The structure and functions of lipid rafts and the mechanisms of intracellular membrane trafficking are major topics in current cell biological research. Rafts have been proposed to act as sorting platforms during biosynthetic transport, especially along pathways that deliver proteins to the apical membrane of polarised cells. Based on this, the aim of this work was to contribute to the understanding of apical sorting in epithelial cells. The study of how lipid rafts are structured has been hampered by the scarcity of techniques for their purification. Rafts are thought to be partially resistant to solubilisation by mild detergents, which has made the isolation of detergent-resistant membranes (DRMs) the primary method to characterise them biochemically. While a growing number of detergents is being used to prepare DRMs, it is not clear what can be inferred about the native structure of cell membranes from the composition of different DRMs. This issue was addressed by an analysis of DRMs prepared with a variety of mild detergents. The protein and lipid content of different DRMs from two cell lines, Madin-Darby canine kidney (MDCK) and Jurkat cells, was compared. It was shown that the detergents differed considerably in their ability to selectively solubilise membrane proteins and lipids. These results make it unlikely that different DRMs reflect the same underlying principle of membrane organisation. Another obstacle for understanding apical sorting is that the evidence implicating certain proteins in this process has come from various disparate approaches. It would be helpful to re-examine the putative components of the apical sorting machinery in a single experimental system. To this end, a retroviral system for RNA interference (RNAi) in MDCK cells was established. Efficient suppression of thirteen genes was achieved by retroviral co-expression of short hairpin RNAs and a selectable marker. In addition, the system was extended to simultaneously target two genes, giving rise to double knockdowns.Retroviral RNAi was applied to deplete proteins implicated in apical sorting. Surprisingly, none of the knockdowns analysed caused defects in surface delivery of influenza virus hemagglutinin, a common marker protein for apical transport. Therefore, none of the proteins examined is absolutely required for transport to the apical membrane of MDCK cells. Cells may adapt to the depletion of proteins involved in membrane trafficking by activating alternative pathways. To avoid such adaptation, a visual transport assay was established. It is based on the adenoviral expression of fluorescent marker proteins whose surface transport can be followed microscopically as soon as RNAi has become effective. With this assay, it should now be possible to screen the knockdowns for defects in surface transport. Taken together, this work has provided a number of experimental tools for the study of membrane trafficking in epithelial cells. First, the biochemical analysis of DRMs highlighted that DRMs obtained with different detergents are unlikely to correspond to distinct types of membrane microdomains in cell membranes. Second, the retroviral RNAi system should be valuable for defining the function of proteins, not only in membrane transport, but also in processes like epithelial polarisation. Third, the visual assay for monitoring the surface transport of adenovirally expressed marker proteins should be suitable to detect defects in polarised sorting.