L’établissement et le maintien du patron d’expression génique sont d’une importance critique pour l’identité cellulaire. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) agissent sur la chromatine afin de maintenir la répression génique de ses gènes cibles à travers les cycles cellulaires de façon épigénétique. Toutefois, durant la mitose, la structure de la chromatine est grandement altérée par la répression de la transcription, la condensation de la chromatine et le relâchement de nombreux facteurs de transcription. Une question se pose alors : comment les protéines PcG peuvent-elles maintenir leur fonction à travers la mitose ? En interphase, les protéines PcG sont liées à leurs cibles sur la chromatine. Durant la mitose, la majorité des protéines PcG se libèrent de la chromatine mais une petite fraction persiste. Selon l’hypothèse du mitotic bookmarking, cette fraction agirait comme un ensemble de marqueurs guidant le recrutement des protéines PcG en fin de mitose pour maintenir le profil d’expression génique de la cellule. Cependant, nous ne savons pas comment ce recrutement à lieu, ni comment une fraction de protéines PcG est retenue à la chromatine. Afin de répondre à ces questions, un crible à ARN interférent a été établi pour identifier des facteurs contrôlant la liaison des protéines PcG à la chromatine à travers le cycle cellulaire. Quoiqu’une confirmation soit nécessaire, les facteurs spécifiques à l’interphase sont enrichis en protéines co-purifiant avec la protéine PcG testée et en hélicases alors que ceux spécifiques à la mitose sont enrichis en candidats liés aux protéines du groupe Trithorax (TrxG). / A critical part of cell identity is the establishment and maintenance of gene expression patterns. Polycomb group proteins (PcG) act on chromatin to maintain gene repression through cell cycles (epigenetically). However, during mitosis, chromatin structure is greatly altered by transcription repression, chromatin condensation, and the release of many transcription factors. A question then arises: how can PcG proteins maintain their function through mitosis? During interphase, PcG proteins are bound to their chromatin targets. During mitosis, most PcG proteins are released from chromatin, but a small fraction remains bound to chromatin. According to the mitotic bookmarking hypothesis, this fraction acts as a set of markers to guide the recruitment of PcG proteins at the end of mitosis to maintain the gene expression profile. However, we do not know how this recruitment takes place, nor do we know how a fraction of PcG proteins is retained on chromatin. To address these questions, an RNAi screen was established to identify factors that control the binding of PcG proteins to chromatin across the cell cycle. Although a confirmation is necessary, factors identified from interphase cells were enriched in proteins co-purifying with the tested PcG protein and in helicases while mitosis specific factors were enriched in Trithorax group (TrxG) protein related candidates.

In this laboratory study, the role of juvenile hormone (JH) and ecdysone in regulating wing polyphenism was investigated in the non-model organism Gerris buenoi. Topical application of the JH analog methoprene elicited reduced pronotum, wing defects, and nymphal-adult intermediates but no changes to wing morph. Similarly, while microinjection of the ecdysone derivative 20-hydroxyecdysone (20E) elicited aberrant phenotypes there was again no influence on the wing morph. Using data from a transcriptomics experiment, RNAi knockdown of the differentially expressed 20E induced receptor gene, Hr4, caused high mortality rates (> 90 %) which resulted in a sample size too small to draw any inferences of Hr4’s involvement in G. buenoi wing polyphenism. My results indicate that both JH and ecdysone are involved in several developmental processes including wing development, but they do not seem to be important for determining wing polyphenism. However, several factors are important to consider in future research which means that the potential role of JH and ecdysone in G. buenoi wing polyphenism should not be dismissed at this stage.

Mgr. Daniela Fornuskova PhD thesis Biochemical and molecular studies of cytochrome c oxidase and ATP synthase deficiencies ABSTRACT The mammalian organism fully depends on the oxidative phosphorylation system (OXPHOS) as the major energy (ATP) producer of the cell. Disturbances of OXPHOS may be caused by mutations in either mitochondrial DNA (mtDNA) or nuclear DNA (nDNA). One part of the thesis is focused on the role of early and late assembled nuclear-encoded structural subunits of cytochrome c oxidase (CcO) as well as Oxa1l, the human homologue of the yeast mitochondrial Oxa1 translocase, in the biogenesis and function of the human CcO complex using stable RNA interference of COX4, COX5A, COX6A1 and OXA1L, as well as expression of epitope-tagged Cox6a, Cox7a and Cox7b, in HEK (human embryonic kidney)- 293 cells. Our results indicate that, whereas nuclear- encoded CcO subunits Cox4 and Cox5a are required for the assembly of the functional CcO complex, the Cox6a subunit is required for the overall stability of the holoenzyme. In OXA1L knockdown HEK-293 cells, intriguingly, CcO activity and holoenzyme content were unaffected, although the inactivation of OXA1 in yeast was shown to cause complete absence of CcO activity. In addition, we compared OXPHOS protein deficiency patterns in mitochondria from skeletal...

