Embryonic stem (ES) cells offer a valuable source for generating insulin-producing cells. However, current differentiation protocols often result in heterogeneous cell populations of various developmental stages. Here we show the activin A-induced differentiation of mouse ES cells carrying a homologous dsRed-IRES-puromycin knock-in within the Sox17 locus into the endoderm lineage. Sox17-expressing cells were selected by fluorescence-assisted cell sorting (FACS) and characterized at the transcript and protein level. Treatment of ES cells with high concentrations of activin A for 10 days resulted in up to 19% Sox17-positive cells selected by FACS. Isolated Sox17-positive cells were characterized by defini- tive endoderm-specific Sox17/Cxcr4/Foxa2 transcripts, but lacked pluripotency-associated Oct4 mRNA and protein. The Sox17-expressing cells showed downregulation of extraembryonic endoderm (Sox7, Afp, Sdf1)-, mesoderm (Foxf1, Meox1)- and ectoderm (Pax6, NeuroD6)-specific transcripts. The presence of Hnf4α, Hes1 and Pdx1 mRNA demonstrated the expression of primitive gut/foregut cell-specific markers. Ngn3, Nkx6.1 and Nkx2.2 transcripts in Sox17-positive cells were determined as properties of pancreatic endocrine progenitors. Immunocytochemistry of activin A-induced Sox17-positive embryoid bodies revealed coexpression of Cxcr4 and Foxa2. Moreover, the histochemical demonstration of E-cadherin-, Cxcr4-, Sox9-, Hnf1β- and Ngn3-positive epithelial-like structures underlined the potential of Sox17-positive cells to further differentiate into the pancreatic lineage. By reducing the heterogeneity of the ES cell progeny, Sox17-expressing cells are a suitable model to evaluate the effects of growth and differentiation factors and of culture conditions to delineate the differentiation process for the generation of pancreatic cells in vitro. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Studies on pancreatic cell physiology rely on the investigation of exocrine and endocrine cells in vitro. Particularly, in the case of the exocrine tissue these studies have suffered from a reduced functional viability of acinar cells in culture. As a result not only investigations on dispersed acinar cells and isolated acini were limited in their potential, but also prolonged studies on pancreatic exocrine and endocrine cells in an intact pancreatic tissue environment were unfeasible. To overcome these limitations, we aimed to establish a pancreas tissue slice culture platform to allow long-term studies on exocrine and endocrine cells in the intact pancreatic environment. Mouse pancreas tissue slice morphology was assessed to determine optimal long-term culture settings for intact pancreatic tissue. Utilizing optimized culture conditions, cell specificity and function of exocrine acinar cells and endocrine beta cells were characterized over a culture period of 7 days. We found pancreas tissue slices cultured under optimized conditions to have intact tissue specific morphology for the entire culture period. Amylase positive intact acini were present at all time points of culture and acinar cells displayed a typical strong cell polarity. Amylase release from pancreas tissue slices decreased during culture, but maintained the characteristic bell-shaped dose-response curve to increasing caerulein concentrations and a ca. 4-fold maximal over basal release. Additionally, endocrine beta cell viability and function was well preserved until the end of the observation period. Our results show that the tissue slice culture platform provides unprecedented maintenance of pancreatic tissue specific morphology and function over a culture period for at least 4 days and in part even up to 1 week. This analytical advancement now allows mid -to long-term studies on the cell biology of pancreatic disorder pathogenesis and therapy in an intact surrounding in situ.

Background: Pancreatic cancer is one of the leading causes of cancer-related death. Using DNA gene expression analysis based on a custom made Affymetrix cancer array, we investigated the expression pattern of both primary and established pancreatic carcinoma cell lines. Methods: We analyzed the gene expression of 5 established pancreatic cancer cell lines (AsPC-1, BxPC-3, Capan-1, Capan-2 and HPAF II) and 5 primary isolates, 1 of them derived from benign pancreatic duct cells. Results: Out of 1,540 genes which were expressed in at least 3 experiments, we found 122 genes upregulated and 18 downregulated in tumor cell lines compared to benign cells with a fold change > 3. Several of the upregulated genes (like Prefoldin 5, ADAM9 and E-cadherin) have been associated with pancreatic cancer before. The other differentially regulated genes, however, play a so far unknown role in the course of human pancreatic carcinoma. By means of immunohistochemistry we could show that thymosin [β-10 (TMSB10), upregulated in tumor cell lines, is expressed in human pancreatic carcinoma, but not in non-neoplastic pancreatic tissue, suggesting a role for TMSB10 in the carcinogenesis of pancreatic carcinoma. Conclusion: Using gene expression profiling of pancreatic cell lines we were able to identify genes differentially expressed in pancreatic adenocarcinoma, which might contribute to pancreatic cancer development. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) has an extremely poor prognosis. To improve the prognosis, novel molecular markers and targets for earlier diagnosis and adjuvant and/or neoadjuvant treatment are needed. Recent advances in human genome research and high-throughput molecular technologies make it possible to cope with the molecular complexity of malignant tumors. With DNA array technology, mRNA expression levels of thousand of genes can be measured simultaneously in a single assay. As several studies using microarrays in PDAC have already been published, this review attempts to compare the published data and therefore to validate the results. In addition, the applied techniques are discussed in the context of pancreatic malignancies. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Hintergrund: Ziel der Studie war der Vergleich von Patienten mit duktalem Pankreaskarzinom (PDAC) im progressionsfreien und Gesamtüberleben sowie im Rezidivmuster in Abhängigkeit einer Resektion der Vena portae oder der Vena mesenterica superior (PV/SMV). Methoden: Es wurde eine retrospektive Analyse durchgeführt. Hierbei wurden Patienten betrachtet, die zwischen 2005 und 2015 eine pyloruserhaltende partielle Pankreatoduodenektomie (PPPD), eine klassische Pankreatoduodenektomie (kPD) oder eine totale Pankreatektomie (TP) erhielten. Diese wurden in drei Gruppen eingeteilt. Die P+I+- Gruppe bestand aus Patienten mit Venenresektion (P+), bei denen eine pathohistologische Infiltration der PV oder SMV vorlag (I+). Fand sich bei durchgeführter Venenresektion keine portalvenöse Infiltration (I-), wurden die Patienten der P+I--Gruppe zugeordnet. Als Kontrollgruppe galten Patienten ohne Venenresektion (P-I-), welche zu denen der P+I+- Gruppe gematcht wurden. Die statistischen Analysen wurden mit dem R Softwarepaket durchgeführt. Das Signifikanzlevel wurde für alle Berechnungen auf α = 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Insgesamt wurden 179 Patienten eingeschlossen. 113 erhielten eine portalvenöse Resektion. Davon hatten 36 (31,9%) eine pathohistologische Lumeninfiltration (P+I+), bei 77 (68,1%) lag dagegen keine Infiltration vor (P+I-). 66 Patienten ohne Venenresektion wurden zu den Patienten der P+I+-Gruppe gematcht (P-I-). Zwischen den drei Gruppen waren die meisten pathohistologischen Parameter vergleichbar. 17 Patienten (9,5%) wurden neoadjuvant therapiert, davon erhielten 16 eine Venenresektion (P+). Für das Gesamtüberleben konnten signifikante Unterschiede nachgewiesen werden (11,9 Monate [P+I+] vs. 16,1 Monate [P+I-] vs. 20,1 Monate [P-I-]; p=0,01). In der univariaten Überlebensanalyse konnte für den erhöhten präoperativen CA19-9 Wert, den Resektionsstatus (R), den Lymphknotenstatus (N), das Lymphknotenverhältnis (LNR), die mikroskopische Veneninvasion (V) sowie die pathohistologisch gesicherte Infiltration der PV/SMV ein negativer Einfluss nachgewiesen werden. In der multivariaten Analyse blieb die wahre Infiltration der PV/SMV als einziger signifikanter negativer Einflussfaktor auf das Gesamtüberleben erhalten (p=0,014). Die Inzidenz an Fernmetastasen war in der P+I+- Gruppe signifikant erhöht (75% [P+I+] vs. 45,8% [P+I-] vs. 54,7% [P-I-], p=0,01). Für ein Lokalrezidiv fanden sich dagegen keine Häufigkeitsunterschiede zwischen den Gruppen (p=0,96). Das mediane progressionsfreie Überleben war für Patienten der P+I+-Gruppe signifikant verkürzt (7,4 Monate [P+I+] vs. 10,9 Monate [P+I-] vs. 11,6 Monate [P-I-]; p=0,02). Die Lumeninfiltration der PV/SMV, die mikroskopische Veneninvasion (V), der präoperative CA19-9 Wert sowie der Differenzierungsgrad (G) waren negative Einflussfaktoren auf das progressionsfreie Überleben. In der multivariaten Analyse blieben die pathohistologisch gesicherte Infiltration sowie das Grading als negative unabhängige Einflussfaktoren nachweisbar. In 25% der Fälle manifestierte sich das Rezidiv initial in der Leber. Schlussfolgerung: Die pathohistologisch gesicherte Infiltration der PV/SMV ist ein unabhängiger Risikofaktor für das progressionsfreie und das Gesamtüberleben. Die Inzidenz an Fernmetastasen ist für die Patienten der P+I+-Gruppe erhöht. Eine potentiell kurative venöse Resektion kann den Einfluss der aggressiven Tumorbiologie und des fortgeschrittenen Krankheitsbildes nicht vollständig kompensieren. / Background. The present study aims to evaluate the longterm outcome and metastatatic pattern of patients who underwent an operation for pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) with portal or superior mesenteric vein (PV/SMV) resection. Methods. Patients who underwent a pylorus preserving pancreaticoduodenectomy (PPPD), Whipple procedure (kPD) or total pancreatoduodenectomy (TP) between 2005 and 2015 were retrospectively analyzed. The patients were categorized in three subgroups. Those whom received a vein resection with pathohistological tumor invasion of the PV/SMV (P+I+) those at whom underwent vein resection but without pathohistological tumor invasion (P+I-) and lastly a third group (P-I-) matched to the P+I+ included patients without vein resection. Statistical analysis was performed using the R software package. The significance level for all calculations was set at α = 0.05. Results. The study cohort included 179 patients, 113 of whom underwent simultaneous PV/SMV resection. 36 patients (31,9%) had pathohistological tumor infiltration (P+I+), 77 (68,1%) did not (P+I-). 