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind die purinergen Rezeptoren P2X4R und P2X7R. Die P2XR werden durch ATP aktiviert und stellen unselektive Kationenkanäle dar, die auch für Ca2+ durchlässig sind. Beiden P2XR-Subtypen werden in den Alveolarepithel Typ I (AT I)-Zellen der Lunge exprimiert und aufgrund ihrer Kanalaktivitäten in Zusammenhang mit der alveolären Flüssigkeitshomöostase gebracht. Bei bisherigen Untersuchungen wurde jedoch die mögliche Assoziation und Modulation der P2XR durch Mikrodomänen der Zellmembran außer Acht gelassen. Ein Modell von Garcia-Marcos zeigt, dass P2X7R in Zellen der Glandula submandibularis zum Teil mit Mikrodomänen assoziiert ist. Die funktionellen Eigenschaften von P2X7R sind dabei von der Lokalisation in der Zellmembran abhängig (Garcia-Marcos et al., 2006). Die Caveolen sind eine spezielle Form von Mikrodomänen, die in der Zellmembran der AT I-Zellen auftreten. Das Hauptstrukturprotein der Caveolen im Lungenepithel ist Caveolin-1 (Cav-1). Über die Verteilung von P2X4R und P2X7R in den AT I-Zellen war bislang sehr wenig bekannt. Unsere Arbeitsgruppe identifizierte bei einer Sequenzanalyse potentielle Cav-1-Bindemotive in der Aminosäureabfolge beider P2XR (Couet et al., 1997). Die Assoziation mit den Caveolen würde die P2XR in die räumliche Nähe verschiedener Signalmoleküle bringen und die Beteiligung an downstream Events ermöglichen. Für die folgenden Analysen wurde die Alveolarepithelzelllinie E10 genutzt, da die E10-Zellen AT I-typische Eigenschaften besitzen und P2X4R, P2X7R sowie die Caveoline Cav-1 und Cav-2 aufweisen. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Assoziation von P2X4R und P2X7R mit Mikrodomänen der Zellmembran sowie die wechselseitige Beziehung der P2XR. Besonders wurde dabei auf die Assoziation der P2XR mit Cav-1 eingegangen. Zusätzlich wurde in vitro die Interaktion der C-terminalen Bereiche der beiden P2XR mit Membranlipiden untersucht. Einige Membranlipide sind eng mit weiteren Signalmolekülen verknüpft. Aus diesem Grund wurde die Auswirkungen der Reduzierung von P2X4R und P2X7R auf den Proteingehalt der Ca2+-aktivierbaren downstream-Effektoren PKCβI und CaM analysiert. Die Auswertungen der Ergebnisse ergaben Folgendes: P2X4R und P2X7R sind Subtyp-spezifisch in den Mikrodomänen der Zellmembran von E10-Zellen verteilt. Mit Hilfe von biochemischen und immunfluoreszenz-mikroskopischen Methoden konnte die Assoziation von P2X4R und P2X7R mit Mikrodomänen nachgewiesen werden. P2X7R ist zum Teil mit Cav-1 assoziiert, wobei Förster Resonanz Energie Transfer (FRET)-Analysen ergaben, dass beide Proteine partiell einen Abstand von kleiner als 10 nm zueinander aufweisen. Durch die Subtyp-spezifische Verteilung könnte die Funktionalität der P2XR-Subtypen spezifisch durch die Bestandteile der Mikrodomänen moduliert und reguliert werden (Martens et al., 2001). P2X4R und P2X7R sind in hochmolekularen Proteinkomplexen assoziiert. Die Ausbildung von hochmolekularen Proteinkomplexen wird in Zusammenhang mit der Assoziation von Proteinen mit Mikrodomänen diskutiert (Zurzolo et al., 2003). Die Untersuchung der molekularen Organisation von P2X4R und P2X7R in E10-Zellen mittels blue native- und high resolution clear native-PAGE zeigte, dass beide P2XR mit hochmolekularen Proteinkomplexen assoziiert sind. P2X7R konnte in drei Komplexen nachgewiesen werden. Im ersten Komplex von ~760 kDa liegt P2X7R mit Cav-1 assoziiert vor, während der dominant auftretende, zweite P2X7R-Subkomplex von ~580 kDa vermutlich nicht mit dem co-migrierten Cav-1/Cav-2-Komplex in Verbindung steht. Der dritte P2X7R-assoziierte Komplex war zusammen mit P2X4R bei ~430 kDa nachweisbar und Immunpräzipitationen bestätigten, dass P2X4R und P2X7R in einem Komplex miteinander assoziiert sind (Weinhold et al., 2010). P2X4R und P2X7R stehen in Wechselbeziehung zueinander. Diese Ergebnisse der siRNA-induzierte Herabregulation von P2X4R und P2X7R lassen