Ulm, Univ., Diss., 2008.

Bochum, Universiẗat, Diss., 2000.

Ziel dieser Arbeit ist es, weitere Einblicke in die Aktivierung von FGF19 und FXR durch diverse nukleäre Agonisten und deren spezifischer Rezeptoren zu gewinnen. Hierbei soll im humanen Zellmodell versucht und mittels DNA-Analyse untersucht werden, welche messbaren molekularbiologischen Auswirkungen eine Behandlung mit unterschiedlichen Substanzen in variierenden Konzentrationen bewirkt. Genauer soll betrachtet werden, ob sich Vitamin A und Vitamin D als Induktoren von FGF19 in menschlichen Darmzelllinien eignen, da dies bereits im Mausmodel demonstriert werden konnte. Dieser initialen Vermutung folgend, sollen auch die möglichen Wechselwirkungen und Synergismen untersucht werden – welche Mechanismen liegen diese zu Grunde und über welche molekularen Signalwege werden dies vermuteten Effekte vermittelt. Hierdurch soll ein besseres Verständnis für die Rezeptor und Agonistenabhängigen Abläufe ermöglicht werden, um mögliche Rückschlüsse auf weitere Funktionen bereits bekannter Vertreter zu erlauben. Aufgrund der bereits oben beschriebenen Tiermodelle und der daraus gewonnenen Einsichten würde sich durch ein noch besseres Verständnis des FGF15/19 und des Farnesoid X Rezeptors in menschlichen Zellen, auf eine zukünftige Anwendung in analytischen und/oder therapeutischen Bereichen hoffen lassen. Diese Arbeit soll sich deshalb den Fragen widmen, ob eine FGF19 Induktion in humanen Darmzellen durch die nukleären Agonisten VD3, 9-cis RA und CDCA, ähnlich dem Mausmodel, möglich ist und welche Faktoren dabei Einflüsse auf die beschriebenen Effekte haben. / This study demonstrates the induction potentials of vitamin A derivate 9-cis retinoic acid (9-cis RA), 1,25 (OH)² vitamin D3 and chenodeoxycholic acid (CDCA) on the gut-derived hormone Fibroblast Growth Factor 19 as well as a key-control element of the bile acid metabolism, the Farnesoid X Receptor. In conclusion, our data provides evidence for an important role of vitamin A as a novel potent regulator of intestinal FGF19 in humans, in contrast to previously discovered mechanisms in the murine model.

Univ., Diss., 2010--Marburg.

University, Diss., 2005--Köln.

Recent studies have hinted to an involvement of epithelial to mesenchymal transition, a mechanism often associated with metastasis in epithelial cancers, in adrenocortical carcinoma. In addition, the knowledge about the FGF/FGFR pathway in pathogenesis of the adrenal gland, a pathway often associated with the epithelial to mesenchymal transition, is sparse and fragmented. We assessed, in a large number of normal, benign and malignant adrenocortical tissues (a total of 181 different samples), the expression of canonical and novel epithelial and mesenchymal markers and compared it with their expression in typical epithelial and mesenchymal tissues. In addition, we also quantified the expression of most members of the FGF/FGFR pathway in adrenocortical tissues and compared it against well-studied epithelial and mesenchymal tissues as well as between malignant and not malignant adrenocortical tissues, in order to assess the possible connection to epithelial to mesenchymal transition and find possible drug targets. Surprisingly, both normal and neoplastic adrenocortical tissues lacked expression of epithelial markers (e.g. E-Cadhering or EpCAM) but strongly expressed mesenchymal markers (e.g. N-Cadherin or SLUG), suggesting a higher similarity of adrenocortical tissues to mesenchymal compared to epithelial tissues, reminiscent of the adrenocortical origin from the intermediate mesoderm. Despite their ubiquitous expression in all adrenocortical tissues, mesenchymal markers had a variable expression in adrenocortical carcinoma, associating either directly or inversely with different clinical markers of tumor aggressiveness. Lymph node infiltration was associated with high expression of SLUG (p = 0.04), and at the same time low expression of N-cadherin (p = 0.001), and the same pattern was observed for venous infiltration of tumoral tissue, Weiss score of tumor malignancy or Ki67 proliferation marker. In malignant compared to benign adrenal tumors, we found significant differences in the expression of 16 out of the 94 studied FGF receptor pathway related genes. Genes involved in tissue differentiation and metastatic spread through epithelial to mesenchymal transition were most strongly altered. The therapeutically targetable FGF receptors 1 and 4 were upregulated 4.6- and 6-fold, respectively, in malignant compared to benign adrenocortical tumors, which was confirmed by using two different quantification methods in both frozen and paraffin embedded tissue material. High expression of FGFR1 and 4 was significantly