Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

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In der vorliegenden Arbeit wurden Fusionsprodukte aus verschiedenen nukleolären Proteinen mit fluoreszierenden Proteinen (GFP und dsRed: rot fluoreszierendes Protein) in lebenden Zellen von Säugern und Xenopus laevis exprimiert und lokalisiert. Dadurch standen "Marker" für die drei Hauptkomponenten des Nukleolus zur Verfügung. Die dynamischen Eigenschaften dieser Fusionsproteine wurden quantitativ mit Hilfe von "Photobleaching"-Experimenten analysiert (FRAP: fluorescence recovery after photobleaching). Im einzelnen wurde durch die Untersuchung von RNA-Polymerase I der rDNA Transkriptionsort im fibrillären Zentrum des Nukleolus bestätigt. Die kinetischen Analysen von zwei pol I-Untereinheiten (RPA194 und RPA53) durch FRAP in transkriptionell aktiven und inaktiven Nukleoli erlaubten direkte Rückschlüsse auf die Transkriptionsdauer der rRNA-Gene in vivo. Die individuellen pol I-Untereinheiten bewegen sich rasch zwischen Nukleoplasma und Nukleolus und interagieren in den fibrillären Zentren mit dem rDNA-Promoter. Dann werden sie in produktive Transkriptionskomplexe integriert, die während der Elongationsphase, die bei Raumtemperatur etwa fünf Minuten dauert, stabil bleiben und erst nach der Termination dissoziieren. Zumindest ein Teil der Untereinheiten wandert anschließend in das Nukleoplasma. Die Ergebnisse widersprechen Modellen, welche die dichte fibrilläre Komponente als Transkriptionsort ansehen oder immobile RNA Polymerase I-Moleküle postulieren. Die Identifizierung des fibrillären Zentrums als rDNA-Transkriptionsort wurde durch die Koexpression der pol I-Untereinheiten mit Fibrillarin, einem Leitprotein der dichten fibrillären Komponente, ermöglicht. Durch die Expression der beiden Proteine als unterschiedlich fluoreszierende Fusionsproteine konnten die Orte der Transkription (die fibrillären Zentren) und die Orte der ersten Prozessierungsschritte, an denen Fibrillarin beteiligt ist (die dichte fibrilläre Komponente), in lebenden Zellen als direkt benachbarte, aber räumlich getrennte Kompartimente identifiziert werden. Die Rolle der granulären Komponente als Ort späterer Prozessierungschritte und Integration ribosomaler Proteine wurde durch die Expression von B23 und der ribosomalen Proteine L4, L5 und L10 verdeutlicht. Dabei wurde die nukleoläre Lokalisation von L10 erstmals belegt. In der Literatur wurde bisher angenommen, L10 würde erst im Cytoplasma mit Ribosomen assoziieren. Dies ist nicht der Fall, wie insbesondere Experimente mit Leptomycin B gezeigt haben. Diese Droge hemmt den CRM1-abhängigen Kernexport und führte zu einer deutlichen Akkumulation von L10-haltigen Präribosomen im Nukleoplasma von menschlichen Zellen. Schließlich sollte ein neues nukleoläres Protein von Xenopus laevis molekular charakterisiert werden, das mit verschiedenen Antikörpern in der granulären Komponente des Nukleolus lokalisiert wurde. Durch massenspektrometrische Analysen nach zweidimensionaler Gelelektrophorese wurden die Antigene überraschenderweise als Cytokeratin-Homologe identifiziert. Im Verlauf dieser Arbeit wurden drei bisher unveröffentlichte Cytokeratin 19 Isoformen von Xenopus kloniert, sequenziert und als GFP-Fusionsproteine exprimiert. Diese wurden allerdings wie reguläre Cytokeratine in cytoplasmatische Intermediärfilamente integriert und konnten, auch nach Translokation in den Zellkern durch ein experimentell eingefügtes Lokalisationssignal, nicht im Nukleolus nachgewiesen werden. Nach der Kotransfektion mit verschiedenen Zellkern-Proteinen wurde Cytokeratin 19 mit diesen in den Zellkern und mit nukleolären Proteinen in den Nukleolus transportiert. Obwohl diese Versuche auf einen "Huckepack"-Transportmechanismus für ein normalerweise cytoplasmatisches Protein hinweisen, konnte Cytokeratin 19 nicht spezifisch in der granulären Komponente des Nukleolus lokalisiert werden. Daher konnte bisher, trotz intensiver Bemühungen, die Identität des in der Immunfluoreszenz nachgewiesenen nukleolären Proteins leider nicht aufgeklärt werden. / In the present work, nucleolar proteins were expressed as fusions with fluorescent proteins (GFP: green fluorescent protein or dsRed: red fluorescent protein) in living mammalian and Xenopus laevis cells. These tagged proteins were used as markers for the three main components of the nucleolus. The dynamic properties of the fusion proteins were analyzed quantitatively in photobleaching experiments (FRAP: fluorescence recovery after photobleaching). The analysis of RNA polymerase I allowed the conclusion that the fibrillar centers are the site of rDNA transcription. The kinetic FRAP analysis of two pol I subunits (RPA194 and RPA53) in transcriptionally active and inactive nucleoli allowed an estimate of the transcription time of rDNA genes in vivo. The individual pol I subunits move rapidly between the nucleoplasm and the nucleolus and associate at rDNA promoter sites. Then they are integrated into productive transcription complexes, which remain stable for the elongation phase