Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2002. / Dateiformat: zip, Dateien im PDF-Format.

Thesis (doctoral)--Köln, 1987.

Heidelberg, Univ., Diss., 2000.

University, Diss., 2006--Würzburg.

Universiẗat, Diss., 2002--Frankfurt (Main).

The MEK5/ ERK5 kinase module is a relatively new discovered mitogen-activated protein kinase (MAPK) signalling pathway with a poorly defined physiological function. Since ERK5 and its upstream activator MEK5 are abundant in skeletal muscle a function of the cascade during muscle differentiation was examined. ERK5 becomes activated upon induction of differentiation in mouse myoblasts. The selective activation of the pathway results in promoter activation of differentiation-specific genes, such as the cdk-inhibitor p21 gene, the myosin light chain (MLC1A) gene, or an E-box containing promoter element, where myogenic basic-helix-loop-helix proteins such as MyoD or myogenin bind. Moreover, myogenic differentiation is completely blocked, when ERK5 expression is inhibited by antisense RNA. The effect can be detected also on the expression level of myogenic determination and differentiation markers such as p21, MyoD and myogenin. Another new finding is that stable expression of ERK5 in C2C12 leads to differentiation like phenotype and to increased p21 expression levels under growth conditions. These results provide first evidence that the MEK5/ERK5 MAP kinase cascade is critical for early steps of muscle cell differentiation. / MEK5/ ERK5 ist ein erst kürzlich entdeckter MAPK- Signalweg, dessen physiologische Funktion noch wenig verstanden ist. Da ERK5 und der in der Kaskade oberhalb liegende Aktivator MEK5 in Skelettmuskeln hoch expremiert werden, wurde eine Funktion der Kaskade während des Muskel-Differenzierung untersucht. ERK5 wird nach einer Induktion der Differenzierung in Maus-Myoblasten aktiviert. Die gezielte Aktivierung dieses Signalwegs führt zur Induzierung von Promotoren differenzierungs-spezifischer Gene, wie z.B. des cdk-Inhibitors p21, der MLC1A, oder eines Promotors, der E-Boxen enthält, woran myogene Basische-Helix- loop- Helix Proteine, wie MyoD oder Myogenin binden können. Darüber hinaus ist die Muskeldifferenzierung völlig blockiert, wenn die Expression von ERK5 mittels antisense-RNA inhibiert wird. Diesen Effekt kann man auch an hand der Menge von exprimierten muskelspezifischen Differenzierungsproteinen, wie p21, MyoD und Myogenin nachweisen. Eine weitere neue Entdeckung ist, daß stabile Expression von ERK5 in C2C12 Zellen zu einem differenzierungsähnlichen Phänotyp und gesteigerter p21 Expression unter Wachstum-bedingungen führt. Diese Ergebnisse geben erste Anhaltspunkte, daß der MEK5/ ERK5 MAP Kinase Signalweg entscheidend für frühe Stadien der Muskeldifferenzierung ist.