associated with worse patient prognosis (High FGFR1 expression was associated with a shorter overall patient survival of 84 vs 148 months (HR=1.8, 95% CI: 1.01-3.25) as well as a shorter resection free survival of 25 vs 75 months ((HR=2.93, 95% CI: 1.25-6.84), while high FGFR4 was associated with a much shorter overall survival of 50 vs 155 months (HR=2.44, 95% CI: 1.41-4.22). In conclusion, epithelial to mesenchymal transition does not seem to play a role in adrenocortical carcinoma tumor progression, and the FGF/FGFR pathway, even if it is probably not related to EMT, is nonetheless associated with tumor aggressiveness. Furthermore, quantification of FGF receptors may enable a stratification of adrenocortical carcinoma for the use of FGFR inhibitors in future clinical trials. / Jüngste Studien weisen auf eine Beteiligung der epithelial-mesenchymalen Transition, ein Mechanismus der oft mit Metastasen bei Epithelkarzinomen assoziiert ist, beim Nebennierenrindenkarzinom hin. Darüber hinaus gibt es kaum Kenntnisse über die Rolle des FGF/FGFR-Signalweges in der Pathogenese der Nebenniere, ein Signalweg, der oft mit der epithelial-mesenchymalen Transition in Verbindung gebracht wird. Wir haben hier an einer großen Anzahl von normalen, gutartigen und bösartigen Nebennierenrindengewebeproben (insgesamt 181 Proben) die Expression von kanonischen und anderen epithelialen und mesenchymalen Markern untersucht und mit ihrer Expression in typischen epithelialen und mesenchymalen Geweben verglichen. Darüber hinaus, haben wir auch die Expression der meisten Mitglieder des FGF/FGFR-Signalwegs in Nebennierenrindengeweben quantifiziert und mit gut definierten epithelialen und mesenchymalen Geweben verglichen sowie zwischen bösartigen und nicht bösartigen Nebennierenrindengeweben, um die mögliche Verbindung zu epithelialer-mesenchymaler Transition zu finden und mögliche therapeutische Ziele zu identifizieren. Überraschenderweise konnte weder in normalem noch in neoplastischem Nebennierenrindengewebe die Expression von epithelialen Markern (z. B. E-Cadherin oder EpCAM) nachgewiesen werden. In beiden Geweben wurde aber eine starke Expression mesenchymaler Marker (z. B. N-Cadherin oder SLUG) gefunden, was auf eine größere Ähnlichkeit von Nebennierenrindengeweben zu mesenchymalen im Vergleich zu epithelialen Geweben hindeutet. Dies könnte mit der Entwicklung des Nebennierenrinden-gewebes aus dem intermediären Mesoderm erklärt werden. Trotz ihrer ubiquitären Expression in allen Nebennierenrindengeweben, hatten mesenchymale Marker eine variable Expression in Nebennierenrindenkarzinomen, die entweder direkt oder indirekt mit verschiedenen klinischen Markern der Tumoraggressivität assoziiert waren. Die Lymphknoteninfiltration war mit einer hohen Expression von SLUG (p = 0,04) und einer niedrigen Expression von N-Cadherin (p = 0,001) verbunden. Das gleiche Muster wurde für die venöse Infiltration von Tumorgewebe, dem Weiss-Score oder dem Ki67-Proliferationsmarker beobachtet. Signifikante Unterschiede in der Expression von 16 der 94 untersuchten Gene, die mit dem FGF-Rezeptorsignalweg in Verbindung stehen, wurden beim Vergleich von bösartigen und gutartigen Nebennierentumoren gefunden. Gene, die an der Gewebedifferenzierung und Metastasierung durch epithelial-mesenchymale Transition beteiligt sind, waren dabei am stärksten verändert. Die therapeutisch relevante FGF-Rezeptoren 1 und 4 waren bei malignen im Vergleich zu gutartigen Nebennierenrindentumoren 4,6- bzw. 6,0-fach hochreguliert. Dies wurde durch Verwendung zweier unabhängiger Quantifizierungsmethoden sowohl in gefrorenem als auch in paraffineingebettetem Gewebematerial bestätigt. Eine hohe Expression von FGFR1 und 4 war signifikant mit einer schlechteren Prognose verbunden. Eine hohe FGFR1-Expression war mit einem kürzeren Gesamtüberleben der Patienten von 84 vs. 148 Monaten (HR = 1,8; 95%CI: 1,01-3,25) sowie einem kürzeren resektions-freien Überleben von 25 vs. 75 Monaten (HR = 2,93; 95%CI: 1,25-6,84) verbunden, während eine höhere FGFR4-Expression mit einem viel kürzeren Gesamtüberleben von 50 vs. 155 Monaten assoziiert war (HR = 2,44; 95%CI: 1,41-4.22)). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Mechanismus der epithelial-mesenchymalen Transition keine Rolle bei der Tumorprogression des Nebennierenrindenkarzinoms zu spielen schein. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass der FGF/FGFR-Signalweg, auch wenn er wahrscheinlich nicht mit der EMT zusammenhängt, mit der Aggressivität der Tumoren assoziiert. Die Untersuchung der Expression der FGF-Rezeptoren könnte für die Stratifizierung des Nebennierenrindenkarzinoms, zwecks Verwendung von FGFR-Inhibitoren in zukünftigen klinischen Studien, benutzt werden.

