Our data suggest that CEACAM1 might represent an attractive target in order to delay physiological aging and therefore the transition to vascular disorders such as atherosclerosis.
This review outlines the most frequently used rodent stroke models and discusses their strengths and shortcomings. Mimicking all aspects of human stroke in one animal model is not feasible because ischemic stroke in humans is a heterogeneous disorder with a complex pathophysiology. The transient or permanent middle cerebral artery occlusion (MCAo) model is one of the models that most closely simulate human ischemic stroke. Furthermore, this model is characterized by reliable and well-reproducible infarcts. Therefore, the MCAo model has been involved in the majority of studies that address pathophysiological processes or neuroprotective agents. Another model uses thromboembolic clots and thus is more convenient for investigating thrombolytic agents and pathophysiological processes after thrombolysis. However, for many reasons, preclinical stroke research has a low translational success rate. One factor might be the choice of stroke model. Whereas the therapeutic responsiveness of permanent focal stroke in humans declines significantly within 3 hours after stroke onset, the therapeutic window in animal models with prompt reperfusion is up to 12 hours, resulting in a much longer action time of the investigated agent. Another major problem of animal stroke models is that studies are mostly conducted in young animals without any comorbidity. These models differ from human stroke, which particularly affects elderly people who have various cerebrovascular risk factors. Choosing the most appropriate stroke model and optimizing the study design of preclinical trials might increase the translational potential of animal stroke models.
Although the bone marrow contains most hematopoietic activity during adulthood, hematopoietic stem and progenitor cells can be recovered from various extramedullary sites. Cells with hematopoietic progenitor properties have even been reported in the adult brain under steady‐state conditions, but their nature and localization remain insufficiently defined. Here, we describe a heterogeneous population of myeloid progenitors in the leptomeninges of adult C57BL/6 mice. This cell pool included common myeloid, granulocyte/macrophage, and megakaryocyte/erythrocyte progenitors. Accordingly, it gave rise to all major myelo‐erythroid lineages in clonogenic culture assays. Brain‐associated progenitors persisted after tissue perfusion and were partially inaccessible to intravenous antibodies, suggesting their localization behind continuous blood vessel endothelium such as the blood‐arachnoid barrier. Flt3\(^{Cre}\) lineage tracing and bone marrow transplantation showed that the precursors were derived from adult hematopoietic stem cells and were most likely continuously replaced via cell trafficking. Importantly, their occurrence was tied to the immunologic state of the central nervous system (CNS) and was diminished in the context of neuroinflammation and ischemic stroke. Our findings confirm the presence of myeloid progenitors at the meningeal border of the brain and lay the foundation to unravel their possible functions in CNS surveillance and local immune cell production.
Compared to naive T cells, differentiated T cells are thought to be less dependent on CD28 costimulation for full activation. To revisit the role of CD28 costimulation in mouse T cell recall responses, we adoptively transferred in vitro generated OT-II T helper (Th) 1 cells into C57BL/6 mice (Thy1.2\(^{+}\)) and then either blocked CD28–ligand interactions with Fab fragments of the anti-CD28 monoclonal antibody (mAb) E18 or deleted CD28 expression using inducible CD28 knock-out OT-II mice as T cell donors. After injection of ovalbumin protein in adjuvant into the recipient mice we observed that systemic interferon (IFN)γ release strongly depended on CD28 costimulation of the Th1 cells, while secondary clonal expansion was not reduced in the absence of CD28 costimulation. For human memory CD4\(^{+}\) T cell responses we also noted that cytokine release was reduced upon inhibition of CD28 costimulation. Together, our data highlight the so far underestimated role of CD28 costimulation for the reactivation of fully differentiated CD4\(^{+}\) T cells.
