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The extracellular matrix (ECM), as the native cellular substrate, provides necessary mechanical and biological signals to cells. Cells exert forces in the nanonewton range, which when applied over time can strain extracellular matrix fibers until breakage. Cells and tissues inherently interact mechanically with their surrounding matrix, so tissue engineering materials would benefit from the ability to fully exploit mechanical-biochemical interactions to enhance integration with the human body. In this work, I developed an increased understanding of ECM fiber mechanical and mechano-biochemical properties. First, I generated novel composite ECM fibers that can be used to study combinations of ECM proteins in a controlled way. I determined how protein composition impacts mechanical properties of novel single ECM fibers in a hydrated state and showed how mechanical properties can be tuned through composition. Next, I assayed for strain and heparin-sensitive allosteric binding of ligands to fibronectin and fibrin fibers, and determined that the binding of two key growth factors is impacted by strain and heparin. Finally, I investigated the impact of fiber strain, heparin-pretreatment, and growth factor interactions on endothelial cell migration. The novel contributions of this project are the generation of new composite extracellular matrix fiber types with tunable mechanical properties, as well as the identification of extracellular matrix protein mechanosensitive and heparin-sensitive interactions with growth factors and their impact on endothelial cell migration, which could be used to aid in the design of protein-based biomaterials for cardiovascular applications. / 2024-05-23T00:00:00Z

Cognitive decline is one of the most common symptoms from neuropathology as well as a part of natural aging. While there may be a number of factors that contribute to age-related cognitive decline, previous research has shed a light on the role of chronic hypertension. The effect of hypertension on cognitive decline through small vessel disease is referred to as Vascular Cognitive Impairment and Dementia (VCID). However, the exact molecular pathology behind VCID is not very well understood. Using a non-human primate model of hypertensive aging with the Macaca mulatta, (more commonly known as the Rhesus Macaque) this project builds on previous research implicating collagen IV as part of the cascade of molecular changes that occur in VCID. This project evaluated collagen IV thickness around blood vessels in the corpus callosum and cingulum bundle of normotensive and hypertensive monkeys. as well as determined vessel properties such as total vessel area and perimeter length to evaluate the relationship to scores from the subjects cognitive testing batteries. The results from this project will allow for an examination of the effects on hypertension on vascular properties and possible mechanisms for the development of cognitive impairments. Data collected from this research shows significant differences of collagen IV thickness in the Corpus Callosum between hypertensive and normotensive groups. Similarly, in the cingulum bundle we see that the difference between these groups in collagen IV thickness is trending towards significance. The relationship between average collagen IV densities, blood pressure at perfusion, and cognitive testing scores also showed trending relationships in both the cingulum bundle and the corpus callosum. These results demonstrate how prolonged hypertension can negatively influence cognitive abilities and implicates increases in collagen IV around small vessels in white matter as a significant factor in the molecular cascade which results in cognitive impairment.

Les membranes basales (MB) jouent un rôle majeur au cours des processus morphogénétiques. Elles et sont principalement composées de Collagène de type IV, de Perlecan et de Laminine. Les récepteurs d'adhésions/signalisations (Intégrines/Dystroglycans) localisés au pôle basal des cellules épithéliales, interagissent directement avec les MBs. De nombreuses études montrent l'importance de la composition des MBs dans le devenir cellulaire. Cependant, le rôle mécanique de la MB au cours du développement d'un organe multicouche n'est pas connu. Comme modèle de morphogenèse épithéliale, nous avons choisi d'étudier l'épithélium du follicule ovarien chez Drosophila melanogaster. La MB entoure chaque follicule ovarien qui est composé d'une monocouche de cellules épithéliales cuboïdes entourant un groupe interne formé de 16 cellules de la