Newly established F1 hybrid Embryonic Stem cells allow the production of ES cell-derived animals at a high enough efficiency to directly make ES cell based genetics feasible. An F1 hybrid ES cell line, G4 was used to generate transgenic over-expressing cell lines. The consequence of the expression of a panel of transgenes was assessed directly from ES cell-derived embryos produced by the tetraploid complementation assay. The generation of ES cell-derived embryos/animals was very efficient. A sufficient number of mutants for initial phenotypic analyses was derived only a few weeks after the establishment of the cell lines. The genes used in the study had either angiogenic/vasculogenic, anti-angiogenic or unknown properties. Of these transgenic mouse lines VEGF-A and Flt-Fc were used to further elucidate the effects of altered VEGF signaling on cell fate decisions in embryonic development and ES differentiation in two experimental systems. A. Early but transient Flk-1 activation led to enhanced generation of blood progenitors, whereas continuous activation of Flk-1 abolished this effect and enhanced endothelial cell generation. Ex vivo analysis of cells derived from E7.5 embryos demonstrated that sFlt-1-mediated control of Flk-1 activity also impacted the fate of hematopoietic and endothelial cells. The Flt-1-Fc transgenic mouse model was used to alter Flk-1 activation in vivo and show the relevance of the in vitro observations. These results demonstrate that sFlt-1 regulates Flk-1 activation in an oxygen responsive manner. Inhibition of Flk-1 activation by sFlt-1 increases the specification of hemangioblasts to blood cells consistent with a VEGF-independent default mechanism. B. Ubiquitous over-expression of VEGF164 isoform led to E8.75 embryonic lethality. The primary cause of lethality was the failure to form an organized cardiovascular system, which was manifested in three ways: the absence of yolk sac blood vessels, the lack of embryonic-maternal circulation due to the failure of allantochorionic fusion and improper cardiac function. The described phenotypes suggest that VEGF does not inhibit embryonic or extra-embryonic mesoderm formation at gastrulation but perturbs the balance amongst the mesodermal components.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2001. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 112-133).

Psoriasiform diseases are a group of cutaneous disorders that are characterized by impaired keratinocyte maturation leading to epidermal hyperplasia and thickening of skin. This group of disorders includes psoriasis, seborrheic dermatitis (SD) and mycosis fungoides (MF). Psoriasis has been recently shown to be mediated by the pro-inflammatory T helper cell subset, namely Th17 cells, whereas the pathogenesis of SD and MF are still poorly understood. SD is characterized by inflamed skin that primarily manifests on areas populated with sebaceous glands. Interestingly, SD is very common amongst immunosuppressed patients such as those with HIV-AIDS, suggesting the importance of an immune response in the development of SD. Because SD shares common clinical and histopathological features with psoriasis, a disease in which Th17 axis cytokines is known to be involved, and given that Th17 cells and their related cytokines have been implicated in the pathogenesis of a wide range of autoimmune and inflammatory disorders, it is possible that Th17 axis cytokines play a role in the pathogenesis of SD. We explored the involvement of Th17 axis cytokines in a D2C mouse model of psoriasiform disease that shows a high degree homology to the clinicopathological characteristics of human seborrheic dermatitis. IL-6 and IL-23, which are important for the differentiation of Th17 cells, and IL-17 and IL-22, which are the Th17 effector molecules, were measured at both protein and mRNA levels in sera and lesional skin from D2C mice. An immunohistochemical analysis was also performed to detect the presence of IL-17 in D2C