No description available.

No description available.

No description available.

Zelluläre Entscheidungen, wie z. B. die Differenzierung von T-Helferzellen (Th-Zellen) in spezialisierte Effektorlinien, haben großen Einfluss auf die Spezifität von Immunreaktionen. Solche Reaktionen sind das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels einzelner Zellen, die über kleine Signalmoleküle, so genannte Zytokine, kommunizieren. Die hohe Anzahl der Komponenten, sowie deren komplizierte und oft nichtlineare Interaktionen erschweren dabei die Vorhersage, wie bestimmte zelluläre Reaktionen erzeugt werden. Aus diesem Grund sind die globalen Auswirkungen der gezielten Beeinflussung einzelner Zellen oder spezifischer Signalwege nur unzureichend verstanden. So wirken beispielsweise etablierte Behandlungen von Autoimmunkrankheiten oft nur bei einem Teil der Patienten. Durch Einzelzellmethoden wie Live-Cell-Imaging, Massenzytometrie und Einzelzellsequenzierung, können Immunzellen heutzutage quantitativ auf mehreren Ebenen charakterisiert werden. Diese Ansammlung quantitativer Daten erlaubt die Formulierung datengetriebener Modelle zur Vorhersage von zellulären Entscheidungen, allerdings fehlen in vielen Fällen Methoden, um die verschiedenen Daten auf geeignete Weise zu integrieren und zu annotieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit quantitativen Modellformulierungen für die Entscheidungsfindung von Zellen im Immunsystem mit dem Schwerpunkt auf Lymphozytenproliferation, -differenzierung und -tod. / Cellular decisions, such as the differentiation of T helper (Th) cells into specialized effector lineages, largely impact the direction of immune responses. Such population-level responses are the result of a complex interplay of individual cells which communicate via small signaling molecules called cytokines. The system's complexity, stemming not only from the number of components but also from their intricate and oftentimes non-linear interactions, makes it difficult to develop intuition for how cellular responses are actually generated. Not surprisingly, the global effects of targeting individual cells or specific signaling pathways through perturbations are poorly understood. For instance, common treatments of autoimmune diseases often work for some patients, but not for others. Recently developed methods such as live-cell imaging, mass cytometry and single-cell sequencing now enable quantitative characterization of individual immune cells. This accumulating wealth of quantitative data has laid the basis to derive predictive, data-driven models of immune cell behavior, but in many cases, methods to integrate and annotate the data in a way suitable for model formulation are missing. In this thesis, quantitative workflows and methods are introduced that allow to formulate data-driven models of immune cell decision-making with a particular focus on lymphocyte proliferation, differentiation and death.

No / During development, multipotent progenitor cells establish tissue-specific programs of gene expression. In this paper, we show that p63 transcription factor, a master regulator of epidermal morphogenesis, executes its function in part by directly regulating expression of the genome organizer Satb1 in progenitor cells. p63 binds to a proximal regulatory region of the Satb1 gene, and p63 ablation results in marked reduction in the Satb1 expression levels in the epidermis. Satb1(-/-) mice show impaired epidermal morphology. In Satb1-null epidermis, chromatin architecture of the epidermal differentiation complex locus containing genes associated with epidermal differentiation is altered primarily at its central domain, where Satb1 binding was confirmed by chromatin immunoprecipitation-on-chip analysis. Furthermore, genes within this domain fail to be properly activated upon terminal differentiation. Satb1 expression in p63(+/-) skin explants treated with p63 small interfering ribonucleic acid partially restored the epidermal phenotype of p63-deficient mice. These data provide a novel mechanism by which Satb1, a direct downstream target of p63, contributes in epidermal morphogenesis via establishing tissue-specific chromatin organization and gene expression in epidermal progenitor cells.