66 patients without vein resection (P-I-) were balanced by the P+I+ group. Most of pathohistological tumor characteristics were comparable between groups. 17 patients (9.5%) received neoadjuvant therapy, 16 of them were in vein resection group (P+). The study revealed differences in overall median survival (11.9 months [P+I+] vs. 16.1 months [P+I-] vs. 20.1 months [P-I-]; p=0.01). Univariate survival analysis shown negative consequences for CA19-9, resection margin (R), status of nodal metastasis (N), lymph node ratio (LNR), microvascular vein invasion (V) and true invasion of the PV/SMV. Multivariate survival analysis identified true invasion of the PV/SMV as the only significant, negative prognostic factor (p= 0.01). Whereas the incidence of local tumor recurrence was comparable (p=0.96), the proportion of patients with distant metastasis showed significant differences (75% [P+I+] vs. 45.8% [P+I-] vs 54.7% [P-I-]; p=0.01). The median time to progression were significantly shorter if the PV/SMV was infiltrated (7,4 months [P+I+] vs. 10,9 months [P+I-] vs. 11,6 months [P-I-]; p=0.02). Univariate progression analysis revealed significances for true invasion of the PV/SMV, microvascular vein invasion (V), CA19-9 and histologic classification (G). Multivariate progression analysis detected pathohistological invasion of the PV/SMV and histologic classification (G) as independent factors. Initial liver metastasis occurred in 25% of the patients. Conclusions. Pathohistological invasion of the PV/SMV is an independent risk factor for overall and progression free survival. Patients of P+I+-group had a higher incidence of distant metastasis, local progression is comparable. Even radical and complete resection cannot completely compensate for aggressive tumor biology and advanced disease. Modifiziert nach Mierke et al., 2016

<p>Akrilamid&nbsp; je toksična hemijska supst anca koja je već dugi niz godina prisutna u životnoj sredini,&nbsp; jer se kao važan monomer koristi u različite industrijske i laboratorijske svrhe. U poslednjih petnaest godina, akrilamid je postao posebno zanimljiv za &scaron;ire naučne krugove jer&nbsp; se pokazalo da&nbsp; se&nbsp; nalazi&nbsp; i u&nbsp; hrani&nbsp; biljnog porekla, posebno hrani bogatoj skrobom, koja se priprema pečenjem ili prženjem na temperaturama vi&scaron;im od 120&deg;C.&nbsp; Do sada ustanovljeni negativni zdravstveni efekti akrilamida su veoma raznovrsni i mogu biti rezultat delovanja samog&nbsp; akrilamida ili delovanja njegovog metabolita glicidamida koji nastaje&nbsp; in vivo&nbsp; kada se jedan deo molekula akrilamida metaboli&scaron;e oksigenacijom dvostruke veze pomoću enzima citohrom P450 2E1 (CYP2E1). Akrilamid je supstanca koja ima dokazan negativan efekat&nbsp; na organske sisteme kod ljudi i životinja, i koja je svrstana u moguće humane karcinogene. Negativan efekat akrilamida na egzokrini pankreas je poznat, ali o mogućim efektima akrilamida na endokrini pankreas se i dalje veoma malo zna. Ima puno dokaza koji&nbsp; ukazuju na to da akrilamid ima citotoksični efekat koji se&nbsp; manifestuje kroz uticaj na redoks-status ćelija i dovodi do promena u vrednostima biomarkera oksidativnog i nitrozativnog stresa, kao i u aktivnosti antioksidativnih enzima. Pankreas&nbsp; je&nbsp; jedan od ciljnih&nbsp; organa za delovanje akrilamida te je&nbsp; glavni predmet istraživanja&nbsp; doktorske teze&nbsp; bio proučavanje potencijalnog efekta akrilamida na endokrini pankreas pacova.&nbsp; Ispitivanje je vr&scaron;eno na 3&nbsp; eksperimentalne grupe&nbsp; juvenilnih&nbsp; mužjaka pacova soja Wistar,&nbsp; od kojih je&nbsp; jedna grupa bila kontrolna, dok su dve bile tretirane&nbsp; sa akrilamidom u dozama od 25 mg/kg tm i 50 mg/kg tm,&nbsp; 5 dana nedeljno,&nbsp; tokom 3 nedelje. Po isteku tretmana,&nbsp; nakon dekapitacije, kompletno tkivo pankreasa&nbsp; je&nbsp; fiksirano u 10% rastvoru formalina&nbsp; tokom&nbsp; 24&nbsp; h i obrađeno prema&nbsp; standardnoj proceduri za kalupljenje u parafinu.&nbsp; Parafinski kalupi su sečeni na serijske preseke debljine 5 &micro;m, nakon čega su bojeni&nbsp; histohemijskom i imunohistohemijskim metodama.&nbsp; Kod eksperimentalnih grupa posmatrane&nbsp; su&nbsp; histolo&scaron;ke promene na endokrinom pankreasu, sa akcentom na &alpha;-&nbsp; i &beta;-ćelije.&nbsp; Takođe, posmatrana je&nbsp; i&nbsp; ekspresija&nbsp; hormona insulina i glukagona, enzima inducibilne azot -oksi d&nbsp; sintetaze (iNOS) i&nbsp; CYP2E1,&nbsp; kao&nbsp; i ekspresija&nbsp;&nbsp; antioksidativnih enzima&nbsp; katalaza&nbsp; (CAT) i superoksid dismut aza 1 i 2&nbsp; (SOD1 i SOD2)&nbsp; u ćelijama Langerhansovih ostrvaca. Potencijalna promena u funkcionalnosti &beta;-ćelija je ispitana i kroz analizu nivoa glukoze u serumu pacova tretiranih sa akrilamidom.<br />Budući da &beta;-ćelije čine 80% ćelija koje grade Langerhansova ostrvca pankreasa,&nbsp; pored in vivo&nbsp; eksperimenata, ispitana&nbsp; je&nbsp; i toksičnost akrilamida na&nbsp; Rin-5F ćelijsku liniju insulinoma &beta;-ćelija pacova u in vitro uslovima. Glavni cilj in vitro&nbsp; istraživanja je bio&nbsp; da se&nbsp; ispita&nbsp; uticaj&nbsp; rastućih&nbsp; koncentracija akrilamida na preživljavanje tretiranih&nbsp; Rin-5F&nbsp; ćelija, ali i efekat IC₅₀&nbsp; koncentracije ove supstance primenjene&nbsp; tokom&nbsp; različitih vremenskih intervala&nbsp; (0,5, 1, 3, 6, 12 i 24 h)&nbsp; na pojavu oksidativnog i nitrozativnog stresa. Redoks-status Rin-5F ćelija tretiranih&nbsp; sa akrilamidom je ispitan preko analize prisustva biomarkera oksidativnog i nitrozativnog stresa, akrivnosti CAT i ukupne SOD, kao i promene u ekspresiji gena za CAT, SOD1, SOD2&nbsp;&nbsp; i iNOS.