Ulm, Univ., Diss., 2009.

Universiẗat, Diss., 2005--Münster (Westfalen).

Verschluss- und Adherenskontakte zwischen olfaktorischen Neuronen, olfaktorischen Gliazellen und den epithelialen Zellen des peripheren olfaktorischen Systems bestimmen Barriere- und Adhäsionseigenschaften im olfaktorischen Epithel, sowie die Kompartimentierung und Axonwachstumsprozesse in den Fila olfactoria. Zur Untersuchung der zellulären und subzellulären Lokalisation von Verschlusskontaktproteinen (Occludin, Claudin 1-5, Zonula occludens proteins (ZO) 1-3) und Adherenskontaktproteinen (N-Cadherin, E-Cadherin, alpha-, beta-, p120-Catenin) wurden immunhistochemische und immunelektronenmikroskipsche Verfahren an Gewebeschnitten des olfaktorischen Systems der Ratte durchgeführt. Mit Ausnahme von Claudin 2 waren alle untersuchten Verschlusskontaktproteine in Kontakten des olfaktorischen Epithels kolokalisiert. Unterschiedliche Immunfluoreszenzintensitäten konnten in den Kontakten zwischen olfaktorischen Neuronen und epithelialen Zellen beobachtet werden. Immunreaktivität von Claudin 5 wurde in Kontakten der olfaktorischen Gliazellen in den Fila olfactoria lokalisiert, Claudin 1- Immunreaktivität konnte in peripheren Bereichen der Fila olfactoria beobachtet werden. Hierbei zeigten sich Unterschiede in der Lokalistaion der Claudine mit verschiedenen ZOs. Stützzellen bildeten durch N-Cadherin vermittelte Adherenskontakte mit den olfaktorischen Neuronen, E-Cadherin-vermittelte Adherenskontakte mit Drüsen- und Microvilluszellen, sowie durch N- und E-Cadherin vermittelte Adherenskontakte mit benachbarten Stützzellen aus. Alpha-, beta- und p120-Catenin konnten in allen Adherenskontakten des olfaktorischen Epithels nachgewiesen werden. Olfaktorische Neurone bildeten in Abhängigkeit von deren Reifestadium unterschiedlich häufig Adherenskontakte aus. Adherenskontakte in den Fila olfactoria wurden zwischen Gliazellen, zwischen Gliazellen und Axonen, sowie zwischen Axonen untereinander lokalisiert. In den meisten Adherenskontakten der Fila olfactoria zeigte sich Kolokalisation zwischen N-Cadherin und den verschiedenen untersuchten Cateninen. In der Peripherie der Fila olfactoria konnten durch E-Cadherin vermittelte Adherenskontakte beobachtet werden. Die Funktion von Interzellularkontakten wird maßgeblich durch ihren molekularen Aufbau bestimmt. Charakteristische molekulare Zusammensetzungen der neuronalen, epithelialen und glialen Verschlusskontakte im olfaktorischen Epithel und den Fila olfactoria lässt auf unterschiedliche Eigenschaften dieser Kontakte schließen. Adherenskontakte sind für Neuro- und Axogenesevorgänge von entscheidender Bedeutung, und es liegt nahe, dass diese Kontakte auch bei diesen Prozessen im peripheren olfaktorischen Epithel eine wichtige Rolle spielen. Um Untersuchungen zur Ausbildung und zu möglichen Funktionen von Kontakten zwischen olfaktorischen Gliazellen und olfaktorischen Neuronen auch in vitro zu ermöglichen, wurden Primärkulturen von olfaktorischen Gliazellen etabliert und erste Experimente zur Charakterisierung der Kulturen bezüglich ihrer Homogenität sowie bezüglich verschiedener in vivo gefundener Eigenschaften, wie die Expression von Kontaktproteinen und die Produktion des ciliary neurotrophic factor (CNTF) in Einzelkulturen und in Kokulturen mit olfaktorischen Neuronen durchgeführt. / Tight and adherens junctions between neurons, epithelial and glial cells provide barrier and adhesion properties in the olfactory epithelium, and subserve functions such as compartmentalization and axon growth in the fila olfactoria. Immunofluorescence and immunoelectronmicroscopy were combined in sections of rat olfactory epithelium and fila olfactoria to document the cellular and subcellular localization of tight junction proteins occludin, claudins 1-5 and zonula occludens proteins (ZO) 1-3, and of adherens junction proteins N-cadherin, E-cadherin, and alpha-, beta- and p120-catenin. With the exception of claudin 2, all tight junction proteins were colocalized in olfactory epithelium junctions. Differences in relative immunolabeling intensities were noted between neuronal and epithelial tight junctions. In the fila olfactoria, claudin 5-immunoreactivity (-ir) was localized in olfactory ensheathing cell junctions, claudin 1-reactivity in the periphery of the fila olfactoria, with differential colocalization with zonula occludens proteins. Supporting cells formed N-cadherin-ir adherens junctions with olfactory sensory neurons, E-cadherin-ir junctions with microvillar and gland duct cells, and both N-cadherin and E-cadherin-immunoreactive junctions in homotypic contacts. Alpha, beta- and p120-catenin were localized in all adherens junctions of the olfactory epithelium. In dependency of their maturation state olfactory neurons formed differential amounts of adherens junctions. In the fila olfactoria, adherens junctions were documented between olfactory ensheathing cells, between olfactory ensheathing cells and axons, and between axons. Most adherens junctions colocalized N-cadherin with catenins, occasionally E-cadherin-ir adherens junctions were found in the periphery of the fila olfactoria. Characteristics of molecular composition suggest differential properties of tight junctions formed by neuronal, epithelial and glial cells in the olfactory epithelium and fila olfactoria. The presence and molecular composition of adherens junctions are consistent with a role of adherens junction proteins in neuroplastic processes in the peripheral olfactory pathway. Primary cultures of olfactory ensheathing cells as well as cocultures of olfactory ensheathing cells and olfactory neurons have been established to investigate the development and function of contacts observed in the in vivo system. Additionally, the expression of the ciliary neurotrophic factor (CNTF) has been analyzed in this cell culture system.

