VIP is neurotransmitter with pleiotropic functions in mammals. It is expressed by a large number of tissues, including the CNS, PNS, innate and adaptive immune systems. VIP has two endogenous G-protein coupled receptors, termed VPAC 1 and VPAC2. VIP signaling through VPAC1 receptor has been documented to transactivate EGFR in healthy and cancerous cells leading to the activation of multiple downstream signaling pathways. EGFR signaling is a potent inducer of the master regulator EMT, called Snail1, which is a zinc-finger, transcription factor that is associated with downregulating epithelial markers like E-cadherin, while upregulating mesenchymal markers necessary for invasion and metastasis. We hypothesize that VIP upregulates Snail1expression in cancer cells. Our results showed that VIP treatment of epithelial cells increased Snail1 expression transiently at 1h and 4h then returned to basal levels at 24h. This research has implications in development of targeted therapies for cancer.

Cystic Fibrosis (CF) is caused by mutations in CFTR, a protein for chloride efflux in epithelial cells. VIP is a peptide that activates CFTR and improves membrane stability; VIP has 3 receptors VPAC1, VPAC2 and PAC1 that can cause CFTR phosphorylation. VIP-knockout (VIPKO) mice experience inflammation and reduced CFTR membrane localization comparable to CF phenotypes, that’s reversible after 3 weeks of VIP treatment (VIPKOT). In this thesis western blotting showed VPAC1 and VPAC2 expression increased in VIPKO and VIPKOT lung and duodenum tissues. The expression and maturation of CFTR was unchanged in both VIPKO and VIPKOT tissues. The results showed absence of VIP caused increased receptor expression in VIPKO mice, after VIP treatment VIPKO mice maintained increased receptor expression. VIP treatment reduces inflammation and restores existing CFTR membrane localization in VIPKO mice. VIP receptor expression may be important for future treatment of CF for CFTR localization and reducing tissue inflammation.

Vasoaktives Intestinales Peptid (VIP) ist ein 28meres Neuropeptid, das eine Vielzahl biologischer Aktivitäten ausübt, welche durch die Bindung an die heptahelikalen Transmembranrezeptoren VPAC1 und VPAC2 vermittelt werden. VPAC1 ist auf der Oberfläche vieler Tumorzellen überexprimiert. Daher ist VIP gekoppelt mit Signalmolekülen wie z.B. Fluoreszenzfarbstoffen eine interessante Zielstruktur für die optische Detektion von Tumoren. Der Einsatz von VIP in der Tumordiagnostik ist jedoch aufgrund der schnellen proteolytischen Degradation stark limitiert. In der vorliegenden Arbeit wurden VIP-Analoga mit höherer in vitro und in vivo Stabilität identifiziert und synthetisiert. Hierfür wurde eine neue Synthesestrategie entwickelt, welche die hochparallele Herstellung von löslichen VIP-Farbstoff-Konjugaten auf Cellulosemembranen (Spotsynthese) erlaubt. Es wurden 533 N-terminal Carbocyanin-farbstoff-markierte VIP-Analoga synthetisiert, wobei jeder VIP-Rest durch alle übrigen 19 L-Aminosäuren ausgetauscht wurde (Substitutionsanalyse). Alle Analoga wurden mittels Durchflußzytometrie hinsichtlich ihrer Bindung/Internalisierung an VPAC1-überexprimieren-den Zellen getestet. Diese Ergebnisse führten zur Identifizierung von VIP Aminosäureresten, die für die Wechselwirkung mit VPAC1 essentiell sind und lieferten weiterhin Hinweise über eine vorwiegend helikale Struktur des Rezeptor-gebundenen VIPs. Durch Einbau des Farbstoffs an alle VIP-Reste wurden die für die Wechselwirkung mit VPAC1 günstigen Positionen ermittelt. In Kompetitionstudien und cAMP-Assays ausgewählter Farbstoff-markierter VIP-Konjugate wurde demonstriert, daß sowohl die Spezifität als auch die Produktion von cAMP mit Hilfe der Modifikation der Farbstoffposition gesteigert werden konnte. Für die in Rattenleber getestete metabolische Stabilität der VIP-Analoga zeigte die Farbstoffposition nur einen geringen Einfluß. Die metabolische Stabilität konnte jedoch durch eine einzige Modifikation an Position 8 (Asp8 ® Arg8) erhöht werden. Weiterhin wurde das [Arg8]-VIP-Analogon als Kontrastmittel in in vivo Imaging-Experimenten mit VPAC1-überexprimierenden Tumoren inokulierter Mäuse appliziert. Hierbei wurden die Ergebnisse der Stabilitätstests in Rattenleber bestätigt. Das N-terminal farbstoffmarkierte [Arg8]-VIP-Derivat zeigte gegenüber dem nativen N-terminal markierten VIP-Konjugat eine höhere Halbwertszeit in vivo. Darüber hinaus konnte mit [Arg8]-VIP ein höherer Fluoreszenzkontrast zwischen normalen und Tumorgewebe induziert werden. / Vasoactive Intestinal Peptide (VIP) is a 28meric neuropeptide with a broad range of biological activities which are mediated via binding to the heptahelical transmembrane receptors VPAC1 and VPAC2. Since VPAC1 is overexpressed on the surface of numerous tumour cells, VIP coupled with signal structures like fluorescence dyes is an interesting target for the tumour detection in the near-infrared range. The use of VIP in tumour diagnosis is limited due to the rapid proteolytic degradation and therefore suggests need for optimised VIP-analogues with enhanced stability. In the present work a complete substitutional analysis of VIP N-terminally labelled with carbocyanine dyes was performed. For that reason a new synthetic strategy has been developed, which allows the parallel production of soluble VIP-dye conjugates using the spot synthesis technique. The resulting 560 derivatives were tested for binding and internalisation using VPAC1-overexpressing cells by means of flow cytometry. Based on these results a VIP binding motif has been delineated, which facilitates the modification of VIP concerning stability enhancement and preservation of binding characteristics. Using a dye-walk the dye-coupling positions beneficial for cell binding were identified. Radioactive competitions studies and cAMP assays of selected dye-labeled VIP-conjugates demonstrated that specifity as well as production of cAMP or biological activity has been increased by alteration of the dye-position. For increasing metabolic stability of labelled VIP-analogues the dye-position showed little influence. But is has been shown that stability of VIP was increased by only one modification at position 8 (Asp8®Arg8). Furthermore [Arg8]-VIP-derivative has been used as a contrasting agent in in vivo-Imaging experiments with VPAC1-overexpressing tumours inoculated in mice. Here the results of stability test in rat liver extract were confirmed. N-terminally dye-labelled [Arg8]-VIP analogue revealed higher half-life-time in vivo towards N-terminally labelled native VIP-derivative. In addition the [Arg8]-VIP induced a higher tumour contrast between normal and tumour tissue.