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Der JAK/STAT-Signalübertragungsweg ist im Tierreich evolutionär konserviert und spielt eine Rolle in der Entwicklung eines Organismus, sowie beim Erhalt von Stammzellen. Desweiteren verursacht eine erhöhte Signalaktivität in Blutzellen Leukämie. Mit Hilfe der genetischen und molekularen Methoden, die in der Taufliege Drosophila melanogaster verfügbar sind, wurden die Hauptkomponenten der JAK/STAT-Signalkaskade identifiziert.Ziel dieser Arbeit war die Identifikation von Effektoren, die durch die JAK/STAT-Signalkaskade in Drosophila angeschaltet werden und die Bildung von Bluttumoren verursachen. Die Untersuchung des Geneexpressionsmusters ergab, dass 1197 Gen-Loci direkt oder indirekt durch den Liganden der Signalkaskade namens UPD zu unterschiedlichen Zeitenpunkten reguliert werden. Mit Hilfe von bioinformatischen Methoden konnten diese 1197 Gene zu immunologisch relevanten Kategorien (auch Gene Ontology genannt) zugewiesen werden, welche ebenfalls eine zeitlich dynamische Verteilung aufweisen. Weiterhin identifizierte die Promotoranalyse von hoch-regulierten Genen DNA-Bindungsstellen, an die der Transkriptionsfaktor der JAK/STAT-Signalkaskade mit hoher oder niedriger Affinität bindet. Die Rolle von zehn der 1197 Gene wurde in der Taufliege bezüglich der Tumorentwicklung untersucht. Darunter befinden sich Gene, die für die Zellpolarität verantwortlich sind; eine Funktion, die kürzlich mit der Aktivierung der JAK/STAT-Signalkaskade im Epithelgewebe in Verbindung gebracht wurde.

Die Homöostase wird maßgeblich durch die Niere, bestehend aus Millionen funktioneller Untereinheiten, den Nephronen, aufrechtherhalten. Chronisch geschädigte Nephrone führen zur Entwicklung einer terminalen Nierenerkrankung (TNE). Die Erzeugung renaler Zellen aus humanen pluripotenten Stammzellen (hPSCs) stellt eine vielversprechende Strategie zur regenerativen Therapie und Behandlung von TNE dar. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Protokoll zur Differenzierung von renalen Vorläufern (RV) aus hPSCs entwickelt, welches nephronale Zelltypen und Strukturen in vitro und ex vivo erzeugte. Eine selektierte Kombination von Faktoren wurde in diesem 8-Tage-Protokoll genutzt, um die schrittweise Differenzierung der hPSCs zu lenken, indem die embryonale Organogenese der Niere abgebildet wurde. Am Tag 6 der Differenzierung konnten SIX2+/CITED1+ Zellen des metanephrischen Mesenchyms und HOXB7+/GRHL2+ Zellen, welche auf Vorläufer der Ureterknospe hindeuten, nachgewiesen werden. Diese entwickelten sich am Tag 8 weiter zu LGR5+/JAG1+/WT1+ renalen Vesikelzellen. Weiterführende Kultivierung in drei verschiedenen induktiven Medien führte zu WT1+/PODXL+/SYNPO+ Podozytenvorläufern, PDGFRß+/DESMIN+/αSMA+ Mesangialzellen und epithelialen Zellen des proximalen und distalen Tubulus sowie des Sammelrohrs. Außerdem bildeten die Tag-8-Vorläuferzellen spontan 3D renale Organoide aus. Die RV induzierten tubuläre Strukturen an einer Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche und integrierten sich in embryonale Nierenaggregate. Zusammenfassend konnte demnach ein Protokoll entwickelt werden, welches entstehenden Nephronen ähnliche RV generierte, die innerhalb von 14 Tagen in spezialisierte nephronale Zelltypen differenzierten. Diese einfache Methode, um renale Zellen aus einem gemeinsamen Vorläuferpool in einer 2D -Kultur zu erzeugen, schafft die Grundlage für eine Produktion im größeren Maßstab, sowie für Modellsysteme in toxikologischen Untersuchungen oder Zelltherapien. / Kidneys are the central organ for homeostasis for our body systems and composed of around a million functional units, the nephrons. Chronically damaged nephrons deteriorate progressively towards end stage renal disease (ESRD), owing to the limited regenerative capacity of adult mammalian kidneys. The generation of renal cells from human pluripotent stem cells (hPSCs) is a promising strategy to develop regenerative therapies for ESRD. In this study, we established a protocol to differentiate hPSCs to renal progenitors (RP), capable of producing nephronal cell types and structures in vitro and ex vivo. An effective combination of factors obtained after intensive screening, was used to create an 8-day-protocol that steered hPSCs to the renal lineage by a step-wise process outlining the embryonic milestones in kidney organogenesis. Six days after growth factor treatment, a mixture of SIX2+/CITED1+ cells representing metanephric mesenchyme and an HOXB7+/GRHL2+ population indicative of ureteric bud progenitors was obtained that developed into LGR5+/JAG1+/WT1+ renal vesicle cells by the day 8. Prolonged cultivation of these day 8 cells in three inductive media resulted in generation of WT1+/PODXL+/SYNPO+ podocyte-precursors, PDGFRß+/DESMIN+/αSMA+-mesangial cells and fractions of proximal, distal and collecting duct tubular epithelial cells in vitro. Moreover, day 8 cells differentiate spontaneously into renal organoids in culture. The hPSC-derived RP gave rise to tubular structures upon culture as a pellet in air-liquid interface and integrated into embryonic kidney re-aggregations. Thus, we demonstrate that our protocol generates RP reminiscent of nascent nephrons, which can be coaxed into specialized nephronal cell types in vitro after 14 days from hPSCs. This simple and rapid method to produce renal cells from a common precursor pool in 2D culture provides the basis for scaled-up production of tailored renal cell types, applicable for drug testing or cell therapies.