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Durch den Transfer der Gene des heterodimeren T-Zellrezeptors (TZR) mithilfe viraler Vektoren können T-Zellen programmiert werden, ein ausgewähltes Antigen spezifisch zu erkennen. In klinischen Studien wurden solche T-Zellen bereits mit Erfolg zur Immuntherapie von Krebs und viralen Infektionen eingesetzt. Genmodifizierte T-Zellen unterscheiden sich jedoch von normalen T-Zellen, weil sie neben den beiden zelleigenen auch die zwei übertragenen TZR-Gene exprimieren. Diese Situation erlaubt die Bildung vier verschiedener TZR-Heterodimere: der zelleigene TZR, der übertragene TZR und zwei gemischte TZR, bestehend aus je einer übertragenen und einer zelleigenen TZR-Kette. Gemischte TZR bergen das Risiko von Nebenwirkungen, weil sie durch Zufall gesundes Körpergewebe erkennen und so Autoimmunität auslösen könnten. In dieser Arbeit wurden deshalb virale Vektoren entwickelt, die gleichzeitig mit der Übertragung von neuen TZR-Genen den zelleigenen TZR durch RNA Interferenz (RNAi) unterdrücken. Mikro-RNA (miRNA), die in den Vektor MP71 eingefügt wurden, reduzierten den zelleigenen TZR in Maus-T-Zellen um mehr als 85%. Dies hatte zur Folge, dass beide Ketten des übertragenen P14-TZR in gleicher Menge auf der Zelloberfläche exprimiert wurden und die Bildung von gemischten TZR reduziert wurde. In einem Mausmodell der adoptiven T-Zelltherapie verhinderte die Unterdrückung des zelleigenen TZR die Entstehung von Autoimmunität, die andernfalls durch gemischte TZR verursacht wurde. Im Gegensatz dazu führte die Anwendung von gentechnisch optimierten P14-TZR-Genen weder zur angeglichenen Oberflächenexpression der P14-TZR Ketten noch zu weniger Autoimmunität im Mausmodell. Ein anderes Tierexperiment zeigte, dass die miRNA die Funktion der genmodifizierten T-Zellen nicht beeinträchtigte. Schließlich wurde ein viraler Vektor entwickelt und getestet, der die Expression des zelleigenen TZR in menschlichen T-Zellen effektiv unterdrückte und die Bildung von gemischten TZR reduzieren konnte. / T cells can be genetically modified using viral vectors. The transfer of genes encoding both chains of the heterodimeric T cell receptor (TCR) programs T cells to specifically react towards an antigen of choice. Such TCR gene-modified T cells were already successfully applied in clinical studies to treat cancer and viral infections. However, in contrast to nonmanipulated T cells these cells express the transferred TCR in addition to the endogenous TCR and this situation allows the assembly of four different TCR heterodimers: the endogenous TCR, the transferred TCR, and two mixed TCR dimers, composed of one endogenous and one transferred TCR chain. The formation of mixed TCR dimers represents a safety issue because they may by chance recognize self-antigens and thereby cause autoimmune side effects. To overcome this problem, an RNAi-TCR replacement vector was developed that simultaneously silences the endogenous TCR and expresses an RNAi-resistant therapeutic TCR. The expression of miRNA encoded by a retroviral MP71 vector in transduced mouse T cells reduced the surface levels of the endogenous TCR by more than 85%. The knockdown of the endogenous TCR in turn resulted in equal surface expression levels of both transferred P14 TCR chains and prevented the formation of mixed TCR dimers. Accordingly, the development of lethal mixed TCR dimer-dependent autoimmunity (TI-GVHD) in a mouse model of adoptive T cell therapy was dramatically reduced by the knockdown of the endogenous TCR. In contrast, the usage of genetically optimized TCR genes neither resulted in equal surface levels of both P14 TCR chains nor in reduced autoimmunity. A second mouse model demonstrated that the in vivo functionality of the transduced T cells was not negatively influenced by the expression of the miRNA. Finally, an RNAi-TCR replacement vector for human T cells was developed that effectively reduced the expression of the endogenous TCR and prevented the formation of mixed TCR dimers.