This thesis ventures with the extracellular matrix protein (ECM) fibronectin (FN) as an interface protein in the interaction between cells and materials to design microenvironment for future use in tissue engineering. It is studied the FN adsorption and conformations, cell behaviour to different FN conformation, cell adhesion, reorganisation and remodelling of FN at the material interface, the role of growth factors (GF) and their interactions with components of the extracellular matrix (ECM), the immunology cell response, and the stem cell fate influenced by the extrinsic signals coming from the engineered microenvironments using ECM's proteins. To investigate the FN response, in terms of adsorbed amount and conformation to different chemical properties of the material, model surfaces were used. Self assembled monolayers (SAM) with different percentages of two different chemical groups were used: CH3 and OH. FN adsorption, initial cell adhesion and signalling (focal adhesions, integrin expression and phosphorylation of FAK) is related with the reorganisation and secretion of FN and matrix degradation. It is shown that matrix degradation at the cell material interface depends on surface chemistry in metalloproteinase-dependent way. A direct relationship between FN activity at the cell-material interface and metalloproteinase 9 (MMP9) expression was found, being the product of a sequence of events that include integrin expression, focal adhesion formation, matrix reorganisation and focal adhesion kinase (FAK) phosphorylation. Two different materials with subtle variations in their chemical composition were employed as a drastically different FN conformation: from a globular conformation on PMA (poly (methyl acrylate)) to the formation of a well-interconnected FN network (similar to the FN physiological fibrillar network) triggered by PEA (poly (ethyl acrylate)). The formation of focal adhesions (vinculin), FAK expression and phosphorylation, specific integrin binding, protein and gene expression for ¿5 and ¿v was studied, seeking to correlate cell adhesion with matrix degradation. It is demonstrated that the material-driven FN fibrillogenesis on PEA triggers proteolytic activity: MMP activity is higher as a compensatory mechanism to the inability of cells to reorganise this FN network. Looking into the role of protein-material interactions and stem cell fate, and with the knowledge on PEA, we engineer different synergistic microenvironments to direct cell and stem cell fate. FN has a growth factor (GF) binding domain on its molecule (FNIII12-14) and has been demonstrated to produce a synergistic response when occurs at the same time the recognition of the cell binding domain (FNIII9-10). It is demonstrated that this domain is available on the FN coated PEA, and exploiting these interactions between PEA, FN and GF, it is developed a microenvironment to control cell behaviour and tissue repair. It is studied the BMP2 binding and presentation, the effect of BMP2 presentation on MSC proliferation and differentiation. These systems allow not only enhanced activity of GF compared to soluble administration, but also reduce GF doses, improving safety and cost effectiveness. Finally, the immunological reaction of the microenvironment developed is studied using dendritic cells, beside the conformational structure of ECM protein importance in DC integrin-based activation it is studied, helping to establish the field of adhesion-based modulation of DC as a general mechanism that has previously not been defined. The microenvironment didn't induce any maturation in DC, while different FN conformation shows differences in DC morphology and citokine level production (IL-10 and IL-12). / En esta tesis se estudia la interacción de una proteina de la matriz extracelular, fibronectina (FN) como interfase en la interacción entre células y materiales, para diseñar microambientes con el propósito de ser usados en el futuro en ingeniería tisular. Se estudia la adsorción y conformación de FN y la relación con el diferente comportamiento celular: la adhesión celular, la reorganización y remodelado de la FN en la interfase célula-material, el papel que juegan los factores de crecimiento y sus interacciones con los componentes de la matriz extracelular, la respuesta immunológica y el destino celular de células madre influenciadas por las señales extrínsecas provenientes de microambientes elaborados a partir de proteínas de la matriz extracelular. Con el objetivo de investigar la respuesta a la FN en términos de conformación y cantidad absorbida a diferentes propiedades químicas del material, se usaron materiales modelo: monocapas autoensambladas (self-assembled monolayers, SAM). Las químicas estudiadas fueron CH3 and OH. La adsorption de FN, adhesion y señalización (adhesiones focales, expresión de interinas y fosforilación de quinasas de adhesiones focales (FAK)) se estudiaron en relación a la reorganización y secreción de FN y degradación de la matriz extracelular. Se demuestra que la degradación de la matriz extracelular en la interfase célula-material depende de la química de la superficie, a través de las metaloproteinasas. Se ha descubierto una relación directa entre la actividad de la FN que se encuentra en el material y la expresión de metaloproteinasa 9 (MMP9), a través de la expresión de integrinas, formación de adhesiones focales, reorganización de la matriz extracelular y fosforilación de FAK En el siguiente capítulo se emplean materiales poliméricos con una sutil diferencia en la composición química, provocando una diferencia drástica en la conformación de la FN: se pasa de una conformación globular en PMA (polimetil acrilato) a una conformación en forma de red interconectada en PEA (polietil acrilato). Con el propósito de relacionar la adhesión celular con la degradación de la matriz extracelular, se estudia la formación de adhesiones focales (vinculina), la expresión y fosforilación de FAK, la unión específica de integrinas y la expresión de las integrinas ¿5 and ¿v. Se demuestra que la formación de una red de FN sobre PEA induce la actividad proteolítica: la actividad de las MMPs es mayor, actuando como mecanismo compensatorio a la incapacidad de reorganización de la red de FN. Haciendo uso de la conformación de la FN sobre PEA, se estudiaron las interacciones entre la proteína-material y el destino celular de células madres. La FN posee un dominio de unión de factores de crecimiento (FNIII12-14) y se ha demostrado que se produce una respuesta sinérgica cuando el reconocimiento ocurre junto con el dominio de unión celular (FNIII9-10). En esta tesis se demuestra que el dominio de unión de factores de crecimiento está disponible en la conformación que adquiere sobre PEA y se diseñan microambientes para controlar el comportamiento celular y regeneración de tejido. Se estudia la unión y presentación de BMP2 y su efecto en la diferenciación de células madre mesenquimales. Los microambientes desarrollados, ademas de mejorar la actividad de los factores de crecimiento comparado con la administración soluble, también reduce la cantidad de factores de crecimiento que se tendría que administrar, mejorando la seguridad y efectividad. Finalmente se estudió la reacción inmunológica a los microambientes desarrollados usando células dendríticas, estudiando además la influencia de la estructura de la conformación de las proteínas en la activación de las células dendríticas a través de las integrinas. Los microambientes no indujeron ninguna maduración de células dendríticas, mientras que la conformación de la FN muestra control / En aquesta tesi s'estudia la interacció entre una proteïna de la matriu extracel.lular, fibronectina (FN) com interfase en la interaccio entre cèl·lules i materials, per a dissenyar microambients amb el propòsit d'utilitzar-se al futur en enginyeria tissular. S'estudia l'adsorció i conformació de la FN i la relació amb el diferent comportament cel·lular: l'adhesió cel·lular, la reorganització i remodelat de la FN a la interfase cèl·lula-material, el paper que juguen els factors de creixement i les seus interaccions amb els components de la matriu extracel·lular, la resposta immunològica i el destí cel·lular de cèl·lules mare influenciades pels senyals extrínseques provinents de microambients elaborats a partir de proteïnes de la matriu extracel·lular. Amb l'objectiu d'investigar la respostar a la FN en termes de conformació i quantitat absorbida a diferents propietats químiques del material, s'utilitzaren materials model: monocapes autoacoblades (self-assembled monolayers, SAM). Les químiques estudiades van ser CH3 and OH. L'absorció de FN, adhesió i senyalització (adhesions focals, expressió d'integrines i fosforilació de quinases d'adhesions focals (FAK)) es van estudiar en relació a al reorganització i secreció de la FN i degradació de la matriu extracel·lular. Es demostra que la degradació de la matriu extracelular en la interfase cèl·lula-material depèn de la química de la superficie, a través de les metal·loproteïnases. S'ha descobert una relació directa entra l'activitat de la FN que es troba en el material i l'expressió de metaloproteinasa 9, a través de l'expressió d'integrines, formació d'adhesions focals, reorganització de la matriu extracel·lular i fosforilació de FAK. Al següent capítol es fan servir materials polimèrics amb una subtil diferència en la composició química, provocant una diferència dràstica en la conformació de la FN: es passa d'una conformació globular en PMA (polimetil acrilat) a una conformació en forma de xarxa interconnectada en PEA (polietil acrilat). Amb el propòsit de relacionar l'adhesió cel·lular amb la degradació de la matriu extracel·lular, s'estudia la formació d'adhesions focals (vinculina), l'expressió i fosforilació de FAK, la unió específica d'integrines i l'expressió de les integrines ¿5 and ¿v. Es demostra que la formació d'una xarxa de FN sobre PEA indueix l'activitat proteolítica: l'activitat de les MMPs és més gran, actuant com a mecanisme compensatori a la incapacitat de reorganització de la xarxa de FN. Fent ús de la conformació de la FN sobre PEA, es van estudiar les interaccions entre la proteïna-material i el destí cel·lular de cèl·lules mares. La FN posseeix un domini d'unió de factors de creixement (FNIII12-14) i s'ha demostrat que es produeix una resposta sinèrgica quan el reconeixement ocurreix juntament amb el domini d'unió cel·lular (FNIII9- 10). En aquesta tesi es demostra que el domini d'unió de factors de creixement està disponible a la conformació que adquireix sobre PEA i es dissenyen microambients per controlar el comportament cel·lular i regeneració de teixit. S'estudia la unió i presentació de BMP2 i el seu efecte en la diferenciació de cèl·lules mare mesenquimals. Els microambientes desenvolupats, a més de millorar l'activitat dels factors de creixement comparat amb l'administració soluble, també redueix la quantitat de factors de creixement que s'hauria d'administrar, millorant la seguretat i efectivitat. Finalment es va estudiar la reacció immunològica als microambients desenvolupats usant cèl·lules dendrítiques, estudiant a més la influència de l'estructura de la conformació de les proteïnes en l'activació de les cèl·lules dendrítiques a través de les integrines. Els microambients no van induir cap maduració de cèl·lules dendrítiques, mentre que la conformació de la FN mostra controlar la morfologia de les cèl·lules dendrítiques i / Llopis Hernández, V. (2017). Material-driven fibronectin fibrillogenesis to engineer cell function [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90412