Krebserkrankungen zeichnen sich häufig durch Störungen zellulärer Differenzierungsprozesse aus. So weisen Rhabdomyosarkome, die aus Muskelvorläuferzellen hervorgehen, Differenzierungsdefekte auf, die zur unkontrollierten Proliferation der Tumorzellen führen. Bislang ist ungeklärt, ob die Differenzierungsdefekte auf der verstärkten Expression von Inhibitoren, der defekten Funktion von Aktivatoren oder einer Kombination von beidem beruht. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass im Unterschied zu normalen Muskelzellen RMS-Zellen verstärkt DeltaNp73, einen Pan-Inhibitor der p53-Tumorsuppressorfamilie, exprimieren. Die experimentelle Überexpression von DeltaNp73 in normalen Myoblasten blockierte die Muskeldifferenzierung und förderte in Kombination mit klassischen RMS-Onkogenen wie IGF2 oder PAX3/FKHR die maligne Transformation. Umgekehrt führte die Hemmung von DeltaNp73 durch RNAi zur Reduktion der Tumorigenität von RMS-Tumorzellen. Da DeltaNp73 als dominant-negativer Inhibitor der p53-Familie wirkt, lies die Hemmung von Differenzierungsprozessen durch DeltaNp73 vermuten, dass die p53-Familienmitglieder (p53, p63, und p73) an der Regulation der Muskeldifferenzierung beteiligt sind. Tatsächlich konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die drei p53-Familienmitglieder bei der Induktion später Differenzierungsstadien kooperieren, indem sie die Aktivität des Retinoblastoma-Proteins RB regulieren. Die Funktion von RB ist bekanntermassen sowohl für den permanenten Zellzyklusarrest als auch für die Aktivierung Muskel-spezifischer Gene notwendig. Während p53 die Proteinspiegel von RB reguliert, kontrollieren p63 und p73 den Aktivierungsgrad von RB, indem sie dessen Phoshphorylierungszustand über den Zyklin-abhängigen Kinaseinhibitor p57KIP2 modifizieren. Eine Hemmung dieser Funktionen blockiert das Differenzierungsprogramm und fördert die Tumorentstehung. Die Aktivierung zellulärer Differenzierungsprozesse stellt somit einen entscheidenden Bestandteil der Tumorsuppressoraktivität der p53-Familie dar und liefert eine Erklärung für die Häufigkeit von Mutationen im p53-Signalweg bei Rhabdomyosarkom-Patienten. / Disruption of differentiation pathways is one of the hallmarks of cancer. In rhabdomyosarcoma (RMS), a human tumor arising from myogenic precursors, the muscle differentiation program is disabled resulting in uncontrolled proliferation. Whether the differentiation block is due to overexpression of inhibitors, deficient function of activators, or both remained unknown. This study shows that RMS cells but not non-neoplastic muscle cells overexpress DeltaNp73, a pan-inhibitor of the p53 family of tumor suppressor genes. Experimental overexpression of DeltaNp73 in normal muscle precursor cells inhibited myogenic differentiation and promoted malignant transformation in cooperation with the RMS oncogenes IGF2 and PAX3/FKHR. Vice versa, RNAi knockdown of DeltaNp73 reduced the tumorigenicity of established RMS tumor cells. As DeltaNp73 is a dominant-negative inhibitor of the p53 family, inhibition of differentiation by DeltaNp73 suggests that the p53 family members (p53, p63 and p73) are critically involved in myogenic differentiation control. Indeed, this study demonstrates that all three p53 family members cooperate to activate the late stages of the differentiation process by regulating the activity of the retinoblastoma protein RB. The function of RB is known to be required for both the permanent cell cycle exit and the activation of muscle-specific genes. Whereas p53 regulates RB protein levels, p63 and p73 control the activation state of RB by modifying its phosphorylation via the cyclin-dependent kinase inhibitor p57KIP2. Ablation of these p53 family functions blocks the differentiation program and promotes malignant transformation. Induction of cellular differentiation therefore contributes to the tumor suppressor activities of the p53 family and provides an explanation for the high frequency of p53 pathway alterations in rhabdomyosarcoma patients.