lignée germinale (15 cellules nourricières en postérieur et 1 ovocyte en antérieur). Au cours du développement folliculaire, les cellules épithéliales s'aplatissent suivant une vague antéro-postérieur. Cette transition cellulaire cuboïde – aplatie dépend du remodelage des jonctions d'adhérence et du cytosquelette. Mes travaux de thèse ont porté sur l'étude du rôle mécanique et moléculaire de la MB au cours de la morphogenèse épithéliale chez la Drosophile. J'ai ainsi pu montrer (i) que la rigidité de la MB augmente au fur et à mesure du développement du follicule, (ii) que l'aplatissement dépend de la structure de la MB et de la liaison a cette MB grâce aux intégrines (iii) que la MB s'assouplie lors de la transition cuboïde-squameux et que cette assouplissement dépend de ce processus. Ces résultats démontrent un dynamisme mécanique et moléculaire de la MB au cours de l'ovogenèse et de la morphogenèse, révélant le rôle central de la MB lors de ces processus. Parallèlement j'ai développé une approche par segmentation cellulaire afin d'extraire les valeurs métriques (hauteur, anisotropie, surface basale, volume) des cellules épithéliales et de mesurer les variations de ces paramètres au cours de la morphogenèse épithéliale (MARS-ALT) / Epithelial cell morphogenesis is an essential process for animal development. Epithelia are composed of polarized cells with a basal side interacting through Integrins, with a basement membrane (BM) and a lateral side containing cadherin-based junctional complexes. Integrins and Cadherins are, both, linked to actin filaments and are thus involved in cell shape regulation. While these links are well documented, it remains unclear how the components of the BM and the 3D organisation of this tissue influence epithelial cell morphogenesis. The model we are using to study this influence is the follicular epithelium in Drosophila melanogaster. It consists of a monolayer of 800 epithelial cells surrounding the egg chamber consisted of an internal cluster of 16 germline cells (15 nurse cells and one posteriorly-localized oocyte). An extracellular matrix (ECM), composed mainly of Collagen IV and Laminins, surrounds each follicle, directly secreted by follicular cells. During follicle development, the cuboidal epithelial cells become squamous around the nurse cells and columnar around the oocyte. The cuboidal-to-squamous transition depends on both Integrins (formed by the subunits aPS2/bPS) and Cadherin-based adherens junction remodelling. Here we designed an Atomic Force Microscopy (AFM) approach to investigate the elastic modulus of the ECM in a living ovarian follicle at different stages of development and particularly during epithelial cell morphogenesis. First, we found that the stiffness changes temporally during oogenesis with an increase of stiffness during Collagen IV deposition. Second, during cell morphogenesis, we observed a gradient of ECM stiffness. Third, by measuring the stiffness in mutants delaying or promoting cell flattening, we showed that the regional differences occurs in function of the cell ability to flatten. Fourth, to assess the involvement of Collagen IV or its structure for the ECM rigidity properties, we measured the stiffness of ECM produced by follicles mutant for Collagen IV or after collagenase treatment and concluded that collagen fibrils are the source of rigidity properties.Altogether, these results demonstrate the role of the regulation of the ECM stiffness for epithelial cell morphogenesis and highlight a new mechanical aspect in the comprehension of developmental processes

L'asthme équin est une maladie inflammatoire chronique des voies respiratoires inférieures caractérisée principalement par des changements structuraux menant à un épaississement de la paroi des bronches et à l’obstruction du débit d'air. Le traitement de l'asthme équin inverse partiellement ce remodelage. Dans l’asthme, chez l’humain, la démonstration que l'angiogenèse contribue à l'épaississement de la paroi bronchique en augmentant la vascularisation de la muqueuse respiratoire ouvre une nouvelle fenêtre pour un traitement plus ciblé. Cependant, peu d'information est disponible sur le rôle potentiel exercé par l'angiogenèse dans l'asthme équin. L'objectif de cette étude est de documenter la présence d'angiogenèse dans les voies respiratoires inférieures des chevaux asthmatiques. Des échantillons bronchiques récoltés chez sept chevaux asthmatiques éprouvant une exacerbation de la maladie, sept chevaux asthmatiques en rémission clinique et chez sept chevaux sains du même âge ont été étudiés. L'analyse immunohistochimique