&nbsp; Pored toga, analiziran je i efekat istog tretmana na&nbsp; ekspresiju gena za insulin, CYP2E1, Bax i Bcl-2. U okviru teze je pokazano da akrilamid ne dovodi do&nbsp; značajnih promena u histolo&scaron;koj građi, dijametru i broju Langerhansovih ostrvaca&nbsp; kod&nbsp; tretiranih životinja.&nbsp; Primena stereolo&scaron;kih metoda&nbsp; je&nbsp; ukazala&nbsp; na mikrostrukturne promene na&nbsp; endokrinom pankreasu na nivou &alpha;-&nbsp; i &beta;-ćelija. U ovoj tezi je po prvi put pokazano da tretman akrilamidom negativno utiče na broj i povr&scaron;inu &beta;-ćelija pankreasa.&nbsp; U tezi je, takođe,&nbsp; pokazan&nbsp; značajan dozno-zavisni pad u prisustvu insulina u &beta;-ćelijama&nbsp;&nbsp; pankreasa. Uprkos&nbsp; tome, kod&nbsp; akrilamidom tretiranih&nbsp; životinja&nbsp; nije konstatovana&nbsp; promena&nbsp; u&nbsp; koncentraciji serumske glukoze.&nbsp; U&nbsp; ovoj tezi je pokazano da tretman akrilamidom dovodi do&nbsp;&nbsp; statistički značajnog porasta&nbsp; u broju &alpha;-ćelija&nbsp; kod životinja koje su primale nižu dozu tretmana, dok se&nbsp; broj &alpha;-ćelija&nbsp; kod životinja koje su primale vi&scaron;u dozu tretmana&nbsp; ne razlikuje značajno od kontrole.&nbsp; Tretman akrilamidom je doveo do značajnog&nbsp; porasta u količini&nbsp;&nbsp; prisutnog glukagona&nbsp; u &alpha;-ćelijama pankreasa.<br />Tretman akrilamidom nije doveo do značajne promene u ekspresiji CAT, SOD1 i SOD2 u ćelijama Langerhansovih ostrvaca.&nbsp; Kod&nbsp; tretiranih životinja&nbsp; do&scaron;lo do značajnog dozno-zavisnog porasta&nbsp; u ekspresiji&nbsp; enzima iNOS,&nbsp; dok je ekspresija&nbsp; CYP2E1 značajno dozno-zavisno opala&nbsp; nakon tretmana. U&nbsp; tezi je pokazano da tretman akrilamidom negativno utiče na vijabilnost Rin-5F ćelija, i utvrđeno je da IC50&nbsp; koncentracija akrilamida za Rin-5F ćelije iznosi 10 mM.&nbsp; Rezultati teze pokazuju da tretman akrilamidom u IC₅₀&nbsp; koncentraciji u Rin-5F ćelijskoj liniji značajno povećava nivo malondialdehida (MDA) nakon tretmana u trajanju od 1, 12 i 24 h.&nbsp; Isti tretman&nbsp; značajno smanjuje nivo redukovanog GSH nakon tretmana od 1, 3, 6, 12 i<br />24 h, kao i nivo slobodnih&nbsp; &ndash;SH grupa nakon tretmana od 3 i 6 h. Tretman akrilamidom u IC_50&nbsp; koncentraciji signifikantno pojačava aktivnost CAT nakon tretmana od 1 h, dok tretman u trajanju od 12 h značajno smanjuje aktivnost ovog enzima. Ovaj tretman smanjuje aktivnost SOD nakon 1, 12 i 24 h, dok&nbsp; tretman u trajanju od 6 h značajno pojačava aktivnost enzima SOD.&nbsp; U tezi je, takođe, pokazan i veoma značajan porast&nbsp; u nivou prisutnih nitrita,&nbsp; koji&nbsp; je direktno proporcionalan&nbsp; sa nivoom azot-oksida i nivoom akivnosti enzima iNOS.&nbsp; Ovaj&nbsp; nalaz ukazuje na potencijalnu pojavu nitrozati vnog stresa u akrilamidom-tretiranim Rin-5F ćelijama.&nbsp; U&nbsp; tezi je po prvi put pokazano da tretman&nbsp; akrilamidom dovodi do&nbsp; značajnih&nbsp; varijacija&nbsp; u transkripciji gena za iNOS, SOD1, SOD2,&nbsp; CAT,&nbsp; CYP2E1,&nbsp; Bax i Bcl-2 u tretiranim Rin-5F ćelijama, dok isti tretman ne dovodi do&nbsp; promene nivoa&nbsp; transkripcije gena za insulin.&nbsp; Tretman akrilamidom u koncentraciji od 10<br />mM tokom rastućih vremenskih perioda dovodi do porasta u relativnoj količini iRNK<br />gena za iNOS u svim tačkama tretmana, do porasta&nbsp; nivoa&nbsp; iRNK za SOD1 i SOD2 nakon tretmana od 12 i 24 h, kao i do porasta&nbsp; količine&nbsp; iRNK za CAT nakon tretmana od 3 h.&nbsp; U&nbsp; tezi je pokazano&nbsp; i&nbsp; da akrilamid&nbsp; izaziva&nbsp; promene&nbsp; u sintezi&nbsp; iRNK&nbsp; za enzim&nbsp; CYP2E1&nbsp; koji je&nbsp; posebno značajan u kontekstu detoksikacije ove toksične supstance.&nbsp; Porast u transkripciji gena za&nbsp; CYP2E1&nbsp; je uočen&nbsp; nakon tretmana u trajanju od 0,5 i 1 h, dok je&nbsp; do smanjenja transkripcije&nbsp; do&scaron;lo&nbsp; nakon tretmana od 12&nbsp; i 24&nbsp; h.&nbsp; Tretman akrilamidom u koncentraciji od&nbsp; 10 mM tokom rastućih vremenskih perioda dovodi do porasta u relativnoj količini iRNK&nbsp; gena za Bax u svim tačkama tretmana, i do porasta u transkripciji gena za Bcl-2 nakon tretmana od 0,5, 1 i 3 h.<br />Sumirajući&nbsp; sve&nbsp; rezultate&nbsp; ove teze,&nbsp; moze se zaključiti&nbsp; da je endokrini pankreas&nbsp; jedno od&nbsp; ciljnih tkiva, na koje akrilamid ostvaruje vi&scaron;estruki negativni uticaj.