vermuten, dass die beiden Rezeptoren direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. So führte die Reduzierung von P2X4R zur Erhöhung des P2X7R-Proteingehaltes. Dabei nimmt P2X7R in der Zellmembran zu und verändert seine Verteilung nicht. Umgekehrt nimmt der Proteingehalt von P2X4R in den E10-Zellen zu, wenn P2X7R herabreguliert wird. Die Zunahme von P2X4R in der Zellmembran konnte zwar durch die Biotinylierung der Oberflächenproteine nachgewiesen werden, aber die Verteilung von P2X4R verschob sich zugunsten des intrazellulären P2X4R-Anteils. Vermutlich führt die Reduzierung von P2X7R zu Störungen im exo-/endozytotischen System. Die wechselseitige Zunahme der P2XR in den Mikrodomänen weist zudem auf einen kompensatorischen Mechanismus hin. Negativ geladene Phospholipide interagieren direkt mit den C-terminalen Abschnitten der P2XR. Mit den in vitro Bindetests konnte gezeigt werden, dass die C-terminalen Enden von P2X4R und P2X7R direkt mit den negativ geladenen Phosphoinositiden PI(4)P, PI(4,5)P2, PI(3,4,5)P3 sowie mit Phosphatidsäure, Phosphatidylserin, Phosphatidylglycerol, Cardiolipin und 3 Sulfogalactosylceramid interagieren können. Die Regulation der P2XR durch diese Phospholipide, vor allem PI(4,5)P2, und die Beteiligung der P2XR an Lipid-vermittelten Signalwegen in Epithelzellen, stellen einen möglichen Link zu weiteren downstream-Signalen dar. Die Reduzierung von P2X7R beeinflusst den Proteingehalt der downstream-Effektoren PKCβI und CaM. Sowohl im Lungengewebe von P2rx7(-/-) Mäusen als auch nach der Reduzierung von P2X7R in den E10-Zellen zeigte sich, dass der Proteingehalt der Signalmoleküle PKCβI und CaM vermindert war. Reduzierung von P2X4R hatte dagegen kaum Einfluss auf PKCβI und führte zur Erhöhung des CaM-Proteingehaltes, vermutlich hervorgerufen durch die Zunahme von P2X7R. Beide downstream-Effektoren sind in Mikrodomänen (Caveolen) der Zellmembran lokalisiert und können sowohl durch Lipid-vermittelte Signale als auch durch einen Kanal-vermittelten Ca2+-Einstrom aktiviert und reguliert werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigten, dass P2X4R und P2X7R in AT I-Zellen der Lunge nicht nur Kanaleigenschaften besitzen, sondern durch die Assoziation mit unterschiedlichen Mikrodomänen an verschiedene Signalwege gekoppelt sind. Trotzdem ist bisher wenig über die Funktionen der P2XR in AT I-Zellen hinsichtlich der Beteiligung an apoptotischen Prozessen, der Proliferation, der Differenzierung oder Migration und Wundheilung bekannt (Barth and Kasper, 2009). Aufgrund der komplexen Funktion, vor allem durch die Assoziation mit Cav-1 und der Wechselbeziehung mit dem P2X4R, wird der P2X7R für zukünftige Forschungen im alveolären Lungenepithel von Bedeutung sein. Barth K, Kasper M (2009) Membrane compartments and purinergic signalling: occurrence and function of P2X receptors in lung. FEBS J 276:341-353. Couet J, Li S, Okamoto T, Ikezu T, Lisanti MP (1997) Identification of peptide and protein ligands for the caveolin-scaffolding domain. Implications for the interaction of caveolin with caveolae-associated proteins. J Biol Chem 272:6525-6533. Garcia-Marcos M, Perez-Andres E, Tandel S, Fontanils U, Kumps A, Kabre E, Gomez-Munoz A, Marino A, Dehaye JP, Pochet S (2006) Coupling of two pools of P2X7 receptors to distinct intracellular signaling pathways in rat submandibular gland. J Lipid Res 47:705-714. Martens JR, Sakamoto N, Sullivan SA, Grobaski TD, Tamkun MM (2001) Isoform-specific localization of voltage-gated K+ channels to distinct lipid raft populations. Targeting of Kv1.5 to caveolae. J Biol Chem 276:8409-8414. Weinhold K, Krause-Buchholz U, Rödel G, Kasper M, Barth K (2010) Interaction and interrelation of P2X7 and P2X4 receptor complexes in mouse lung epithelial cells. Cell Mol Life Sci 67:2631-2642. Zurzolo C, van Meer G, Mayor S (2003) The order of rafts. Conference on microdomains, lipid rafts and caveolae. EMBO Rep 4:1117-1121.