Parasitic helminths share a large degree of common genetic heritage with their various hosts. This includes cell-cell-communication mechanisms mediated by small peptide cytokines and lipophilic/steroid hormones. These cytokines are candidate molecules for host-parasite cross-communication in helminth diseases. In this work the function of two evolutionary conserved signaling pathways in the model cestode Echinococcus multilocularis has been studied. First, signaling mechanisms mediated through fibroblast growth factors (FGF) and their cognate receptors (FGFR) which influence a multitude of biological functions, like homeostasis and differentiation, were studied. I herein investigated the role of EmFR which is the only FGFR homolog in E. multilocularis. Functional analyses using the Xenopus oocyte expression system clearly indicate that EmFR can sense both acidic and basic FGF of human origin, resulting in an activation of the EmFR tyrosine kinase domain. In vitro experiments demonstrate that mammalian FGF significantly stimulates proliferation and development of E. multilocularis metacestode vesicles and primary cells. Furthermore, DNA synthesis and the parasite’s Erk-like MAPK cascade module was stimulated in the presence of exogenously added mammalian FGF. By using the FGFR inhibitor BIBF1120 the activity of EmFR in the Xenopus oocyte system was effectively blocked. Addition of BIBF1120 to in vitro cultivated Echinococcus larval material led to detrimental effects concerning the generation of metacestode vesicles from parasite stem cells, the proliferation and survival of metacestode vesicles, and the dedifferentiation of protoscoleces towards the metacestode. In conclusion, these data demonstrate the presence of a functional EmFR-mediated signaling pathway in E. multilocularis that is able to interact with host-derived cytokines and that plays an important role in larval parasite development. Secondly, the role of nuclear hormone receptor (NHR) signaling was addressed. Lipophilic and steroid hormone signaling contributes to the regulation of metazoan development. By means of in silico analyses I demonstrate that E. multilocularis expresses a set of 17 NHRs that broadly overlaps with that of the related flatworms Schistosoma mansoni and S. japonicum, but also contains several NHR encoding genes that are unique to this parasite. One of these, EmNHR1, is homolog to the DAF-12/HR-96 subfamily of NHRs which regulate cholesterol homeostasis in metazoans. Modified yeast-two hybrid analyses revealed that host serum contains a ligand which induces homodimerization of the EmNHR1 ligand-binding domain. Also, a HNF4-like homolog, EmHNF4, was characterized. Human HNF4 plays an important role in liver development. RT-PCR experiments showed that both isoforms of the EmHNF4 encoding gene are expressed stage-dependently suggesting distinct functions of the two isoforms in the parasite. Moreover, specific regulatory mechanisms on the convergence of NHR signaling and TGF-β/BMP signaling pathways in E. multilocularis have been identified. On the one hand, EmNHR1 directly interacted with the EmSmadC and on the other hand EmHNF4b interacted with EmSmadD, EmSmadE which are all downstream signaling components of the TGF-β/BMP signaling pathway. This suggests cross-communication in order to regulate target gene expression. With these results, further studies on the role of NHR signaling in the cestode will be facilitated. Also, the first serum-free in vitro cultivation system for E. multilocularis was established using PanserinTM401 as medium. Serum-free co-cultivation with RH-feeder cells and an axenic cultivation method have been established. With the help of this serum-free cultivation system investigations on the role of specific peptide hormones, like FGFs, or lipophilic/steroid hormones, like cholesterol, for the development of helminths will be much easier. / Parasitäre Würmer weisen eine große genetische Verwandtschaft mit ihren Wirten auf. Diese schließt auch Zell-Zell-Kommunikationsmechanismen ein, die sowohl durch Peptidhormone als auch durch lipophile/steroidale Hormone vermittelt werden. Man vermutet, dass diese Stoffe eine wichtige Rolle bei der Wirt-Parasiten-Kreuzkommunikation spielen. Deshalb untersuchte diese Arbeit die Funktion von zwei konservierten Signalwegen im Modellorganismus Echinococcus multilocularis. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Fibroblast Growth Factors (FGF). Diese steuern durch die Bindung an spezifische FGF-Rezeptoren (FGFR) eine Vielzahl von biologischen Funktionen, wie beispielsweise Homöostase- und Differenzierungsprozesse. Zunächst wurde EmFR, das einzige FGFR-Homolog im Fuchsbandwurm in Xenopus Oozyten heterolog exprimiert. Dabei wurde nachgewiesen, dass der Rezeptor sowohl acidic als auch basic FGF erkennen kann und dies zur Aktivierung der Tyrosinkinasedomäne führt. Außerdem förderte im in vitro Experiment die exogene Zugabe dieser Wirtsfaktoren die Proliferation und Entwicklung von Metacestodenvesikeln und Primärzellen. Darüber hinaus wurden die DNA-Synthese und die Erk-MAPK-Kaskade des Parasiten stimuliert. Im Gegensatz dazu konnte durch die Hinzugabe des FGFR-Inhibitor BIBF1120 die Aktivität des Rezeptors im Xenopus Oozytensystem erfolgreich blockieret werden. Durch den Inhibitor wurde die Regeneration von Metacestodenvesikeln aus Stammzellen, die Proliferation und das Überleben von Metacestodenvesikeln verhindert und eine Dedifferenzierung von Protoskolizes verursacht. Zusammengefasst zeigen diese Daten, dass E. multilocularis einen funktionellen durch EmFR-vermittelten Signalweg besitzt, welcher in der Lage ist, mit Wirtszytokinen zu interagieren und eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Echinococcus Larvenstadien spielt. Außerdem wurde die Bedeutung der Nukleären Hormon Rezeptoren (NHR) für den Parasiten untersucht. Lipophile und steroidale Hormone regulieren viele Entwicklungsprozesse in Metazoen. Mittels in silico Analyse konnten 17 Rezeptoren der NHR-Familie in E. multilocularis identifiziert werden, die größtenteils mit dem NHR Repertoire von Schistosoma mansoni und S. japonicum übereinstimmen. Allerdings wurden auch Rezeptoren identifiziert, die einzigartig für E. multilocularis sind. Einer dieser Rezeptoren, EmNHR1, ist homolog zur DAF-12/HR-96 Familie, die den Cholesterinstoffwechsel in Metazoen reguliert. Yeast-Two Hybrid Experimente zeigten, dass Wirtsserum den putativen Liganden von EmNHR1 enthält, da dessen Zugabe zur Homodimerisierung der EmNHR1-Liganden-bindungsdomäne führte. Außerdem wurde mit EmHNF4 ein weiterer Rezeptor charakterisiert, dessen humanes Homolog die Entwicklung der Leber beeinflusst. RT-PCR-Experimente zeigten, dass die zwei entdeckten Isoformen von EmHNF4 stadienspezifisch exprimiert werden, was auf mögliche Funktionsunterschiede deutet. Darüber hinaus wurde sowohl für EmNHR1, als auch für EmHNF4 beobachtet, dass die DNA-Bindungsdomänen mit Komponenten des TGF-β/BMP-Signalwegs direkte Proteininteraktionen eingehen. Während EmNHR1 mit EmSmadC interagiert, zeigte EmHNF4b eine Reaktion mit EmSmadD und EmSmadE, was auf eine Kreuzkommunikation zwischen beiden Signalwegen deutet. Diese Ergebnisse werden zukünftige Studien bezüglich der Funktion von NHR-Signalwegen in Zestoden deutlich erleichtern. Weiterhin wurde in dieser Arbeit das erste serum-freie in vitro Kultivierungssystem für E. multilocularis etabliert. PanserinTM401 diente als Medium sowohl für die Kultur mit Fütterzellen als auch für eine axenische Kulturmethode. Mit Hilfe dieses Systems können in Zukunft Untersuchungen über die Rolle von Peptidhormonen wie FGF, oder lipophilen bzw. steroidalen Substanzen, wie Cholesterin, bei der Parasitenentwicklung besser untersucht werden.

