Untersuchung transgener Tiermodelle für die Xenotransplantation

Die Generierung genetisch modifizierter Organspendertiere stellt eine Möglichkeit dar, die Überlebenszeit eines porcinen Xenotransplantats in einem humanen Empfänger zu verlängern. So könnte durch Transgenexpression von TGF-b1 oder TRAIL auf dem Xenotransplantat möglicherweise die zelluläre Abstoßungsreaktion inhibiert werden. Grundlagen zur Untersuchung dieser Strategien in-vivo wurden durch die hier analysierten Tiermodelle in Maus und Schwein geschaffen. In Mäusen wurde ein Modell eines Mifepristone-induzierbaren Genregulatorsystems etabliert, das die gewebespezifische und zeitlich kontrollierte Expression von konstitutiv aktivem TGF-b1 ermöglichen sollte. In diesem System sollte der chimäre Transaktivator GLVPc nur im Herzen exprimiert werden, und dieser sollte in doppelt-transgenen (dtg) Mäusen erst nach Verabreichung des Induktors Mifepristone eine auf das Herz beschränkte, zeitlich kontrollierbare Expression von konstitutiv aktivem TGF-b1 induzieren. Eine herzspezifische Expression sollte durch den murinen alpha myosin heavy chain (aMyHC)-Promotor erreicht werden. Schon die Analyse der einfach-transgenen Mauslinien ergab jedoch eine ubiquitäre Expression von mRNA des Transaktivators bzw. des konstitutiv aktiven TGF-b1 in allen untersuchten Organen. Außerdem wurde im Herzen von dtg Mäusen eine von der Mifepristone-Gabe unabhängige hohe Transgenexpression von TGF-b1 nachgewiesen und eine Expressionssteigerung von TGF-b1 nach Mifepristone-Gabe war nicht reproduzierbar. Auffällig war überdies die hohe Letalität dtg Mäuse innerhalb der ersten vier Lebenswochen. Somit wurde durch das verwendete Genregulationssystem keine auf das Herz beschränkte, zeitlich kontrollierbare Transgenexpression von TGF-b1 erreicht. Da jedoch konstitutiv aktives TGF-b1 im Myokard dtg Mäuse synthetisiert wurde, könnten diese Herzen dennoch für Transplantationsversuche verwendet werden. Dadurch wäre zumindest die Untersuchung der Wirkung von TGF-b1 auf das Transplantatüberleben möglich. Sollten transgene Schweine für die Expression von konstitutiv aktivem TGF-b1 erstellt werden, so wäre allerdings ein anderes bzw. modifiziertes Genregulationssystem zu verwenden, welches eine sichere zeitliche und gewebespezifische Kontrolle der TGF-b1-Expression gewährleistet. Des Weiteren dürfte der bei den Mäusen verwendete aMyHC-Promotor für eine hohe Transgenexpression im Schweineherzen nicht geeignet sein. Das untersuchte porcine Tiermodell umfasste verschiedene transgene Schweinelinien, die ein Expressionskonstrukt für humanen TRAIL unter der Kontrolle des murinen H-2Kb-Promotors integriert haben. Transgenexpression wurde in zahlreichen Organen mit höchsten Expressionsniveaus in Milz und Lunge detektiert, was auf eine gewebespezifische Expression des Transgens durch den murinen Promotor hinwies. Des Weiteren wurde humanes TRAIL-Protein nur in der Zellmembranfraktion von Gewebelysaten detektiert und sollte daher für eine Interaktion mit Rezeptoren zugänglich sein. Überdies war eine Regulation der humanen TRAIL-Expression durch den murinen Promotor in aktivierten transgenen Lymphozyten zu beobachten, welche erhöhte Expressionsniveaus gegenüber nicht stimulierten Lymphozyten aufwiesen. Daher kann vermutet werden, dass die humane TRAIL-Expression bei Auftreten von Entzündungsreaktionen erhöht sein dürfte. Die biologische Wirksamkeit des Transgens wurde durch einen TRAIL-spezifischen Apoptose-induzierenden Effekt von transgenen Lymphoblasten auf Jurkat-Zellen gezeigt. All dies sind Voraussetzungen für einen möglichen protektiven Effekt von humanem TRAIL zur Verhinderung einer Zell-vermittelten Xenotransplantatabstoßung. Die Selektion von bisher nicht oder wenig untersuchten Linien erfolgte durch Analyse der Transgenexpression auf peripheren Blutlymphozyten. Dies stellte einen Kompromiss dar, um kosten- und zeitsparend gut exprimierende transgene Schweine für die Zucht von homozygoten und/oder multitransgenen Tieren zu selektionieren. Nicht nur das Expressionsmuster von humanem TRAIL und die Regulation durch den H-2Kb-Promotor in transgenen Schweinen, sondern auch die Analyse der Sequenz und der Expression des endogenen porcinen TRAIL sind in Bezug auf ihren möglichen Einfluss auf des Überleben des Xenotransplantats von Interesse. Die Aminosäuresequenz von porcinem TRAIL hat 86 % Ähnlichkeit mit der von humanem TRAIL. Eine mögliche Interaktion von porcinem TRAIL mit humanen Rezeptoren ist anzunehmen. Außerdem wurde eine gewebespezifische und entwicklungsabhängige Expression von porcinem TRAIL in zahlreichen Organen nachgewiesen. Dies dürfte mit den verschiedenen Funktionen von porcinem TRAIL in Zusammenhang stehen