a été réalisée en utilisant le collagène de type IV comme biomarqueur pour les membranes basales des vaisseaux sanguins. Le nombre de vaisseaux, la densité vasculaire, l'aire vasculaire et les valeurs moyennes de taille des vaisseaux ont été mesurés par histomorphométrie à l'aide d'un logiciel d'analyse d’images (Image J) et les valeurs provenant des trois groupes comparés à l'aide d'une ANOVA à une voie (p <0,05). Un test post hoc Benjamini-Hochberg par paire a été effectué pour corriger le niveau alpha pour les mesures répétées. Une augmentation significative du nombre de vaisseaux chez les chevaux asthmatiques en exacerbation (p = 0,007) et chez les chevaux en rémission (p = 0,02) a été observée par comparaison aux chevaux sains. De plus, l'aire vasculaire était augmentée chez les chevaux souffrant d'asthme en exacerbation comparativement aux chevaux sains (p = 0,02) et ceux en rémission (p = 0,04). Aucune autre différence significative n'a été observée. En conclusion, les voies respiratoires centrales des chevaux asthmatiques présentent des indices d'angiogenèse, ce qui suggère qu'elle puisse contribuer à l'épaississement de la paroi des bronches. D'autres études sont justifiées afin d'évaluer la réponse à un traitement ciblé. / Equine asthma is a chronic inflammatory disease of the lower airways characterized by structural changes that lead to bronchial wall thickening and airflow obstruction. Treatment for equine asthma partially reverse these remodeling changes. Angiogenesis has been shown to increase vascularization of the bronchial mucosa, which contributes to the thickening of the bronchial wall in humans with asthma, opening a new window for a targeted treatment. However, little information is available related to the occurrence of angiogenesis in asthmatic horses. The objective of this study is to document the presence of angiogenesis in the bronchi of asthmatic horses. Bronchial samples from seven asthmatic horses collected during an episode of exacerbation of the disease, seven asthmatic horses in clinical remission, and seven agematched healthy horses were studied. Immunohistochemistry analysis was performed with type IV collagen as a biomarker for basement membranes. The number of vessels, vascular density, vascular area and mean vessel size values were measured by histomorphometry using an image analysis software (Image J) and values from all three groups were compared using a one-way ANOVA (p <0.05). A Benjamini-Hochberg pairwise post hoc-test was performed to correct the alpha level for repeated measurements. A significant increase in the number of vessels in asthmatic horses in exacerbation (p = 0.007) and in horses in remission (p = 0.02) was observed in comparison to controls. Similarly, the vascular area was increased in horses with asthma in exacerbation when compared to controls (p = 0.02) and to horses in remission (p = 0.04). No other significant differences were observed. In conclusion, angiogenesis is present in the central airways of asthmatic horses, suggesting that it may contribute to the thickening of the airway wall. Further studies are warranted in order to assess the response to a targeted treatment.

The surfactant protein-G (SP-G) has recently been discovered in the brain and linked to fluid balance regulations. Stroke is characterized by impaired vessel integrity, promoting water influx and edema formation. The neurovascular unit concept (NVU) has been generated to cover not only ischemic affections of neurons or vessels but also other regionally associated cells. This study provides the first spatio-temporal characterization of SP-G and NVU elements after experimental stroke. Immunofluorescence labeling was applied to explore SP-G, vascular and cellular markers in mice (4, 24, and 72 h of ischemia), rats (24 h of ischemia), and sheep (two weeks of ischemia). Extravasated albumin indicated vascular damage within ischemic areas. Quantifications revealed decreasing SP-G signals in the ischemia-affected neocortex and subcortex. Inverse immunosignals of SP-G and vascular elements existed throughout all models. Despite local associations between SP-G and the vasculature, a definite co-localization was not seen. Along with a decreased SP- G-immunoreactivity in ischemic areas, signals originating from neurons, glial elements, and the extracellular matrix exhibited morphological alterations or changed intensities. Collectively, this study revealed regional alterations of SP-G, vascular, and non-vascular NVU elements after ischemia, and may thus stimulate the discussion about the role of SP-G during stroke.

