Universiẗat, Diss., 2000--Dortmund.

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

Tierärztliche Hochsch., Diss., 2003--Hannover.

Neben den omnipotenten embryonalen Stammzellen existieren im menschlichen Körper adulte mesenchymale Stammzellen (MSZ). Diese Zellen sind in mesenchymalen Geweben über den gesamten Organismus verteilt und sorgen für die Entwicklung und Erneuerung von mesenchymalen Geweben wie Knochen, Knorpel und Bändern. Daher gelten die MSZ im Gegensatz zu den omnipotenten embryonalen Stammzellen als multipotent. Diese verschiedenen MSZ stellen keine homogene Population dar, zeigen aber sowohl in vivo und auch in vitro ein ähnliches Differenzierungsverhalten. In der vorliegenden Arbeit wurde nun eine aus den Knochentrabekeln selbst isolierte MSZ-Population, so genannte bhMSZ, mit MSZ aus dem Knochenmark, mhMSZ genannt, mittels Array-Analyse miteinander verglichen. Die technische Evaluation des Array respektive der zugehörigen SAM-Analyse (significance analysis of microarrays) mittels konventioneller oder Real-Time PCR diente dazu, die Verlässlichkeit der Aussage der Hybridisierungsverfahren zu überprüfen. Dies wurde mit einem Set an ausgewählten Genen durchgeführt, die signifikant differentiell exprimiert waren, und die im Rahmen der Stammzellbiologie relevant erschienen. Die Analyse zeigte, dass die Übereinstimmung der Aussage im Array in über 80 % mit den Ergebnissen der RT-PCR kongruent war. Auf Grund starker interindividueller Schwankungen zeigte sich aber auch, dass die Anzahl der Spender 5 nicht unterschreiten sollte. Im Rahmen der Untersuchungen ergab sich, dass offenbar bei MSZ der Passage 0 eine Kontamination der MSZ mit Plasmazellen vorliegt. Weitere Versuche zeigten, dass erst das Passagieren der MSZ kontaminierende Plasmazellen weitgehend aus der Zellkultur entfernte. Aus diesem Grund wurde in einer weiteren Array Analyse das Transkriptom von MSZ aus Knochentrabekeln mit MSZ aus dem Knochenmark in Passage 1 verglichen. Es zeigten sich in einer stringenten SAM-Analyse keine Unterschiede im Transkriptom. Für klinische Anwendungen scheinen die bhMSZ daher auf Grund der aufwendigeren Isolierung und des dennoch eher geringen Zellgewinns nicht im gleichen Maß für klinische Anwendungen geeignet wie mhMSZ. / The human body contains besides omnipotent embryonal stem cells also adult mesenchymal stem cells (MSC). These cells are spread all over the organism in mesenchymal tissues and are responsible for the development and regeneration of mesenchymal tissues like bone, cartilage and ligaments. Therefore these cells are called multipotent in comparison to the omnipotent embryonal stem cells. The different types of MSC are not a homogeneous population, but show in vivo and in vitro a similar differentiation behavior. The aim of this work was to compare the population of MSC isolated from bone marrow stroma (bhMSC) with MSC isolated from bone fragments (bhMSC) via microarray analysis. The technical evaluation of this array was performed by conventional or real-time PCR to evaluate the reliability of the hybridization procedure. This was done with an assortment of genes, which were differentially expressed, and were estimated to be relevant for the biology of stem cells. The analysis showed 80% accordance between the results of the microarray analysis and the PCR. In addition, the results showed that the number of the analysed individuals shouldn’t be under 5, because of a high interindividual variability. Besides this the experiments showed, that MSC of passage 0 are obviously contaminated with plasma cells. Further tests showed that contaminating plasma cells were widely removed in cell cultures of MSC passage 1. Therefore an additional array analysis was performed comparing MSC isolated from bone marrow stroma in passage 1 with those isolated from bone fragments. No difference could be observed in terms of their transcriptomes obtained by stringent SAM analysis. For clinical purposes bhMSC seem to be less suited because of the more sophisticated isolation procedure and nevertheless the lower cell number yield.