Untersuchung transgener Tiermodelle für die Xenotransplantation

Die Generierung genetisch modifizierter Organspendertiere stellt eine Möglichkeit dar, die Überlebenszeit eines porcinen Xenotransplantats in einem humanen Empfänger zu verlängern. So könnte durch Transgenexpression von TGF-b1 oder TRAIL auf dem Xenotransplantat möglicherweise die zelluläre Abstoßungsreaktion inhibiert werden. Grundlagen zur Untersuchung dieser Strategien in-vivo wurden durch die hier analysierten Tiermodelle in Maus und Schwein geschaffen. In Mäusen wurde ein Modell eines Mifepristone-induzierbaren Genregulatorsystems etabliert, das die gewebespezifische und zeitlich kontrollierte Expression von konstitutiv aktivem TGF-b1 ermöglichen sollte. In diesem System sollte der chimäre Transaktivator GLVPc nur im Herzen exprimiert werden, und dieser sollte in doppelt-transgenen (dtg) Mäusen erst nach Verabreichung des Induktors Mifepristone eine auf das Herz beschränkte, zeitlich kontrollierbare Expression von konstitutiv aktivem TGF-b1 induzieren. Eine herzspezifische Expression sollte durch den murinen alpha myosin heavy chain (aMyHC)-Promotor erreicht werden. Schon die Analyse der einfach-transgenen Mauslinien ergab jedoch eine ubiquitäre Expression von mRNA des Transaktivators bzw. des konstitutiv aktiven TGF-b1 in allen untersuchten Organen. Außerdem wurde im Herzen von dtg Mäusen eine von der Mifepristone-Gabe unabhängige hohe Transgenexpression von TGF-b1 nachgewiesen und eine Expressionssteigerung von TGF-b1 nach Mifepristone-Gabe war nicht reproduzierbar. Auffällig war überdies die hohe Letalität dtg Mäuse innerhalb der ersten vier Lebenswochen. Somit wurde durch das verwendete Genregulationssystem keine auf das Herz beschränkte, zeitlich kontrollierbare Transgenexpression von TGF-b1 erreicht. Da jedoch konstitutiv aktives TGF-b1 im Myokard dtg Mäuse synthetisiert wurde, könnten diese Herzen dennoch für Transplantationsversuche verwendet werden. Dadurch wäre zumindest die Untersuchung der Wirkung von TGF-b1 auf das Transplantatüberleben möglich. Sollten transgene Schweine für die Expression von konstitutiv aktivem TGF-b1 erstellt werden, so wäre allerdings ein anderes bzw. modifiziertes Genregulationssystem zu verwenden, welches eine sichere zeitliche und gewebespezifische Kontrolle der TGF-b1-Expression gewährleistet. Des Weiteren dürfte der bei den Mäusen verwendete aMyHC-Promotor für eine hohe Transgenexpression im Schweineherzen nicht geeignet sein. Das untersuchte porcine Tiermodell umfasste verschiedene transgene Schweinelinien, die ein Expressionskonstrukt für humanen TRAIL unter der Kontrolle des murinen H-2Kb-Promotors integriert haben. Transgenexpression wurde in zahlreichen Organen mit höchsten Expressionsniveaus in Milz und Lunge detektiert, was auf eine gewebespezifische Expression des Transgens durch den murinen Promotor hinwies. Des Weiteren wurde humanes TRAIL-Protein nur in der Zellmembranfraktion von Gewebelysaten detektiert und sollte daher für eine Interaktion mit Rezeptoren zugänglich sein. Überdies war eine Regulation der humanen TRAIL-Expression durch den murinen Promotor in aktivierten transgenen Lymphozyten zu beobachten, welche erhöhte Expressionsniveaus gegenüber nicht stimulierten Lymphozyten aufwiesen. Daher kann vermutet werden, dass die humane TRAIL-Expression bei Auftreten von Entzündungsreaktionen erhöht sein dürfte. Die biologische Wirksamkeit des Transgens wurde durch einen TRAIL-spezifischen Apoptose-induzierenden Effekt von transgenen Lymphoblasten auf Jurkat-Zellen gezeigt. All dies sind Voraussetzungen für einen möglichen protektiven Effekt von humanem TRAIL zur Verhinderung einer Zell-vermittelten Xenotransplantatabstoßung. Die Selektion von bisher nicht oder wenig untersuchten Linien erfolgte durch Analyse der Transgenexpression auf peripheren Blutlymphozyten. Dies stellte einen Kompromiss dar, um kosten- und zeitsparend gut exprimierende transgene Schweine für die Zucht von homozygoten und/oder multitransgenen Tieren zu selektionieren. Nicht nur das Expressionsmuster von humanem TRAIL und die Regulation durch den H-2Kb-Promotor in transgenen Schweinen, sondern auch die Analyse der Sequenz und der Expression des endogenen porcinen TRAIL sind in Bezug auf ihren möglichen Einfluss auf des Überleben des Xenotransplantats von Interesse. Die Aminosäuresequenz von porcinem TRAIL hat 86 % Ähnlichkeit mit der von humanem TRAIL. Eine mögliche Interaktion von porcinem TRAIL mit humanen Rezeptoren ist anzunehmen. Außerdem wurde eine gewebespezifische und entwicklungsabhängige Expression von porcinem TRAIL in zahlreichen Organen nachgewiesen. Dies dürfte mit den verschiedenen Funktionen von porcinem TRAIL in Zusammenhang stehen

Charakterisierung der DNA-Replikation beider Chromosomen von Vibrio cholerae durch Methoden der Genomik und synthetischen Biologie

