During development, hematopoiesis develops in temporally distinct waves in the yolk sac (YS) and embryo proper, culminating in the emergence of definitive hematopoietic stem cells (HSCs) from the hemogenic endothelium (HE) of the dorsal aorta. The close association of this aortic endothelium with definitive hematopoiesis suggests a functional relationship between arteriogenesis and blood development, but this association is not fully understood. To gain insight into this relationship, we have chosen to study the role of the “arterial” marker, EphrinB2 (EfnB2) in hematopoietic specification. EfnB2 is a transmembrane protein critical for the development of the arterial vascular system. We find that EfnB2 is expressed in the VE-Cadh⁺CD41^- HE in Day 2 BL-CFC (blast-colony forming cell) culture and Day 6 EBs (embryoid bodies), and that EfnB2 expression in ES cell differentiation enriches for endothelial cells with greater hemogenic capacity. Knock-down experiments in ES cells showed that EfnB2 is not required for endothelial cell commitment and survival. It is also not required for early hematopoietic commitment and differentiation from EBs or BL-CFCs. However, we find that EfnB2 is required for the maturation of ES cells into CD41⁺/CD45⁺ hematopoietic cells in OP9 co-culture and for definitive hematopoietic colony formation in MethoCult3434 medium. This requirement for EfnB2 expression was confirmed by peptide-mediated blocking of EfnB2 binding to its cognate receptors and by forced expression of a phospho-tyrosine signaling-deficient EfnB2. These results provide evidence for an essential role of endothelial EfnB2 in hematopoiesis.

Das maligne Melanom ist die aggressivste Form von Hautkrebs und verschiedene Familien von Rezeptortyrosinkinasen sind an der Entwicklung und der verstärkten Malignität beteiligt. Eph-Rezeptoren stellen die größte Klasse der Rezeptortyrosinkinasen dar und spielen eine wichtige Rolle bei der Tumorangiogenese und -progression. Die Genexpression und Proteinsynthese verschiedener Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden ist bei vielen Tumorentitäten erhöht. Aus diesem Grund sollten sie sich als Zielproteine für die Entwicklung neuer Radiopharmaka eignen. Zudem zeigen Literaturbefunde einen Einfluss der hypoxischen Zellumgebung auf die Genexpression und die Proteinsynthese verschiedener Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden. Das Ziel dieser Arbeit war es, Regulationsmechanismen bei verschiedenen Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden aufzuklären, welche durch ein hypoxisches Umfeld hervorgerufen werden. Dazu wurde neben einem extrinsischen Hypoxiemodell an Monolayerzellkulturen auch ein intrinsisches Hypoxiemodell in Form von Tumorsphäroiden untersucht. Da die Genexpression und die Proteinsynthese von EphA2, EphB4, EphrinA1 und EphrinB2 laut Literatur vom Malignitätsgrad abhängig sind, wurden die metastatischen Melanomzelllinien A375, A2058 und MeWo und die prämetastatische Melanomzelllinie MEL-JUSO verwendet. Die Verifizierung der experimentellen Hypoxie erfolgte durch den etablierten Hypoxiemarker [18F]Fluormisonidazol, sowie dem Nachweis der VEGF-Genexpression unter den verwendeten Kulturbedingungen. Damit konnte die Eignung der hypoxischen Systeme gezeigt werden. Unabhängig vom Hypoxiemodell war in keiner der untersuchten Zelllinien ein Einfluss der Hypoxie auf die Genexpression und Proteinsynthese von EphA2, EphB4, EphrinA1 und EphrinB2 nachweisbar. Ein gesteigerter EphA2-Gehalt in Melanomzellen ist laut Literatur mit einer Erhöhung des Metastasierungspotentials verbunden. Um diesen Einfluss innerhalb einer Zelllinie zu untersuchen, wurden transgene A375-Zellen generiert. Mit dieser Zelllinie fanden Untersuchungen zu verschiedenen Metastasierungseigenschaften statt. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Migration der Zellen durch den erhöhten EphA2-Gehalt verringerte, dabei war die hypoxische Umgebung ohne Einfluss. Weiterhin wurde festgestellt, dass der EphA2-Rezeptor das Adhäsionsverhalten von A375-Zellen nicht beeinflusst. Auch ein Einfluss auf das invasive Verhalten konnte nicht festgestellt werden. Eine hypoxische Umgebung war in beiden Fällen nicht von Bedeutung. Aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit kann geschlussfolgert werden, dass bei den untersuchten Melanomzelllinien keine Regulation der Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden durch ein hypoxisches Umfeld erfolgt. Durch die ausführliche Charakterisierung des EphA2-Rezeptors in der Arbeit kann jedoch geschlussfolgert werden, dass sich der Rezeptor als potentielles Zielmolekül für die Entwicklung neuer Radiotherapeutika und Radiodiagnostika eignet, nicht jedoch für die Detektion hypoxischer Bereiche in Tumoren. Durch die nunmehr etablierte Generierung von Sphäroiden und einer Zelllinie, welche den Rezeptor verstärkt exprimiert und synthetisiert, stehen nun Zellmodelle für die weiterführende Charakterisierung und Analyse neuer Radiodiagnostika und Radiotherapeutika auf der Basis von Inhibitoren und Antikörper gegen EphA2 zur Verfügung.