Universiẗat, Diss., 2004--Münster (Westfalen).

Das Multiple Myelom ist eine Neoplasie die (fast) ausschließlich im Knochenmark lokalisiert ist. Verschiedene lösliche Faktoren und Zellinteraktionen sind für das Wachstum der Myelomzellen notwendig. Gute Untersuchungen zum Support der Myelomzellen gibt es für die Knochenmarkstromazellen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass auch Osteoklasten zum Zellwachstum der Myelomzellen beitragen. Es gibt Hinweise darauf dass dies z.T. durch Zell-zell-Interaktionen vermittelt wird. In der Analyse der Signalwege (MAPK-ERK-, STAT-3-, NF-Kappa-B- und AKT-Signalweg)zeigt sich ein unterschiedliches Aktivierungsmuster bei Support durch Osteoklasten oder Knochenmarkstromazellen. Weitere Signalwege sind wahrscheinlich an der Unterstützung des Wachstums der Myelomzellen beteiligt. Diese bedürfen einer weiteren Analyse. / The Multiple Myeloma is a neoplasia located in the bone marrow. Various soluble factors and cell-cell-Interactions contribute to multiple myeloma cell growth. There are good investigations for the support through bone marrow stroma cells. In this thesis is shown, that osteoclast contribute to the Myeloma cell growth as well. There are good suspicions that this is partly mediated through cell-cell-interactions. In the analysis of the signaling cascades (MAPK-ERK, STAT-3, NF-kappa-B and AKT)revealed a different activation pattern for support through osteoclasts or bone marrow stroma cells. Further signalling cascades might be involved in the support of Myeloma cell growth. Ongoing analysis on this subject is required.

