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Chlamydia trachomatis ist ein obligat intrazellulär lebendes Bakterium. Es wird mit einer Vielzahl von Krankheiten in Verbindung gebracht. Das Überleben von Chlamydia trachomatis hängt in nahezu allen Aspekten von der Wirtszelle ab, angefangen bei der Anheftung an die Wirtszelle, über die Invasion, bis zur intrazellulären Replikation. Für ein vollständiges Bild der Pathogenese sind sowohl das Verstehen der dazu beitragenden bakteriellen wie auch Wirtszellfaktoren essenziell. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich dabei auf die an der Infektion beteiligten Wirtsfaktoren. Mit Hilfe eines RNA-Interferenz-vermittelten Funktionsverlustscreens wurden 59 Wirtszellgene identifiziert, die einen Einfluss auf die Infektion und Vermehrung von Chlamydia trachomatis hatten. Unter Zuhilfenahme von bioinformatischen Signaltransduktionsweganalyse-Programmen konnten einige der Hits bekannten zellulären Signalnetzwerken, unter anderem dem Ras/Raf/Mek/Erk-Signalweg, zugeordnet werden. Insbesondere der Funktionsverlust zweier validierter Targets, Ras und Raf1, erhöhte das Chlamydien-Wachstum und deren Vermehrung. Bisher wurde angenommen, dass die bei der Chlamydien-Infektion beobachtete Aktivierung der Kinase Erk, die mit der Aktivierung der Phospholipase cPLA2, der Induktion des Interleukins 8 sowie der Stabilisierung des antiapoptotischen Faktors Mcl-1 in Verbindung steht, über den Ras/Raf/Mek-Signalweg vermittelt wird. Ich konnte jedoch zeigen, dass die Chlamydien-induzierte Erk-Aktivierung unabhängig von Ras und Raf1 stattfindet. Vielmehr wird während der Chlamydien-Infektion, Raf1, abhängig von der Kinase Akt, durch Phosphorylierung an Serin259 inaktiviert. Zudem wird das inaktivierte Raf1 zur bakteriellen Inklusion rekrutiert. Dies lässt vermuten, dass das Überleben derChlamydien und deren Wachstum nicht nur von der Erk-Aktivierung und dessen Substrate, sondern auch von der Inaktivierung von Raf1 und dessen Rekrutierung zur Inklusion abhängt. / Chlamydia trachomatis is a Gram-negative obligate intracellular bacterial pathogen with a major impact on human health. As an obligate intracellular pathogen, Chlamydia rely on host cell for all aspects of their survival. Here we present RNAi screen that identified 59 host cell genes influencing C. trachomatis infection and infectivity. Network analysis of hits revealed several prominent signaling networks, including Ras-Raf-MEK-ERK pathway. Knockdown of Ras and Raf1 components of the aforesaid pathway led to increased Chlamydial growth and survival. In Chlamydia infections, ERK activation is believed to be activated through upstream kinases Ras-Raf-MEK and involved in activation of cPLA2, induction of IL8 and stabilization of the anti-apoptotic Mcl-1. However, I could show that ERK activation after Chlamydia infection is independent of Ras and Raf1. Moreover, I also showed that Raf1 is inactivated by phosphorylation at Ser259 in an Akt dependent manner. Consequently, the Ser259 phosphorylated Raf1 was recruited to the Chlamydia inclusion in an Akt and 14-3-3β dependent manner. This strongly suggests that Chlamydia survival and replication in the host cell depends not only on the activation of ERK and its downstream targets such as cPLA2, but also on the inactivation of Raf1 by phosphorylation and recruitment to the inclusion.