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die morphologische und funktionelle Charakterisierung endometrialer Epithel- (EEZ) und Stromazellen (ESZ) des Pferdes bei separater Primärkultur auf permeablen Kunststoffoberflächen mit Hilfe (immun-)zytologischer, zytochemischer und transmissionselektronenmikroskopischer Untersuchungen, ein-schließlich einer vergleichenden Betrachtung der immunhistologischen und histochemischen Eigenschaften der Epithel- und Stromazellen in situ. Mögliche Zusammenhänge zwischen der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung und den Zelleigenschaften in vitro sollten überprüft werden. Zur Zellgewinnung dienten transzervikal entnommene Endometriumbioptate (n = 14) sowie vollständige Uteri euthanasierter Stuten (n = 6). Parallel entnommene Gewebeproben wurden fixiert und als In-situ-Vergleichsmaterial verwendet. Nach einer mechanischen und enzymatischen Gewebedissoziation erfolgte die Trennung von Epithel- und Stromazellen mittels Filtration, Dichtegradientenzentrifugation sowie Differenzialadhärenz. Ein Teil der aufgereinigten Zellen wurde Formalin-fixiert und für (immun-)zytologische und zytochemische Untersuchungen, insbesondere hinsichtlich des Separationserfolges, aufbereitet. Die Kultivierung der übrigen Zellen beider Zellarten fand separat voneinander auf unbeschichteten Membraneinsätzen (Millicell® PET) in einem Gemisch aus DMEM und Ham’s F-12 unter Zusatz von 10 % fötalem Kälberserum (ESZ bis ca. 60 % Konfluenz) bzw. unter Zusatz von 2,5 % fötalem Kälberserum sowie verschiedener Additive (ESZ ab ca. 60 % Konfluenz sowie EEZ) bei 37 °C in wasserdampfgesättigter, mit 5 % CO2 angereicherter Raumluft statt. Konfluente Kulturen wurden in Formalin bzw. Glutaraldehyd fixiert und für die Lichtmikroskopie respektive Transmissionselektronenmikroskopie aufgearbeitet. Zum Zeitpunkt der Zellisolierung befanden sich die Endometrien überwiegend in der Phase der physiologischen Inaktivität (n = 5) oder der regulären zyklischen sekretorischen (n = 8) bzw. proliferativen (n = 3) Aktivität. In jeweils einer der Gewebeproben war eine irreguläre sekretorische, eine irreguläre proliferative bzw. eine im Übergang zwischen Sekretion und Proliferation anzusiedelnde Funktionsmorphologie festzustellen. In einem weiteren Fall wurden die Zellen aus einem graviden Uterus isoliert. Die Separation von ESZ während des Winteranöstrus verlief mit unzureichendem Erfolg, die Kulturen zeigten eine starke Kontamination mit epithelialen Zellen. Die morphologischen, immunzytologischen und zytochemischen Eigenschaften der beiden separierten Zellpopulationen unmittelbar vor Beginn der Kultivierung ermöglichten keine eindeutige Unterscheidung zwischen Epithel- und Stromazellen. Bei den aus sekretorisch differenzierten Endometrien isolierten ESZ war die Zeitdauer bis zum Erreichen der Konfluenz tendenziell länger als bei Verwendung proliferativ differenzierter Endometrien, während bei den EEZ diesbezüglich keine deutlichen Unterschiede erkennbar waren. Zum Zeitpunkt der Konfluenz konnten anhand der lichtmikroskopischen Morphologie 4 verschiedene EEZ- und 3 verschiedene ESZ-Typen nachgewiesen werden. Ultrastrukturell war eine Unterscheidung der EEZ von den ESZ möglich, innerhalb dieser beiden Zellpopulationen besaßen die lichtmikroskopisch verschiedenen Zelltypen jedoch jeweils vergleichbare Eigenschaften. Ein Zusammenhang zwischen der In-vitro-Morphologie und dem Zyklusstand zum Zeitpunkt der Zellisolierung war nicht zu