No / The Rho family GTPases Cdc42 and Rac1 are critical regulators of the actin cytoskeleton and are essential for skin and hair function. Wiskott-Aldrich syndrome family proteins act downstream of these GTPases, controlling actin assembly and cytoskeletal reorganization, but their role in epithelial cells has not been characterized in vivo. Here, we used a conditional knockout approach to assess the role of neural Wiskott-Aldrich syndrome protein (N-WASP), the ubiquitously expressed Wiskott-Aldrich syndrome-like (WASL) protein, in mouse skin. We found that N-WASP deficiency in mouse skin led to severe alopecia, epidermal hyperproliferation, and ulceration, without obvious effects on epidermal differentiation and wound healing. Further analysis revealed that the observed alopecia was likely the result of a progressive and ultimately nearly complete block in hair follicle (HF) cycling by 5 months of age. N-WASP deficiency also led to abnormal proliferation of skin progenitor cells, resulting in their depletion over time. Furthermore, N-WASP deficiency in vitro and in vivo correlated with decreased GSK-3beta phosphorylation, decreased nuclear localization of beta-catenin in follicular keratinocytes, and decreased Wnt-dependent transcription. Our results indicate a critical role for N-WASP in skin function and HF cycling and identify a link between N-WASP and Wnt signaling. We therefore propose that N-WASP acts as a positive regulator of beta-catenin-dependent transcription, modulating differentiation of HF progenitor cells.