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Les tumeurs des cellules de la granulosa (GCTs) sont des tumeurs avec un potentiel malin ayant tendance à récidiver, provoquant ainsi la mort dans 80% des cas de stade avancé consécutif à une rechute. Bien que les GCTs représentent 5% des tumeurs ovariennes, peu d’études ont évalué les protocoles de traitement adjuvant pour la maladie avancée ou récurrente. Notre but était d’évaluer l’efficacité de la voie de signalisation du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire A (VEGFA) comme cible pour le traitement de la GCT utilisant le modèle murin transgénique Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA) qui reproduit le stade avancé de la maladie humaine. Un anticorps anti-VEGFA a été administré une fois par semaine par voie intrapéritonéale (IP) à partir de 3 semaines d’âge. La thérapie anti-VEGFA a permis une réduction de la taille des tumeurs à 6 semaines d’âge (p<0.05) et une prolongation de la survie des animaux traités, lorsque comparé aux animaux contrôles. L’analyse des GCTs a montré une réduction significative de la prolifération cellulaire (p<0.05) et de la densité microvasculaire (p<0.01) mais aucune différence significative n’a été détectée dans l’apoptose cellulaire. p44/p42 MAPK, un effecteur de la signalisation pour le récepteur 2 de VEGFA (VEGFR2) associé à la prolifération cellulaire, était moins activé dans les tumeurs traitées (p<0.05). Par contre, l’activation d’AKT, un effecteur impliqué dans la survie cellulaire, était similaire d’un groupe à l’autre. Ces résultats suggèrent que l’anticorps anti-VEGFA réduit la prolifération cellulaire et la densité microvasculaire chez les souris PCA par inhibition de la voie de signalisation VEGFR2-MAPK, inhibant ainsi la croissance tumorale. En conclusion, l’efficacité de la thérapie anti- VEGFA mérite d’être évaluée en essais contrôlés randomisés pour le traitement des GCTs chez l’homme. / Ovarian granulosa cell tumors (GCTs) are potentially malignant tumors that have a tendency for late recurrence and cause death in 80% of women with advanced GCT due to recurrent disease. Although GCTs represent 5% of ovarian tumors in women, few studies have evaluated adjuvant treatment protocols for advanced or recurrent disease. Our goal was to determine the potential of targeting the vascular endothelial growth factor A (VEGFA) signaling pathway for the treatment of GCT. We used a genetically engineered mouse model, Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA), which imitates the advanced human disease. A monoclonal anti-VEGFA antibody was administered by intra-peritoneal injection once a week beginning at 3 weeks of age. Anti-VEGFA therapy significantly decreased tumor weights by 6 weeks of age (p<0.05) and increased survival in treated animals in comparison to controls. Significant decreases in tumor cell proliferation (p<0.05) and microvessel density (p<0.01), but no significant difference in apoptosis was found in PCA tumors. p44/p42 MAPK, a VEGFA receptor 2 (VEGFR2) signaling effector associated with cell proliferation, was significantly less activated in anti-VEGFA-treated tumors (p<0.05). In contrast, AKT activation, a VEGFR2 signaling effector associated with cell survival was similar among all groups. These results suggest that anti-VEGFA therapy effectively reduces cell proliferation and microvessel density in PCA mice by inhibition of the VEGFR2-MAPK pathway, resulting in inhibition of GCT growth. We conclude that anti-VEGFA therapy merits further investigation in the form of controlled randomized trials for the treatment of human GCT.

Deregulierung des RAS/MAPK Signalwegs führen nicht nur zur Krebsentstehung, sondern sind auch mitverantwortlich für Entwicklungsstörungen, dieals Keimbahnmutationen in Schlüsselregulatoren des MAPK Signalwegs zurückzuführen sind, werden aufgrund überlappender Phänotypen unter dem Begriff RASopathien subsumiert. Obwohl die Inzidenz für solide Tumore bei diesen Patienten gering ist, wird ein Zusammenhang zum Auftreten verschiedener Leukämieformen deutlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Mutationen zweier Schlüsselregulatoren des MAPK Signalwegs, PTPN11 und BRAF, hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur neoplastischen Transformation analysiert. Zur Durchführung funktioneller Assays wurden Zelllinien mit lentiviraler Vektoren mit NS-, LS- oder NS und Leukämie-assoziierten SHP2 oder CFC-assoz. BRAF Mutationen (Mut), generiert. Die Testung des neoplastischen Potentials erfolgte anhand nicht-tumorigenen humanen sowie an 208F Ratten-Zelllinie. SHP2/BRAF-Mutationen haben eine spindel-ähnliche Zellmorphologie, Proliferation sowie das Dichte- und Anker-unabhängiges Wachstum in 208F gefördert. