Embryonic stem (ES) cells offer a valuable source for generating insulin-producing cells. However, current differentiation protocols often result in heterogeneous cell populations of various developmental stages. Here we show the activin A-induced differentiation of mouse ES cells carrying a homologous dsRed-IRES-puromycin knock-in within the Sox17 locus into the endoderm lineage. Sox17-expressing cells were selected by fluorescence-assisted cell sorting (FACS) and characterized at the transcript and protein level. Treatment of ES cells with high concentrations of activin A for 10 days resulted in up to 19% Sox17-positive cells selected by FACS. Isolated Sox17-positive cells were characterized by defini- tive endoderm-specific Sox17/Cxcr4/Foxa2 transcripts, but lacked pluripotency-associated Oct4 mRNA and protein. The Sox17-expressing cells showed downregulation of extraembryonic endoderm (Sox7, Afp, Sdf1)-, mesoderm (Foxf1, Meox1)- and ectoderm (Pax6, NeuroD6)-specific transcripts. The presence of Hnf4α, Hes1 and Pdx1 mRNA demonstrated the expression of primitive gut/foregut cell-specific markers. Ngn3, Nkx6.1 and Nkx2.2 transcripts in Sox17-positive cells were determined as properties of pancreatic endocrine progenitors. Immunocytochemistry of activin A-induced Sox17-positive embryoid bodies revealed coexpression of Cxcr4 and Foxa2. Moreover, the histochemical demonstration of E-cadherin-, Cxcr4-, Sox9-, Hnf1β- and Ngn3-positive epithelial-like structures underlined the potential of Sox17-positive cells to further differentiate into the pancreatic lineage. By reducing the heterogeneity of the ES cell progeny, Sox17-expressing cells are a suitable model to evaluate the effects of growth and differentiation factors and of culture conditions to delineate the differentiation process for the generation of pancreatic cells in vitro. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Extracellular accumulation of Aβ in β-amyloid plaques is thought to be associated with the neurodegeneration observed in Alzheimer’s disease (AD) patients, although a lack of correlation with cognitive decline raised doubts on this hypothesis. In different transgenic mouse models Aβ accumulates inside the cells and mice develop behavioral deficits well before visible extracellular β-amyloid accumulation. Here we show that intracellular Aβ accumulates in flotillin-1 positive endocytic vesicles. We also demonstrate that flotillin-1 is not only associated with intracellular Aβ in transgenic mice but also with extracellular β-amyloid plaques in AD patient brain sections. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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.

Das Proteasomsystem ist die Hauptquelle von Peptiden für die MHC Klasse I Antigen-Präsentation. In Vertebraten kann dieses durch die Expression verschiedener Subtypen des 20S Proteasoms moduliert werden. Die häufigsten Subtypen sind konstitutive Proteasomen (c20S) mit den katalytischen Untereinheiten beta1, beta2 und beta5 und Immunoproteasomen (i20S) mit den Immunountereinheiten beta1i, beta2i und beta5i. Die Expression von i20S optimiert in der Regel die MHC Klasse I Antigen-Präsentation, indem die Bildung von Peptiden mit hoher Affinität zu MHC I Molekülen verstärkt wird. Die Bildung von i20S wird momentan durch ein Modell der kooperativen Assemblierung erklärt, das auf der präferentiellen Interaktion zwischen den Immunountereinheiten beruht. In dieser Arbeit wurde die Assemblierung von 20S Proteasomen in beta5i defizienten Mäusen nach Infektion mit Listeria monocytogenes analysiert. In diesem Modell konnte keine präferentielle Interaktion zwischen den Untereinheiten festgestellt werden. Stattdessen zeigen die Ergebnisse, daß die Integration von konstitutiven oder Immunountereinheiten durch direkte Kompetition reguliert wird. Des Weiteren wurde während der Infektion eine beta5i-abhängige Zunahme der zellulären Proteasommenge festgestellt und somit ein neuer Mechanismus zur Regulation des zellulären Proteasomgehaltes entdeckt. Funktionell führt die beta5i-Defizienz zu einer verringerten MHC I Expression auf antigenpräsentierenden Zellen und zu einer verminderten Prozessierung des bakteriellen Antigens LLO296-304. Bei der Analyse der LLO296-304 spezifischen CD8 T Zell Antwort konnte jedoch kein Unterschied zwischen Wildtyp- und beta5i defizienten Mäusen festgestellt werden .Die Kontrolle der Infektion in den beta5i defizienten Mäusen ist jedoch in der Leber verzögert. Dies deutet darauf hin, dass die Erkennung und Elimination infizierter Zellen durch cytotoxische CD8 T Zellen auf Grund der geringeren MHC Klasse I Präsentation bakterieller Antigene behindert wird. / The proteasome-system is the main source of peptides for MHC class I antigen presentation. In vertebrates this system can be modulated by the expression of different subtypes of the 20S proteasome. The most common subtypes are constitutive proteasomes (c20S) with the catalytic subunits beta1, beta2 and beta5 and immunoproteasomes (i20S) with the immunosubunits beta1i, beta2i and beta5i. Expression of i20S generally optimizes MHC class I antigen presentation by increasing the generation of peptides with high affinity to MHC class I molecules. Currently, the formation of i20S is explained by a model of cooperative proteasome assembly, which is based on preferential interactions among the immunosubunits. Here, the assembly of 20S proteasomes was analysed in beta5i deficient mice during an ongoing infection with Listeria monocytogenes. In this model, no preferential interactions among constitutive subunits or immunosubunits could be determined. Instead, the results show that the integration of constitutive subunits or immunosubunits is regulated by direct competition. Further, a beta5i-dependent increase in cellular proteasome quantity was observed following infection. This reveals a novel mechanism for the regulation of cellular proteasome quantity, which is based on the differential expression of beta5i. Functionally, the deficiency in beta5i results in a reduced MHC class I cell surface expression on professional antigen presenting cells and a drastically diminished processing of the bacterial antigen LLO296-304. However, the analyses of LLO296-304 specific CD8 T cells did not reveal differences in the frequencies of these T cells between wild-type and beta5i deficient mice. Still, the control of infection in the liver of beta5i deficient mice was delayed. This phenotype suggests that the recognition and elimination of infected target cells by cytotoxic CD8 T cells is constrained due to the lowered MHC class I presentation of bacterial antigens.

