Podcasts about northern blot

The extracellular matrix (ECM) provides the structural frame for the development of tissues and organs. The ECM is bound by numerous membranous matrix-adhesion molecules and thereby triggers intracellular signals that control various cellular functions such as survival, polarity, proliferation and differentiation. Integrins represent an important family of ECM adhesion molecules which link the ECM with the intracellular actin-cytoskeleton. Integrin mediated adhesion structures also serve as important signaling platforms, although the integrin itself does not harbors any catalytic domains. Therefore integrin signaling depends on the recruitment of a number of cytoplasmic proteins that directly or indirectly bind to the short cytoplasmic integrin tails. During my PhD thesis I worked on three of these molecules, ILK, Kindlins and Palladin, and used the mouse as a model system to address their in vivo function. First, I investigated the role of integrin-linked kinase (ILK) in skeletal muscle. Loss of ILK expression in mice leads to peri-implantation lethality due to a cell polarization defect of the early embryo and abnormal actin accumulations. Studies in Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster revealed an essential function for ILK in the attachment of actin filaments to the membrane of muscle cells and lack of ILK expression results in early lethality during embryogenesis. We generated mice with a skeletal muscle-restricted deletion of ILK that developed a mild, but progressive muscular dystrophy. This phenotype is predominantly restricted to myotendinous junctions (MTJs). Ultrastructural analyses showed muscle cell detachment from the basement membranes, and an accumulation of extracellular matrix. Endurance exercise training enhances the defect leading to disturbed subsarcolemmal myofiber architecture and an abrogation of the phosphorylation of Ser473 as well as Thr308 of protein kinase B (PKB)/Akt. The reduction in PKB/Akt activation is accompanied by an impaired insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) activation. Second, I studied the expression and in vivo function of a further integrin- and actin- associated protein, palladin. Palladin belongs to the palladin/myotilin/myopalladin protein family. Palladin represents a phosphoprotein which plays an important role in cell adhesion and motility. Initially, I characterized the gene structure and the expression pattern of palladin. The palladin gene spans about 400 kb, with 25 exons and 3 alternative promoters resulting in at least three different isoforms (200 kDa, 140 kDa and 90-92 kDa) in mice. Using RT-PCR and in situ hybridizations of embryonic and adult tissues, I could show that the 200kDa isoform is predominantly expressed in heart and skeletal muscle. In contrast, the 140kDa isoform is expressed in various tissues and represents the major palladin isoform of the brain. The 90-92 kDa isoform is almost ubiquitously expressed with highest levels in tissues rich in smooth muscle, like bladder, uterus, small intestine and colon. The expression of the 200kDa isoform was characterized in more detail with a polyclonal antibody showing that this isoform localizes to the Z-discs of heart and skeletal muscle cells. In vitro differentiation experiments with a mouse myoblast cell line revealed an induction of the 200kDa isoform during myoblast fusion and differentiation suggesting that the biggest palladin isoform may serve as a molecular scaffold during myogenesis. Third, I specifically inactivated the largest palladin isoform in mice. Lack of the 200 kDa palladin isoform has no impact on the development, viability and fertility of mice. However ultrastructural analyses by transmission electron microscopy (TEM) showed a mild cardiac myopathy due to disintegration of myofibrils. In collaboration with the group of Olli Carpén, we generated palladin 200 kDa isoform/ myotilin double knockout mice. Myotilin is also expressed in heart and skeletal muscle. Ablation of both myotilin and palladin 200 kDa isoform in mouse revealed in addition to the mild cardiac myopathy a structural and functional impairment of skeletal muscle. Finally, I was also involved in the characterization of the expression and subcellular localization of a novel family of integrin associated proteins: the Kindlins. The Kindlin family consists of three members, Kindlin-1, -2 and -3. Mutations in Kindlin-1 cause a human disease, called Kindler Syndrome, which represents a skin blistering disease affecting the actin cytoskeleton of basal keratinocytes. Kindlin gene expression was first analyzed at the mRNA level by RT-PCR and Northern Blot studies. In situ hybridizations showed that Kindlin-1 is preferentially expressed in epithelia. Kindlin-2 is expressed in all tissues with highest levels in striated and smooth muscle cells. While both localize to integrin-mediated adhesion sites in cultured keratinocytes Kindlin-2, but not Kindlin-1, colocalizes with E-cadherin to cell-cell contacts in differentiated keratinocytes. In contrast, Kindlin-3 expression is restricted to hematopoietic cells. Using a Kindlin-3-specific antiserum and an EGFP-tagged Kindlin-3 construct, we could show that Kindlin-3 is present in podosomes, which are specialized adhesion structures of hematopoietic cells.