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass RASopathie-assoziierte Mutationen zu einem Transformationsphänotyp führen können, ähnlich wie die klassischen Ras Onkogenen. Um zu testen, ob Mut-SHP2 das in vivo Tumorwachstum beeinflusst, wurden SHP2-208F-Zellen in Nacktmäuse injiziert. Eine Förderung des Tumorwachstums konnte sowohl durch mut- als auch durch wt-SHP2 beobachtet werden. RASopathie-assoziierte mutierte Proteine führten auch zu einer moderaten Aktivierung des MAPK-Signalwegs. Eine erhöhte Bindungsstärke zu GAB1 konnte mittels ein TAP-Assay ermittelt werden. Auf transkriptioneller Ebene konnte einer Gensignatur, die sowohl durch RASopathien als auch der klassischen onkogenen BRAF identifiziert werden.Die Ergebnisse dieser Studie können für ein besseres Verständnis der Downstream-liegenden Mechanismen von RASopathie-bezogenen Signalwegen und ihrer Beteiligung an der Tumorprogression beitragen / Deregulation of the Ras/MAPK signaling is implicated in a variety of human diseases, including cancer and developmental disorders. The RASopathies are characterized by an overlapping phenotype in patients and result from germline mutations in key regulators of the MAPK signaling cascade. Although the incidence of solid tumors is rather low, reports on different leukemia forms have increased. In this work, a group of mutations in the genes PTPN11 and BRAF were selected for expression in cell lines for a comprehensive molecular and phenotypic characterization. Non-tumorigenic human cell lines and the rat 208F fibroblasts were transduced with lentiviral particles with SHP2/BRAF wildtype (wt), Noonan (NS)-, NS- and leukemia- or LS–associated SHP2 mutations (mut) and CFC-associated BRAF mutations to identify their potential roles in neoplastic transformation. Mutations in both genes promoted cell morphology alterations, cell proliferation, density- and anchorage-independent growth in rat fibroblasts. These results suggested that RASopathies-associated mutations in both genes confer a transformation phenotype in vitro similar to the classical oncogenes. To investigate whether mutations in SHP2 contribute to tumor growth in vivo, 208F cells expressing wt/mut SHP2 were injected in nude mice. Both wt/mut SHP2 expressing cells promoted tumor growth. Additionally, RASopathies-associated mutant SHP2 and BRAF proteins constitutively activate the MAPK signaling in a moderate manner compared to oncogenic BRAF. To identify modifications in the protein interaction of mut-SHP2, TAP assays were performed. Mut-SHP2 proteins showed an increased binding strength to GAB1 compared to wt. Finally, a microarray analysis revealed a gene cluster commonly regulated in both RASopathies and the oncogenic BRAF. The findings of this work might be useful for a better understanding of the downstream mechanisms of RASopathies-related signaling and their involvement in cancer progression.

Wie auch andere bakterielle Pathogene überträgt C. trachomatis Effektorproteine in die Wirtszelle, um deren Funktionen zu manipulieren. Das während der Invasion sekretierte Effektorprotein Tarp besitzt N-terminale SH2-Bindungsstellen und eine C-terminale SH3-Bindungsstelle für die Interaktion mit Wirtszellproteinen. Zur Bestimmung dieser Interaktionen wurden Protein-Microarrays mit nahezu alle humanen SH2- und SH3-Domänen verwendet. Zahlreiche neue Interaktionen wurden detektiert, wobei das Adaptorprotein SHC1 eine der stärksten SH2-abhängigen Interaktionen mit Tarp zeigte. Mittels Transkriptionsanalyse SHC1-abhängiger Genregulation während der Infektion konnten Gene identifiziert werden, welche an der Apoptose- und Zellwachstumskontrolle beteiligt sind. Infizierte Wirtszellen mit SHC1-Knockdown wiesen eine erhöhte Apoptoserate nach Stimulation mit TNF-alpha auf. Diese Ergebnisse offenbaren eine wichtige Rolle von SHC1 im Kontext des frühen, Chlamydien-induzierten Wirtszellüberlebens und deuten darauf hin, dass Tarp als vielseitige Signaltransduktionsplattform dient. Um Wirtszelllipide aufzunehmen, nutzt C. trachomatis Transportrouten der Wirtszelle und modifiziert Lipide bei der Aufnahme. Zur Bestimmung der Lipidzusammensetzung der Wirtszelle wurde diese mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie analysiert. Dabei hatte die Infektion den stärksten Einfluss auf Phosphatidylinoslitol (PI)- und Cardiolipin (CL)-Spezies. Des Weiteren konnten im Infektionsverlauf PI- und CL-Spezies mit einem Massenunterschied von 14 Da detektiert werden, was auf verzweigtkettige Fettsäurereste chlamydialen Ursprungs und eine Beteiligung der cytosolischen Phospholipase A2 (cPLA2) hindeutet. Entsprechend zeigten infizierte Zellen mit einem Knockdown von cPLA2 oder der Cardiolipinsynthase 1 eine signifikant reduzierte Bildung infektiöser Bakterien. Dies unterstreicht die Bedeutung von CL und einer funktionellen Nährstoffversorgung für die erfolgreiche Vermehrung von C. trachomatis. / Like many bacterial pathogens, C. trachomatis translocates effector proteins into the host cell to manipulate host cell functions. The early phase effector protein Tarp harbors N-terminal SH2 binding sites and a C-terminal SH3 binding site for the interaction with host cell proteins. To assess these interactions, protein microarrays comprising virtually all human SH2 and SH3 domains were used. Numerous novel interactions