Kollagen IV assoziierte Nephropathien sind hereditäre Erkrankungen, die die glomeruläre Basalmembran betreffen. Homozygote Aberrationen des COL4A3- oder des COL4A4-Gens zeigen wie X-chromosomal dominant vererbte Mutationen des COL4A5-Gens das klinische Bild des Alport-Syndroms mit frühzeitigem terminalem Nierenversagen. Heterozygote COL4A3-Mutationen sind ursächlich für die benigne familiäre Hämaturie. Ein zusätzlicher Polymorphismus in Nphs2, welches das Schlitzmembranprotein Podocin kodiert, könnte hierbei zu einem aggravierten Krankheitsverlauf führen. Um diese These zu überprüfen, ist eine Analyse des glomerulären Filters, bestehend aus glomerulärer Basalmembran, der zwischen den Podozytenfüßen liegenden Schlitzmembran und Kapillarendothel notwendig. Nidogen-2 ist als Verbindungsprotein essenzieller Bestandteil der glomerulären Basalmembran. Die Ergebnisse der Untersuchungen des Proteins in der Basalmembran COL4A3 heterozygoter Mäuse mit zusätzlichem Podocin-Polymorphismus wichen stark von denen bei einfach COL4A3 heterozygoten Tieren ab. Es ergeben sich daher anhand von Nidogen-2 Hinweise, dass eine Mutation in Nphs2 den Krankheitsverlauf Kollagen IV assoziierter Erkrankungen modifizieren könnte.

RAGE (receptor for advanved glycation endproducts) was identified on endothelial cells as binding partner for AGE-modified molecules. The term &amp;quot;Advanced glycation endproducts&amp;quot; involves a number of structurally diverse molecules, which derive from multiple complex rearrangements of reducing sugars with free amino-groups of proteins. They evolve during food production and also in vivo during ageing and to an accelerated degree in diabetes, where AGEs cause receptor-mediated cellular perturbations. Due to the pathological relevance the aim of this thesis was to generate a &amp;quot;biosensor&amp;quot; for AGEs. To this end, the membrane-expressed receptor (flRAGE) as well as soluble RAGE (sRAGE) were expressed in mammalian cells and investigated in numerous binding studies. These did not reveal a specific interaction of AGE-modified ligands with RAGE. In addition, the expression of RAGE on endothelial cells, as described in the literature, could not be followed neither with the help of newly generated monoclonal anti-RAGE antibodies, nor in quantitative &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR analysis. These results cast doubts on the meaning of RAGE as a proinflammatory receptor in AGE-mediated pathologies and on the adequacy of RAGE for the &amp;quot;biosensor&amp;quot;. At the same time the question concerning a physiological role of the receptor arose. RAGE-expression was analysed in different healthy human tissues by &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR, which revealed an almost selective expression in lung tissue. An important indication for a possible physiological function of RAGE in lung provided the selective localization of RAGE on alveolar epithelial type I cells as demonstrated in frozen lung sections as well as in in vitro cultivated lung cells. RAGE could be identified as a novel, highly specific marker for the thin, expanded AT I cell, which form part of the air-blood-barrier. In the following, RAGE was found to be an interaction partner for collagen IV, a major component of the alveolar basal lamina. Membrane-expressed RAGE did not only strengthened adherence of cells but also induced cell spreading on collagen IV-coated surfaces. This preferential interaction of RAGE with collagen IV could substantially contribute to the functional morphology of AT I cells in vivo, thereby ensuring an effective bidirectional gas-exchange. The results of this thesis expose a novel, so far unnoticed aspect of the biology of RAGE, which presumably contributes to the phenotypic characteristic und function of normal human lung tissue. / RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) wurde als Interaktionspartner auf Endothelzellen für AGE-modifizierte Moleküle identifiziert. Unter den &amp;quot;Advanced glycation endproducts&amp;quot; werden eine Vielzahl strukturell unterschiedlicher Moleküle zusammengefasst, die durch mehrstufige komplexe Umlagerungen zwischen reduzierenden Zuckern und freien Aminogruppen von Proteinen entstehen. Sie entstehen sowohl bei der Herstellung von Lebensmitteln, als auch in vivo während des Alterns und in erhöhtem Maß bei Diabetes, wobei sie Rezeptor-vermittelt Zellstörungen hervorrufen. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst aufgrund der pathologischen Relevanz eine Strategie zur Konzeption eines &amp;quot;Biosensors&amp;quot; für AGEs verfolgt. Hierfür wurde sowohl der membranständige Rezeptor (flRAGE) als auch löslicher RAGE (sRAGE) in Säugerzellen exprimiert und in zahlreichen Bindungs- und Funktionsanalysen getestet. Hierbei konnte keine spezifische Interaktion der AGE-modifizierten Moleküle mit RAGE nachgewiesen werden. Auch die in der Literatur beschriebene Expression von RAGE auf Endothelzellen konnte mit Hilfe neu generierter monoklonaler Antikörper, sowie in quantitativen &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR-Analysen nicht nachvollzogen werden. Diese Ergebnisse warfen Zweifel an der grundlegenden Bedeutung von RAGE als proinflammatorischer Rezeptor in AGE-bedingten Krankheiten auf und stellten damit auch dessen Eignung für einen AGE-Biosensor in Frage. Gleichzeitig warf diese Skepsis die Frage nach einer möglichen physiologischen Funktion dieses Rezeptors auf. Eine vergleichende Analyse der RAGE-Expression in verschiedenen gesunden Geweben mittels &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR ergab eine nahezu selektive Expression in Lungengewebe. Wichtige Anhaltspunkte für die Funktion von RAGE in der Lunge ergaben sich aus der selektiven Lokalisation des Rezeptors auf Alveolarepithelzellen Typ I (AT I) sowohl in Gefrierschnitten der Lunge als auch nach in vitro-Kultur von Lungenzellen. RAGE konnte als neuer, hoch spezifischer Marker für die lang gestreckten AT 1 Zellen, die einen Teil der Blut-Luft-Schranke bilden, definiert werden. In folgenden Funktionsanalysen konnte RAGE als spezifischer Interaktionspartner für Kollagen IV, einer Hauptkomponente der Alveolar-Basalmembran, identifiziert werden. Membranständiger RAGE verstärkte nicht nur die Adhärenz von Zellen an Kollagen IV-beschichtete Oberflächen, er induzierte auch Zell-&amp;quot;Spreading&amp;quot;. Dies gab Anlass für die Vermutung, dass die beobachtete präferentielle Interaktion von RAGE mit Kollagen IV maßgeblich zu der funktionellen Morphologie der AT I Zellen in vivo beitragen könnte, die die Voraussetzung für einen effektiven bidirektionalen Gasaustausch darstellt. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wurde ein neuer, bisher unbeachteter Aspekt der Biologie des RAGE aufgedeckt, der vermutlich entscheidend zur phänotypischen Ausprägung und Funktion des normalen humanen Lungengewebes beiträgt.

Abstract The tumor microenvironment (TME) is critically important for tumor development. The microenvironment consists of fibroblasts, endothelial and immune cells as well as extracellular matrix (ECM), proteases and various other soluble factors produced by the cells. It is challenging to develop methods that appropriately mimic the human microenvironment, but this effort is essential in order to reliably elucidate the properties of potential anti-tumor drugs. The aim of this study was to create new 3D organotypic invasion models based on human tissue that would be used to study the effects of the anti-angiogenic molecules arresten and endostatin on tongue squamous carcinoma cells. The classic way to study cancer invasion has been to use a collagen invasion model that is created by mixing rat type I collagen, matrix produced by mouse EHS tumor cells and human fibroblasts. Our research group has developed a novel human myoma tissue based invasion model, which is composed of several different cell types and molecules that are normally present in the human TME. We show how this model is suitable for invasion studies, not only for oral cancer, but for other invasive cell lines as well. There are several matrix-derived fragments that have been shown to possess anti-angiogenic activity. Arresten is a 26 kDa fragment that is cleaved from type IV collagen and is known to inhibit angiogenesis, the formation of new capillaries and tumor growth in vivo. However, its effect on the tumor microenvironment in addition to endothelial cells has not been studied. We show that arresten also directly affects oral cancer cells by decreasing their migration and invasion as well as tumor size, invasion and angiogenesis in in vivo mouse xenografts. Another inhibitor of