Helicobacter pylori ist ein humanpathogenes Bakterium, das den Magen kolonisiert und dadurch eine Immunantwort des Wirts induziert. Statt eine vollständige Eradikation von H. pylori durch die Immunreaktion zu erreichen, kommt es normalerweise zu einer lebenslangen Persistenz des Bakteriums und einer chronischen Infektion. Interessanterweise kommt es infolge einer Infektion zu einer Hochregulation der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase (iNOS), aber die zellulären Quellen und zugrundeliegenden Mechanismen von iNOS sind noch nicht vollständig verstanden. Der iNOS-abhängigen Produktion von Stickstoffmonoxid (NO) können sowohl antimikrobielle als auch pathologische Eigenschaften zugeschrieben werden. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit iNOS-exprimierende Plasmazellen (PZ) aus der Magenmukosa H. pylori-infizierter Patienten isoliert und phänotypisch, vor allem mittels Durchflusszytometrie und molekularbiologisch hinsichtlich ihres Immunglobulin-Repertoires untersucht. Es wurde erstmals gezeigt, dass mukosale IgA-sezernierende PZ eine der wesentlichen iNOS+ Zelltypen während einer H. pylori-Infektion im Menschen darstellen und zusätzlich wurde ihre intrazelluläre NO-Produktion nachgewiesen. Da iNOS+ PZ in weiteren gastrointestinalen Infektionskrankheiten fehlten, scheint dies kein genereller Phänotyp von PZ der mukosalen Immunabwehr zu sein. Die Analyse der intrazellulären Zytokin-Expression der mukosalen B-Zellpopulationen in H. pylori-Patienten ergab eine Ko-Expression von IFN-γ und TNF-α in iNOS+ memory B-Zellen und eine TNF-α-Expression in iNOS+ PZ, aber nicht in den iNOS− Zellen. Die molekularbiologische Charakterisierung des Immunglobulin-Repertoires von iNOS+ und iNOS− PZ hinsichtlich der VHDJH-Regionen ergab keinen signifikanten Unterschied hinsichtlich der Isotyp-Verteilungen, der Nutzung der VH- und JH-Segmente, CDRH3-Längen sowie somatischen Mutationen und alle Antikörper zeigten typische Charakteristika einer T-zellabhängigen Affinitätsreifung. / Helicobacter pylori is a human-pathogenic bacterium that colonizes the stomach and thereby initiates host immune response. Instead of a complete eradication of H. pylori by the induced immune response, a lifelong bacterial persistence leads to chronic infections. Interestingly, up-regulation of inducible nitric oxide synthase (iNOS) has been observed in gastric mucosal tissue during the course of H. pylori infection in humans, however the cellular sources and underlying mechanisms of iNOS induction are not fully understood. iNOS-dependent production of nitric oxide (NO) is one of the factors commonly linked to both, anti-microbial immunity and pathology. Therefore, in this thesis iNOS-expressing plasma cells (PCs) in the stomach mucosa of H. pylori-infected patients were isolated and phenotypically analyzed by flow cytometry, as well as screened using molecular techniques regarding their immunoglobuline (Ig) repertoires. For the first time, we identified mucosal IgA-producing PCs as a major iNOS+ cell population during H. pylori infection in humans, and additionally confirmed their intracellular nitric oxide production. Since iNOS+ PCs were not detectable in other gastrointestinal infectious diseases, this reaction does not seem to be a general feature of mucosal PCs under conditions of infection. Additionally, intracellular cytokine expression analyses of mucosal B-lineage cells isolated from H. pylori patients revealed a co-expression of IFN-γ and TNF-α in iNOS+ memory B cells and the expression of TNF-α in iNOS+ PCs, but not in iNOS− cells. Molecular analysis of the Ig repertoire of iNOS+ and iNOS− PCs of the VHDJH regions revealed no significant differences regarding the Ig isotype composition, VH and JH gene family usage, CDRH3 length, and frequency of somatic mutations and all antibodies were characterized by typical properties of T cell-dependent affinity maturation.