Vibrio cholerae ist aufgrund der Aufteilung seines Genoms auf zwei Chromosomen ein bekannter Modellorganismus für Bakterien mit mehrteiligen Genomen. Der Replikationsursprung des zweiten Chromosoms, ori2, bildet eine ideale Grundlage für die Entwicklung eines synthetischen sekundären Chromosoms in monochromosomalen Bakterien wie E. coli. Die Regulation der Initiation der DNA-Replikation, vor allem des zweiten Chromosoms, und die Koordination der Replikation beider Chromosomen in V. cholerae sind jedoch noch immer nicht vollständig verstanden. Diese Arbeit soll einen Beitrag zur Erweiterung dieses Verständnisses leisten. Die Koordination der Replikation von Chr1 und Chr2 in V. cholerae erfolgt durch die chr2 replication triggering site crtS auf Chr1, da Replikation der crtS die Initiation der DNA-Replikation an ori2 induziert (Val et al. 2016). Die Kopienanzahl ori2-basierter Replikons, wie des synthetischen sekundären Chromosoms synVicII, ist in E. coli nach Integration der crtS in das Hauptchromosom erhöht. Dieser Effekt konnte genutzt werden, um die Funktionsfähigkeit der crtS verschiedener V. cholerae-Stämme zu untersuchen. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die crtS in den Vibrionaceae konserviert ist. Die crtS und ori2 verschiedener Vibrionaceae sind in E. coli bis auf wenige Ausnahmen kompatibel. Zusätzlich zeigten alle untersuchten Vibrionaceae sowohl den aus V. cholerae bekannten Replikationsverlauf ori1-crtS-ori2 als auch eine zeitgleiche Termination der Replikation beider Chromosomen. Weiterhin konnte eine Methode zur Synchronisation der DNA-Replikation in V. cholerae durch Serinhydroxamat (SHX) etabliert werden. Im Zuge dessen wurde der verwendete Stamm V. cholerae A1552 vollständig sequenziert und annotiert. Behandlung von V. cholerae mit SHX führt zur Induktion der Stringent Response (SR) (Haralalka et al. 2003). Im Gegensatz zu E. coli zeigt V. cholerae während der SR einen genau definierten Ablauf von Zellteilungen und Re-Initiationen der DNA-Replikation. Dieser Ablauf wird durch die SR-induzierte Proteinbiosynthese und damit verbundenem Zellwachstum gesteuert und ist somit abhängig von der Produktion des Alarmons (p)ppGpp und dessen Regulation der Transkription. Zudem ist er von der verwendeten SHX-Konzentration abhängig, was sowohl experimentell als auch mittels eines mathematischen Modells gezeigt werden konnte

Immunomodulatory proteins in Heligmosomoides polygyrus excretory/secretory products

Infections with parasitic helminths are counted as neglected tropical diseases; they infect millions of people worldwide, causing high morbidity and economic loss. Many parasites establish long lasting infections in the host by blocking immune recognition, activation and effector pathways. To allow in depth research on their modes of immune evasion, several mouse models for parasitic helminth infections have been established. Heligmosomoides polygyrus for example is a gastrointestinal nematode of rodents exhibiting a wide spectrum of immunomodulatory effects, mediated in part by soluble molecules released by adult worms in