angiogenesis, endostatin, is cleaved from type XVIII collagen. It has been shown to suppress angiogenesis and tumor growth without toxicity or side effects in mouse models. Our studies show that endostatin directly affects tongue squamous carcinoma cells by reducing their invasion and spreading in organotypic 3D assays and mouse tumor models. In summary, arresten and endostatin are anti-angiogenic as well as anti-invasive molecules and therefore potential cancer drugs. They seem to have a direct effect on carcinoma cells making the cells less invasive. The myoma model allows us to study the effects of anti-cancer molecules with a new prospective. / Tiivistelmä Syövän mikroympäristö on erittäin tärkeä syövän kehittymisen kannalta. Se koostuu fibroblasteista, endoteeli- ja immuunisoluista, soluväliaineesta, proteaaseista ja monista muista solujen tuottamista liukoisista molekyyleistä. On haastavaa kehittää uusia menetelmiä, jotka jäljittelisivät oikeaa ihmisen syövän mikroympäristöä, mutta se on välttämätöntä uusien syöpälääkkeiden tutkimiseksi. Väitöstutkimuksen tavoitteena oli kehittää kolmiulotteinen ihmisen myoomakudokseen perustuvan invaasiomalli, jonka avulla voisimme tutkia verisuonten kasvua estävien arresten ja endostatin molekyylien vaikutusta kielisyöpäsoluihin. Aiemin syövän invaasiota on tutkittu käyttämällä klassista kollageeni-invaasiomallia, joka tehdään sekoittamalla rotan tyypin I kollageeniä, hiiren sarkoomasolujen tuottamaa matriksia ja ihmisen fibroblasteja. Tutkimuksissamme kehitimme uuden invaasiomallin, joka perustuu ihmisen myoomakudokseen. Tutkimuksessa sen todettiin sisältävän monia erilaisia soluja ja molekyylejä, joita on normaalistikkin syövän mikroympäristössä. Lisäksi osoitimme, että se sopii invaasiotutkimuksiin monille syöpätyypeille. Soluvälitilamatriksista pilkotaan useita erilaisia molekyylejä joilla on osoitettu olevan angiogeneesia hillitseviä ominaisuuksia. Arresten on 26 kDa kokoinen polypeptidi, jota pilkotaan tyypin IV kollageenista. Sen tiedetään vähentävän angiogeneesia – uusien verisuonten muodostumista ja syövän kasvua in vivo. Sen vaikutuksia muihin kuin endoteelisoluihin ei ole kuitenkaan tutkittu. Tutkimuksissamme se vaikutti suoraan kielisyöpäsoluihin vähentäen niiden liikkumista ja invaasiota kolmiulotteisissa organotyyppisisssä malleissa ja hiirimallissa. Toinen tutkimamme angiogeneesin inhibiittori on endostatin, jota pilkotaan tyypin XVIII kollageenista. Sen tiedetään vähentävän angiogeneesia hiirimalleissa ilman toksisia sivuvaikutuksia. Me osoitimme tutkimuksissamme, että se vaikuttaa suoraan kielisyöpäsoluihin vähentäen niiden invaasiota ja leviämistä 3D organotyyppisissä malleissa sekä hiirikokeissa. Koska arresten ja endostatin ovat anti-angiogeenisiä ja anti-invasiivisia molekyylejä, ne ovat täten potentiaalisia syöpälääkkeitä. Ne näyttäisivät vaikuttavan suoraan syöpäsoluihin vähentämällä niiden invaasiota. Myoomainvaasiomalli mahdollistaa syöpää ehkäisevien molekyylien tutkimisen uudella ja todenmukaisemmalla tavalla.

RAGE (receptor for advanved glycation endproducts) was identified on endothelial cells as binding partner for AGE-modified molecules. The term &amp;quot;Advanced glycation endproducts&amp;quot; involves a number of structurally diverse molecules, which derive from multiple complex rearrangements of reducing sugars with free amino-groups of proteins. They evolve during food production and also in vivo during ageing and to an accelerated degree in diabetes, where AGEs cause receptor-mediated cellular perturbations. Due to the pathological relevance the aim of this thesis was to generate a &amp;quot;biosensor&amp;quot; for AGEs. To this end, the membrane-expressed receptor (flRAGE) as well as soluble RAGE (sRAGE) were expressed in mammalian cells and investigated in numerous binding studies. These did not reveal a specific interaction of AGE-modified ligands with RAGE. In addition, the expression of RAGE on endothelial cells, as described in the literature, could not be followed neither with the help of newly generated monoclonal anti-RAGE antibodies, nor in quantitative &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR analysis. These results cast doubts on the meaning of RAGE as a proinflammatory receptor in AGE-mediated pathologies and on the adequacy of RAGE for the &amp;quot;biosensor&amp;quot;. At the