Der neurotrophe Wachstumsfaktor BDNF gehört neben NGF, NT-3 und NT-4/5 zur Familie der Neurotrophine. Er spielt eine wichtige Rolle für Überleben und Differenzierung von Nervenzellen und ist insbesondere auch verantwortlich für die Regulation synaptischer Plastizität. Besonders im Hippocampus, dem Ort der höchsten Expression von BDNF im adulten Gehirn, wirkt BDNF bei den Vorgängen von Lernen und Gedächtnis mit, welches als Phänomen der LTP untersucht werden kann. Bisher ist eine Lokalisation von BDNF-Protein mittels Immunfluoreszenz-Techniken im Gehirn der Maus oder Ratte nur sehr schwer gelungen. In den meisten Arbeiten gelang die Lokalisation von BDNF über den Nachweis von mRNA oder im Western Blot, die Gruppe von Conner et al. konnte einen qualitativen Nachweis von BDNF-Protein mittels eines eigens hergestellten Antiserums erbringen (Conner et al. 1997). Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Antiserums gegen BDNF zur subzellulären Lokalisation mittels Immunhistochemie. Durch die Verwendung von Immunfluoreszenz-gekoppelten Sekundärantikörpern sollte zum einen eine quantitative Bestimmung von BDNF möglich sein, zum anderen sollte durch die Möglichkeit einer nahezu dreidimensionalen Darstellung des Gewebes mittels Vibratomschnitten auch eine Aussage über eine genauere Lokalisation von BDNF gemacht werden können. Um den immunhistochemischen Nachweis von BDNF-Protein im Hippocampus der Maus mittels Immunfluoreszenz führen zu können, wurde zunächst ein geeignetes Anti-serum benötigt. Zwei zu Vergleichszwecken ausgetestete kommerzielle Antikörper zeigten keine Färbung. Nach dem Vorbild zweier Arbeitsgruppen (Yan et al. 1997b und Conner et al. 1996, 1997) wurde ein Antiserum gegen humanes rekombinantes BDNF in Kaninchen hergestellt. Das Antiserum erhielt den Namen „BDNF RabbitB“. Die Spezifität des Antiserums wurde mittels Western Blot und in der Zellkultur anhand von Hühnchen-DRGs überprüft. Im Western Blot zeigte das Antiserum eine spezifische Anfärbung von rekombinantem BDNF sowie im Hippocampus-Proteinextrakt. In der Kontrolle mit Präimmunserum zeigte sich keine Anfärbung. In der Zellkultur mit Hühnchen-DRGs konnte eine blockierende Wirkung des Antiserums in Gegenwart von BDNF als neurotrophem Wachstumsfaktor im Zellkulturmedium nachgewiesen werden, es zeigte sich eine signifikante Reduktion des Überlebens von Zellen bei einer Verdünnung des Antiserums von 1:1.000. Das Präimmunserum zeigte keine Wirkung. Eine Kreuzreaktivität mit NGF als strukturähnlichem Protein konnte ausgeschlossen werden, da das Antiserum in Gegenwart von NGF im Kulturmedium keine Wirkung zeigte. Anschließend galt es, die Methoden für die Immunhistochemie mit diesem Antiserum zu optimieren, da es Hinweise gab, daß gerade die Immunhistochemie neurotropher Faktoren sehr sensibel auf verschiedene Methoden reagiert. Daher wurden sowohl die Fixierungsmethode, unterschiedliche Gewebeschnitte, verschiedene Puffersysteme und immunhistochemische Färbemethoden untersucht und verglichen. Die Standard-Fixierungsmethode mit Phosphat-Puffer, modifiziert nach der Methode nach Yan et al. 1997b mit maximal 2 h Nachfixierung stellte sich als beste Methode heraus. Eine Kombination zweier verschiedener Puffer (TBS und PB) innerhalb der Fixierung ist ungünstig. Daher sollte innerhalb einer Methode immer bei einem Puffersystem geblieben werden, wobei hier insgesamt bei dem Vergleich von PBS, TBS und TRIS-Puffer sowohl in der Fixierung als auch in der Färbemethode dem Phosphat-Puffer der Vorzug gegeben wird, welches auch das Standard-System darstellt. Bei den Gewebeschnitten sind, wie ursprünglich geplant Vibratomschnitte zu bevorzugen. Insgesamt konnten jedoch mögliche Ursachen für die Anfälligkeit der BDNF-Immunreaktivität bei Fixierungs- und Färbemethoden hier nicht abschließend erklärt werden. Problematisch war die ausgeprägte Hintergrundfärbung des Antiserums v.a. in der Immunhistochemie, die nicht ausreichend behoben werden konnte. Insofern sollte das Antiserum für die Verwendung bei immunhistochemischen Färbungen noch weiter optimiert werden. Für die Verwendung in der Zellkultur ist das Antiserum auf Grund seiner BDNF-blockierenden Eigenschaften gut einsetzbar. Im Western Blot sollte „BDNF RabbitB“ in einer Verdünnung von 1:5.000, in Zellkultur mit 1:1.000 und in der Immunhistochemie mit Vibratomschnitten mit 1:2.000 eingesetzt werden.
Comparison of the central human and mouse platelet signaling cascade by systems biological analysis
(2020)
Background
Understanding the molecular mechanisms of platelet activation and aggregation is of high interest for basic and clinical hemostasis and thrombosis research. The central platelet protein interaction network is involved in major responses to exogenous factors. This is defined by systemsbiological pathway analysis as the central regulating signaling cascade of platelets (CC).