Mouse embryonic stem cells (mESCs) can be maintained in a proliferative and undifferentiated state over many passages (self-renewal) while retaining the potential to give rise to every cell type of the organism (pluripotency). Autocrine FGF4/Erk signalling has been identified as a major stimulus for fate decisions and lineage commitment in these cells. Recent findings on serum-free culture conditions with specific inhibitors (known as 2i) demonstrate that the inhibition of this pathway reduces transcription factor heterogeneity and is vital to maintain ground state pluripotency of mESCs. We suggest a novel mathematical model to explicitly integrate FGF4/Erk signalling into an interaction network of key pluripotency factors (namely Oct4, Sox2, Nanog and Rex1). The envisaged model allows to explore whether and how proposed mechanisms and feedback regulations can account for different expression patterns in mESC cultures. We demonstrate that an FGF4/Erk-mediated negative feedback is sufficient to induce molecular heterogeneity with respect to Nanog and Rex1 expression and thus critically regulates the propensity for differentiation and the loss of pluripotency. Furthermore, we compare simulation results on the transcription factor dynamics in different self-renewing states and during differentiation with experimental data on a Rex1GFPd2 reporter cell line using flow cytometry and qRT-PCR measurements. Concluding from our results we argue that interaction between FGF4/Erk signalling and Nanog expression qualifies as a key mechanism to manipulate mESC pluripotency. In particular, we infer that ground state pluripotency under 2i is achieved by shifting stable expression pattern of Nanog from a bistable into a monostable regulation impeding stochastic state transitions. Furthermore, we derive testable predictions on altering the degree of Nanog heterogeneity and on the frequency of state transitions in LIF/serum conditions to challenge our model assumptions.

Long-time research of chronologically aging yeast populations of Saccharomyces cerevisiae laboratory strains revealed that yeasts are able to differentiate into specialized cell types. Differentiation of liquid cultures growing in glucose rich medium and differentiation of colonies growing on solid glycerol medium has been previously studied. These populations create two fractions of cells with diverse morphology which adapt their metabolism and physiology to enable a long-term survival of the yeast population in environment with limited nutritional potential. In this study, yeast subpopulations isolated from colonies growing on solid glucose medium and liquid cultures cultivated in glycerol medium were characterized. Newly isolated cell types were compared with already known cell types isolated from colonies and liquid cultures. Selected metabolic processes and stress resistance were analysed in studied populations. Based on previous studies of yeast differentiation, a spectrum of GFP-labelled marker proteins was choosen and production and localization of these marker proteins was monitored within yeast populations. Results of the analyses showed that type of medium and cultivation influence development and metabolism of each yeast cell type. Key words: Saccharomyces cerevisiae, BY4742, cell...

Thesis summary The process of B cell lymphogenesis in swine remains uncertain. Some reports indicate that pigs belong to a group of animal that use ileal Peyers's patches (IPP) for the generation of B cells while others point to the possibility that the bone marrow is functional throughout life. The functional subpopulations of B cells in swine are also unknown. Together with other ruminants, and also birds, γδ T cells in swine may account for >70% of all T cells which is in apparent contrast with humans and mice. The purpose of this thesis was to address these discrepancies and unresolved issues. The results disprove the existing paradigm that the IPP is primary lymphoid tissue and that B cells develop in IPP in an antigen-independent manner. On the other hand, it shows that bone marrow is fully capable of B cell lymphogenesis and remains active at least for the same period of time as it had been speculated for the IPP. This thesis also identified functionally different subsets of porcine peripheral B cells, and shows that CD21 molecules can be expressed in differential forms. Finally, this thesis identifies two lineages of γδ T cells that differ in many functional and phenotype features. This finding may explain why γδ T cells constitute of minority of lymphocytes in circulation of humans and mice.