erkennen. Unabhängig von der lichtmikroskopischen Morphologie wiesen die EEZ in der Regel laterale Zellverbindungen in Form von tight junctions auf, was auf einen polarisierten Phänotyp schließen lässt. Der Nachweis von Proteoglykanen mittels Alzianblau-Färbung verlief in allen kultivierten Zellen mit negativem Ergebnis. Mit Hilfe der PAS-Reaktion waren in der Mehrzahl der EEZ sowie in zahlreichen ESZ in vitro Polysaccharide/Glykoproteine nachweisbar. Die kultivierten EEZ exprimierten stets Zytokeratin 19 und in keinem Falle Desmin; in einem Teil der Zellen konnten die Zytokeratine 8 und 18, Vimentin sowie α-Glattmuskel-Aktin nachgewiesen werden. Demgegenüber enthielten die ESZ keines der untersuchten Zytokeratine, zum Teil trat in diesen Zellen jedoch eine Expression von Vimentin, Desmin und α-Glattmuskel-Aktin auf. Insgesamt war ein eindeutiger Nachweis des zellulären Ursprungs equiner endometrialer Epithel- und Stromazellen in vitro ausschließlich anhand der Zytokeratin-19-Expression möglich. Die Eigenschaften der kultivierten EEZ wichen bei der Zellisolierung aus physiologisch inaktiven Endometrien hinsichtlich der PAS-Reaktion sowie des Nachweises von Zytokeratin 8 und Vimentin von denen der aus den aktiven Endometrien gewonnenen Zellen ab. Darüber hinaus wurden keine deutlichen Einflüsse der endometrialen Funktionsmorphologie zum Zeitpunkt der Zellisolierung auf die zytochemischen und immunzytologischen Charakteristika der kultivierten Zellen offensichtlich. Auf der Grundlage dieser Arbeit können weiterführende Untersuchungen im Zellkulturmodell des equinen Endometriums erfolgen, insbesondere hinsichtlich von Veränderungen der Zelleigenschaften bei Einwirken definierter Milieufaktoren.

Alteration of gut microbiota has been associated with development of immune mediated diseases, such as allergy. In part, this could be due to the influence of microbes in shaping the immune response. In paper I, we investigated the association of early-life gut colonization with bacteria, and numbers of IL-4, IL-10 and IFN-γ producing cells at two years of age in response to PBMC stimulation with phytohemagglutinin (PHA) in vitro. Early Staphylococcus (S) aureus colonization was directly proportional to increased numbers of IL-4 and IL-10 secreting cells, while early co-colonization with lactobacilli and S. aureus associated with a decrease in IL-4, IL-10 and IFN-γ secreting cells compared to S. aureus alone. This was also confirmed in in vitro stimulations of PBMC with Lactobacillus and/or S. aureus strains, where S. aureus-induced IFN-γ production by Th cells was down regulated by co-stimulation with Lactobacillus. In paper II, we investigated the effects of UV-killed and/or culture supernatant (sn) of Lactobacillus strains and S. aureus strains on IEC and immune cell responses. IEC exposed to S. aureus-sn produced CXCL-1/GRO-α and CXCL-8/IL-8, while UV-killed bacteria had no effect. Further, PBMC from healthy donors exposed to Lactobacillus-sn and S. aureus-sn were able to produce a plethora of cytokines, but only S. aureus induced the T-cell associated cytokines: IL-2, IL-17, IFN-γ and TNF-α; which were down regulated by co-stimulation with any of the different Lactobacillus strains. Intracellular staining verified S. aureus-induced IFN-γ and IL-17 production by Th cells, and increased CTLA-4 expression and IL-10 production by T reg cells. In conclusion, we show that colonization with gut microbiota at early age modulates the cytokine response in infancy. In addition, bacterial species influence cytokine response in a species-specific manner and we demonstrate that lactobacilli modulate S. aureus-induced immune response away from an inflammatory phenotype.

