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.

Serovare von Salmonella enterica subspecies enterica sind im allgemeinen pathogen für Mensch und andere Säugetiere. In dieser Arbeit habe ich anhand eines “Multilocus Sequences Typing” Typisierungsschemas die Populationsstruktur einer der am häufigsten auftretenden Serovaren dieser Subspecies, das aus Menschen und Schlachttieren isolierte Serovar Newport charakterisiert. Dieses Schema wurde auch für die Charakterisierung von Isolaten derselben Subspecies aus humanen Dauerträgern und Reptilien verwandt, um zu bestimmen, ob Isolate aus diesen Quellen sich in ihrer Populationstruktur von denjenigen unterscheiden, die aus anderen Quellen isoliert wurden. Multilocus Sequences Typing ist eine weitgehend für die Untersuchung der Evolution und Populationsstruktur von einen breiten Spektrum von Organismen verwendete Technik. 400 - 600 bp lange Fragmente von 7 Haushaltsgenen wurden sequenziert, und jede einzelne Sequenz jedes einzelnen Gens wurde eine Allelnummer zugeordnet. Jede einzelne Allelkombination wurde einem Sequenztyp zugeordnet. Die so gewonnenen Daten wurden weiter analysiert. Drei “Lineages”, Newport-I, Newport-II und Newport-III, wurden innerhalb dieses Serovars identifiziert, die jeweils aus Menschen in Europa, Tieren und Menschen in Nordamerika isoliert wurden. Der Multiresistenz-Phänotyp wurde häufiger in Newport II gefunden, während die meisten Newport III Isolate pan-sensitiv waren. Verglichen mit anderen Serovaren war die Anzahl von “Lineages” innerhalb Newport höher als bei Enteritidis, Kentucky und Typhimurium, aber niedriger als bei Paratyphi B. Das heisst, die Serovare von S. enterica subspecies enterica variieren stark in ihrer Populationsstruktur. Die Sequenztypen in Isolaten aus humanen Dauerträgern waren im allgemeinen am häufigsten in Isolaten von klinischen Patienten und Tieren vorhanden. In der Mehrheit der Serovaren waren die meisten Isolate aus Patienten und Tieren genetisch identisch mit solchen, die aus gesunden Trägern isoliert wurden. Die genetische Variabilität war zwischen Isolaten aus diesen Quellen vergleichbar. Diese Ergebnissen deuten daraufhin, dass Salmonellen aus Dauerträgern sowie Isolate aus Patienten und Tieren derselben Population angehören. Die meisten Serovare aus Reptilienisolaten waren genetisch identisch mit denen von Menschen und warmblütigen Tieren. In den Serovaren Bovismorbificans, Decatur, Miami und Oranienburg hingegen waren die meisten Isolate aus Reptilien genetisch anders als Isolate aus anderen Wirten. Allerdings wurden nur wenige Isolate der Serovaren Bovismorbificans, Decatur und Miami aus Reptilien und nur wenige Isolate der Serovaren Oranienburg aus anderen Quellen getestet; eine grössere Anzahl von Isolaten müsste daher untersucht werden, um festzustellen ob diese genetischen Unterschiede statistich signifikant sind oder nicht. / Serovars of Salmonella enterica subspecies enterica are generally pathogenic to humans and other mammals. In this study, I examined the population structure of one of the most common serovars of this subspecies isolated from humans and food animals, serovar Newport, using a multilocus sequence typing scheme. This scheme was also used to analyze isolates of this subspecies from chronic human carriers and reptiles to determine whether isolates from these sources represent distinct populations than those from other hosts. Multilocus sequence typing has extensively been used to study evolution and population structure of a wide range of organisms. 400-600 bp fragments of 7 housekeeping genes were sequenced and every unique sequence of each gene fragment was given a distinct allele number. Each unique combination of alleles was assigned a distinct sequence type number. The data were used in further analyses. Three lineages, namely Newport-I, Newport-II and Newport-III were identified within serovar Newport which were associated to European humans, animals and humans in North America, respectively. Multidrug resistance phenotypes were most common in Newport-II whereas most isolates in Newport-III were pan-susceptible. When compared to other serovars, the numbers of lineages within Newport were higher than for Enteritidis, Kentucky and Typhimurium but lower than for Paratyphi B. Therefore, serovars of S. enterica subspecies enterica vary greatly in their population structures. The sequence types observed for isolates from chronic human carriers were generally the most common among human-clinical and animal isolates. Most isolates from non-carrier humans plus animals were genetically identical to the carried isolates within most serovars. Genetic diversity was also comparable between isolates from these sources. These results suggest that salmonellae from chronic human carriers belong to the same population as isolates from non-carrier humans and animals. For most serovars, most isolates from reptiles were genetically identical to those from humans or other warm blooded animals. However, in serovars Bovismorbificans, Decatur, Miami and Oranienburg, most reptile isolates were genetically distinct from isolates from other hosts. Only few reptile isolates were tested from Bovismorbificans, Decatur and Miami and only few non-reptile isolates were tested from Oranienburg, and in larger numbers of such isolates would be needed to determine whether these differences are statistically significant.