lesional skin relative to normal skin from DBA/2 controls. Our data demonstrated significantly elevated levels of IL-6, IL-17 and IL-22 in sera from diseased D2C mice compared to controls and/or convalescent mice. There were no significant differences in IL-23 protein levels in sera from D2C mice compared to those from wild type mice or convalescent D2C mice. RT-PCR revealed a significant increase in IL-23 and IL-17 gene expression in D2C lesional skin relative to normal skin. Gene expression levels of IL-22, but not IL-6, were statistically significant elevated in D2C skin lesions compared to controls, by real time PCR. Our IHC study of IL-17 expression showed an abundance of positively stained mononuclear cells in D2C lesional skin relative to DBA/2 normal skin. Altogether, our data demonstrate that Th17 axis cytokines are elevated locally at mRNA levels for IL-23, IL-17, and IL-22 and systematically at protein levels for IL-6, IL-17, and IL-22. This data lay the foundation for further studies investigating a role for Th17 axis cytokines in the cutaneous inflammatory disease seen in our mouse model of SD and, ultimately, in the development of human SD. Mycosis fungoides (MF) is the most common type of cutaneous T cell lymphoma (CTCL). The etiology of MF is unknown, but there is substantial evidence suggesting a potential role for a yet unidentified infectious agent in the pathogenesis of MF. Many studies have claimed that there is an association between MF and the Human T cell Lymphotorpic Virus Type 1 (HTLV-I); however, the involvement of this virus in the etiology of MF is a controversial topic. In our study, we used nested PCR to explore the association between HTLV-I infection and MF by screening genomic DNA from 114 skin biopsies for the presence of HTLV-I provirus. We also utilized a ViroChip and high-throughput sequencing (HTS), as a case study, to attempt to detect novel virus-specific oligonucleotides that may be associated with CTCL. Our data showed no evidence for HTLV-I proviral integration in the 114 MF samples that were screened using nested-PCR. The ViroChip and HTS results also did not reveal any signature sequence for known or unknown infectious agent in the CTCL case study. Collectively, this data argue against the involvement of HTLV-I provirus in the pathogenesis of MF.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die T-Zell akute lymphoblastische Leukämie (T-ALL) ist eine aggressive Krebserkrankung mit hoher Rezidivwahrscheinlichkeit und insgesamt schlechter Prognose, die häufig durch ein fehlreguliertes, meist konstitutiv aktives Notch1 gekennzeichnet ist. Ungeachtet der wichtigen Rolle von Notch1 in der T-Zell-Entwicklung sind die genauen Mechanismen, mit denen ein fehlreguliertes Notch1-Signal zur Karzinogenese führt, bislang unverstanden. Diese Fragen können mithilfe eines Rattenmodells (NICA-Ratten), das durch die transgene Expression von konstitutiv aktivem Notch1IC in Thymozyten charakterisiert ist, untersucht werden. Diese Tiere entwickeln mit hoher Inzidenz thymische Lymphome, welche sich durch unerwartete phänotypische Eigenschaften und eine rasche leukämische Aussaat auszeichnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Rattenmodell der T-ALL verwendet, beim dem es durch adoptiven Transfer von Lymphomzellen aus NICA-Ratten in syngene Wirte kurzfristig zu neuem und aggressivem Tumorwachstum ähnlich der humanen Variante kommt. Histologische und durchflusszytometrische Analysen offenbarten die initiale Infiltration in Lymphknoten und Knochenmark, bevor im Zuge der anschließenden leukämischen Phase nicht-lymphatische Organe kleinherdig durchsetzt wurden. Die aus den Wirten extrahierten Lymphomzelllinien zeigten einen heterogenen Phänotyp und eine ausgeprägte Neigung zur Spontanapoptose ex vivo. Die Abwesenheit zytotoxischer T-Zellen im Wirt hatte keinen Einfluss auf die Lymphometablierung und -progression, was möglicherweise auf die geringe Expression von MHC-I Molekülen zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden neue Therapieansätze in der Behandlung der Notch1-abhängigen T-ALL getestet. Da der routinemäßige Einsatz von Glukokortikoiden (GC) durch das Auftreten schwerer Nebenwirkungen und Resistenzen gekennzeichnet ist, wurde als Ansatz zur ihrer Optimierung liposomal verpacktes Prednisolon mit freiem Dexamethason in der Therapie von T-ALL in vivo im Tiermodell verglichen. Die alternative Darreichungsfom war durch ein auffallendes Wirkdefizit im lymphatischen System und ein schlechteres Gesamtüberleben gekennzeichnet. Als potentielle Ursache der rasch einsetzenden GC-Resistenz im Zuge der repetitiven Dex-Behandlung konnte eine Herunterregulierung des GC-Rezeptors nachgewiesen werden. Weiterhin wurde die Frage adressiert, inwieweit eine medikamentöse Hemmung von NF-κB durch die Verwendung des Proteasomen-Inhibitors Bortezomib eine therapeutische Wirkung auf die T-ALL im Rattenmodell entfalten würde. Hierzu wurde Bortezomib im direkten Vergleich mit Dexamethason in vivo evaluiert. Die Monotherapie mit Bortezomib zeigte eine dem Dexamethason vergleichbare Wirkung in den Lymphknoten, andererseits korrelierte ein signifikantes Wirkdefizit in Milz, Knochenmark und Blut mit einem insgesamt schlechteren Gesamtansprechen. Ferner legten die gewonnenen Daten nahe, dass Bortezomib eine GC-Resistenz der T-ALL mit konstitutiv aktivem Notch1 in vivo nicht zu überwinden vermag. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Erkenntnisse zur Pathogenese der Notch1-abhängigen T-ALL gewonnen und darüber hinaus limitierte Therapieeffizienzen neuartiger Behandlungsansätze mit liposomalem Prednisolon und dem Proteasominhibitor Bortezomib im Vergleich zu freiem Dex in vivo aufgedeckt. Im Hinblick auf die Erfassung der Pathomechanismen sowie auf die Entwicklung neuer Therapieansätze bietet die Möglichkeit des adoptiven Lymphomtransfers und der Generierung von neuem aggressivem Wachstum im Wirt mit hoher Analogie zur humanen Erkrankung ideale Voraussetzungen, um die Rolle von Notch1 in der der T-ALL zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten somit zu einer Verbesserung von spezifischer Risikostratifizierung, Behandlungs-möglichkeit und Prognose der an T-ALL erkrankten Patienten beitragen.

Die Enzyme der Sulfotransferase-Gensuperfamilie (SULT) konjugieren nukleophile Gruppen von kleinen endogenen Verbindungen und Fremdstoffen mit der negativ geladenen Sulfo-Gruppe. Dadurch wird die Polarität dieser Verbindungen erhöht, ihre passive Permeation von Zellmembranen verhindert und somit ihre Ausscheidung erleichtert. Jedoch stellt die Sulfo-Gruppe in bestimmten chemischen Verbindungen eine gute Abgangsgruppen dar. Aus der Spaltung resultierende Carbenium- oder Nitreniumionen können mit DNA oder anderen zellulären Nukleophilen reagieren. In Testsystemen für Mutagenität wurden zahlreiche Verbindungen, darunter Nahrungsinhaltsstoffe und Umweltkontaminanten, durch SULT zu Mutagenen aktiviert. Dabei zeigten sich zum einen eine ausgeprägte Substratspezifität selbst orthologer SULT-Formen unterschiedlicher Spezies und zum anderen Interspezies-Unterschiede in der SULT-Gewebeverteilung. Daher könnten sich die Zielgewebe einer SULT-induzierten Krebsentstehung bei Mensch und Nager unterscheiden. Um die Beteiligung von humanen SULT an der Bioaktivierung von Fremdstoffen im Tiermodell untersuchen zu können, wurden transgene Mauslinien für den Cluster der humanen SULT1A1- und -1A2-Gene sowie für die humane SULT1B1 generiert. Zur Herstellung der transgenen Linien wurden große genomische Konstrukte verwendet, die die SULT-Gene sowie – zum Erreichen einer der Humansituation entsprechenden Gewebeverteilung der Proteinexpression – deren potentielle regulatorische Sequenzen enthielten. Es wurden je drei transgene Linien für hSULT1A1/hSULT1A2 und drei transgene Linien für hSULT1B1 etabliert. Die Expression der humanen Proteine konnte in allen Linien gezeigt werden und fünf der sechs Linien konnten zur Homozygotie bezüglich