vitro, the excretory/secretory products (HES). HES is a potent inhibitor of dendritic cell (DC) activation by Toll-like receptor (TLR) ligands, completely abolishing LPS induced IL-12 production and reducing the upregulation of cell surface activation markers. As of now, neither the modulatory molecule nor its mechanism of action are known. Here, the effect of HES on TLR ligand induced DC maturation was characterized in considerably more detail compared to previous publications. It could be shown to inhibit DC maturation induced by various TLR ligands, on both protein and mRNA levels. These effects were comparable in both C57BL/6 and BALB/c derived cells; in contrast to this HES differentially affected alternative activation of BMDC from these two mouse strains. Although for most of the experiments GM-CSF differentiated BMDC were used, HES also inhibited LPS induced activation of splenic CD11c+ cells as well as the activation of all three populations described in Flt3-L differentiated BMDC - pDCs, CD11b+ cDCs and CD24+ cDCs. Furthermore, it could be shown here that HES also inhibits LPS induced maturation in human monocyte derived DCs. In the search for the component in HES responsible for its inhibition of TLR ligand induced DC maturation, exosome depleted HES rather than exosomes was inhibitory, and the effect was heat labile. This lead to the conclusion that the modulatory molecule has a protein component which is indispensable for its effect; following this reasoning HES was subjected to fractionation, with subsequent analysis of the fraction protein contents by mass spectrometry. The top nine candidate proteins were expressed recombinantly; however, the recombinants were not able to inhibit LPS induced DC activation. In parallel, experiments to elucidate the mechanism by which HES inhibits TLR ligand induced DC maturation were performed. This led to the conclusion that HES induces changes in the cells that, while not affecting the induction of signalling downstream of TLRs, do impair its maintenance. As a complement to these experiments, the transcriptomes of LPS and LPS+HES treated cells eight hours after LPS stimulation were compared. This revealed that transcripts encoding a number of transcription factors inducing the expression of activation markers after TLR ligation were reduced upon treatment of cells with HES, as were the transcript levels of IRAK2, a kinase necessary for persistent signalling. In addition, HES increased the transcript levels for several factors known to negatively regulate DC maturation, including ATF3. Furthermore, this analysis revealed changes in transcript levels of factors like HIF-1a, indicating an even greater reliance on aerobic glycolysis if cells were treated with HES, in addition to hints at increased ER and oxidative stress. In conclusion, this work narrows down the list of potential DC modulators in HES, gives a first insight into changes in DC metabolism induced by HES and sheds light on the role of a number of signalling pathways with important roles in DC activation as targets of DC inhibition by HES

