CD97 gehört zur Familie der Adhäsions-G-Protein gekoppelten Rezeptoren (aGPCR), die aus einem langen extrazellulären N-terminalen Fragment (NTF) und einem nicht-kovalent gekoppelten C-terminalen Fragment (CTF) mit der sieben-transmembranären (TM7) Region und dem intrazellulären Teil bestehen. CD97 wird in malignen Tumoren exprimiert. In der humanen Fibrosarkomzelllinie HT1080 steigert die stabile Überexpression von CD97 die ungerichtete zweidimensionale (2D) Migration einzelner Zellen. Eine Verkürzung von CD97 im CTF auf zwei transmembranäre (TM2) Domänen führt zu einer Suppression der 2D-Migration im Vergleich zu stabil mock-transfektierten HT1080 Kontrollzellen. Wahrscheinlich supprimiert CD97/TM2 die endogene CD97-Wirkung. Unbekannt ist, welche Signalwege durch CD97-Überexpression in HT1080 reguliert werden und welche Signalwege für die Migrationssteigerung von HT1080 verantwortlich sind. Die Klärung dieser Signalwege ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Die Phosphorylierung von Proteinkinasen ist eine posttranslationale Modifikation zur Regulation der Kinaseaktivität mit nachfolgender Aktivierung oder Inaktivierung eines Signalweges. Daher sind Expression und Phosphorylierung der Proteinkinasen zur Identifikation regulierter Signalwege interessant. Dazu wurden in Lysaten von CD97/TM7, CD97/TM2 und mock-transfektierten HT1080 mittels Kinetworks Phosphosite Screen KPSS 1.3 Profiling (Multi-Immunoblot™) 37 verschiedene Proteinphosphorylierungen untersucht und regulierte Signalwege identifiziert. An 25 Phosphorylierungsstellen erfolgt eine Regulation durch CD97. Anschließend wurden die Ergebnisse der interessantesten Proteine hinsichtlich ihrer Expression und Phosphorylierung im Western Blot verifiziert und um Proteine erweitert, die klassisch an der Regulation der Zellmigration beteiligt sind. Es zeigt sich eine Aktivierung des PI3-Kinase/Akt-Signalweges und eine Inhibierung von Src durch CD97. 2D-Migrationsversuche von HT1080 CD97/TM7, CD97/TM2 und mock mit spezifischen Inhibitoren gegen den PI3-Kinase/Akt-Signalweg und gegen Src bestätigen, dass diese Kinasen an der CD97-induzierten Steigerung der 2D-Migration beteiligt sind. Weiterhin finden sich Hinweise, dass in HT1080 CD97 die Apoptose hemmt und die Proliferation reguliert. Insgesamt wird in dieser Arbeit ein Überblick über die durch CD97 regulierten Signalwege gegeben. Die CD97-gesteigerte 2D-Migration von HT1080 wird durch eine Aktivierung des PI3-Kinase/ Akt-Signalweges und Inhibierung von Src vermittelt.

CD97 gehört zur Familie der Adhäsions-G-Protein gekoppelten Rezeptoren (aGPCR), die aus einem langen extrazellulären N-terminalen Fragment (NTF) und einem nicht-kovalent gekoppelten C-terminalen Fragment (CTF) mit der sieben-transmembranären (TM7) Region und dem intrazellulären Teil bestehen. CD97 wird in malignen Tumoren exprimiert. In der humanen Fibrosarkomzelllinie HT1080 steigert die stabile Überexpression von CD97 die ungerichtete zweidimensionale (2D) Migration einzelner Zellen. Eine Verkürzung von CD97 im CTF auf zwei transmembranäre (TM2) Domänen führt zu einer Suppression der 2D-Migration im Vergleich zu stabil mock-transfektierten HT1080 Kontrollzellen. Wahrscheinlich supprimiert CD97/TM2 die endogene CD97-Wirkung. Unbekannt ist, welche Signalwege durch CD97-Überexpression in HT1080 reguliert werden und welche Signalwege für die Migrationssteigerung von HT1080 verantwortlich sind. Die Klärung dieser Signalwege ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Die Phosphorylierung von Proteinkinasen ist eine posttranslationale Modifikation zur Regulation der Kinaseaktivität mit nachfolgender Aktivierung oder Inaktivierung eines Signalweges. Daher sind Expression und Phosphorylierung der Proteinkinasen zur Identifikation regulierter Signalwege interessant. Dazu wurden in Lysaten von CD97/TM7, CD97/TM2 und mock-transfektierten HT1080 mittels Kinetworks Phosphosite Screen KPSS 1.3 Profiling (Multi-Immunoblot™) 37 verschiedene Proteinphosphorylierungen untersucht und regulierte Signalwege identifiziert. An 25 Phosphorylierungsstellen erfolgt eine Regulation durch CD97. Anschließend wurden die Ergebnisse der interessantesten Proteine hinsichtlich ihrer Expression und Phosphorylierung im Western Blot verifiziert und um Proteine erweitert, die klassisch an der Regulation der Zellmigration beteiligt sind. Es zeigt sich eine Aktivierung des PI3-Kinase/Akt-Signalweges und eine Inhibierung von Src durch CD97. 2D-Migrationsversuche von HT1080 CD97/TM7, CD97/TM2 und mock mit spezifischen Inhibitoren gegen den PI3-Kinase/Akt-Signalweg und gegen Src bestätigen, dass diese Kinasen an der CD97-induzierten Steigerung der 2D-Migration beteiligt sind. Weiterhin finden sich Hinweise, dass in HT1080 CD97 die Apoptose hemmt und die Proliferation reguliert. Insgesamt wird in dieser Arbeit ein Überblick über die durch CD97 regulierten Signalwege gegeben. Die CD97-gesteigerte 2D-Migration von HT1080 wird durch eine Aktivierung des PI3-Kinase/ Akt-Signalweges und Inhibierung von Src vermittelt.