der Transgene gezüchtet werden. In der molekularbiologischen Charakterisierung der transgenen Linien wurde der chromosomale Integrationsort der Konstrukte bestimmt und die Kopienzahl pro Genom untersucht. Mit Ausnahme einer hSULT1A1/hSULT1A2-transgenen Linie, bei der Kopien des Konstrukts in zwei unterschiedliche Chromosomen integriert vorliegen, wiesen alle Linien nur einen Transgen-Integrationsort auf. Die Untersuchung der Transgen-Kopienzahl ergab, dass die Mauslinien zwischen einer und etwa 20 Kopien des Transgen-Konstrukts pro Genom trugen. In der proteinbiochemischen Charakterisierung wurde gezeigt, dass die transgenen Linien die humanen Proteine mit einer weitgehend der des Menschen entsprechenden Gewebeverteilung exprimieren. Die Intensität der im Immunblot nachgewiesenen Expression korrelierte mit der Kopienzahl der Transgene. Die zelluläre und subzelluläre Verteilung der Transgen-Expression wurden bei einer der hSULT1A1/hSULT1A2-transgenen Linien in Leber, Niere, Lunge, Pankreas, Dünndarm und Kolon und bei einer der hSULT1B1-transgenen Linien im Kolon untersucht. Sie stimmte ebenfalls mit der Verteilung der entsprechenden SULT-Formen im Menschen überein. Da sich die erzeugten transgenen Linien aufgrund ihrer mit dem Menschen vergleichbaren Gewebeverteilung der SULT-Expression als Modellsystem zur Untersuchung der menschlichen SULT-vermittelten metabolischen Aktivierung eigneten, wurde eine der hSULT1A1/hSULT1A2-transgenen Linien für zwei erste toxikologische Untersuchungen eingesetzt. Den Mäusen wurden chemische Verbindungen verabreicht, für die in in-vitro-Versuchen eine hSULT1A1/hSULT1A2-vermittelte Bioaktivierung zu Mutagenen gezeigt worden war. In beiden Untersuchungen wurde die Gewebeverteilung der entstandenen DNA-Addukte als Endpunkt einer gewebespezifischen genotoxischen Wirkung ermittelt. In der ersten Untersuchung wurden 90 mg/kg Körpergewicht 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridin – ein in gebratenem Fleisch gebildetes heterozyklisches aromatisches Amin – transgenen sowie Wildtyp-Mäusen oral verabreicht. Acht Stunden nach Applikation wiesen die transgenen Mäuse signifikant höhere Adduktniveaus als die Wildtyp-Mäuse in Leber, Lunge, Niere, Milz und Kolon auf. In der Leber der transgen Mäuse war das Adduktniveau 17fach höher als in der Leber der Wildtyp-Mäuse. Die Leber war bei den transgenen Tieren das Organ mit dem höchsten, bei den Wildtyp-Tieren hingegen mit dem niedrigsten DNA-Adduktniveau. In der zweiten Untersuchung (Pilotstudie mit geringer Tierzahl) wurde transgenen und Wildtyp-Mäusen 19 mg/kg Körpergewicht des polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffs 1-Hydroxymethylpyren – ein Metabolit der Nahrungs- und Umweltkontaminante 1-Methylpyren – intraperitoneal verabreicht. Nach 30 Minuten wurden, verglichen mit den Wildtyp-Mäusen, bis zu 25fach erhöhte Adduktniveaus bei den transgenen Mäusen in Leber, Niere, Lunge und Jejunum nachgewiesen. Somit konnte anhand einer in dieser Arbeit generierten transgenen Mauslinie erstmals gezeigt werden, dass die Expression der humanen SULT1A1/hSULT1A2 tatsächlich sowohl auf die Stärke als auch die Zielgewebe der DNA-Adduktbildung in vivo eine Auswirkung hat. / The enzymes of the sulfotransferase gene superfamily (SULT) conjugate nucleophilic groups of small endogenous compounds and xenobiotics with the negatively charged sulfo group. Thus, the polarity of the compounds is increased, their passive permeation of cell membranes is hindered and their excretion facilitated. The sulfate groups, however, form a good leaving group in certain chemical linkages due to their electron-withdrawing characteristics. Carbenium or nitrenium ions resulting from a spontaneous cleavage may react with DNA and other cellular nucleophiles. In test systems for mutagenicity, a large amount of compounds including ingredients of nutrition and environmental contaminants were activated to mutagens by SULT. A pronounced substrate specificity even of