In resent years the rate of biologics (proteins, cytokines and growth-factors) as newly registered drugs has steadily risen. The greatest challenge for pharmaceutical biologics poses its arrival at the desired target location due to e.g. proteolytic and pH dependent degradation, plasma protein binding, insolubility etc. Therefore, advanced drug delivery systems, where biologics are site directed immobilized to carriers mimicking endogenous storage sites such as the extra cellular matrix can enormously assist the application and consequently the release of exogenous administered pharmaceutical biologics. We have resorted to the fibroblast growth factor 2/ heparansulfate/ fibroblast growth factor bindingprotein 1 system as a model. Phase I deals with the selection and subcloning of a wild type murine FGF-2 construct into the bacterial pHis-Trx vector system for high yields of expression and fast, feasible purification measurements. This first step enables the provision of mFGF-2, which plays a pivotal part as a growth factor in the wound healing process as well as the vascularization of tumors, for future investigations. Therefore, the correct expression of mFGF-2 was monitored via MALDI-MS and SDS-PAGE, whereas the proper folding of the tertiary beta-trefoil structure was assessed by fluorescence spectroscopy. The MTT assay allowed us to ensure that the bioactivity was comparable to sourced FGF-2. In the last step, the purity; a requirement for future binding- and protein-protein interaction assays was monitored chromatographically (RP-HPLC). In addition, a formulation for freeze-drying was developed to ensure protein stability and integrity over a period of 60 days. Altogether, the bacterial expression and purification proved to be suitable, leading to bioactive and stable production of mFGF-2. In Phase II the expression, purification and characterization of FGFBP1, as the other key partner in the FGF-2/ HS/ FGFBP1 system is detailed. As FGFBP1 exhibits a complex tertiary structure, comprised of five highly conserved disulfide bonds and presumably multiple glycosylation sites, a eukaryotic expression was used. Human embryonic kidney cells (HEK 293F) as suspension cells were transiently transfected with DNA-PEI complexes, leading to expression of Fc-tagged murine FGFBP1. Different PEI to DNA ratios and expression durations were investigated for optimal expression yields, which were confirmed by western blot analysis and SDS-PAGE. LC-MS/MS analysis of trypsin and elastase digested FGFBP1 gave first insights of the three O-glycosylation sites. Furthermore, the binding protein was modified by inserting a His6-tag between the Fc-tag (for purification) and the binding protein itself to enable later complexation with radioactive 99mTc as radio ligand to track bio distribution of administered FGFBP1 in mice. Overall, expression, purification and characterization of mFGFBP1 variants were successful with a minor draw back of instability of the tag free binding protein. Combining the insights and results of expressed FGF-2 as well as FGFBP1 directed us to the investigation of the interaction of each partner in the FGF-2/ HS/ FGFBP1 system as Phase III. Thermodynamic behavior of FGF-2 and low molecular weight heparin (enoxaparin), as a surrogate for HS, under physiological conditions (pH 7.4) and pathophysiological conditions, similar to hypoxic, tumorous conditions (acidic pH) were monitored by means of isothermal titration calorimetry. Buffer types, as well as the pH influences binding parameters such as stoichiometry (n), enthalpy (ΔH) and to some extent the dissociation constant (KD). These findings paved the way for kinetic binding investigations, which were performed by surface plasmon resonance assays. For the first time the KD of full length FGFBP1 and FGF-2 was measured. Furthermore the binding behavior of FGF-2 to FGFBP1 in the presence of various heparin concentrations suggest a kinetic driven release of bound FGF-2 by its chaperone FGFBP1. Having gathered multiple data on the FGF-2 /HS /FGFBP1 system mainly in solution, our next step in Phase IV was the development of a test system for immobilized proteins. With the