same time the question concerning a physiological role of the receptor arose. RAGE-expression was analysed in different healthy human tissues by &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR, which revealed an almost selective expression in lung tissue. An important indication for a possible physiological function of RAGE in lung provided the selective localization of RAGE on alveolar epithelial type I cells as demonstrated in frozen lung sections as well as in in vitro cultivated lung cells. RAGE could be identified as a novel, highly specific marker for the thin, expanded AT I cell, which form part of the air-blood-barrier. In the following, RAGE was found to be an interaction partner for collagen IV, a major component of the alveolar basal lamina. Membrane-expressed RAGE did not only strengthened adherence of cells but also induced cell spreading on collagen IV-coated surfaces. This preferential interaction of RAGE with collagen IV could substantially contribute to the functional morphology of AT I cells in vivo, thereby ensuring an effective bidirectional gas-exchange. The results of this thesis expose a novel, so far unnoticed aspect of the biology of RAGE, which presumably contributes to the phenotypic characteristic und function of normal human lung tissue. / RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) wurde als Interaktionspartner auf Endothelzellen für AGE-modifizierte Moleküle identifiziert. Unter den &amp;quot;Advanced glycation endproducts&amp;quot; werden eine Vielzahl strukturell unterschiedlicher Moleküle zusammengefasst, die durch mehrstufige komplexe Umlagerungen zwischen reduzierenden Zuckern und freien Aminogruppen von Proteinen entstehen. Sie entstehen sowohl bei der Herstellung von Lebensmitteln, als auch in vivo während des Alterns und in erhöhtem Maß bei Diabetes, wobei sie Rezeptor-vermittelt Zellstörungen hervorrufen. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst aufgrund der pathologischen Relevanz eine Strategie zur Konzeption eines &amp;quot;Biosensors&amp;quot; für AGEs verfolgt. Hierfür wurde sowohl der membranständige Rezeptor (flRAGE) als auch löslicher RAGE (sRAGE) in Säugerzellen exprimiert und in zahlreichen Bindungs- und Funktionsanalysen getestet. Hierbei konnte keine spezifische Interaktion der AGE-modifizierten Moleküle mit RAGE nachgewiesen werden. Auch die in der Literatur beschriebene Expression von RAGE auf Endothelzellen konnte mit Hilfe neu generierter monoklonaler Antikörper, sowie in quantitativen &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR-Analysen nicht nachvollzogen werden. Diese Ergebnisse warfen Zweifel an der grundlegenden Bedeutung von RAGE als proinflammatorischer Rezeptor in AGE-bedingten Krankheiten auf und stellten damit auch dessen Eignung für einen AGE-Biosensor in Frage. Gleichzeitig warf diese Skepsis die Frage nach einer möglichen physiologischen Funktion dieses Rezeptors auf. Eine vergleichende Analyse der RAGE-Expression in verschiedenen gesunden Geweben mittels &amp;quot;real time&amp;quot; RT-PCR ergab eine nahezu selektive Expression in Lungengewebe. Wichtige Anhaltspunkte für die Funktion von RAGE in der Lunge ergaben sich aus der selektiven Lokalisation des Rezeptors auf Alveolarepithelzellen Typ I (AT I) sowohl in Gefrierschnitten der Lunge als auch nach in vitro-Kultur von Lungenzellen. RAGE konnte als neuer, hoch spezifischer Marker für die lang gestreckten AT 1 Zellen, die einen Teil der Blut-Luft-Schranke bilden, definiert werden. In folgenden Funktionsanalysen konnte RAGE als spezifischer Interaktionspartner für Kollagen IV, einer Hauptkomponente der Alveolar-Basalmembran, identifiziert werden. Membranständiger RAGE verstärkte nicht nur die Adhärenz von Zellen an Kollagen IV-beschichtete Oberflächen, er induzierte auch Zell-&amp;quot;Spreading&amp;quot;. Dies gab Anlass für die Vermutung, dass die beobachtete präferentielle Interaktion von RAGE mit Kollagen IV maßgeblich zu der funktionellen Morphologie der AT I Zellen in vivo beitragen könnte, die die Voraussetzung für einen effektiven bidirektionalen Gasaustausch darstellt. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wurde ein neuer, bisher unbeachteter Aspekt der Biologie des RAGE aufgedeckt, der vermutlich entscheidend zur phänotypischen Ausprägung und Funktion des normalen humanen Lungengewebes beiträgt.