orthologous SULT forms of different species was evidenced. Also, the tissue distribution of SULT exhibited pronounced interspecies differences. The target tissues of a SULT induced carcinogenesis might thus be different in humans and rodents. To investigate the involvement of human SULT in the bioactivation of xenobiotics in an animal model, transgenic mouse lines for the human SULT1A1- and -1A2 gene cluster as well as for human SULT1B1 were generated. For the construction of the transgenic lines, large genomic constructs were used, containing the SULT genes plus their potential regulatory sequences to cause a tissue distribution of protein expression corresponding to the situation in humans. Three transgenic lines for hSULT1A1/hSULT1A2 and three transgenic lines for hSULT1B1 were established. The expression of the human proteins could be shown for all lines and except for one line, all could be bred to transgene homozygosity. By molecular biological characterization of the transgenic lines, the chromosomal integration locus of the constructs was identified and the copy number per genome was investigated. With the exception of one hSULT1A1/hSULT1A2 transgenic line, where the construct had integrated into two different chromosomes, all lines exhibited just one transgene integration locus. By investigating the transgene copy number it was deduced that the mouse lines carry between one and 20 copies of the transgene construct per genome. The protein biochemical characterization showed that the transgenic mouse lines express the human proteins with a tissue distribution largely similar to the distribution in humans. The intensity of the proteins detected by immunoblotting correlated with the copy number of the transgenes. The cellular and subcellular distribution of the transgene expression was investigated for one of the hSULT1A1/1A2 transgenic lines in liver, kidney, lung, pancreas, small intestine and colon and for one of the hSULT1B1 transgenic lines in colon. It also accorded with the distribution of the respective SULT in humans. Owing to the similarity of transgene expression to the corresponding human tissue distribution, the transgenic lines were considered suitable as model systems for the investigation of the human SULT-mediated metabolic activation. One of the hSULT1A1/hSULT1A2 transgenic lines was used in two first toxicological investigations with chemical compounds for which in vitro experiments had demonstrated a hSULT1A1/hSULT1A2 mediated bioactivation. In both investigations, the tissue distribution of the resulting DNA adducts was determined as an end point for a tissue-specific genotoxic effect. For the first investigation, 90 mg/kg bodyweight of 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine – a heterocyclic amine formed in cooked meat – were orally administered to transgenic and wild type mice. Eight hours after application, the transgenic mice exhibited significantly higher adduct levels than the wild type controls in liver, lung, kidney, spleen and colon. The adduct level in the liver of the transgenic mice exceeded that in the wild type liver by a factor of 17. Furthermore, the liver was the organ with the highest adduct level in the transgenic mice and with the lowest adduct level in the wild type mice. For the second investigation (a pilot study with few animals), 19 mg/kg bodyweight of the polycyclic aromatic hydrocarbon 1-hydroxymethylpyrene – a metabolite of the nutritional and environmental contaminant 1-methylpyrene – were administered intraperitoneally to transgenic and wild type mice. After 30 minutes, up to 25 fold higher adduct levels compared to the wild type were detected in liver, kidney, lung and jejunum of the transgenic mice. Thus, by means of one of the transgenic mouse line generated in this thesis, it could be shown for the first time that the expression of human SULT1A1/SULT1A2 has in fact an impact on the strength as well as on the target tissue of DNA-adduct generation in vivo.