of about five minutes at room temperature, and dissociate after termination. At least part of the subunits migrate to the nucleoplasm. The obtained results disagree with models that assume the site of transcription to be in the dense fibrillar component, as well as proposing immobile RNA Polymerase I molecules. The designation of the fibrillar center as site of rDNA transcription was further corroborated by the coexpression of pol I subunits with fibrillarin, a major protein of the dense fibrillar component. Using two differently fluorescing tags, the sites of transcription (fibrillar centers) and the sites of early processing steps, in which fibrillarin participates (dense fibrillar components), could be identified in living cells as closely neighboured but clearly separated compartments. The granular component as the site of late processing steps and assembly of ribosomal proteins was visualized by the expression of B23 and ribosomal proteins L4, L5 and L10. In the course of this work L10 was shown to be localized in the nucleolus for the first time. In the literature, human L10 was assumed to associate with ribosomes only in the cytoplasm. This is not the case, as was shown in particular by experiments with Leptomycin B. This drug inhibits the CRM1 dependent nuclear export pathway and resulted in a clear accumulation of L10 containing preribosomes in the nucleoplasm of human cells. Finally, a novel nucleolar protein (p52) of Xenopus laevis was studied in detail. Antigens of various p52 antibodies, localized in the granular component of nucleoli by immunofluorescence were surprisingly identified as cytokeratin homologs by two-dimensional immunoblot analysis and mass spectrometry. In the course of this work three hitherto unpublished Cytokeratin 19 isoforms of Xenopus were cloned, sequenced and expressed as GFP-fusion proteins. However, these proteins behaved like regular cytokeratins and were integrated into intermediate filaments. They were not detectable in the nucleolus, even after translocation into the nucleus by means of an experimentally added localization signal. Following cotransfection with various nuclear RFP-fusion proteins, GFP-CK19 was transported into the nucleus and localized with ist coexpressed partner. When coexpressed with nucleolar proteins, Cytokeratin 19 was also transported into the nucleolus. Although these experiments indicate a possible piggyback transport mechanism for a normally cytoplasmic protein, Cytokeratin 19 was not specifically located in the granular component of the nucleolus. Therefore, despite all efforts, until now the identity of the nucleolar protein originally identified by immunofluorescence remains to be clarified.

Bisherige per Tissue Engineering hergestellte Testsysteme der Mundschleimhaut basieren in der Regel auf allogenen und teils dysplastischen Keratinozyten. Dies schmälert die Aussagekraft der gewonnenen Ergebnisse hinsichtlich des Anspruchs, Nativgewebe bestmöglich nachzubilden. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein am Lehrstuhl für Tissue Engineering und Regenerative Medizin entwickeltes Protokoll zur Herstellung dreidimensionaler epidermaler Oralmukosaäquivalente auf Basis autologer Keratinozyten auf seine Eigenschaften und Einsatzmöglichkeit als in-vitro Testsystem untersucht werden. Nach erfolgreicher Isolierung und Kultivierung im Monolayer konnten insgesamt 420 Modelle zu drei verschiedenen Zeitpunkten (Passagen) aufgebaut werden. Die Untersuchung von Histologie, Viabilität und Barrierefunktion mittels MTT, TEER und Natriumfluoresceinpermeabilität konnte einen suffizienten Aufbau von verhorntem, mehrschichtigen oralen Plattenepithel nachweisen. Gleichzeitig konnte eine Abnahme der Epithelqualität mit steigendem Keratinozytenalter festgestellt werden. Eine sich anschließende Untersuchung von 14 Cytokeratinen sowie Apoptosemarkern per effizienzkorrigierter und normalisierter RT-qPCR konnte die Überlegenheit der dreidimensionalen autologen Oralmukosaäquivalente gegenüber der zweidimensionalen Monolayerkultur auf Genebene zeigen. / Current tissue-engineered oral mucosa test systems are usually based on allogenic, mostly dysplastic keratinocytes. Their ability to mimic native tissue sufficiently is therefore limited. Hence the aim of the present work was to examine the characteristics and possible applications of an autologous oral mucosa equivalent based on a protocol developed at the Chair of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Following isolation and monolayer cultivation, 420 equivalents could successfully be built at three different time points. Histology as well as viability and barrier assays (MTT, TEER, sodium-fluoresceine-permeability) revealed sufficient stratification and cornification. Concomitantly, decreasing epithelium quality was associated with a prolongated previous monolayer cultivation. In addition, efficiency corrected and normalized RT-qPCR of 14 cytokeratins and apoptosis marker genes showed the superiority of three dimensional oral mucosa equivalents over two dimensional monolayers on gene level.