Wir haben in der vorliegenden Arbeit das Vorhandensein von Defensinen, einer Gruppe natürlich vorkommender antimikrobieller Peptide, in der Peritonealhöhle untersucht. Unser Augenmerk richteten wir dabei auf die Adipozyten des Omentum majus, da eine mögliche Expression von Defensinen in Fettzellen auf Grund deren ubiquitären Verteilung im menschlichen Körper wichtige Erkenntnisse und Implikationen für zukünftige klinische Anwendungen haben würde (siehe auch „Ziel der Studie“ im Abschnitt „Einleitung“). Wir benutzten Nachweismethoden auf RNA- (RT-PCR, quantitative TaqMan-PCR, Northern Blot) und Protein-Ebene (Western-Blot, Immunhistochemie). Tatsächlich ist es uns gelungen, das humane α-Defensin 1 in hochgereinigten Adipozyten des Omentum majus und des subkutanen Fettgewebes in der PCR und in der Immunhistochemie nachzuweisen. Die Durchfühhrung des Western Blots erwies sich als komplex (siehe „Diskussion“). Daher kann gesagt werden, dass humane peritoneale Adipozyten wahrscheinlich das humane α-Defensin 1 synthetisieren. Zur Expression von humanem α-Defensin 5 können wir aktuell keine abschliessende Aussage treffen. Einerseits gelang dessen Nachweis in der PCR; Western Blot und Immunhistochemie blieben jedoch negativ (siehe „Ergebnisse“ und „Diskussion“). Die α-Defensin-Expression durch humane Adipozyten des Omentums (und der Subkutis) stellt einen weiteren Hinweis bezüglich der Bedeutung von Adipozyten in der primären Abwehr gegen bakterielle Infektionen dar.

Zelllinienentscheidungen in der Hämatopoese werden eingeleitet und sind abhängig von der Aktivierung von Transkriptionsfaktoren. Es ist allerdings bisher nicht geklärt, ob die initiale Aktivierung früher hämatopoetischer Transkriptionsfaktoren durch bisher unbekannte extrinsische Signale oder durch ein zellinternes autonomes Programm erfolgt. Notch Rezeptoren sind evolutionär hoch konservierte Transmembranrezeptoren, die an der Regulation von Zelllinienentscheidungen, Differenzierung und Proliferation in verschiedenen embryonalen und adulten Geweben beteiligt sind. Die Expression von Notch Rezeptoren auf hämatopoetischen Zellen und der dazugehörigen Liganden wie Jagged1 auf Knochenmarksstromazellen deutet auf eine Bedeutung von Notch in der Regulation der Hämatopoese. Vor Kurzem konnte die Induktion der myeloischen Differenzierung von hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen durch Notch nachgewiesen werden. Die molekularen Mechanismen dieses Prozesses sind dabei noch völlig unklar. Darin Einblick zu gewinnen wurde im Rahmen dieser Doktorarbeit durch die Suche nach Zielgenen von Notch in der Myelopoese versucht. Dazu wurden die multipotente myeloische Stammzelllinie FDCP-mix und die granulozytäre Vorläuferzelllinie 32D mit einem durch Tamoxifen aktivierbarem Notch als Zellsysteme gewählt. In dieser Arbeit