</p> / <p>Acrylamide is a toxic chemical used as an important monomer for various industrial and laboratory purposes, which makes it highly present in the environment. In the last fifteen years, acrylamide has become especially interesting for wider scientific circles when it was found in staple foodstuff rich in starch, prepared at temperatures higher than 120&deg;C. The established negative health effects of acrylamide are very diverse and can be the result of the acrylamide action itself or the action of its metabolite glycidamide that occurs in vivo, when acrylamide molecule is metabolized via oxygenation of the double bond by the cytochrome P450 2E1 (CYP2E1). Acrylamide is a substance with a proven adverse effect on humans and animals, and it is classified as a possible human carcinogen. The negative effect of acrylamide on the exocrine pancreas has already been recognized, but the possible effects of acrylamide&nbsp; on endocrine pancreas are still mostly undetermined. There is a significant amount of evidence to suggest that acrylamide exerts a cytotoxic effect which manifests through the changes in level of oxidative and nitrosative stress biomarkers, as well as in the activity of antioxidant enzymes. Since, pancreas is one of the target organs for acrylamide, the main subject of doctoral thesis was to investigate the potential effect of acrylamide on the rat endocrine pancreas. The investigation was conducted on 3 experimental groups of juvenile male Wistar rats, of which one group was the control group, while two groups were treated with acrylamide at doses of 25 mg/kg bw and 50 mg/kg bw, 5 days a week, during 3 weeks. After termination of the treatment, decapitation was performed, and the complete pancreatic tissue was fixed in a 10% formalin solution for 24 h and treated according to the standard paraffin embedding procedure. Paraffin molds were cut into 5 &mu;m thick serial sections, after which they were stained with histochemical and immunohistochemical methods. Histological changes ofthe endocrine pancreas, with the emphasis on &alpha;- and &beta;-cells, were examined in three experimental groups of rats. In addition, the expression of insulin and glucagon hormone, the inducible nitric oxide synthase (iNOS) and CYP2E1 enzymes, and the expression of antioxidative enzymes catalase (CAT) and superoxide dismutases 1 and 2&nbsp; (SOD1 and SOD2) in the islets of Langerhans were also investigated. A potential change in the functionality of &beta;-cells was also examined by analyzing glucose level in the serum of rats treated with acrylamide. In pancreatic islets of Langerhans the majority of cells (&gt;80%) are &beta;-cells. Therefore, in addition to in vivo experiments, the toxicity of acrylamide was examined in vitro on rat insulinoma Rin-5F cell line.The main goal of in vitro research was to investigate the impact of increasing acrylamide concentrations on the viability of treated Rin-5F cells, and also to examine whether IC50 concentration of this substance, applied at different intervals of time (0.5, 1, 3, 6, 12 and 24 h), induce oxidative and nitrosative stress. Redox-status of Rin-5F cells treated with acrylamide was examined by analyzing oxidative and nitrosative stress biomarkers, CAT and total SOD activity, as well as changes in the expression of the CAT, SOD1, SOD2 and iNOS. In addition, the effect of the same treatment on the transcription of the insulin, CYP2E1, Bax and Bcl-2 gene was analyzed.The results of the thesis showed that acrylamide treatment does not lead to significant changes in the histological structure, diameter and number of islets of Langerhans of treated animals. Application of stereological methods indicated microstructural changes of &alpha;- and &beta;-cells ofendocrine pancreas. It has been shown for the first time that treatment with acrylamide negatively affects the number and surface area of pancreatic &beta;-cells. In addition, a significant dose-dependent decline in the amount of insulin in pancreatic &beta;-cells was also demonstrated. However, no change in serum glucose level was observed in treated animals. Acrylamide treatment led to a statistically significant increase in the number of &alpha;-cells in animals receiving a lower dose of treatment, while the number of &alpha;-cells in animals receiving a higher dose of treatment did not differ significantly from the control. Treatment with acrylamide led to a significant increase in the amount of the glucagon in &alpha;-cells. Treatment with acrylamide did not cause a significant change in the expression of CAT, SOD1 and SOD2 in islets of Langerhans. However, there was a significant dosedependent increase in the&nbsp; expression of iNOS enzyme, whereas expression of CYP2E1 significantly decreased in dose-dependent manner in treated animals. Results of the thesis showed that acrylamide exerts a negative effect on the viability of Rin-5F cell line. It has been established that the IC50 concentration of acrylamide for the Rin-5F cell line is 10 mM. The results of the thesis indicate that treatment of Rin-5F cell line with IC50 concentration of acrylamide for 1, 12, and 24 h significantly increased the level of malondialdehyde (MDA). Exposure to acrylamide for 1, 3, 6, 12 and 24 h significantly decreased the level of reduced GSH, while the level of free -SH groups was reduced after 3 and 6 h of acrylamide treatments. Treatment with IC50 concentration of acrylamide significantly enhanced CAT activity after 1 h of acrylamide exposure, while 12 h exposure significantly reduced the activity of this enzyme. Application of acrylamide reduced SOD activity after 1, 12, and 24 h exposure, while 6 h exposure significantly increased the activity of SOD enzymes. Results of the thesis also showed a very significant increase of the nitrite level, which is directly proportional to the level of nitrogen