Immunohistologic investigations of wound healing in human oral mucosa require specific cell biological markers as well as consecutive small biopsies. Small specimens are ideally embedded in plastic (methylmethacrylate, MMA) resin due to their miniature size. This limits the use of antibodies for these markers. In this immunohistochemical study, the distribution of wound healing markers, e.g. cytokeratin (CK), laminin, collagen IV, vimentin, vinculin and fibronectin, were compared between semithin sections of plastic-embedded tissue and frozen sections of mucosal tissue in order to assess their use for future investigations. The antibodies against laminin, collagen IV and CK 1/2/10/11, 5/6, 13, 14, 17, 19 gave comparable staining patterns on cryostat sections of attached mucosa and on semithin sections of MMA-embedded attached mucosa. In the epithelial cell layers, the following distribution of CK immunostaining was observed: The basal cell layer was positive for CK 5/6, CK 14 and CK 19; the intermediate cell layer for CK 13, CK 17 and CK 1/2/10/11, and the superficial cell layer for CK 13 and CK 1/2/10/11. For most of these antibodies, enzyme digestion with 0.1% trypsin was adequate for demasking the antigens, except for anti-CK 14, anti-CK 17 and anti-laminin; predigestion with 0.4% pepsin in 0.01 N HCl gave similar staining results. The antibodies against vimentin, vinculin, fibronectin and CK 4 showed no affinity or a reciprocal reaction on the semithin sections. Therefore, the antibodies against CK 1/2/10/11; 5/6; 13; 14; 17, and 19, as well as the basement proteins laminin and collagen IV are deemed markers suitable on semithin sections of plastic-embedded attached oral mucosa. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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Immunohistologic investigations of wound healing in human oral mucosa require specific cell biological markers as well as consecutive small biopsies. Small specimens are ideally embedded in plastic (methylmethacrylate, MMA) resin due to their miniature size. This limits the use of antibodies for these markers. In this immunohistochemical study, the distribution of wound healing markers, e.g. cytokeratin (CK), laminin, collagen IV, vimentin, vinculin and fibronectin, were compared between semithin sections of plastic-embedded tissue and frozen sections of mucosal tissue in order to assess their use for future investigations. The antibodies against laminin, collagen IV and CK 1/2/10/11, 5/6, 13, 14, 17, 19 gave comparable staining patterns on cryostat sections of attached mucosa and on semithin sections of MMA-embedded attached mucosa. In the epithelial cell layers, the following distribution of CK immunostaining was observed: The basal cell layer was positive for CK 5/6, CK 14 and CK 19; the intermediate cell layer for CK 13, CK 17 and CK 1/2/10/11, and the superficial cell layer for CK 13 and CK 1/2/10/11. For most of these antibodies, enzyme digestion with 0.1% trypsin was adequate for demasking the antigens, except for anti-CK 14, anti-CK 17 and anti-laminin; predigestion with 0.4% pepsin in 0.01 N HCl gave similar staining results. The antibodies against vimentin, vinculin, fibronectin and CK 4 showed no affinity or a reciprocal reaction on the semithin sections. Therefore, the antibodies against CK 1/2/10/11; 5/6; 13; 14; 17, and 19, as well as the basement proteins laminin and collagen IV are deemed markers suitable on semithin sections of plastic-embedded attached oral mucosa. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.