necessity to better understand and monitor the cellular effects of immobilized growth factors, we decorated glass slides in a site-specific manner with an RGD-peptide for adhesion of cells and via the copper(I)-catalyzed-azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) a fluorescent dye (a precursor for modified proteins for click chemistry). Human osteosarcoma cells were able to grow an the slides and the fluorescence dye was immobilized in a biocompatible way allowing future thorough bioactivity assay such as MTT-assays and phospho-ERK-assays of immobilized growth factors. / In den letzten Jahren ist der Anteil an Biologika (Proteine, Zytokine und Wachstumsfaktoren), die neu zugelassen wurden, kontinuierlich angestiegen. Die größte Herausforderung für Biopharmazeutika stellt das Erreichen des gewünschten Wirkortes dar, aufgrund von beispielsweise enzymatischen und pH abhängigem Abbau, Plasmaproteinbindung, und niedriger Löslichkeit. Daher können moderne Wirkstoffträgersysteme, in denen Biologika ortsspezifisch an Träger immobilisiert sind und endogene Aufbewahrungsorte nachahmen, wie zum Beispiel die extrazelluläre Matrix, die Anwendung enorm erleichtern und folglich auch die Freisetzung von Biopharmazeutika, die exogen verabreicht wurden ermöglichen. Wir haben uns auf das Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2/ Heparansulfat/ Fibroblasten-Wachstumsfaktor Bindungsprotein 1 (FGF-2/ HS/ FGFBP1) System als Modell gestützt. Abschnitt I handelt von der Auswahl und der Subklonierung von einem wildtypischen, murinen FGF-2 Konstrukt in ein bakterielles pHis-Trx Vektorsystem – für hohe Ausbeuten bei der Expression und für eine schnell durchführbare Aufreinigung. Dieser erste Schritt ermöglicht die Bereitstellung von mFGF-2 für zukünftige Untersuchungen, das eine zentrale Rolle als Wachstumsfaktor im Wundheilungsprozess spielt, genauso wie bei der Gefäßversorgung von Tumoren. Daher wurde die richtige Expression von mFGF-2 durch MALDI-MS und SDS-PAGE überwacht, wobei die korrekte Faltung der tertiären beta-Faltblatt-Struktur durch Fluoreszenzmikroskopie ausgewertet wurde. Mit dem MTT Test konnten wir gewährleisten, dass die Bioaktivität von mFGF-2 und dem käuflich erworbenen FGF-2 übereinstimmen. Im letzten Schritt wurde die Reinheit, die eine wichtige Voraussetzung für künftige Bindungs- und Protein-Protein-Wechselwirkung-Untersuchungen darstellt, chromatographisch (RP-HPLC) überwacht. Des Weiteren wurde eine Formulierung zur Gefriertrocknung entwickelt, um die Stabilität und Unversehrtheit des Proteins über 60 Tage sicherzustellen. Insgesamt erwiesen sich die bakterielle Expression und Aufreinigung als geeignet und führten zur Herstellung von bioaktivem und stabilem mFGF-2. Im Abschnitt II wird die Expression, Aufreinigung und Charakterisierung von FGFBP1 genau beschrieben, ein ebenso wichtiger Partner im FGF-2/HS/FGFBP1-System. Da FGFBP1 eine komplexe tertiäre Struktur aufweist, die aus fünf hochkonservierten Disulfidbrücken und vermutlich einigen Glykosylierungsstellen besteht, wurde ein eukaryotisches Expressionssystem angewendet. Menschliche embryonale Nierenzellen (HEK 293F) wurden als Suspensionszellen transient mit DNA-PEI Komplexen transfiziert und führten zur Expression von Fc markiertem mausartigem FGFBP1. Verschiedene PEI:DNA Verhältnisse wurden untersucht, sowie die Dauer der Expression variiert, um die Ausbeute der Expression zu optimieren. Die Ergebnisse wurden mittels Western Blot und SDS-PAGE bestätigt. Die LC-MS/MS Messung, des mit Trypsin und Elastase verdautem FGFBP1, ergaben erste Erkenntnisse über die drei O-Glykosylierungsstellen. Des Weiteren wurde das Fusionsprotein durch Einschub eines His6-tags zwischen den Fc-tag und FGFBP1 erweitert, um dem Protein die Eigenschaft zu geben, mehrwertige Kationen zu komplexieren. 