Mitochondrial Dysregulation Secondary to Endoplasmic Reticulum Stress in Autosomal Dominant Tubulointerstitial Kidney Disease - UMOD (ADTKD-UMOD)

'Autosomal dominant tubulointerstitial kidney disease - UMOD' (ADTKD-UMOD) is caused by impaired maturation and secretion of mutant uromodulin (UMOD) in thick ascending limb of Henle loop (TAL) cells, resulting in endoplasmic reticulum (ER) stress and unfolded protein response (UPR). To gain insight into pathophysiology, we analysed proteome profiles of TAL-enriched outer renal medulla samples from ADTKD-UMOD and control mice by quantitative LC-MS/MS. In total, 212 differentially abundant proteins were identified. Numerous ER proteins, including BiP (HSPA5), phosphorylated eIF2 alpha (EIF2S1), ATF4, ATF6 and CHOP (DDIT3), were increased abundant, consistent with UPR. The abundance of hypoxia-inducible proteins with stress survival functions, i.e. HYOU1, TXNDC5 and ERO1L, was also increased. TAL cells in ADTKD-UMOD showed a decreased proportion of mitochondria and reduced abundance of multiple mitochondrial proteins, associated with disturbed post-translational processing and activation of the mitochondrial transcription factor NRF1. Impaired fission of organelles, as suggested by reduced abundance of FIS1, may be another reason for disturbed biogenesis of mitochondria and peroxisomes. Reduced amounts of numerous proteins of the OXPHOS and citrate cycle pathways, and activation of the LKB1-AMPK-pathway, a sensor pathway of cellular energy deficits, suggest impaired energy homeostasis. In conclusion, our study revealed secondary mitochondrial dysfunction in ADTKD-UMOD

Molecular cloning, expression analysis and assignment of the porcine tumor necrosis factor superfamily member 10 gene (TNFSF10) to SSC13q34 -> q36 by fluorescence in situ hybridization and radiation hybrid mapping