oxide (NO) and the level of the iNOS activity. This finding points to the potential occurrence of nitrosative stress in acrylamide-treated Rin-5F cells. It has been shown for the first time that acrylamide treatment leads to significant variations in transcription of iNOS, SOD1, SOD2, CAT, CYP2E1, Bax and Bcl-2 genes in treated Rin-5F cells, while the same treatment does not affect transcription of the insulin gene. Treatment with acrylamide at a concentration of 10 mM for increasing periods of time leads to an increase in the relative amount of the iNOS gene iRNA at all treatment points. Twelve and and 24 h of acrylamide exposure increased the transcription of the SOD1 and SOD2 genes. Transcription of CAT gene was increased after 3 h&nbsp; ofacrylamide exposure. Furthermore, it has been shown that acrylamide treatment leads to variations in the mRNA synthesis of CYP2E1 gene, which is particularly significant in the context of detoxification of this toxic substance. An increase in the transcription ofthe CYP2E1&nbsp; gene was observed after 0.5 and 1 h of acrylamide exposure, while the reduction of&nbsp; transcription occurred after 12 and 24 h of acrylamide exposure. The treatment with 10 mM acrylamide has led to an increase of the transcription of the Bax gene at all treatment points, and also to an increase of transcription of the Bcl-2 gene after of 0.5, 1, and 3 h of acrylamide exposure. Summarizing all the results of this thesis, it can be concluded that the endocrine pancreas&nbsp; is one of the target tissues of acrylamide, to which this substance exerts a multiple adverse effects.</p>

In den letzten Jahren ergaben sich zunehmend deutliche Hinweise, dass das Immunsystem eine wesentliche Rolle bei der Entstehung und dem Fortschreiten von Tumoren sowie beim Ansprechen auf verschiedene Therapieverfahren spielt. Fridman und Kollegen haben den Weg für die Untersuchung der Bedeutung von Immunzellen im klinischen Kontext geebnet, indem sie zeigten, dass eine erhöhte Infiltration von CD3+ und CD8+ T-Lymphozyten im invasiven Randbereich und im Tumorzentrum mit einer verlängerten Überlebenszeit von Patienten mit kolorektalem Karzinom (CRC) verbunden ist. Folglich wurde eine höhere Frequenz intratumoraler CD8+ T-Zellen, die für ihr zytotoxisches Potenzial und ihre Fähigkeit zur direkten Eliminierung von Tumorzellen bekannt sind, bei vielen Tumorarten mit einer besseren Prognose in Verbindung gebracht. Im Gegensatz dazu wurde eine erhöhte intratumorale Dichte von M2-polarisierten Makrophagen, die typischerweise durch einen tumorfördernden Phänotyp gekennzeichnet sind, mit einem schlechteren klinischen Verlauf in Verbindung gebracht. Des Weiteren korrelierte der Grad der Infiltration von tumorassoziierten Immunzellen auch mit dem Ansprechen auf verschiedene Tumortherapien, einschließlich Immun-Checkpoint-Inhibitoren (CPI). So war zum Beispiel eine höhere Frequenz Melanom-infiltrierenden CD8+ T-Zellen vor Therapiebeginn prädiktiv für Patienten, die auf eine CPI-Therapie ansprachen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die CPI-Behandlung zu einer Erhöhung der intratumoralen Dichte von T-Zellen führt, was positiv mit der Regression des Tumors korreliert. Andere Immunzellen, darunter M1-Makrophagen, B-Zellen und aktivierte CD4+ T-Gedächtniszellen, wurden ebenfalls mit dem Ansprechen auf die Therapie und dem verlängerten Überleben von Melanom- und Urothelkrebspatienten in Verbindung gebracht. Somit sind die Frequenz, der Subtyp und die funktionelle Ausrichtung von Immunzellen eng mit der Tumorentstehung, dem Fortschreiten des Tumors und dem Ansprechen auf die Therapie assoziiert. Dendritische Zellen (DCs), die eine zentrale Rolle bei der Induktion und Regulation der angeborenen und adaptiven Immunität spielen, können die Intensität und Qualität der gegen den Tumor gerichteten T-Zell-Antworten erheblich beeinflussen. Darüber hinaus kann ihr Zusammenspiel mit Natürlichen Killerzellen und B-Zellen die Antitumorimmunität weiter modulieren. Unreife oder ungenügend aktivierte DCs wirken immunsuppressiv und fördern das Tumorwachstum. Trotz ihrer wesentlichen Rolle bei der Initiierung und Gestaltung der tumorgerichteten Immunität sowie ihrer aus therapeutischer Sicht attraktiven funktionellen Plastizität sind verschiedene humane DC-Subpopulationen in humanen Tumorgeweben wenig untersucht worden. Darüber hinaus wurde ihre Modulation durch Tumortherapien, wie beispielsweise die neoadjuvante Radiochemotherapie (nRCT), bisher kaum erforscht. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, neue Erkenntnisse über die Tumorimmunarchitektur vom duktalen Adenokarzinom des Pankreas (PDAC) und CRC zu gewinnen, wobei der Schwerpunkt auf T-Zellen und DCs lag. Zunächst wurde der Kenntnisstand über PDAC-infiltrierende CD3+ T-Zellen erweitert, indem verschiedene Oberflächenmoleküle, wie der “inducible T cell costimulator” (ICOS), das “programmed cell death protein 1” (PD-1) und das “lymphocyteactivation gene 3” (LAG-3) evaluiert wurden, die sich als wichtige therapeutische Ziele für diese Tumorentität erweisen könnten. Des Weiteren wurden PDAC-assoziierte T-Zellen im Rahmen einer neoadjuvanten Chemotherapie phänotypisch charakterisiert und das Vorhandensein, die Lokalisierung und die klinischen Assoziationen verschiedener DC-Untergruppen in der Mikroumgebung des PDAC-Tumors untersucht. Ein weiteres Ziel bestand darin, die Häufigkeit, Verteilung und klinische Relevanz plasmazytoider DCs (pDCs) in CRCs sowie deren Modulation durch eine neoadjuvante nRCT zu analysieren. Zur Untersuchung dieser Fragestellungen wurden sowohl klassische immunhistochemische und Immunfluoreszenz-Färbungen als auch Multiplex-Immunfluoreszenz-Färbungen von Formalin-fixierten und Paraffin-eingebetteten Tumorgewebeproben durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass ein erhöhter Anteil an LAG-3+ T-Zellen ein unabhängiger prognostischer Marker für ein kürzeres krankheitsfreies Überleben bei PDAC darstellt, was LAG-3-basierte Therapiestrategien zu attraktiven Optionen für diesen Tumortyp macht. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass eine neoadjuvante Chemotherapie PDAC-assoziierte T-Zellen in Richtung eines proinflammatorischen Profils verschiebt, das durch mehr Effektor CD4+ T-Helferzellen (ThZellen), weniger regulatorische T-Zellen (Tregs), eine erhöhte Sekretion von Tumornekrosefaktor-alpha und Interleukin (IL)-2 sowie eine verminderte Produktion von IL-4 und IL-10 gekennzeichnet ist. Diese Erkenntnis könnte die Entwicklung kombinatorischer Strategien unterstützen, einschließlich neoadjuvanter Chemotherapie und Immuntherapie, um bei PDACPatienten eine verstärkte Antitumorimmunität zu induzieren. Neben der verbesserten Charakterisierung von PDAC-infiltrierenden T-Zellen ergab sich, dass konventionelle DCs vom Typ 1 und Typ 2 (cDC1s und cDC2s) sowie pDCs wichtige Bestandteile der PDAC-Immunarchitektur sind und dass die räumliche Verteilung dieser DCSubtypen in Bezug auf Tumorgröße und klinisches Überleben von Bedeutung ist. Während eine höhere Häufigkeit von in den Tumorzellverband eindringenden (IET)-cDC1s und -cDC2s mit dem pT1-Stadium im Vergleich zum pT2-Stadium und dem UICC-I-Stadium im Vergleich zum UICC-IIStadium assoziiert war, konnte für die im Tumorstroma (TS) lokalisierten cDC kein solcher Zusammenhang festgestellt werden. Darüber hinaus korrelierte eine höhere Dichte von TScDC1s und -pDCs sowie von IET-cDC2s positiv mit einem besseren krankheitsfreien Überleben. Hervorzuheben ist, dass sich eine höhere Frequenz der TS-infiltrierenden cDC1s und pDCs als unabhängige prognostische Marker für ein besseres klinisches Überleben erwiesen. In weiteren Untersuchungen konnten pDCs auch in allen analysierten Gewebeproben von Kolonkarzinom-Patienten nachgewiesen werden. Dabei waren höhere pDC-Dichten signifikant mit weniger fortgeschrittenen Tumorstadien und einem verbesserten progressionsfreien und Gesamtüberleben assoziiert. Darüber hinaus ergab sich, dass eine erhöhte pDC-Infiltration ein unabhängiger Prädiktor für ein besseres progressionsfreies Überleben bei Kolonkarzinom-Patienten ist. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Kolonkarzinom-infiltrierende pDCs eine antitumorale Wirkung vermitteln. Um diesen Aspekt weiter zu untersuchen, wurden räumliche Analysen durchgeführt und gezeigt, dass Kolonkarzinom-infiltrierende pDCs bevorzugt in der Nähe von CD8+ T-Zellen im Vergleich zu Tregs im TS lokalisiert sind. Weiterhin konnten pDCs erstmals in der T-Zell-Zone von Kolonkarzinom-assoziierten tertiären lymphatischen Strukturen (TLS) nachgewiesen werden, denen eine große Bedeutung bei der Initiierung und Regulierung der adaptiven Antitumorimmunität zugesprochen wird. Interessanterweise wies ein relevanter Anteil der pDCs in unmittelbarer Nähe von Granzym B (GrzB)-exprimierenden CD8+ T-Zellen im TS sowie CD4+ Th-Zellen im TLS einen aktivierten Phänotyp auf, was durch die nukleäre Lokalisation des Interferon-Regulationsfaktors 7 nachgewiesen wurde. Dies ist eine weitere mögliche Erklärung für den positiven Zusammenhang zwischen einer höheren pDC-Dichte und einem besseren klinischen Verlauf. Bei der Untersuchung des Einflusses einer nRCT auf Rektumkarzinom-infiltrierende pDCs zeigte sich, dass diese Therapie einen Einfluss auf deren Häufigkeit und deren Phänotyp hat. So wurde eine signifikant höhere Frequenz von pDCs in nRCT-behandelten gegenüber unbehandelten Tumoren sowie ein erhöhter Anteil an reifen und aktivierten pDCs nach nRCT beobachtet, was den klinischen Nutzen dieser Therapieoption für Rektumkarzinompatienten teilweise erklären könnte. Insgesamt liefert diese Arbeit neue Informationen über die Immunarchitektur sowohl vom PDAC als auch vom CRC. Insbesondere die PDAC-assoziierten LAG-3+ T-Zellen, cDC1s und pDCs erwiesen sich als potenzielle prognostische Marker für das Überleben und sind vielversprechende therapeutische Ziele für diese Tumorentitäten. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass eine höhere Frequenz von Kolonkarzinom-infiltrierenden pDCs positiv und signifikant mit einem verbesserten klinischen Verlauf assoziiert ist und die potentiellen antitumoralen Effekte der pDCs auf ihrer Interaktion mit zytotoxischen GrzB+CD8+ T-Zellen im TS und Effektor CD4+ Th-Zellen im TLS beruhen. Des Weiteren ergaben sich Hinweise, dass eine neoadjuvante Therapie die Häufigkeit und/oder den Phänotyp von PDAC-assoziierten T-Zellen und von Rektumkarzinom-infiltrierenden pDCs erheblich modulieren kann. Insgesamt können diese Erkenntnisse einen wesentlichen Beitrag zur Identifizierung neuer prognostischer Marker und Konzeption optimierter Therapiestrategien für Tumorpatienten leisten.