Engineered cellular systems are a promising avenue for production of a wide range of useful products including renewable fuels, commodity and specialty chemicals, industrial enzymes, and pharmaceuticals. Achieving this breadth of biological products is facilitated by the diversity of organisms found in nature. Using biological and engineering principles, this diversity can be harnessed to make efficient and renewable bio-based products. Such advancements rely upon our ability to modify host genetics and metabolism. This work focuses on the development of new biotechnological tools which enable cellular engineering, and the implementation of these tools in eukaryotic systems. Mammalian cell engineering has important implications in protein therapeutics and gene therapy. One major limitation, however, is the ability to predictably control gene expression. We address this challenge by examining critical aspects of gene expression in human cells. First, we evaluate the impact of selection markers, a common mammalian expression element, on cell line development. In doing so, we determine that Zeocin is the best selection agent for human cells. Next, we identify loci across the genome that support high level expression of recombinant DNA and demonstrate their advantage for stable integration. Finally, we optimize a Cre recombinase based methodology that enables efficient retargeting of genomic loci. Collectively, this work augments the current genetic toolbox for human cell lines. Beyond basic gene expression, there is interest in understanding global interactions within the cell and how they relate to phenomena including gene regulation, expression and disease states. Although our tools are not yet sufficient to study these phenomena in many hosts, methods can be developed in lower eukaryotes and then adapted for more complex hosts later. We demonstrated two methods in S. cerevisiae that utilize a systems-level approach to understand complex phenotypes. First, we developed condition-specific codon optimization that utilizes systems biology information to optimize gene sequence in a condition-specific manner. Additionally, we developed a Graded Dominant Mutant Approach which can be used to dissect multifunctional proteins, understand epigenetic factors, and quantitatively determine protein-DNA interactions. Both can be implemented in many cellular hosts and expand our ability to engineer complex phenotypes in eukaryotic cell systems.

Background: Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is a binary approach to cancer therapy that requires accumulation of boron atoms preferentially in tumour cells. This can be achieved by using nanoparticles as boron carriers and taking advantage of the enhanced permeability and retention (EPR) effect. Here, we present the preparation and characterization of size and shape-tuned gold NPs (AuNPs) stabilised with polyethylene glycol (PEG) and functionalized with the boron-rich anion cobalt bis(dicarbollide), commonly known as COSAN. The resulting NPs were radiolabelled with 124I both at the core and the shell, and were evaluated in vivo in a mouse model of human fibrosarcoma (HT1080 cells) using positron emission tomography (PET). Methods: The thiolated COSAN derivatives for subsequent attachment to the gold surface were synthesized by reaction of COSAN with tetrahydropyran (THP) followed by ring opening using potassium thioacetate (KSAc). Iodination on one of the boron atoms of the cluster was also carried out to enable subsequent radiolabelling of the boron cage. AuNPs grafted with mPEG-SH (5 Kda) and thiolated COSAN were prepared by ligand displacement. Radiolabelling was carried out both at the shell (isotopic exchange) and at the core (anionic absorption) of the NPs using 124I to enable PET imaging. Results: Stable gold nanoparticles simultaneously functionalised with PEG and COSAN (PEG-AuNPs@[4]) with hydrodynamic diameter of 37.8 0.5 nm, core diameter of 19.2 1.4 nm and -potential of 18.0 0.7 mV were obtained. The presence of the COSAN on the surface of the NPs was confirmed by Raman Spectroscopy and UV-Vis spectrophotometry. PEG-AuNPs@[4] could be efficiently labelled with 124I both at the core and the shell. Biodistribution studies in a xenograft mouse model of human fibrosarcoma showed major accumulation in liver, lungs and spleen, and poor accumulation in the tumour. The dual labelling approach confirmed the in vivo stability of the PEG-AuNPs@[4]. Conclusions: PEG stabilized, COSAN-functionalised AuNPs could be synthesized, radiolabelled and evaluated in vivo using PET. The low tumour accumulation in the animal model assayed points to the need of tuning the size and geometry of the gold core for future studies.