durchgeführte zytokingesteuerte Differenzierungskinetiken konnten bestätigen, dass die verwendeten FDCP-mix Zellen während ihrer Differenzierung in reife Granulozyten, Makrophagen und Erythrozyten auf RNA-Ebene charakteristische Regulationen von wichtigen myeloischen Transkriptionsfaktoren, Zytokinrezeptoren sowie differenzierungsabhängigen Funktionsproteinen durchlaufen. Sie stellen somit ein optimales Zellsystem zur Analyse von Notch-Zielgenen in der Myelopoese dar. Mit dem Tamoxifen induzierbaren System der Notchaktivierung wurden zuerst bekannte, zentrale Regulationsfaktoren der Myelopoese auf eine Induktion durch Notch im Northern Blot untersucht. Dabei stellte sich als entscheidendes Ergebnis sowohl in 32D als auch FDCP-mix Zellen die direkte, spezifische Induktion des frühen myeloischen Transkriptionsfaktors PU.1 heraus, von dem bekannt ist, dass er myeloische Differenzierung initiiert. Außerdem kam es zu einer indirekten Hochregulation des M-CSF-Rezeptors, der als wichtiges Zielgen von PU.1 bekannt ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein extrinsisches Signal, im Organismus durch den Jagged / Notch Signalweg vermittelt, zu einer Aktivierung eines frühen hämatopoetischen Transkriptionsfaktors führt, welcher Zelllinienentscheidungen in der Hämatopoese bestimmt. In Zusammenschau mit den biologischen Wirkungen von Notch in der Hämatopoese weist dies darauf hin, dass extrinsische Mechanismen eine wichtige Rolle in der Regulation der Hämatopoese spielen dürften. Durch ein neu zu etablierendes cDNA-Filter (cDNA-Microarray) Screening-Verfahren konnten dann als weitere wichtige Zielgene von Notch in der Hämatopoese u.a. der Interferon Regulatory Factor-1 (IRF-1), der Interleukin1-Rezeptor-Antagonist (IL1RA), der Tumornekrosefaktor-Rezeptor 2 (TNFR2), sowie c-myc und myb identifiziert werden.

Die Peritonealdialyse ist neben der Hämodialyse ein häufig genutztes Verfahren zur Nierenersatztherapie. Diese Methode wird jedoch oft durch intraperitoneale Fibrinablagerungen verschiedener Ursachen (gravierende homöostatische Störungen, Peritonitiden, Fremdmaterialien, ...) eingeschränkt. Wesentlich in der Pathogenese solcher Ablagerungen sind Störungen des fibrinolytischen Gleichgewichts. Mesothelzellen synthetisieren mit t-PA und PAI-1 die Faktoren, deren Gleichgewicht in der Peritonealhöhle für ein stabiles Niveau zwischen Fibrinbildung und Fibrinabbau essentiell ist. Mesothelzellen sind somit unmittelbar und entscheidend an der Entstehung von intraperitonealen Fibrinablagerungen beteiligt. Im Tierversuch zeigte die Beifügung von Hyaluronan zur Dialyseflüssigkeit positive Effekte hinsichtlich der Membranfunktion des Peritoneums. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit der Effekt von Hyaluronan auf die Synthese von t-PA und PAI-1 an primären humanen Mesothelzellen untersucht: - Sowohl im Northern Blot als auch im ELISA zeigte sich ein konzentrationsabhängiger Abfall der t-PA Synthese, der ab einer HA Konzentration von 50 mg/dL signifikant wurde. - Für die Produktion von PAI-1 ließ sich im ELISA eine konzentrationsabhängige Steigerung (signifikant ab 50 mg/dL) nachweisen, die jedoch auf mRNA-Ebene nicht nachvollzogen werden konnte. - Die beschriebenen Ergebnisse ließen sich durch den Einsatz von Hyaluronsäure eines anderen Herstellers reproduzieren. Somit erscheint ein Effekt durch kontaminierte HA unwahrscheinlich. Im Northern Blot wurde darüber hinaus die mRNA-Expression von LRP bestimmt – einem Rezeptor, der eine Schlüsselposition für die Internalisation und Degradation von t-PA in Mesothelzellen einnimmt. Bei gleichbleibenden mRNA-Mengen für LRP unter Stimulation mit HA kann jedoch eine Internalisierung und Degradation von t-PA als Mit-/Ursache des HA-induzierten Abfalles weitestgehend ausgeschlossen werden. Es folgten Untersuchungen zur Klärung des Mechanismus, über den die hyaluronaninduzierten Veränderungen der mesothelialen Synthese von t-PA und PAI-1 vermittelt sind: - Die Blockade des HA-Rezeptors CD44 mittels eines monoklonalen Antikörpers veränderte die für HA beschriebenen Effekte nicht. Als weitere, für HA an Mesothelzellen in diversen Arbeiten bereits beschriebene Signaltransduktionswege, wurden sowohl die ERK1/ERK2 Kaskade, als auch die SAPK2/p38 Kaskade mittels spezifischer Inhibitoren untersucht: - Lediglich der Inhibitor für den SAPK2/p38 Weg war in der Lage, den HA-induzierten Abfall von t-PA signifikant abzuschwächen. - Der HA-bedingte PAI-1 Anstieg konnte durch keinen der eingesetzten Inhibitoren beeinflusst werden. Die beschrittenen Mechanismen der HA-induzierten Veränderungen für die mesotheliale t-PA und PAI-1-Synthese bleiben somit weitgehend ungeklärt. Die zur Erzielung signifikanter Effekte erforderlichen hohen HA-Konzentrationen, die fehlende Beteiligung des CD44 Rezeptors sowie die Mitbeteiligung des SAPK2/p38 Weges weisen auf osmotische und/oder Viskositätseffekte als eine mögliche Ursache hin. Bezüglich einer klinischen Anwendung von Hyaluronan als Dialyseflüssigkeits-Adjuvans zur Verbesserung der Membraneigenschaften lassen die hier dargestellten Ergebnisse den Schluss zu, dass niedrige Konzentrationen die mesotheliale Regulierung des Fibrinolysesystems nicht beeinträchtigen, jedoch auch keinen positiven Effekt haben. Der Einsatz von höheren Konzentrationen ist jedoch vor dem Hintergrund der beschriebenen Ergebnisse abzulehnen. Insgesamt sollte nicht vergessen werden, dass Hyaluronan sowohl in Wundheilungs-, wie auch in inflammatorischen und fibrotischen Prozessen eine entscheidende Rolle spielt, und die Anwendung in einem so sensiblen Umfeld wie dem menschlichen Peritonealraum wohl überlegt sein sollte.