Oncostatin M (OSM) is a cytokine of the interleukin-6 family and released in the early phase of inflammation by neutrophils, activated macrophages, dendritic cells, and T lymphocytes. Its roles in physiology and disease are not entirely understood yet. It has been shown recently that substantial amounts of OSM are found in atherosclerotic plaques. The first part of this thesis addresses the effects of OSM on vascular smooth muscle cells (VSMCs). This cell type is known to contribute to atherogenesis and expresses the type I and type II OSM receptor complexes. This study revealed that OSM is a strong inducer of an array of genes which have recently been shown to play important roles in atherosclerosis. Investigation of VSMCs isolated from OSMRbeta-deficient (Osmr-/-) mice proved that the regulation of these target genes is entirely dependent on the activation of the type II OSMR complex. In addition to OSM, other cytokines expressed by T lymphocytes were found to contribute to plaque development. According to earlier publications, the influence of IL-4, IL-13, and IL-17 on the progression of plaques were discussed controversially. Nevertheless, for the regulation of investigated atherosclerotic target genes and receptor complexes in VSMCs, they seemed to play a minor role compared to OSM. Only the expression of the decoy receptor IL-13Ralpha2 - a negative feedback mechanism for IL-13-mediated signalling - was strongly induced after treatment with all mentioned cytokines, especially when VSMCs were primed with OSM before stimulation. The second part of this thesis focuses on the role of OSM during the progression of atherosclerosis in vivo. Therefore, Ldlr-/-Osmr-/- mice were generated by crossing Ldlr-/- mice - a typical mouse model for atherosclerosis - with Osmr-/- mice. These double-deficient mice together with Ldlr-/-Osmr+/+ mice were set on cholesterol rich diet (Western diet, WD) for 12 weeks before they were sacrificed. Determination of body and organ weight, staining of aortas and aortic roots as well as gene expression profiling strongly suggested that Ldlr-/-Osmr-/- mice are less susceptible for plaque development and weight gain compared to Ldlr-/-Osmr+/+ mice. However, further experiments and additional controls (C57Bl/6 and Osmr-/- mice) on WD are necessary to clarify the underlying molecular mechanisms. Taken together, the interleukin-6-type cytokine OSM is a strong inducer of an array of target genes involved in de-differentiation and proliferation of VSMCs, a process known to contribute substantially to atherogenesis. Further in vivo studies will help to clarify the role of OSM in atherosclerosis. / Oncostatin M (OSM) gehört zur Familie der Interleukin-6-Typ Zytokine und wird in der frühen Phase der Inflammation von Neutrophilen, aktivierten Makrophagen, dendritischen Zellen und T-Lymphozyten freigesetzt. Seine Rolle in der Physiologie und Erkrankung ist noch nicht gänzlich verstanden. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass eine wesentliche Menge an OSM in arteriosklerotischen Plaques vorhanden ist. Der erste Teil dieser Dissertation thematisiert den Effekt von OSM auf vaskuläre glatte Muskelzellen (vascular smooth muscle cells, VSMCs). Dieser Zelltyp trägt zur Entstehung der Arteriosklerose bei und exprimiert sowohl den Typ I als auch den Typ II OSM Rezeptor-Komplex. Diese Studie zeigt, dass OSM ein starker Induktor einer Reihe von Genen ist, von denen kürzlich gezeigt wurde, dass sie eine wichtige Rolle in der Arteriosklerose spielen. Eine Untersuchung an VSMCs, isoliert aus OSMRbeta- defizienten (OSMR-/-) Mäusen, bewies, dass die Regulation der Zielgene gänzlich von der Aktivierung des Typ II OSMR-Komplexes abhängig ist. Neben OSM wurden auch andere, von T-Lymphozyten exprimierte Zytokine gefunden, die zur Entwicklung von Plaques beitragen. Laut vorheriger Publikationen wurde der Einfluss von IL-4, IL- 13 und IL-17 auf die Plaqueprogression kontrovers diskutiert. Dennoch scheinen diese Zytokine verglichen mit OSM für die Regulation der hier untersuchten, arteriosklerotischen Zielgene und Rezeptorkomplexe in VSMCs nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Lediglich die Expression des Köderrezeptors (decoy receptor) IL-13Ralpha2, der eine negative Rückkopplung der IL-13 vermittelten Signaltranduktion darstellt, wurde durch die Behandlung mit den oben genannten Zytokinen stark induziert. Dies geschieht insbesondere dann, wenn VSMCs vor der Stimulation mit OSM vorbehandelt wurden. Der zweite Teil befasst sich mit der Rolle des OSM während der Enstehung von Arteriosklerose in vivo. Hierfür wurden Ldlr-/-Osmr-/- Mäuse durch Kreuzung von Ldlr-/- - einem typischen Mausmodell für Arteriosklerose - mit Osmr-/- Mäusen generiert. Diese doppeldefizienten Mäuse zusammen mit Ldlr-/-Osmr+/+ Mäusen wurden für 12 Wochen auf eine cholesterinreiche Diät (Western diet, WD) gesetzt bevor sie geopfert wurden. Die Bestimmung des Körpergewichts und des Gewichts der Organe, das Anfärben der Aorten und der Aortenwurzeln sowie das Erstellen eines Gen-Expressionsprofils wies stark darauf hin, dass Ldlr-/-Osmr-/- Mäuse weniger anällig für die Ausbildung von Plaques und eine Gewichtszunahme sind als Ldlr-/-Osmr+/+ Mäuse. Dennoch sind weitere Experimente und zusätzliche Kontrollen (C57Bl/6 und Osmr-/- Mäuse) nötig, um die zugrundeliegenden, molekularen Mechanismen aufzuklären. Zusammenfassend ist das Interleukin-6-Typ Zytokin OSM ein starker Induktor einer Reihe an Zielgenen, die an der De-differenzierung und Proliferation von VSMCs beteiligt sind. Dieser Prozess könnte wesentlich zur Arteriogenese beitragen. Weitere in vivo Experimente werden helfen die Rolle des OSM in der Arteriosklerose zu verstehen.