Integrins have the ability to impact major aspects of epithelial biology including adhesion, migration, invasion, signaling and differentiation, as well as the formation and progression of cancer (Hynes 2002; Srichai and Zent 2010; Anderson et al. 2014). This thesis focuses on how integrins are regulated and function in the context of mammary epithelial biology and breast cancer with a specific focus on the α6 integrin heterodimers (α6β1 and α6β4). These integrins function primarily as receptors for the laminin family of extracellular matrix (ECM) proteins and they have been implicated in mammary gland biology and breast cancer (Friedrichs et al. 1995; Wewer et al. 1997; Mercurio et al. 2001; Margadant and Sonnenberg 2010; Muschler and Streuli 2010; Nistico et al. 2014). The first project investigates how alternative splicing of the α6 subunit impacts the genesis and function of breast cancer stem cells (CSCs). This work revealed that the α6Bβ1 splice variant, but not α6Aβ1, is necessary for the function of breast CSCs because it activates the Hippo transducer TAZ (Zhao et al. 2008a), which is known to be essential for breast CSCs (Cordenonsi et al. 2011). My work also led to the discovery that laminin (LM) 511 is the specific ligand for α6Bβ1 and that autocrine LM511, which is mediated by TAZ, is needed to sustain breast CSCs by functioning as a ‘ECM niche’. An important aspect of this study is the finding that surface-bound LM511 characterizes a small population of cells in human breast tumors with CSC properties. The second project of my thesis concentrated on identifying transcription factors that regulate expression of the β4 subunit. The expression of the α6β4 integrin is repressed during the epithelial-mesenchymal transition (EMT) (Yang et al. 2009) but the contribution of specific transcription factors to this repression is poorly understood. This study revealed that Snai1 is a transcriptional repressor of β4, which is responsible for establishing the PRC2 (Polycomb complex 2)- associated repressive histone mark H3K27Me3. However, I also found that the ability of Snai1 to repress transcription is abrogated by its interaction with Id2. Specifically, I identified the biochemical mechanism for how Id2 regulates Snai1. Id2 binds the SNAG domain of Snai1 that is the docking site for several corepressors (Peinado et al. 2004; Lin et al. 2010b; Dong et al. 2012a). One important consequence of Id2 interacting with Snai1 on the β4 promoter is that it prevents repressive epigenetic modifications. This finding may explain why some epithelial cells express Snai1 and β4 because they also express Id2 (Vincent et al. 2009; Bastea et al. 2012). The repression of the α6β4 integrin during the EMT is consistent with data indicating that this integrin is not expressed in CSCs (Mani et al. 2008; Goel et al. 2012; Goel et al. 2013; Goel et al. 2014). An important question going forward is to understand how the α6β4 integrin contributes to tumor formation. In summary, my thesis provides novel insights into the biology of the α6 integrins that has important implications for the function of these integrins in mammary gland biology and breast cancer, especially our understanding of breast CSCs.

Epithelial cells are necessary building blocks of the organs they line. Their apicalbasolateral polarity, characterized by an asymmetric distribution of cell components along their apical-basal axis, is a requirement for normal organ function. Although the centrosome, also known as the microtubule organizing center, is important in establishing cell polarity the mechanisms through which it achieves this remain unclear. It has been suggested that the centrosome influences cell polarity through microtubule cytoskeleton organization and endosome trafficking. In the first chapter of this thesis, I summarize the current understanding of the mechanisms regulating cell polarity and review evidence for the role of centrosomes in this process. In the second chapter, I examine the roles of the mother centriole appendages in cell polarity during cell migration and cell division. Interestingly, the subdistal appendages, but not the distal appendages, are essential in both processes, a role they achieve through organizing centrosomal microtubules. Depletion of subdistal appendages disrupts microtubule organization at the centrosome and hence, affects microtubule stability. These microtubule defects affect centrosome reorientation and spindle orientation during cell migration and division, respectively. In addition, depletion of subdistal appendages affects the localization and dynamics of apical polarity proteins in relation to microtubule stability and endosome recycling. Taken together, our results suggest the mother centriole subdistal appendages play an essential role in regulating cell polarity. A discussion of the significance of these results is included in chapter three.