were discovered, while the adaptor protein SHC1 was among Tarp’s strongest SH2-dependent interaction partners. Transcriptome analysis of SHC1-dependent gene regulation during infection indicated that SHC1 regulates apoptosis- and growth-related genes. SHC1 knockdown sensitized infected host cells to TNF-alpha-induced apoptosis. These findings reveal a critical role for SHC1 in early Chlamydia-induced cell survival and suggest that Tarp functions as an important multivalent signaling hub. To acquire host-derived lipids, C. trachomatis hijacks cellular trafficking pathways and modifies lipids during the acquisition. To assess infection-dependent changes of the host cell lipid composition, cells were analyzed by MALDI-TOF mass spectrometry. Phosphatidylinositol (PI) and cardiolipin (CL) levels were most prominently influenced by C. trachomatis infection. Furthermore, PI and CL species with a 14 Da mass difference were detected during the course of infection, indicating the presence of Chlamydia-derived branched chain fatty acids and a role of cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) in this process. Accordingly, infection of cPLA2 or cardiolipin synthase 1 knockdown cells resulted in a significantly reduced formation of infectious particles. These data demonstrate the importance of cardiolipin and a functional nutrient supply for the successful propagation of C. trachomatis.

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Les tumeurs des cellules de la granulosa (GCTs) sont des tumeurs avec un potentiel malin ayant tendance à récidiver, provoquant ainsi la mort dans 80% des cas de stade avancé consécutif à une rechute. Bien que les GCTs représentent 5% des tumeurs ovariennes, peu d’études ont évalué les protocoles de traitement adjuvant pour la maladie avancée ou récurrente. Notre but était d’évaluer l’efficacité de la voie de signalisation du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire A (VEGFA) comme cible pour le traitement de la GCT utilisant le modèle murin transgénique Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA) qui reproduit le stade avancé de la maladie humaine. Un anticorps anti-VEGFA a été administré une fois par semaine par voie intrapéritonéale (IP) à partir de 3 semaines d’âge. La thérapie anti-VEGFA a permis une réduction de la taille des tumeurs à 6 semaines d’âge (p<0.05) et une prolongation de la survie des animaux traités, lorsque comparé aux animaux contrôles. L’analyse des GCTs a montré une réduction significative de la prolifération cellulaire (p<0.05) et de la densité microvasculaire (p<0.01) mais aucune différence significative n’a été détectée dans l’apoptose cellulaire. p44/p42 MAPK, un effecteur de la signalisation pour le récepteur 2 de VEGFA (VEGFR2) associé à la prolifération cellulaire, était moins activé dans les tumeurs traitées (p<0.05). Par contre, l’activation d’AKT, un effecteur impliqué dans la survie cellulaire, était similaire d’un groupe à l’autre. Ces résultats suggèrent que l’anticorps anti-VEGFA réduit la prolifération cellulaire et la densité microvasculaire chez les souris PCA par inhibition de la voie de signalisation VEGFR2-MAPK, inhibant ainsi la croissance tumorale. En conclusion, l’efficacité de la thérapie anti- VEGFA mérite d’être évaluée en essais contrôlés randomisés pour le traitement des GCTs chez l’homme. / Ovarian granulosa cell tumors (GCTs) are potentially malignant tumors that have a tendency for late recurrence and cause death in 80% of women with advanced GCT due to recurrent disease. Although GCTs represent 5% of ovarian tumors in women, few studies have evaluated adjuvant treatment protocols for advanced or recurrent disease. Our goal was to determine the potential of targeting the vascular endothelial growth factor A (VEGFA) signaling pathway for the treatment of GCT. We used a genetically engineered mouse model, Ptentm1Hwu/tm1Hwu; Ctnnb1tm1Mmt/+; Amhr2tm3(cre)Bhr/+ (PCA), which imitates the advanced human disease. A monoclonal anti-VEGFA antibody was administered by intra-peritoneal injection once a week beginning at 3 weeks of age. Anti-VEGFA therapy significantly decreased tumor weights by 6 weeks of age (p<0.05) and increased survival in treated animals in comparison to controls. Significant decreases in tumor cell proliferation (p<0.05) and microvessel density (p<0.01), but no significant difference in apoptosis was found in PCA tumors. p44/p42 MAPK, a VEGFA receptor 2 (VEGFR2) signaling effector associated with cell proliferation, was significantly less activated in anti-VEGFA-treated tumors (p<0.05). In contrast, AKT activation, a VEGFR2 signaling effector associated with cell survival was similar among all groups. These results suggest that anti-VEGFA therapy effectively reduces cell proliferation and microvessel density in PCA mice by inhibition of the VEGFR2-MAPK pathway, resulting in inhibition of GCT growth. We conclude that anti-VEGFA therapy merits further investigation in the form of controlled randomized trials for the treatment of human GCT.