Die Notwendigkeit von Bx42 für Drosophila Entwicklung und seine Beteiligung an unterschiedlichen zellulären Prozessen wurde mit Hilfe von RNA Interference (RNAi) demonstriert. Das ubiquitäre Ausschalten oder die Reduktion der Bx42 Expression mittels RNAi führte dabei zu embryonaler Letalität. Weiterhin führte eine gewebespezifische Induktion von Bx42 in Abhängigkeit der verwendeten Treiberlinien bei unterschiedlichen Temperaturen zu mehreren verschiedenen adulten Phänotypen. Diese Phänotypen waren die Grundlage für die Annahme, dass Bx42 eine Rolle in der Regulation mehrerer verschiedener Zellsignalwege spielt. In der Tat interagiert Bx42 mit den Proteinen des Notch-Signalweges Suppressor of hairless [Su(H)] und Notch intracellular domain (N-IC). Zusätzlich werden bei einer Verminderung von Bx42 die Notch Zielgene cut (ct) und enhancer of split m8 [e(Spl)m8] reprimiert (Negeri et al., 2002). In dieser Arbeit wurde die Beteiligung von Bx42 am TGF-ß/Dpp Signalweg untersucht. Es wurde gezeigt, dass Bx42 mit den TGF-ß/Dpp-Signalweg Proteinen Mad und Medea sowohl in vitro als auch in vivo interagiert. Die dabei verwendeten Methoden waren das Hefe-Zwei Hybrid-Sytem und Ni-NTA-Pulldown-Assays. Domänen der Smad Proteine (Mad und Medea), die für die Interaktion mit Bx42 notwendig sind, wurden mit Hilfe von Deletionskonstrukten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die stark konservierte MH2-Domäne dieser Proteine für die Interaktion notwendig ist. Zudem belegten Versuche die genetische Interaktion zwischen Bx42 und Medea, in denen ein Bx42-RNAi-Phänotyp durch die gleichzeitige Überexpression von Medea gerettet werden konnte. Es ist bekannt, dass das humane Bx42-Homolog Skip sowohl mit den Proteinen Smad2 und 3 des TGF-ß/Activin Signalweg, als auch mit den Onkogenen Sno und Ski interagiert. Skip wirkt hier als Antagonist der Ski/Sno-Wirkung auf den TGF-ß/Activin-Signalweg und fungiert als Koaktivator (Leong et al., 2001). Die Interaktion zwischen Bx42 und der TGF-ß/Activin-Signalweg Komponente dSmad2, sowie mit dem Onkogen dSno konnte in dieser Arbeit auch für Drosophila bewiesen werden. Die Bedeutung dieser Wechselwirkung muss noch in weiteren Arbeiten analysiert werden. Der Einfluss der Bx42-RNAi-Induktion auf die TGF-ß/Dpp Zielgene distal-less (dll), optomotor blind (omb) und spalt (sal) wurde anhand von Reportergen Untersuchungen mit enhancer-trap-Linien und RNA in situ Hybridisierung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das Ausschalten von Bx42 die Expression dieser Gene in ähnlicher Weise reprimiert, wie eine Elimination des TGF-ß/Dpp-Signals. Diese Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass Bx42 in der Lage ist, TGF-ß/Dpp Zielgene durch eine Wechselwirkung mit Mad und Medea zu aktivieren. / The importance of Bx42 in Drosophila development was demonstrated using Bx42-RNA interference. The ubiquitous downregulation of Bx42 generated embryonic lethality, indicating the importance of this protein in early development. The tissue specific induction of Bx42-RNAi resulted in several different phenotypes depending on the driver line and the temperature at which animals were raised. The phenotypes obtained were the key point for the assumption that Bx42 may play a role in the regulation of a number of different cellular signalling pathways. Indeed, within the Notch signalling pathway Bx42 interacts genetically with Suppressor of hairless [Su(H)] and Notch intracellular domain (N-IC). Additionally, the reduction of Bx42 negatively affected the expression of the Notch target Genes cut (ct) and enhancer of split m8 [e(Spl)m8] (Negeri et al., 2002). In this work, the involvement of Bx42 in the Dpp signalling pathway was investigated. It was shown that Bx42 interacts both in vitro and in vivo, as demonstrated by yeast two hybrid protein-protein studies and Ni-NTA pull-down assays, with the TGF-ß/ Dpp components Mad and Medea. Domains of Smads (Mad and Medea) required for Bx42 interaction were examined using deletion constructs of Smads and the importance of the well conserved MH2 domains of Mad and Medea for this interaction was revealed. Moreover, the rescue of the Bx42-RNAi phenotype by the simultaneous overexpression of Medea demonstrated the genetic interaction between Bx42 and Medea. Furthermore, evidences for the interaction of Bx42 with the TGF-ß/Activin pathway component dSmad2 and with the oncogene protein dSno were obtained from interaction assays. The human homologue of Bx42, Skip, also interacts with Smad2/3 or Sno. The meaning of this interaction in Drosophila has yet to be analysed. The influence of Bx42-RNAi induction on the expression of Dpp target genes distal less (dll), optomotor blind (omb) and spalt (sal) was also investigated using enhancer trap lines and RNA in situ hybridisation. In this way it was proven that these genes are suppressed as they are by elimination of Dpp signalling. These results suggest that Bx42 may be able to modulate positively TGF-ß/Dpp signalling through an interaction with the signalling transducer Mad and Medea.