Desmogleine (Dsg1-4) sind transmembranäre Adhäsionsproteine aus der Gruppe der desmosomalen Cadherine, die Zell-Zell-Kontakte zwischen benachbarten Keratinozyten der Epidermis in und außerhalb von Desmosomen vermitteln. Eine durch Autoantikörper induzierte Störung dieser Haftstrukturen (hauptsächlich Dsg1 und Dsg3) resultiert im klinischen Bild der Pemphigus-Erkrankung. Dieses ist makroskopisch durch eine Blasenbildung der Haut gekennzeichnet. Auf zellulärer und molekularbiologischer Ebene lassen sich im Falle von Pemphigus vulgaris (PV) eine Retraktion des Zytoskeletts, eine Reduzierung der Dsg3-Proteinmenge und eine Aktivierung verschiedener Signalwege u.a. der p38MAPK nachweisen. PV eignet sich daher als Modellerkrankung zur Untersuchung der Bedeutung desmosomaler Cadherine für die interzelluläre Adhäsion in Keratinozyten. Durch zahlreiche Studien wurde die wichtige Funktion von Dsg3 als Adhäsionsprotein bestätigt und eine Beteiligung an der Modulation zahlreicher Signalwege, die in Zusammenhang mit der Pemphigus-Pathogenese stehen, untersucht. Im Gegensatz dazu konnte bisher keine spezifische Funktion des desmosomalen Cadherins Dsg2 in der Epidermis identifiziert werden. Dsg2 kommt als einziges Desmoglein in allen Geweben vor, die Desmosomen enthalten, und ist auch an den Zell-Zell-Kontakten im Myokard und Darmepithel vorhanden, wo kein Dsg1 und Dsg3 exprimiert werden. Hier nimmt Dsg2 eine wichtige Rolle als Adhäsionsmolekül und als Regulator interzellulärer Prozesse ein. In dieser Arbeit wurde daher vergleichend die Bedeutung von Dsg2 und Dsg3 für die interzelluläre Adhäsion in Keratinozyten im Hinblick auf ihre Funktion als Adhäsionsmolekül und als Rezeptormolekül, speziell im p38MAPK-Signalweg, untersucht. Wesentliche Unterschiede zeigten sich zunächst in der Lokalisation beider Proteine. Während sich die in der Literatur beschriebene Lokalisation von Dsg3 im Stratum basale und spinosum der Epidermis bestätigte, konnte Dsg2 nur am Haarfollikel nachgewiesen werden. In differenzierten HaCaT-Zellen, einer Keratinozyten-Zelllinie war Dsg2 eher punktförmig und Dsg3 nahezu linear an der Zellmembran lokalisiert. Dementsprechend ließ sich Dsg2 nach Triton-vermittelter Zellfraktionierung in ähnlicher Verteilung zwischen der Zytoskelett-gebunden und -ungebundenen Fraktion nachweisen wie Desmoplakin, das an der Zellemembran ausschließlich in Desmosomen vorkommt. Durch Dsg-spezifische Antikörper, deren inhibitorische Eigenschaft in zellfreien AFM-Studien nachgewiesen wurde, konnte nur eine Inhibierung der Dsg3- und nicht der Dsg2-vermittelten Adhäsion in HaCaT-Zellen erzielt werden. Im Gegensatz dazu induzierte derselbe Dsg2-spezifische Antikörper einen signifikanten Haftungsverlust in einer Darmepithelzelllinie. Die mittels siRNA induzierte Reduzierung der Dsg2-Proteinmenge führte jedoch nur unter erhöhter mechanischer Belastung der Zellen zu einem Adhäsionsverlust. Die simultane Modulation der Funktion von Dsg2 und Dsg3 mittels siRNA bzw. der Inkubation Dsg2-depletierter Zellen mit AK23, einem inhibitorischen Dsg3-spezifischen Antikörper, resultierte in einem drastischen, teilweise p38MAPK-abhängigen, Adhäsionsverlust. Dieser Befund lieferte erste Hinweise auf eine kompensatorische Funktion von Dsg2 bei eingeschränkter Dsg3-vermittelter Haftung in Keratinozyten. Um dies näher zu untersuchen, wurde die Verteilung von Dsg2 an der Zellemembran Dsg3-depletierter HaCaT-Zellen untersucht. Der Verlust von Dsg3 resultierte hierbei in einer Zunahme und Linearisierung der Dsg2-Membranfärbung, was die Hypothese einer kompensatorischen Funktion im Falle einer Beeinträchtigung der Dsg3-Funktion bekräftigt. Um die Funktion von Dsg2 unter dieser Bedingung gezielter zu untersuchen, wurde das transgene Dsg3-Mausmodell eingesetzt und primäre Keratinozyten aus neonatalen Dsg3-defizienten und nicht-Dsg3-defizienten Geschwistertieren isoliert. Entsprechend der vorhergehenden Befunde zeigten die Dsg3-defizienten Zellen eine deutliche Zunahme der Dsg2-Membranlokalisation sowie zusätzlich eine erhöhte DSG2-mRNA-Expression, allerdings bei unveränderten Dsg2-Proteinmengen. Weiterhin wurde die Funktion von Dsg2 und Dsg3 als Modulator des p38MAPK-Signalweges näher untersucht. Der für Dsg3 identifizierte Komplex mit der phosphorylierten Form der p38MAPK (p-p38MAPK) konnte für Dsg2 nicht nachgewiesen werden. Ebenso führte eine Reduzierung der Dsg2-Proteinmenge, im Gegensatz zur Reduzierung der Dsg3-Proteinmenge, nicht zur Aktivierung der p38MAPK und einer Retraktion des Zytoskeletts. Der direkte Zusammenhang zwischen einem Dsg3-Funktionsverlust und der p38MAPK-Aktivität ließ sich dadurch bestätigen, dass sowohl die Keratinretraktion als auch der Haftungsverlust nach Dsg3-Depletion durch den Einsatz eines p38MAPK-spezifischen Inhibitors partiell inhibierbar waren. Auch in primären Keratinozyten mit vollständiger Dsg3-Defizienz verbesserte eine p38MAPK-Inhibierung die Zelladhäsion. Ebenso wurde in Dsg3-defizienten Zellen im Vergleich zu Zellen mit endogener Dsg3-Expression eine deutliche Lokalisation der p-p38MAPK an der Zellmembran nachgewiesen, was darauf schließen lässt, dass möglicherweise in Abwesenheit von Dsg3 andere Membranproteine an der Regulation dieses Signalweges beteiligt sind. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit eine bisher nicht beschriebene Funktion von Dsg2 als Kompensationspartner für Dsg3 in Keratinozyten identifiziert und die Rolle von Dsg3 als Modulator des p38MAPK-Signalweges näher charakterisiert. / Desmogleins (Dsg1-4) are transmembrane adhesion proteins and members of the protein family of desmosomal cadherins which mediate cell-cell adhesion of adjacent keratinocytes inside and outside of desmosomes. Autoantibody-induced loss of binding of these proteins (mainly Dsg1 and Dsg3) results in the phenotype of Pemphigus vulgaris (PV). The patients suffer from erosions and lesions in skin and mucous membranes. Hallmarks of the disease on cellular level are the retraction of the keratin intermediate filaments, a depletion of Dsg3 and a modulation of several signaling pathways, e.g. p38MAPK. PV is therefore an important disease model to study the role of desmosomal cadherins for intercellular adhesion in keratinocytes. Numerous research groups confirmed the importance of Dsg3 as an adhesion protein and furthermore investigated a contribution of Dsg3 to signaling pathways in PV pathogenesis. In contrast, up to now no specific function for the desmosomal cadherin Dsg2 has been identified in the epidermis. Dsg2 is the only desmoglein isoform that is ubiquitously expressed in all desmosome-containing tissues and can also be identified in the cell-cell contacts of the myocardium and the intestinal epithelium in which Dsg1 and Dsg3 are absent. In both tissues, Dsg2 plays an important role as adhesion protein or regulator of intracellular processes. Therefore, in the present study the relevance of the two desmosomal cadherins Dsg2 and Dsg3 for intercellular adhesion was compared and their roles as modulators of the p38MAPK pathway were studied. Basic differences were identified in the localization of both proteins: Dsg2 was restricted to keratinocytes in the hair follicle in adult human skin, whereas Dsg3 was located in the basal and the suprabasal layers of the epidermis. In differentiated HaCaT cells, an immortalized keratinocyte cell line Dsg2 localization appeared to be punctuated along the cell membrane whereas Dsg3 showed a linear distribution. Accordingly, Dsg2 was predominantly detectable in the cytoskeleton-anchored, desmosome-containing protein pool after Triton-X-100-mediated cell fractionation predominantly. Using Dsg-specific antibodies which were proven to be inhibitory in cell-free studies by atomic-force microscopy, loss of cell cohesion was detectable after targeting of Dsg3 only. In contrast, the same Dsg2-specific antibody induced a significant loss of cell-cell cohesion in an intestinal epithelial cell line. Interestingly, the siRNA-mediated reduction of Dsg2-protein levels induced a loss of cell cohesion under conditions of increased shear only. The simultaneous modulation of Dsg2 and Dsg3 by siRNA or by incubation of Dsg2-depleted cells with AK23, a pathogenic Dsg3-specific antibody, led to a drastic and partially p38MAPK-dependent loss of cell-cell adhesion. This indicated a compensatory role of Dsg2 under impaired Dsg3-function in keratinocytes. Therefore, in further studies the distribution of Dsg2 after transfection with Dsg3-specific siRNA was investigated. Indeed, Dsg3-depleted keratinocytes demonstrated a pronounced and linearized distribution of Dsg2 along the cell membrane which corroborated the hypothesis of Dsg2 compensating for Dsg3 under conditions of reduced Dsg3-binding properties. To further investigate the function of Dsg2 under conditions of complete loss of Dsg3, primary murine keratinocyte were isolated from Dsg3-knockout mice and their wild-type littermates. According to the results of the cell-culture model, Dsg3-deficient primary keratinocytes showed a prominent membrane localization of Dsg2 and increased levels of DSG2-mRNA but not of Dsg2-protein. Next, the function of Dsg2 and Dsg3 as modulators in the p38MAPK signaling pathway was investigated. The recently identified complex of Dsg3 with phosphorylated-p38MAPK (p-p38MAPK) was not detectable after Dsg2 immunoprecipitation. According to this, depletion of Dsg2 in contrast to Dsg3 did not result in activation of p38MAPK and p38MAPK-dependent keratin retraction. The protective effect of p38MAPK inhibition on both loss of cell-cell adhesion as well as keratin retraction after Dsg3-depletion confirmed the direct relation between loss of Dsg3-function and p38MAPK activation. Similarly, in primary murine keratinocytes lacking Dsg3, inhibition of p38MAPK was effective to improve cell adhesion. In these cells a more pronounced membrane localization of p-p38MAPK was detectable. This indicates that other membrane proteins play a role as regulators of this signaling molecule under conditions of Dsg3-deficiency. In summary, the results of this work identify a novel function for Dsg2 as compensation partner for Dsg3 and further characterize the role of Dsg2 and Dsg3 as modulators of the p38MAPK signaling pathway in keratinocytes.