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Progression of Chlamydia into upper reproductive tract epithelium and the induction of subsequent immune responses to infection are major contributors to Chlamydia-induced pathogenesis of the genital tract. We reported that C. muridarum infection of the oviduct epithelial cells (OEs) secrete IFN-β in a TLR3 dependent manner. However, we showed that the C. muridarum infected TLR3-deficient OEs were still able to secrete minimal amounts of IFN-β into the supernatants, which is suggestive that there are other signaling pathways that contribute to Chlamydia-induced IFN-β synthesis in these cells. Previous studies describing the activation of the JAK/STAT signaling pathway during Chlamydia infection of cervical epithelial cells proposes a putative role for STAT1 in the synthesis of type I IFNs during Chlamydia infection. The present study investigated the role of STAT1 in Chlamydia-induced IFN-β production in OEs. OEs were infected with Chlamydia muridarum and analyzed at 24 hours by RT-PCR and western blot to determine STAT1 expression. STAT (-/-) OEs were infected and IFN-β production measured by ELISA. Quantitative real-time PCR analyses were performed at 6 and 16 hour post-infection to elucidate the mechanisms involved in IFN-β production during infection. Fluorescent microscopy was used to observe changes in Chlamydia replication. STAT1 activation and expression were significantly increased in wild-type (WT) OEs upon infection. TLR3 (-/-) OEs showed diminished STAT1 protein activation and expression. Augmented STAT1 protein expression corresponded to STAT1 mRNA levels. ELISA analyses revealed significantly less IFN-β production in infected STAT1 (-/-) OEs compared to WT OEs. Quantitative real-time PCR data showed that gene expression of IFN-β and of type I IFN signaling components were significantly increased during late stage Chlamydia infection, dependent on STAT1. Temporal regulation and increases in expression of IFN-α subtypes during infection were STAT1-dependent. Our results implicate STAT1-mediated signaling as a contributor to the C. muridarum-induced synthesis of IFN-β and other type I IFNs in OEs. We previously described a major role for TLR3 in the early-stage Chlamydia-induced synthesis of IFN-β in OEs; the results from this study suggest a role for STAT1 in the synthesis of type I IFNs that occurs during early and late stages of infection.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Retinoids play an important role in tissue patterning during development as well as in epithelial formation and health. In the mammalian central nervous system, the meninges are a source of retinoids for brain tissue. Retinoid production has been described in juvenile Axolotl ependymal cells. Retinoid effects may possess a significant role in the regeneration-permissive interaction of the meninges and ependyma of the Axolotl spinal cord after penetrating injury. During spinal cord regeneration in urodele amphibians, the pattern of retinoid production changes as the meninges interact with the injury-reactive ependymal cells reconstructing the injured spinal cord. In order to determine which components of the retinoid metabolism and intracellular signaling pathway act in Urodele spinal cord regeneration, we employed antibody/horseradish peroxidase staining of both intact and regenerating Axolotl spinal cord tissues obtained from adult animals as well as cell culture techniques to determine expression of three retinoid pathway components: Cellular Retinoic Acid Binding Protein II (CRABP 2), Cellular Retinol Binding Protein I (CRBP 1), and Retinaldehyde Dehydrogenase II (RALDH 2). Current results demonstrate the following in the intact cord: 1) CRBP 1 is expressed in the pia and dura mater meningeal layers, in gray matter neurons (including their axonal processes), and the ependymal cell radial processes that produce the glia limitans, 2) CRABP 2 is expressed in the arachnoid and/or dura mater meningeal layers surrounding the spinal cord, and 3) RALDH 2 is expressed in the meninges as well as cytoplasm of grey matter neurons and some ependymal/sub-ependymal cells. In the regenerating cord, CRBP 1 is expressed in ependymal cells that are undergoing epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), as is CRABP 2. RALDH 2 staining is very strong in the reactive meninges; in addition, expression is also upregulated in the cytoplasmic and perinuclear regions of reactive grey matter neurons, including motor neurons and in the apical region of ependymal. Preliminary studies culturing reactive meninges and ependymal cells together suggested that the meninges could drive re-epithelialization of the reactive ependymal cells. Experiments to characterize this interaction show an unusual proliferation pattern: Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) labeling is present in intact and regenerating cord ependymal cells. However, in culture, the presence of meninges results in no proliferation proximal to the explant, but extensive proliferation in leading cell outgrowth; also, the cultured meninges is positive for RALDH2. In summary, the intact adult cord shows meningeal production of RA, which is upregulated following injury; in addition, during this time, RA production is upregulated in the adult ependymal cells as well. In culture, the reactive meninges appears to modulate the behavior of reactive ependymal cells.

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