Alle Retroviren prozessieren ihre Pol- und Strukturproteine mit Hilfe der viralen Protease. In dieser Arbeit wurden zentrale Mechanismen der Regulation der foamyviralen Protease untersucht und charakterisiert. Dazu wurde eine chromatographische Virusreinigungsmethode entwickelt und die relative Pol- und Env-Enkapsidierung bestimmt. Foamyviren enthalten weniger Pol als andere Retroviren aber deutlich mehr Env als humane Immunodefizienzviren. Die Pol-Inkorporation könnte durch die limitierte Prozessierung mit nur einer einzigen Schnittstelle in Gag und Pol kompensiert werden. Deshalb wurde untersucht, ob die foamyvirale Protease ein beschränktes Schnittstellenrepertoire aufweist. In Zellkulturen sind die Schnitt-stellenpositionen P2’ und P2 auf die Aminosäurereste Valin und Valin/Asparagin beschränkt. Demnach hat die foamyvirale Protease ein eingeschränkteres Schnittstellenrepertoire als die Protease des humanen Immunodefizienzvirus. Weiterhin wurde hier gezeigt, dass die vollständige reverse Transkription die Prozessierung von Gag voraussetzt und Proteaseaktivität-defiziente oder Gag-Schnittstellen-defiziente Viren keine vollständige cDNA bilden können. Demnach kompensieren Foamyviren die niedrige Proteasekonzentration, indem sie sicherstellen, dass die reverse Transkription erst nach der Gag-Maturation vollendet werden kann. Weiterhin wird bei humanen Immunodefizienzviren durch die Gag-Maturation die essenzielle Mobilität der wenigen Env-Trimere auf der Hüllmembran getriggert. Die erstmals in dieser Arbeit bei Foamyviren quantifizierte Env-Menge ergab, dass Foamyviren 28 mal mehr Env- pro Gag-Molekül als humane Immunodefizienzviren besitzen. Wahrscheinlich dient dieser hohe Env-Gehalt der Kompensation der eingeschränkten Env-Mobilität, die durch die limitierte Gag-Prozessierung an nur einer carboxyterminalen Schnittstelle verursacht wird. Da für die Aktivierung der foamyviralen Protease virale Ribonukleinsäure benötigt wird, wurde untersucht, welche Pol-Domänen für die Aktivierung der Protease benötigt werden. Im Gegensatz zur Integrase, deren Deletion in reduzierter Proteaseaktivität resultierte, war die funktionelle RNaseH-Domäne essenziell für die Gag-Prozessierung. Die Substitution der foamyviralen RNaseH durch RNaseH-Domänen von anderen Retroviren resultierte in genomunabhängiger Proteaseaktivität in Zellen und genomabhängiger Proteaseaktivität in den rekombinanten Viren. Demnach scheint die dimerstabilisierende Funktion der RNaseH durch direkte Protein-Protein-Interaktion oder durch unspezifische RNA-Bindung verursacht zu werden. / Retroviral Pol and structural proteins are processed by the viral protease. Here, central mechanisms of the foamy viral protease regulation were investigated and characterized. For determination of the relative Pol and Env encapsidation a novel chromatographic purification method was developed. In comparison with human immunodeficiency viruses, foamy viruses encapsidate less Pol but significantly more Env. Foamy viruses might compensate these low Pol amount by limiting Gag and Pol processing to a single cleavage site. I sought to investigate, whether a limited cleavage site repertoire of foamy viral protease might be a consequence of this restriction. In cell culture positions P2’ and P2 within the cleavage sites are invariant and restricted to valine and valine/asparagine, supporting the conclusion that foamy viral protease cleavage at more specific sites than its human immunodeficiency viral counterpart. Secondly, I could show that complete foamy viral reverse transcription is dependent on Gag maturation, since viruses deficient in protease activity or with an inactive Gag cleavage site were incapable of producing cDNA beyond the first strong stop. Thus, low protease encapsidation is compensated by a delay of the reverse transcription until sufficient Gag maturation occurred. The human immunodeficiency viral Gag processing triggers the mobility of the few Env trimmers on the viral membrane. This Env clustering was shown to be essential for infectivity. Here, foamy viral Env was quantified and found that foamy viruses incorporate 28 times more Env per Gag molecule than the human immunodeficiency viruses. It seems to be likely that these higher Env amounts are required to compensate for the lack of Env mobility due to the restricted Gag processing at a single site at the carboxyl terminus. The dimerization and activation of the foamy viral protease depends on the binding of viral RNA and protein-protein interactions. Since the protease is active in the Pol and in the PRRT context the Pol domains essential for protease activity were mapped. While deletion of the integrase in context of recombinant viruses resulted in reduced protease activity further deletion of the RNase H domains abolished protease function. Substituting the RNase H domain with the RNase H of other retroviruses could restore protease activity even in the absence of viral RNA in cells , but not in viruses. Thus, the RNase H domains serve as protein-protein interaction domain or might dimerize the PRRT domains by binding to unspecific RNA.

Charité Universitätsmedizin, Diss. u.d.T.: Methodenentwicklung zum Therapeutischen Drug Monitoring von Nukleosidalen Reverse Transkriptase Inhibitoren in humanem Plasma und peripheren mononukleären Zellen--Berlin, 2006.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2009.

Universiẗat, Diss., 2006--Giessen.

Universiẗat, Diss., 2006--Giessen.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2008.