1. Der Aufbau des Membranpotentials und die ATP-Synthese in H. halophilus wurden durch Cl- nicht beeinflußt. Zusammen mit den Ergebnisse früherer Studien gibt es keinen Hinweis darauf, daß Cl- an der primären Bioenergetik von H. halophilus beteiligt ist. 2. Es wurde ein unter Hochsalzbedingungen induziertes, Cl--abhängiges Transportsystem für das kompatible Solut Betain identifiziert und charakterisiert. Dieses System transportiert Betain mit einer maximalen Geschwindigkeit von Vmax.= 14,0 ± 0,2 nmol/min x mg Protein und hat einen Km-Wert für Betain von 72,8 ± 10,4 µM. Die Ergebnisse der durchgeführten Hemmstoffstudien deuten darauf hin, daß die Betain-Aufnahme in H. halophilus über einen primären Transportmechanismus erfolgt. 3. Die Beweglichkeit von H. halophilus auf Weichagarplatten zeigt eine klare Cl--Abhängigkeit. In elektronenmikroskopischen Untersuchungen konnte festgestellt werden, daß die Flagellenbildung in H. halophilus Cl--abhängig ist. Das Flagellin wurde gereinigt, und es wurde ein spezifisches Antiserum dagegen hergestellt. 4. Immunologische Analysen ergaben, daß die Synthese des Flagellins Wachstumsphasen-abhängig war. In der log-Phase und in der frühen stationären Phase wurden große Mengen an Flagellin nachgewiesen, während die Flagellinkonzentration in der späten stationären Phase zurückging. Interessanterweise war die Flagellinsynthese zu jedem Zeitpunkt des Wachstums Cl--abhängig; in Abwesenheit von Cl- war kein Flagellin nachzuweisen. Dies ist der erste Nachweis einer Cl--abhängigen Proteinproduktion in einem Prokaryonten. 5. Es wurde eine Plasmid-Genbank aus chromosomaler DNA von H. halophilus generiert, die 5807 Klone mit einer durchschnittlichen Fragmentgröße von 4415 Bp enthält. Dies entspricht einer Wahrscheinlichkeit von 99,8%, daß sämtliche Bereiche des Genoms von H. halophilus abgedeckt wurden. Die für das Flagellin (fliC) und die β-Untereinheit der F1FO-ATP-Synthase (atpD) aus H. halophilus kodierenden Gene wurden mit Hilfe von Koloniehybridisierungen in der Genbank identifiziert. Anschließend wurden Teile dieser Gene kloniert und sequenziert. 6. Northern-Blot- und RT-PCR-Analysen zeigten, daß die Transkription von fliC durch Cl- um den Faktor 2 stimuliert wird. Dies ist der erste Nachweis einer durch Cl- stimulierten Transkription eines Gens mit bekannter Funktion. 7. Versuche zur Substitution von Cl- durch kompatible Solute ergaben, daß Glutamat, Succinat und Fumarat die Cl--Abhängigkeit des Wachstums von H. halophilus aufheben können. Für Glutamat wurde gezeigt, daß dies auf die nicht Cl--abhängige Aufnahme von Glutamat zurückzuführen ist. Für die Beweglichkeit und die Flagellinsynthese wurde gezeigt, daß Glutamat Cl- nicht effektiv substituieren kann. 8. Mit Hilfe von 2D-gelelektrophoretischen Studien konnten 5 weitere Cl-- abhängig synthetisierte Proteine in H. halophilus nachgewiesen werden. Die Identifizierung dieser Proteine erfolgte durch N-terminale Sequenzierung und nachfolgender Suche nach ähnlichen Proteinen in Datenbanken. Zwei davon, YvyD und SodA, gehören zum σB-Regulon von B. subtilis. YvyD ist von besonderem Interesse, da es als σ-Faktor modulierendes Protein an der Cl-- abhängigen Signaltransduktionskette, die von der Wahrnehmung des Reizes zur Genexpression führt, beteiligt sein könnte. Ein drittes Protein (YhfK) ist Aspartatund Glutamat-Semialdehyd-Dehydrogenasen sehr ähnlich. Das vierte Protein ist der ATP-bindenden Untereinheit verschiedener ABC-Transporter sehr ähnlich. Das fünfte identifizierte Protein, LuxS, ist in Gram-negativen an der Biosynthese von Autoinduktoren beteiligt. 9. Teile der Gene, die in H. halophilus für YvyD bzw. LuxS kodieren, wurden mit Hilfe von degenerierten Oligonukleotiden per PCR amplifiziert, kloniert und sequenziert. 10. In Wachstumsversuchen konnte gezeigt werden, daß 11 von 44 darauf untersuchten Arten Gram-positiver und Gram-negativer Bakterien eine Cl-- abhängige Osmotoleranz aufweisen. Dies waren: Aeromonas hydrophila, Bacillus megaterium, Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli, Paracoccus denitrificans, Proteus mirabilis, Proteus vulgaris, Staphylococcus aureus, Thermus thermophilus und Vibrio fischeri.