Techn. University, Diss., 2005--Dresden.

Die Öffnung der Blut-Nerven-Schranke ist ein wichtiger Baustein in der Pathogenese neuropathischer Schmerzen. Die Blut-Nerven-Schranke schützt das periphere Nervensystem vor externen Einflüssen, wahrt die endoneurale Homöostase und trägt zur Aufrechterhaltung der neuronalen Signalweiterleitung bei. Sie wird durch die Pars epitheloidea des Perineuriums und endoneurale Gefäßzellen gebildet. Essentieller Bestandteil der Blut-Nerven-Schranke sind zwischen Perineural- und Gefäßzellen exprimierte Tight Junctions. Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Tight Junction Proteine ZO-1, Claudin-1, -5, -19 und Occludin sowohl in einem Tiermodell neuropathischer Schmerzen, der Chronic Constriction Injury, als auch in Nervenbiopsien (N. suralis) von an Polyneuropathien erkrankten Patienten mittels Immunfluoreszenzfärbungen qualitativ und quantitativ untersucht. / The opening of the blood nerve barrier is an important in the pathogenesis of neuropathic pain. The blood nerve barrier protects the peripheral nervous system from external influences, preserves endoneurial homeostasis, and helps maintain neuronal signal transduction. It is formed by the pars epitheloidea of the perineurium and endoneural vascular cells. An essential component of the blood-nerve barrier are tight junctions expressed between perineural and vascular cells. In this thesis, the tight junction poteins ZO-1, claudin-1, -5, -19 and occludin were examined qualitatively and quantitatively in an animal model of neuropathic pain, the Chronic Constriction Injury, as well as in human nerve biopsies (N. suralis) by patients suffering from polyneuropathy using immunofluorescence stainings.

Dresden, Techn. Univ., Diss., 2005.

During cell communication, cells produce secreted signals termed morphogens, which traffic through the tissue until they are received by target, responding cells. Using the fruit fly Drosophila melanogaster as a model organism, I have studied transforming growth factor-beta (TGF-beta) signal from the secreting to the receiving cells in the developing wing epithelial cells and at the neuromuscular junctions. Cell culture studies have suggested that cells modulate morphogenetic signaling by expressing the receptors and secreting the ligand in spatially defined areas of the cell. Indeed, I have found that TGF-beta ligands, receptors and R-Smads show a polarized distribution both in the epithelial cells and at the synapses. My results indicate that the cellular junctions define a signaling domain within the plasma membrane, to which TGF-beta signaling machinery is targeted. In the context of epithelial cells, the junctions play a role in TGF-beta signaling regulation through their component beta-cat. A complex forms between beta-cat and the R-Smad Mad, but the mechanism by which beta-cat modulates signaling is not yet understood. At the synapse, the sub-cellular localization of TGF-beta pathway components indicates the occurrence of an anterograde signal. Moreover, my results suggest a scenario in which TGF-beta signaling is coupled with synaptic activity: quanta of growth factor, released upon neurostimulation together with neurotransmitter quanta, could modulate therefore the development and the function of the synapse.