We have cloned the complete coding region of the porcine TNFSF10 gene. The porcine TNFSF10 cDNA has an ORF of 870 nucleotides and shares 85 % identity with human TNFSF10, and 75% and 72% identity with rat and mouse Tnfsf10 coding sequences, respectively. The deduced porcine TNFSF10 protein consists of 289 amino acids with the calculated molecular mass of 33.5 kDa and a predicted pI of 8.15. The amino acid sequence similarities correspond to 86, 72 and 70% when compared with human, rat and mouse sequences, respectively. Nor-them blot analysis detected TNFSF10-specific transcripts (similar to 1.7 kb) in various organs of a 10-week-old pig, suggesting ubiquitous expression. Real-time RT-PCR studies of various organs from fetal (days 73 and 98) and postnatal stages (two weeks, eight months) demonstrated developmental and tissue-specific regulation of TNFSF10 mRNA abundance. The chromosomal location of the porcine TNFSF10 gene was determined by FISH of a specific BAC clone to metaphase chromosomes. This TNFSF10 BAC clone has been assigned to SSC13q34 -> q36. Additionally, the localization of the TNFSF10 gene was verified by RH mapping on the porcine IMpRH panel. Copyright (c) 2005S. KargerAG, Basel

Missense Mutation of POU Domain Class 3 Transcription Factor 3 in Pou3f3(L423P) Mice Causes Reduced Nephron Number and Impaired Development of the Thick Ascending Limb of the Loop of Henle

During nephrogenesis, POU domain class 3 transcription factor 3 (POU3F3 aka BRN1) is critically involved in development of distinct nephron segments, including the thick ascending limb of the loop of Henle (TAL). Deficiency of POU3F3 in knock-out mice leads to underdevelopment of the TAL, lack of differentiation of TAL cells, and perinatal death due to renal failure. Pou3f3(L423P) mutant mice, which were established in the Munich ENU Mouse Mutagenesis Project, carry a recessive point mutation in the homeobox domain of POU3F3. Homozygous Pou3f3(L423P) mutants are viable and fertile. The present study used functional, as well as qualitative and quantitative morphological analyses to characterize the renal phenotype of juvenile (12 days) and aged (60 weeks) homo-and heterozygous Pou3f3(L423P) mutant mice and age-matched wild-type controls. In both age groups, homozygous mutants vs. control mice displayed significantly smaller kidney volumes, decreased nephron numbers and mean glomerular volumes, smaller TAL volumes, as well as lower volume densities of the TAL in the kidney. No histological or ultrastructural lesions of TAL cells or glomerular cells were observed in homozygous mutant mice. Aged homozygous mutants displayed increased serum urea concentrations and reduced specific urine gravity, but no evidence of glomerular dysfunction. These results confirm the role of POU3F3 in development and function of the TAL and provide new evidence for its involvement in regulation of the nephron number in the kidney. Therefore, Pou3f3(L423P) mutant mice represent a valuable research model for further analyses of POU3F3 functions, or for nephrological studies examining the role of congenital low nephron numbers

Formation of Re-Aggregated Neonatal Porcine Islet Clusters Improves In Vitro Function and Transplantation Outcome

Neonatal porcine islet-like cell clusters (NPICCs) are a promising source for islet cell transplantation. Excellent islet quality is important to achieve a cure for type 1 diabetes. We investigated formation of cell clusters from dispersed NPICCs on microwell cell culture plates, evaluated the composition of re-aggregated porcine islets (REPIs) and compared in vivo function by transplantation into diabetic NOD-SCID IL2rγ−/− (NSG) mice with native NPICCs. Dissociation of NPICCs into single cells and re-aggregation resulted in the formation of uniform REPI clusters. A higher prevalence of normoglycemia was observed in diabetic NSG mice after transplantation with a limited number (n = 1500) of REPIs (85.7%) versus NPICCs (n = 1500) (33.3%) (p < 0.05). Transplanted REPIs and NPICCs displayed a similar architecture of endocrine and endothelial cells. Intraperitoneal glucose tolerance tests revealed an improved beta cell function after transplantation of 1500 REPIs (AUC glucose 0–120 min 6260 ± 305.3) as compared to transplantation of 3000 native NPICCs (AUC glucose 0–120 min 8073 ± 536.2) (p < 0.01). Re-aggregation of single cells from dissociated NPICCs generates cell clusters with excellent functionality and improved in vivo function as compared to native NPICCs