Results
The CC is systematically compared here between mouse and human and major differences were found. Genetic differences were analysed comparing orthologous human and mouse genes. We next analyzed different expression levels of mRNAs. Considering 4 mouse and 7 human high-quality proteome data sets, we identified then those major mRNA expression differences (81%) which were supported by proteome data. CC is conserved regarding genetic completeness, but we observed major differences in mRNA and protein levels between both species. Looking at central interactors, human PLCB2, MMP9, BDNF, ITPR3 and SLC25A6 (always Entrez notation) show absence in all murine datasets. CC interactors GNG12, PRKCE and ADCY9 occur only in mice. Looking at the common proteins, TLN1, CALM3, PRKCB, APP, SOD2 and TIMP1 are higher abundant in human, whereas RASGRP2, ITGB2, MYL9, EIF4EBP1, ADAM17, ARRB2, CD9 and ZYX are higher abundant in mouse. Pivotal kinase SRC shows different regulation on mRNA and protein level as well as ADP receptor P2RY12.
Conclusions
Our results highlight species-specific differences in platelet signaling and points of specific fine-tuning in human platelets as well as murine-specific signaling differences.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Erstellung eines sogenannten "Targeting Vektors" zur gezielten Ausschaltung des Gens für Plasmakallikrein in der Maus, als Vorbereitung zur Schaffung einer Plasmakallikrein-defizienten Mauslinie. Plasmakallikrein ist eine im Blut zirkulierende Serinprotease, die Funktionen in Hämostase, Thrombusbildung und Fibrinolyse hat sowie sowohl direkt als auch indirekt mittels Bradykinin an Entzündungsvorgängen beteiligt ist. Zwei 5836 und 3834 bp lange Abschnitte aus dem murinen Plasmakallikrein-Gen wurden durch PCR isoliert und in ein Plasmid kloniert, das neben Resistenzgenen gegen Ampicillin und Neomycin auch das β-Galaktosidase-Gen zum Nachweis einer erfolgreichen Transfektion enthält. Der so entstandene "Targeting Vektor" hat eine Gesamtgröße von 18072 bp, die Basensequenz wurde durch Sequenzierung verifiziert. Der Vektor soll im Plasmakallikrein-Gen einen Teil der Exons 2 und 3 und damit einen Großteil des Signalpeptids und der ersten Proteindomäne funktionsunfähig machen. An den mit dieser Methode erstellten Knockout-Mäusen können die Funktionen von Plasmakallikrein genauer untersucht werden.
Enhanced expression of the MYC transcription factor is observed in the majority of tumors. Two seemingly conflicting models have been proposed for its function: one proposes that MYC enhances expression of all genes, while the other model suggests gene-specific regulation. Here, we have explored the hypothesis that specific gene expression profiles arise since promoters differ in affinity for MYC and high-affinity promoters are fully occupied by physiological levels of MYC. We determined cellular MYC levels and used RNA- and ChIP-sequencing to correlate promoter occupancy with gene expression at different concentrations of MYC. Mathematical modeling showed that binding affinities for interactions of MYC with DNA and with core promoter-bound factors, such as WDR5, are sufficient to explain promoter occupancies observed in vivo. Importantly, promoter affinity stratifies different biological processes that are regulated by MYC, explaining why tumor-specific MYC levels induce specific gene expression programs and alter defined biological properties of cells.
Durch die Konzeption des Versuchsaufbaus und der Wahl der Komponenten konnte die aktuelle Arbeit an intakten isolierten Mäuseherzen zeigen, dass unter weitgehend physiologischen in-vitro-Bedingungen die Möglichkeit besteht, mit Hilfe des Biolumineszenzproteins Aequorin Messungen der intrazytoplasmatischen Ca2+- Konzentration während eines einzelnen Herzschlages mit einer Frequenz von 420 Schlägen pro Minute zu gewinnen und diese gleichzeitig in die linksventrikuläre Funktion integrieren zu können. Das wesentliche Ergebnis dieser Arbeit ist dabei, dass während moderater Arbeitsbelastung der Verlust eines effizienten CK-Systems transgener CK-defizienter- Herzen (CKM/Mito-/) hinsichtlich des intramyokardialem Calciumstoffwechsels und der linksventrikulären Funktion durch Adaptionsmechanismen offensichtlich gut kompensiert wird. Allerdings wird in Situationen des Ungleichgewichtes zwischen Energieversorgung und Energieverbrauch, ausgelöst durch Ischämie und anschließende Reperfusion, eine signifikante Verschlechterung der linksventrikulären Funktion und gleichzeitig der Ca2+-Homöostase sichtbar, was einen weiteren Beweis für die enge Beziehung zwischen myokardialer Energetik und des Ca2+-Haushaltes insbesondere in CK-defizienten Herzen unter metabolischem Stress darstellt. Schließlich zeigt die simultane Aufzeichnung des Ca2+-Signals und die Druckentwicklung des linken Ventrikels, dass es schon vor der Entwicklung der ischämischen Kontraktur zur intrazytoplasmatischen Veränderung der Ca2+-Homöostase kommt, die durch eine unzureichende Bereitstellung durch ATP ausgelöst wird und maßgeblich durch das Fehlen eines effizienten Energietransportsystem in Form der Kreatinkinase bedingt sein könnte.