Die genaue physiologische Funktion des zellulären Prion-Proteins (PrPC) ist noch immer nicht vollständig verstanden. Eine mögliche Funktion des PrPC auf das neuronale Überleben nach einem hypoxischen oder ischämischen Insult wird diskutiert. In einem Vorversuch zeigten sich nach zerebraler Ischämie deutlich größere Infarktvolumina in den Gehirnen von Prion-Knock-Out-Mäusen im Vergleich zu denen der Wild-Typ-Mäuse. Das Identifizieren der molekularen Mechanismen der PrPC-vermittelten Neuroprotektion ist daher von großem Interesse und machte die Etablierung eines Zell-Modells erforderlich. Neuere Studien konnten einen Einfluss des zellulären Prion-Proteins auf die Glykolyse nachweisen. Unter Sauerstoffmangelbedingungen kommt es zu einer vermehrten Bildung von Laktat durch das Enzym Laktat-Dehydrogenase (LDH). Neurone benötigen unter hypoxischen oder ischämischen Bedingungen dieses Laktat als Energiesubstrat. Je mehr Laktat den Neuronen zur Verfügung steht, umso höher ist das neuronale Überleben. In dieser Arbeit konnte die Beteiligung der Laktat-Dehydrogenase an der durch das zelluläre Prion-Protein vermittelten Neuroprotektion nach Hypoxie nachgewiesen werden. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, mögliche Unterschiede der LDH-Expression in WT-Zellen, Prnp0/0-Zellen und HEK-293-Zellen unter normalen und hypoxischen Bedingungen in vitro zu untersuchen. Die Expression der LDH war unter hypoxischen Bedingungen in den WT-Zellen im Vergleich zu den Prnp0/0-Zellen deutlich höher. Dies konnte auch in PrPC-überexprimierenden HEK-293-Zellen nach Hypoxie gezeigt werden. Ebenso konnte nachgewiesen werden, dass Hypoxie zu einem größeren Schaden des Tubulinzytoskelettes in Prnp0/0-Zellen führt als in WT-Zellen, was eine neuroprotektive Wirkung von PrPC vermuten lässt. Eine direkte oder indirekte Interaktion von LDH-A und PrPC konnte durch eine Co-Immunpräzipitation in HEK-293-Zellen nachgewiesen werden. Die genauen Mechanismen über die PrPC möglicherweise zu einer vermehrten Laktat-Produktion führt, sind noch nicht eindeutig identifiziert und müssen noch näher untersucht werden. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die erhobenen Daten die Vermutung verstärken, dass das Enzym LDH und sein Produkt Laktat in die durch das zelluläre Prion-Protein vermittelte Neuroprotektion nach Hypoxie involviert sind. Es ist das erste Mal, dass gezeigt wurde, durch welchen Mechanismus PrPC zur Neuroprotektion beiträgt.

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