99mTc, als radioaktiver Ligand, kann in späteren Untersuchungen die Verteilung im Gewebe, anhand von Mäusen darstellen. Die Expression, Aufreinigung, sowie die Charakterisierung von den murinen FGFBP1 Varianten war erfolgreich, jedoch erwies sich das Bindungsprotein ohne Fc-Teil als weniger stabil. Durch Zusammenfassung der Ergebnisse und Erkenntnisse der beiden exprimierten Proteine mFGF-2 und FGFBP1, konnten wir die Wechselwirkungen der Partner im FGF-2 /HS / FGFBP1 Systems untereinander im Abschnitt III untersuchen. Isotherme Titrationskalorimetrie wurde herangezogen, um das thermodynamische Verhalten von FGF-2 mit niedermolekularem Heparin (Enoxaparin), als Stellvertreter für HS, unter physiologischen Bedingungen (pH 7,4) und pathologischer Bedingungen (saurer pH, hervorgerufen durch Sauerstoffmangel im Tumorgewebe) aufzuklären. Sowohl die Art des Puffersystems als auch der pH Wert beeinflussen die Bindungsparameter: Enthalpie (DH), die Stöchiometrie (n) und zu einem gewissen Teil sogar die Dissoziationkonstante (KD). Die thermodynamischen Untersuchungen ermöglichten im folgenden Schritt, mittels Oberflächen Plasmon Resonanz (SPR), kinetische Bindungsverhältnisse zu ermitteln. Zum ersten Mal wurde dank der SPR Dissoziationskonstanten von FGFBP1 und FGF-2 erfasst. Da alle bisherigen Erkenntnisse des FGF-2/ HS/ FGFBP1 Systems hauptsächlich von in Lösung gebrachten Partnern gewonnen wurden, erfolgte im Abschnitt IV die Entwicklung eines Testsystems für immobilisierte Proteine. Durch die zwingende Notwendigkeit zelluläre Effekte von immobilisierten Wachstumsfaktoren zu verstehen und zu beobachten, haben wir Objektträger aus Glas, in einem ortsspezifischem Verfahren mit einem RGD-Peptid, für die Zellanhaftung und mittels 1,3-Dipolare Cycloaddition einen Fluoreszenzfarbstoff (ein Vorläufer für „clickbare“, modifizierte Proteine) dekoriert. Menschliche Knochenkrebszellen waren in der Lage auf diesen Objektträgern zu wachsen und der Farbstoff konnte in einem nicht zytotoxischen Verfahren spezifisch an der Oberfläche immobilisiert werden. Dieses Testsystem erlaubt in Zukunft ausführliche Bioaktivitäts- und Proliferationsstudien von immobilisierten Proteinen durchzuführen.

Universiẗat, Diss., 2001--Gießen.

N-Cadherin, ein Mitglied der klassischen Cadherin Familie vermittelt durch homophile Bindungen der extrazellulären Domänen (EZD) zwischen benachbarten Zellen Zell-Zell-Kontakte. Im Nervensystem kontrolliert es zahlreiche Aufgaben wie beispielsweise die Ausbildung von Synapsen, die synaptische Plastizität, das Auswachsen von Axonen und deren richtungsgezielte Orientierung. In Untersuchungen zum Axonwachstum von cerebellären Körnerzellen konnte von Doherty et al. (1995, 1996) gezeigt werden, dass die isolierte EZDI-V von N-Cadherin über den FGFR-1 (Fibroblastenwachstumsfaktor-Rezeptor-1) ein richtungsvermitteltes Auswachsen von Axonen verursacht. Basierend auf diesen Beobachtungen wurde ein Bindungsmodell erstellt (Doherty et al., 1996). Dieses geht davon aus, dass zwischen transdimeren N-Cadherin-Molekülen, über die Aminosäuren IDPVNGQ der EZD Wechselwirkungen mit den Aminosäuren HAV der EZD von FGFR-1 auftreten (siehe hierzu Abb. 17). Der dadurch dimerisierte FGFR-1 bewirkt innerhalb der Nervenzelle eine intrazelluläre Signaltransduktion, die in einem zielgerichteten Axonwachstum resultiert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, dieses Bindungsmodell näher zu untersuchen. Ausgehend von den für N-Cadherin und FGFR-1 kodierenden cDNAs und entsprechenden Vektorsystemen wurden in CHO-Zellen stabile Zelllinien erstellt. Das zugrundeliegende Expressionssystem führte zu einem Ausschleusen der für die Experimente notwendigen Fc-Fusionsproteine in den Kulturüberstand. Eine daran anschließende auf Protein A basierende Affinitätschromatographie des Kulturüberstandes ermöglichte die Isolierung und Anreicherung der Fc-Fusionsproteine. Desweiteren wurden Expressionsvektoren verwendet, die für subzelluläre Lokalisationsuntersuchungen verwendet wurden. Zu Beginn der Bindungsstudien wurde Untersuchungen zum Axonwachstum cerebellärer Körnerzellen durchgeführt. Diese dienten zum einen der Überprüfung der von Doherty und Walsh (1996) durchgeführten Experimente zum Längenwachstum cerebellärer Körnerzellen in Gegenwart ausgewählter Zelladhäsionsmoleküle (NCAM, L1 und N-Cadherin), zum anderen dienten sie der Überprüfung der Funktionalität der FGFR-1-und N-Cadherin-spezifischen Peptide (HAV und IDPVNGQ). Wie zu erwarten wurde durch Zugabe von N-Cadherin EZDI-V ein Axonlängenwachstum festgestellt, dass durch