Universiẗat, Diss., 2004--Heidelberg.

Acetylcholine (ACh) mediates transmission at vertebrate neuromuscular junctions and many other synapses. The postsynaptic ACh receptors at neuromuscular junctions are of the nicotinic subtype (nAChRs). They are among the best studied receptor channels and often serve as models or receptor prototypes. Despite a wealth of information on muscle type nAChRs so far little is known about species specific functional differences. In this work, mouse and human adult muscle type nAChRs are investigated. Cell attached recordings in the HEK293T heterologous expression system provided evidence that the ACh affinity of recombinant mouse and human adult muscle type nAChRs are different. To clarify this, I compared these receptors in outside-out patches employing a system for fast agonist application. Thus, the individual membrane patches with receptors can be exposed to various ligand concentrations. In response to 10 and 30 µM ACh normalized peak currents (î) were significantly larger and current rise-time (tr) shorter in human than in mouse receptors. Analyzing dose-response curves of î and tr and fitting them with a two-step equivalent binding-site kinetic mechanism revealed a two-fold higher ACh association rate constant in human compared to mouse receptors. Furthermore, human nAChRs were blocked faster in outside-out patches by superfusion of 300 nM α-Bungarotoxin (α-Bgtx) than mouse nAChRs. Finally, human nAChRs in outside-out patches showed higher affinity at 3 µM ACh than chimeric receptors consisting of mouse α- and human β-, γ- and ε-subunits. The higher affinity of human than mouse receptors for ACh and α-Bgtx is thus at least in part due to sequence difference in their α-subunits. / Acetylcholin (ACh) vermittelt Erregungsübertragung an neuromuskulären synaptischen Kontakten (neuromuscular junction, NMJ) von Wirbeltieren und vielen anderen Synapsen. Die postsynaptischen ACh-Rezeptoren an der NMJ sind vom nikotinischen Subtyp (nAChRs). Als Teil der am besten erforschten Kanalrezeptoren dienen sie oft als Modelle oder auch Prototypen für Rezeptoren. Trotz einer Fülle an Informationen über nAChRs des Muskeltyps ist bis heute recht wenig über artenspezifischen funktionellen Unterschiede bekannt. Diese Studie befasst sich daher mit der Untersuchung von nAChRs des Muskeltyps in erwachsenen Mäusen und Menschen. Aufzeichnungen mit sogenannten Cell-attached Patches im heterologen Expressionssystem HEK293T-Zellen lieferten Beweise dafür, dass die ACh-Affinität von rekombinanten erwachsenen Maus- und menschlichen nAChRs vom Muskeltyp unterschiedlich sind. Um diesem nachzugehen, habe ich diese Rezeptoren in Outside-out Patches mit Hilfe eines schnellen Piezogetriebenen Applikationssystems verglichen. Dieses System bietet den Vorteil, dass einzelne Membran-Patches mit Rezeptoren unterschiedlichen Ligandenkonzentrationen ausgesetzt werden können. Als Reaktion auf 10 und 30 µM ACh waren die normalisierten Stromamplituden (î) und Stromanstiegszeiten (tr) der menschlichen Rezeptoren signifikant höher als die der Mausrezeptoren. Die Analyse der Dosis-Wirkungskurven von î und tr sowie die Anpassung eines quantitativen zweistufigen kinetischen Modells mit zwei äquivalenten Bindestellen an die Datensätze zeigten eine zweifach höhere Assoziationsrate für ACh bei menschlichen Rezeptoren, verglichen mit der von Mausrezeptoren. Zudem wurden menschliche nAChRs in Outside-Out-Patches schneller als Mausrezeptoren durch Superfusion mit 300 nM α-Bungarotoxin (α-Bgtx) blockiert, was für eine höhere Affinität auch für α-Bgtx spricht. Schließlich wiesen die menschlichen nAChRs in Outside-Out-Patches bei 3 µM ACh eine höhere Affinität als chimäre Rezeptoren aus Maus α- und menschlichen β-, γ- and ε-Untereinheiten auf. Die höhere Affinität der menschlichen Rezeptoren zu ACh und α-Bgtx im Vergleich zu Mausrezeptoren basiert somit zumindest in Teilen auf Sequenzdifferenzen ihrer α-Einheitenen.