Mehrere Studien haben gezeigt, daß die Cyclooxygenase-2 (COX-2) eine bedeutende Rolle sowohl bei Entstehung als auch Progression maligner Tumoren spielt. COX-2-Inhibitoren werden bereits in klinischen Studien zur Krebstherapie getestet. COX-2 ist die induzierbare Isoform der Cyclooxygenase - dem Schlüsselenzym der Synthese von Prostaglandinen und anderen Eicosanoiden. Im Tier- und Zellkulturmodell konnten COX-Hemmer anti-Tumor-Effekte hervorrufen. Es ist jedoch unklar, ob diese Effekte durch Hemmung des COX-Enzyms oder durch COX-unabhängige Mechanismen vermittelt werden. Wir untersuchten daher die Auswirkung der COX-Inhibition zum einen durch den selektiven COX-2-Hemmer NS-398 sowie zum anderen durch COX-Isoform-spezifische RNA-Interferenz (RNAi) in zwei humanen Ovarialkarzinomzellinien (OVCAR-3 und SKOV-3). OVCAR-3 zeigte eine konstitutive COX-1-Expression und eine durch IL-1beta induzierbare COX-2-Expression. SKOV-3 war COX-1- und COX-2-negativ. IL-1beta führte bei OVCAR-3 zu einer vermehrten Produktion von Prostaglandin E2 (PGE2), die durch eine gegen die COX-2 gerichtete siRNA gehemmt werden konnte, wohingegen COX-1-siRNA keinen Effekt hatte. Das deutet darauf hin, daß die COX-2 die Hauptquelle von PGE2 in OVCAR-3 ist. 1mikroM NS-398 waren ausreichend, um die PGE2-Produktion und somit auch die COX-2 in OVCAR-3 zu inhibieren. Höhere Konzentrationen NS-398 (>10mikroM) hatten einen antiproliferativen Effekt. Auch in der COX-2-negativen Zellinie SKOV-3 trat diese Wachstumshemmung auf; sie war nicht durch exogene Zufuhr von PGE2 (10mikroM) reversibel. Durchflußzytometrische Zellzyklusanalyse ergab, daß der Wachstumshemmung in beiden Zellinien ein G0/G1-Zellzyklusarrest zugrunde liegt. Dagegen führten weder COX-1- noch COX-2-Ausschaltung durch RNAi zu ähnlichen Auswirkungen auf Proliferation bzw. Zellzyklus. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein COX-2-unabhängiger Mechanismus für den durch NS-398 induzierten G0/G1-Arrest verantwortlich ist. / Several studies have provided evidence that the enzyme Cyclooxygenase-2 (COX-2) plays an important role in tumor development and progression. COX-2-inhibitors are already evaluated in clinical trials as cancer therapeutics. COX-2 is the inducible isoform of cyclooxygenase - the rate-limiting enzyme in the synthesis of prostaglandins and other eicosanoids. COX-inhibitors cause antitumor effects in animal models and in cell culture experiments. However, it is not clear, whether these effects are due to inhibition of the COX-enzyme or mediated via a COX-independent mechanism. We therefore investigated the effects of COX inhibition by the selective COX-2-inhibitor NS-398, as well as by COX-isoform specific RNA interference (RNAi) in the human ovarian carcinoma cell lines OVCAR-3 and SKOV-3. OVCAR-3 cells showed a constitutive expression of COX-1, and an inducible COX-2 expression. COX-2 was induced through stimulation with Interleukin-1beta, leading to production of high levels of Prostaglandin E2 (PGE2). SKOV-3 cells were negative for both COX isoforms. Selective COX-2-suppression by RNAi reduced PGE2 production in OVCAR-3, whereas COX-1-siRNA had no effect on PGE2 synthesis. Thus, COX-2 is the main source of PGE2 in OVCAR-3 cells. In these cells, 1microM NS-398 was sufficient to completely inhibit PGE2-synthesis - and thus the activity of the COX-2 enzyme. Increasing amounts of NS-398 (>10microM) had an antiproliferative effect. This growth inhibition was also observed in the COX-negative cell line SKOV-3, it could not be reverted by exogenous addition of PGE2 (10microM). Flowcytometric analysis of the cell cycle revealed that this growth inhibition was based on a G0/G1-cell-cycle-arrest. In contrast, suppression of COX-1 or COX-2 by RNAi had no effect on proliferation or cell cycle progression. These results suggest that a COX-independent mechanism is responsible for the G0/G1-arrest induced by NS-398.

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