Eine besondere Rolle im Fremdstoffmetabolismus hat die SULT1A1 beim Menschen aufgrund der hohen Expression und breiten Gewebeverteilung. Während die humane SULT1A1 in sehr vielen Geweben exprimiert wird, wurde die murine SULT1A1 vor allem in der Leber, Lunge und Colon gefunden. Neben der Gewebeverteilung spielt auch der Polymorphismus im humanen SULT1A1-Gen eine bedeutende Rolle. Der häufigste Polymorphismus in diesem Gen führt zu einer Aminosäuresubstitution von Arginin zu Histidin an Position 213. Die Genvariante mit Histidin (auch als SULT1A1*2 bezeichnet) codiert für ein Protein mit einer geringen Enzymaktivität und einer reduzierten Enzymmenge in Thrombocyten. Über den Einfluss dieser allelischen Varianten in anderen Geweben ist bislang wenig bekannt. In vorausgegangenen epidemiologischen Studien wurden mögliche Korrelationen zwischen den Genvarianten und der Krebsentstehung in verschiedenen Geweben untersucht. Diese Daten liefern jedoch widersprüchliche Ergebnisse zum Krebsrisiko. Aufgrund der strittigen epidemiologischen Daten sollten Tiermodelle generiert werden, um die häufigsten SULT1A1-Allele hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Nahrungs- und Umweltkanzerogenen zu untersuchen. Zur Erzeugung transgener (tg) Mauslinien wurde mittels Mikroinjektion der codierenden Genbereich und große flankierende Humansequenzen stromaufwärts und stromabwärts in das Mausgenom integriert. Es wurden mehrere Mauslinien hergestellt. Zwei davon, die Mauslinie 31 mit dem SULT1A1*1-Allel und die Mauslinie 28 mit dem SULT1A1*2-Allel, wurden eingehend analysiert. In beiden Linien wurde eine identische Kopienzahl des Transgens ermittelt. Proteinbiochemische Charakterisierungen zeigten eine weitgehend dem Menschen entsprechende Gewebeverteilung und zelluläre und subzelluläre Lokalisation der humanen SULT1A1 in der Linie (Li) 28. In Li 31 wurden Unterschiede zu Li 28 sowohl in der Gewebeverteilung als auch in der zellulären Lokalisation des exprimierten humanen Proteins ermittelt. Dabei war die Expression auf Proteinebene in der SULT1A1*2-tg Linie generell stärker als in der SULT1A1*1-Linie. Dieses Ergebnis war überraschend, denn in humanen Thrombocyten führt das SULT1A1*1-Allel zu einem höheren Gehalt an SULT1A1-Protein als das SULT1A1*2-Allel. Zur Analyse der unterschiedlichen Proteinexpressionen in den tg Mauslinien wurde die cDNA und der 5´-flankierende Bereich des SULT1A1-Gens sequenziert. In beiden tg Linien entsprach die Sequenz der cDNA der Referenzsequenz aus der Gendatenbank (Pubmed). In der 5´-flankierenden Region wurden bekannte Polymorphismen analysiert und unterschiedliche Haplotypen in den tg Linien an den Positionen -624 und -396 ermittelt. Dabei wurde in der Li 31 der Haplotyp detektiert, der in der Literatur mit einer höheren SULT1A1-Enzymaktivität beschrieben wird. Der mögliche Zusammenhang zwischen Transkriptionsrate und Proteinexpression wurde in RNA-Expressionsanalysen im codierenden und 5´-nicht codierenden Bereich (mit den alternativen Exons 1B und 1A) untersucht. Im codierenden Bereich und im Exon 1B konnte in den untersuchten Organen eine höhere RNA-Expression in der Li 28 im Vergleich zur Li 31 ermittelt werden. Außer in der Lunge wurde für Exon 1B eine identische RNA-Expression detektiert. RNA, die Exon 1A enthielt, wurde in allen untersuchten Organen der Li 28, aber nur in der Lunge bei der Li 31 gefunden. In beiden tg Linien konnten mit den Exon 1A-Primern jedoch auch größere PCR-Produkte ermittelt werden. Dieser Unterschied im Exon 1A und mögliche Spleißvarianten könnten damit für die unterschiedliche Proteinexpression des humanen SULT1A1-Proteins in den beiden tg Mauslinien sein. Die in dieser Arbeit generierten und charakterisierten tg Mausmodelle wurden in einer toxikologischen Studie eingesetzt. Es wurde das heterozyklische aromatische Amin 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridin (PhIP) verwendet. PhIP wird beim Erhitzen und Braten von Fleisch und Fisch gebildet und könnte mit der erhöhten Krebsentstehung im Colon in der westlichen Welt im Zusammenhang stehen. Mittels 32P-Postlabelling sollte der Einfluss der zusätzlichen Expression der humanen SULT-Proteine auf die PhIP-DNA-Adduktbildung analysiert werden. Dabei wurden mehr DNA-Addukte in den tg Tieren als in den Wildtyp-Mäusen ermittelt. Die Konzentration der gebildeten DNA-Addukte korrelierte mit der Expressionsstärke des humanen SULT1A1-Proteins in den tg Mäusen. An den in dieser Arbeit generierten tg Mauslinien mit den häufigsten allelischen Varianten des SULT1A1-Gens konnten Unterschiede auf RNA- und Protein-Ebene ermittelt werden. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Expression der humanen SULT1A1 eine Auswirkung sowohl auf die Stärke als auch das Zielgewebe der DNA-Adduktbildung in vivo hat. / In humans, SULT1A1 and its polymorphic variants play an important role in xenobiotic metabolism and display a broad tissue distribution and high expression level. This enzyme is expressed in almost every human organ whereas in mice SULT1A1 can only be detected in liver, lung and colon. The most common polymorphism of this gene leads to an amino acid substitution from arginine to histidine at the position 213. In platelets, the allele encoding histidine (also designated as SULT1A1*2) is associated with both low activity and low thermal stability of the SULT protein. However, so far only little is known about the significance of these allelic variants in the other tissues with hSULT1A1 expression. Previous epidemiological studies have made attempts to correlate SULT1A1 allelic variants and cancer development, their data, however, have been contradictory for an appropriate cancer risk assessment. In this thesis, we addressed the effect of the hSULT1A1 genetic variability on the susceptibility to nutritional and environmental carcinogens using transgenic (tg) mouse models. We generated tg mice carrying the most common allelic variants of the human SULT1A1 gene. The coding region and large flanking human sequences upstream and downstream of the hSULT1A1 gene were integrated randomly into the mouse genome by microinjection. Several tg mouse lines were generated. Two of them, line (li) 31 with the SULT1A1*1 allele and li 28 with the SULT1A1*2 allele, were analysed in detail. At first, an identical transgene copy number was detected in both lines. Furthermore, biochemical characterization of li 28 showed that the tissue distribution, the cellular and subcellular localisation of the protein were very similar to those in humans. In contrast, li 31 exhibited differences in tissue distribution and cellular localisation of the human protein compared to li 28. The protein expression level in the tg line with SULT1A1*2 (li 28) was generally higher than in SULT1A1*1 (li 31) mice. These results were surprising since the SULT1A1*1 allele in human platelets usually leads to a higher amount of SULT1A1 protein compared to the SULT1A1*2 allele. To investigate these differences, we sequenced the cDNA and 5´-flanking region of the SULT1A1 gene. In both tg mouse lines, the cDNA sequence was identical to the reference sequence from the gene databank (Pubmed). We subsequently analysed the common polymorphisms of the 5´-flanking region, and determined different haplotypes at position -624 and -396 in the tg mouse lines. According to the literature, the haplotype associated with a higher SULT1A1 enzyme activity, we detected in li 31. We analyzed the possible correlation between gene transcription and protein expression by measuring RNA expression levels of the coding and the non-coding region (with alternative exons 1B and 1A). We detected a higher RNA expression level of the coding region and exon 1B in li 28 compared to li 31, whereas RNA for exon 1A was only found in li 28 in all investigated tissues, but only in lung in li 31. Furthermore we detected with exon 1A-primers larger RNA in both lines. These differences in exon 1A expression accompanied by potential splicing variants could be responsible for the different expression and activity of the human SULT1A1 protein in both tg mouse lines. In order to validate our generated and characterized tg mouse models as toxicological in vivo models, we used them for the evaluation of the heterocyclic aromatic amine 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo-[4,5-b]pyridine (PhIP). PhIP is typically generated during heating and roasting of meat and fish and is suggested to be associated with an increased colon cancer incidence in the western world. We measured the impact of the additionally expressed human SULT proteins on the PhIP-DNA adduct level by 32P-postlabelling. We detected significantly higher DNA adduct levels in tg compared to wildtype mice, which correlated positively with the expression pattern of the human SULT1A1 protein in the tg mice. In conclusion, in this thesis, we have successfully generated and validated the transgenic mouse lines carrying the most common allelic variants of the human SULT1A1 gene. Interestingly, these lines exhibited differences in both the SULT1A1 RNA and protein levels. Using these transgenic mouse models as in vivo toxicological tools we have shown that the expression of human SULT1A1 in mice has a decisive impact on the strength and the target tissue of DNA adducts.