Zugabe der HAV- und IDPVNGQ-Peptide inhibiert wurde. Für den Auschluß der Wirkung von Fremdproteinen wurden in der vorliegenden Arbeit direkte Bindungsstudien durchgeführt. Hierzu wurden sowohl ELISA- als auch in Dot-Blot-Experimente durchgeführt. Diese ergaben eine Wechselwirkung der EZD von FGFR-1 und N-Cadherin. Eine von DsRed-FGFR-1 abhängige Lokalisation von GFP-N-Cadherin in CHO-Zellen deutete ebenfalls auf eine Interaktion hin. Nähere Bindungsstudien zeigten, dass die Bindungsmotive IDPVNGQ und HAV für eine Wechselwirkung der FGFR-1- und N-Cadherin-spezifischen EZDs bedeutungslos sind. Auch an der Laserpinzette durchgeführte Untersuchungen ergaben, das Wechselwirkungen zwischen N-Cadherin (auf Mikroperlen immobilisiert) und PC12-Zellen in Gegenwart der inhibierenden IDPVNGQ- und HAV-Peptide nicht verhindert werden konnten. Zusammenfasssend ist es gelungen zum ersten Mal eine direkte Wechselwirkung zwischen N-Cadherin und FGFR-1 nachzuweisen. Allerdings konnte in Kompetitionsexperimenten eine Bedeutung der postulierten Bindungsmotive nicht bestätigt werden. / N-cadherin, a member of the classic cadherin family, mediates intercellular contacts between neighbouring cells through homophile bonds. In the nervous system, it is involved in numerous functions, such as the formation of synapses, synaptic plasticity, the development of axons and their spatio-controlled orientation. In studies regarding axonal growth of cerebellar granule cells, Doherty et al., (1995, 1996) were able to demonstrate that the isolated extracellular domain I-V (ECDI-V) of N-cadherin together with FGFR-1 (Fibroblast Growth Factor Receptor-1) induces directional development of axons. Based on these observations, a bonding model was derived (Doherty et al., 1996), assuming that ECD-directed interactions with the HAV amino acids of the FGFR-1-ECD occur via the IDPVNGQ amino acids from the ECD of N-cadherin (see Fig. 17). Consequently, dimerized FGFR-1 induce intracellular signalling within the nerve cells, resulting in continuous axonal growth. The aim of this thesis was to examine the bonding model in more detail. In order to conduct studies of interactions between N-cadherin and FGFR-1 respective expression vectors were constructed and used to generate stable cell lines for protein production. Subsequent to expression and secretion of the fusion proteins into the supernatant, purification was performed by protein A-specific affinity chromatography. In addition expression vectors were generated suitable for investigating subcellular localization of N-cadherin-GFP in the presence /absence of FGFR-1-dsRed. Initial binding studies were conducted on cerebellar granule cells, firstly to confirm CAM-dependency of axonal growth as shown by Doherty and Walsh (1996) and secondly functionality of the inhibitory FGFR-1- and N-cadherin-specific peptides (HAV and IDPVNGQ) on N-cadherin binding activity. As expected, addition of N-cadherin EZDI-V to cerebellar granule cells resulted into axonal growth, whereas the presence of the inhibitory HAV- und IDPVNGQ-peptides reduced binding of N-cadherin EZDI-V to cerebellar granule cells significantly. To exclude unspecifity of protein interactions in such complex binding studies, protein-protein interactions were performed by either ELISA- and Dot-Blot-Assays. In both assays interaction between the ECD of N-cadherin and FGFR-1 was detected. FGFR-1-dsRed-dependent localization of N-cadherin-EGFP in CHO-cells additionally indicated interaction between both proteins. Detailed binding studies revealed no effect of the inhibitory binding peptides HAV und IDPVNGQ on the ECD-interaction of N-cadherin and FGFR-1. Supporting these results was the observation, that in laser tweezer experiments binding of N-cadherin EZDI-V (immobilized onto microbeads) to cultured PC-12 cells could not be prevented by the inhibitory binding peptides HAV und IDPVNGQ. In conclusion, this thesis demonstrates for the first time binding of the ECD of N-cadherin to that of FGFR-1. However, the significance of the binding motives HAV und IDPVNGQ for N-cadherin/FGFR- interaction could not be confirmed in competition experiments and remains questionable.