Präeklampsie (PE) ist eine Komplikation, die während der Schwangerschaft auftritt, fast 2-8% aller Schwangerschaften betrifft und human spezifisch ist. PE ist eine der Hauptursachen für den Tod von Mutter und Kind. Eine abnormale Plazentaentwicklung aufgrund einer verminderten Trophoblasteninvasion und einem gestörten Umbau der Spiralarterien trägt zur Pathogenese der PE bei. Klinisch wird die PE durch Bluthochdruck und Proteinurie, auftretendnach der 20. Schwangerschaftswoche, diagnostiziert und kann durch eine Funktionsstörung von Organen begleitet werden. Bei besonders schweren Verläufen ist die frühzeitige Endbindung die letzte Möglichkeit das Überleben der Mutter zu gewährleisten. Das Ziel dieser Studie ist es, weitere Gene zu identifizieren, die durch ERVs in der menschlichen Plazenta spezifisch reguliert werden und in PE dysreguliert sind. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde das Transkriptom von primären menschlichen Trophoblastenzellen von 5 gesunden und 5 früh einsetzenden PE-Plazenten mittels RNA-Sequenzierung analysiert. Es wurden 335 Gene identifiziert, welche eine höhere Expression in den Trophoblastenzellen im Vergleich zu anderen Geweben aufwiesen. Zusätzlich zeigten einige der Gene (n=88) eine Co-Regulation der Expression durch retrovirale LTRs (10-kb 5‘ des transcription start side (TSS) des Gens). Hauptinteresse lag hierbei auf den Genen, welche ebenfalls eine Dysregulation in der PE aufwiesen (n = 16). Diese Studie identifizierte EPS8L1, das durch primaten-spezifisches ERV-LTR (MLT1G1) in Trophoblastenzellen reguliert wird, als einen wichtigen Faktor in der Entwicklung der menschlichen Plazenta. EPS8L1 ist in der PE Plazenta dysreguliert und involviert in mehrere Signalwege und die Funktionalität von Trophoblasten wie Invasion, Angiogenese und Redoxhomöostase. Hierdurch führt diese Arbeit zu einem besseren Verständnis der PE und deren human-spezifischer Natur. / Preeclampsia (PE) is a complication that occurs during pregnancy and affects almost 2-8% of all pregnancies and is often regarded as a human-specific disorder.1,2 PE is one of the major causes of maternal and fetal death.1 Failure of the trophoblast cells to invade into the maternal decidua results in the improper remodeling of spiral arteries leading to PE pathogenesis. Clinically, it is diagnosed as a maternal syndrome, diagnosed by the new-onset of hypertension and proteinuria or other end-organ dysfunction after the 20th week of pregnancy. So far, the only effective treatment of the disorder is the removal of the placenta tissue and delivery of the infant. The aim of this study is to identify additional genes that are regulated by the human ERV-LTRs in the human placenta specifically, and are dysregulated in PE. To achieve this aim, the transcriptome of primary human trophoblast cells of 5 healthy and 5 early-onset PE placentas were analyzed by RNA sequencing (RNA-seq). RNA-seq analysis identified genes (n=335) with stronger expression in the trophoblast cells as compared to other human body tissues. Additionally, some of the genes (n=88) showed co-regulation of expression by the human ERV-LTRs in their vicinity (10-kb upstream of transcription start side (TSS) of the gene). Since my interest was to identify the new targets of PE pathogenesis, so I focused on genes (n=16) with dysregulated expression in women presented with PE. This study identified a new gene EPS8L1, regulated by primate-specific ERV-LTR in trophoblast cells that has a predominant role in the human placenta development and demonstrated that its dysregulation affected multiple pathways involved in trophoblast function like invasion, angiogenesis and maintenance of cell redox homeostasis. Furthermore, this study leads to the better understanding of the disease by explaining certain aspects of human-specific nature of PE.