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Das maligne Melanom ist die aggressivste Form von Hautkrebs und verschiedene Familien von Rezeptortyrosinkinasen sind an der Entwicklung und der verstärkten Malignität beteiligt. Eph-Rezeptoren stellen die größte Klasse der Rezeptortyrosinkinasen dar und spielen eine wichtige Rolle bei der Tumorangiogenese und -progression. Die Genexpression und Proteinsynthese verschiedener Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden ist bei vielen Tumorentitäten erhöht. Aus diesem Grund sollten sie sich als Zielproteine für die Entwicklung neuer Radiopharmaka eignen. Zudem zeigen Literaturbefunde einen Einfluss der hypoxischen Zellumgebung auf die Genexpression und die Proteinsynthese verschiedener Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden. Das Ziel dieser Arbeit war es, Regulationsmechanismen bei verschiedenen Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden aufzuklären, welche durch ein hypoxisches Umfeld hervorgerufen werden. Dazu wurde neben einem extrinsischen Hypoxiemodell an Monolayerzellkulturen auch ein intrinsisches Hypoxiemodell in Form von Tumorsphäroiden untersucht. Da die Genexpression und die Proteinsynthese von EphA2, EphB4, EphrinA1 und EphrinB2 laut Literatur vom Malignitätsgrad abhängig sind, wurden die metastatischen Melanomzelllinien A375, A2058 und MeWo und die prämetastatische Melanomzelllinie MEL-JUSO verwendet. Die Verifizierung der experimentellen Hypoxie erfolgte durch den etablierten Hypoxiemarker [18F]Fluormisonidazol, sowie dem Nachweis der VEGF-Genexpression unter den verwendeten Kulturbedingungen. Damit konnte die Eignung der hypoxischen Systeme gezeigt werden. Unabhängig vom Hypoxiemodell war in keiner der untersuchten Zelllinien ein Einfluss der Hypoxie auf die Genexpression und Proteinsynthese von EphA2, EphB4, EphrinA1 und EphrinB2 nachweisbar. Ein gesteigerter EphA2-Gehalt in Melanomzellen ist laut Literatur mit einer Erhöhung des Metastasierungspotentials verbunden. Um diesen Einfluss innerhalb einer Zelllinie zu untersuchen, wurden transgene A375-Zellen generiert. Mit dieser Zelllinie fanden Untersuchungen zu verschiedenen Metastasierungseigenschaften statt. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Migration der Zellen durch den erhöhten EphA2-Gehalt verringerte, dabei war die hypoxische Umgebung ohne Einfluss. Weiterhin wurde festgestellt, dass der EphA2-Rezeptor das Adhäsionsverhalten von A375-Zellen nicht beeinflusst. Auch ein Einfluss auf das invasive Verhalten konnte nicht festgestellt werden. Eine hypoxische Umgebung war in beiden Fällen nicht von Bedeutung. Aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit kann geschlussfolgert werden, dass bei den untersuchten Melanomzelllinien keine Regulation der Eph-Rezeptoren und Ephrin-Liganden durch ein hypoxisches Umfeld erfolgt. Durch die ausführliche Charakterisierung des EphA2-Rezeptors in der Arbeit kann jedoch geschlussfolgert werden, dass sich der Rezeptor als potentielles Zielmolekül für die Entwicklung neuer Radiotherapeutika und Radiodiagnostika eignet, nicht jedoch für die Detektion hypoxischer Bereiche in Tumoren. Durch die nunmehr etablierte Generierung von Sphäroiden und einer Zelllinie, welche den Rezeptor verstärkt exprimiert und synthetisiert, stehen nun Zellmodelle für die weiterführende Charakterisierung und Analyse neuer Radiodiagnostika und Radiotherapeutika auf der Basis von Inhibitoren und Antikörper gegen EphA2 zur Verfügung.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The heart is a complex organ that is composed of numerous cell types, which must integrate their programs for proper specification, differentiation, and cardiac morphogenesis. During cardiac development the basic helix-loop-helix transcription factor Hand2 is dynamically expressed within the endocardium and extra-cardiac lineages such as the epicardium, cardiac neural crest cells (cNCCs), and NCC derived components of the autonomic nervous system. To investigate Hand2 function within these populations we utilized multiple murine Hand2 Conditional Knockout (H2CKO) genetic models. These studies establish for the first time a functional requirement for Hand2 within the endocardium, as several distinct phenotypes including hypotrabeculation, tricuspid atresia, aberrant septation, and precocious coronary development are observed in endocardial H2CKOs. Molecular analyses reveal that endocardial Hand2 functions within the Notch signaling pathway to regulate expression of Nrg1, which encodes a crucial secreted growth factor. Furthermore, we demonstrate that Notch signaling regulates coronary angiogenesis via Hand2 mediated modulation of Vegf signaling. Hand2 is strongly expressed within midgestation NCC and endocardium derived cardiac cushion mesenchyme. To ascertain the function of Hand2 within these cells we employed the Periostin Cre (Postn-Cre), which marks cushion mesenchyme, a small subset of the epicardium, and components of the autonomic nervous system, to conditionally ablate Hand2. We find that Postn-Cre H2CKOs die shortly after birth despite a lack of cardiac structural defects. Gene expression analyses demonstrate that Postn-Cre ablates Hand2 from the adrenal medulla, causing downregulation of Dopamine Beta Hydroxylase (Dbh), a gene encoding a crucial catecholaminergic biosynthetic enzyme. Electrocardiograms demonstrate that 3-day postnatal Postn-Cre H2CKO pups exhibit significantly slower heart rates than control littermates. In conjunction with the aforementioned gene expression analyses, these results indicate that loss of Hand2 function within the adrenal medulla results in a catecholamine deficiency and subsequent heart failure.