Der TGFβ-Signalweg ist ein multifunktionales System, das zelluläre Prozesse reguliert, die von Proliferation und Migration bis zu Differenzierung und Zelltod reichen. Nach Ligandenbindung und Rezeptoraktivierung translozieren SMAD-Proteine zum Zellkern und induzieren die Expression zahlreicher Zielgene. Während viele Komponenten des TGFβ-Signalweges identifiziert wurden, verstehen wir noch nicht genau, wie die Aktivierung des Signalwegs in verschiedene zelluläre Antworten übersetzt wird. Da die zelluläre Antwort auf einen gegebenen Stimulus oft sogar in genetisch identischen Zellen variiert, konzentrierte ich mich auf die Messung der Signalwegaktivität auf der Einzelzellebene. Durch die Kombination fluoreszierender Reporterzelllinien mit Zeitraffer-Lebendzellmikroskopie und automatisierter Bildanalyse beobachtete ich die zytoplasmatische und nukleäre Translokation von SMADs mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung in Hunderten einzelner Zellen. Unsere Experimente zeigten, dass die Signalwegaktivität in eine erste synchrone Phase der SMAD-Translokation, gefolgt von einer Adaption und einer zweiten Signalphase mit hoher Variabilität in Stärke und Dauer der nuklearen Akkumulation unterteilt werden kann. Darüber hinaus beobachtete ich, dass Zellen, die aufgrund ihrer dynamischen Eigenschaften in Subpopulationen gruppiert sind, unterschiedliche phänotypische Reaktionen zeigen. Ich war nun daran interessiert, die Netzwerkinteraktionen zu identifizieren, die diese Dynamiken formen und fokussierte mich auf den Crosstalk mit nicht-kanonischen Komponenten des TGFβ-Signalweges. Ich konnte zeigen, dass die Hemmung der MAP Kinasen p38 und ERK die zweite Signalphase spezifisch aufhebt. Diese dynamische Remodellierung führt zu Veränderungen in der Zielgenexpression und den Zellschicksalen. Dies wird zu einem tieferen Verständnis der molekularen Netzwerke führen, die die TGFβ-Signaltransduktion regulieren und Möglichkeiten eröffnen, es in erkrankten Zellen zu modulieren. / The TGFβ pathway is a multi-functional signaling system regulating cellular processes ranging from proliferation and migration to differentiation and cell death. Upon ligand binding and receptor activation, SMAD proteins translocate to the nucleus and induce expression of numerous target genes. While many components of the TGFβ pathway have been identified, we are still challenged to understand how pathway activation is translated into distinct cellular responses. As the cellular response to a given stimulus often varies even in genetically identical cells, I focused on measuring pathway activity on the single cell level. By combining fluorescent reporter cell lines with time-lapse live-cell microscopy and automated image analysis, I monitored the cytoplasmic to nuclear translocation of SMADs with high temporal and spatial resolution in hundreds of individual cells. Our experiments demonstrated that pathway activity can be divided into a first synchronous phase of SMAD translocation, followed by adaptation and a second signaling phase with high variability in the extent and duration of nuclear accumulation. Furthermore, I observed that cells clustered into subpopulations according to their dynamic features show different phenotypic responses. I was interested in identifying the network interactions that shape these dynamics and focus on crosstalk with non-canonical components of the TGFβ pathway. I could show that inhibition of the MAP kinases p38 and ERK specifically abrogates the second signaling phase. This dynamic remodeling led to changes in target gene expression and cell fate decisions. I explored the molecular mechanisms underlying this interaction of the canonical and non-canonical pathways. This will provide a deeper understanding of the molecular networks regulating TGFβ signaling and open opportunities to modulate it in diseased cells.