Diabetes ist ein weltweites Problem, das durch den Verlust oder die Dysfunktion der Insulin-produzierenden β-Zellen des Pankreas verursacht wird. In seltenen Fällen entsteht Diabetes durch eine Mutation in einem einzigen Gen. Diese monogenetischen Formen des Diabetes können zur Identifizierung neuer Regulatoren der β-Zellen-Entwicklung und -Funktion beitragen. In der vorliegenden Arbeit habe ich neue putative Diabetes-assoziierte Gene untersucht, die zuvor durch „Next-Generation“ Sequenzierung in einer Gruppe von Kindern und Jugendlichen mit idiopathischem Diabetes festgestellt wurden. Insbesondere analysierte ich neuartige Mutationsvarianten in Genen kodierend für Histone deacetylase 4 (HDAC4), Glioma-associated oncogene homolog 1 (GLI1) und Glioma-associated oncogene homolog 2 (GLI2). Basierend auf den folgenden Kriterien wurden diese Transkriptionsregulatoren zur weiteren funktionellen Analyse priorisiert: Genetische Information, Patientenphänotyp und Expressionsprofil der Kandidaten Gene in Mauspankreas-Vorläuferzellen. Um die Rolle der Varianten während der pankreatischen Zelltypspezifizierung zu untersuchen, nutzte ich die CRISPR-Cas9 Methode in Kombination mit Stammzellendifferenzierung. Im Detail generierte ich diverse Stammzellen mittels CRISPR-Cas9, die die Mutationsvarianten der Patienten trugen und differenzierte diese zu β-ähnlichen Zellen. Weitere in vitro und Transkriptionsanalysen zeigten, dass die Variante c.C4661T in GLI2 die Entwicklung der β-ähnlichen Zellen beeinträchtigte, was für eine genetische Prädisposition zur Entwicklung von Diabetes verantwortlich sein kann. Zusätzlich nutzte ich diese Plattform, um neue extrinsische Faktoren zu untersuchen und zeigte, dass die fördernde Rolle von HC toxin (HDAC Inhibitor) und SLIT3 (ROBO Ligand) konserviert ist. Zusammenfassend habe ich eine Differenzierungsplattform etabliert, um die Rolle von genetischen und extrinsischen Faktoren für die Entwicklung des Pankreas und/oder β-Zellen zu untersuchen. / Diabetes is a worldwide health problem caused by the loss or dysfunction of the insulin-secreting β-cells in the pancreas. Unelucidated forms of monogenic diabetes, arising from rare mutations in one single gene, represent invaluable models for identifying new targets of β-cell development and function. In this study, I focused on putative disease-associated genes for diabetes that have been previously identified by next-generation sequencing of a cohort of patients with puberty-onset diabetes. In particular, I investigated unique mutant variants in genes coding for Histone deacetylase 4 (HDAC4), Glioma-associated oncogene homolog 1 (GLI1) and Glioma-associated oncogene homolog 2 (GLI2). These transcriptional regulators were prioritized for functional analysis based on patient phenotype, expression level in pancreas progenitor cells and available genetic information. To investigate the role of the genetic mutant variants in pancreatic cell fate decisions and cell function, I used the CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeat)-Cas9 genome editing technology in combination with human induced pluripotent stem cell (iPSC)-directed β-cell differentiation. Employing these approaches, I established several patient-like iPSC lines carrying the identified heterozygous missense variants. Specifically, functional experiments and whole transcriptome analysis showed that the variant c.C4661T in GLI2 impairs human β-cell differentiation and β-cell function, which might be responsible for a genetic predisposition to develop diabetes. In addition, I used the same iPSC-based differentiation model system to study novel extrinsic factors, namely the HDAC inhibitor HC toxin and the ROBO ligand SLIT3 and uncovered their conserved role in enhancing human β-cell development. Taking together, I established a human iPSC differentiation platform to study critical genes and extrinsic factors that are necessary for human pancreas development and/or β-cells.

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(English) Perfluorocarbons (PFC) are hydrocarbons in which some or all of the hydrogen atoms are replaced with fluorine. PFC have a very high capacity for dissolving oxygen. They are chemically and biologically inert. The most successful clinical application of PFC is the "two-layer method" for pancreas preservation before islet isolation. The two-layer organ preservation method (TLM) is based on oxygenated perfluorocarbon overlaid with University of Wisconsin (UW) solution. In experiment it has been successfully used for heart and intestine transplantation. We tested whether this technique would prevent tissue damage and improve results of kidney, pancreas and islets of Langerhans transplantation with prolonged ischemia time in an experimental model of syngenic rats. In kidney and islets of Langerhanse transplantation model we used TLM preservation method. In pancreas transplantation model we used perfluorohexyloctane (PFH) as a new generation of less lipophilic PFC. 1. Kidneys were stored for 24 hours either in UW solution (n = 16), with TLM (n = 16) or transplanted immediately (control group, n = 12). In half of the animals, survival was observed and in the other animals grafts were procured for semiquantitative histological scoring and TUNEL apoptosis assessment 24 h after transplantation....