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Streptococcus pneumoniae (Pneumokokken) sind Gram-positive und Katalase-negative humanspezifische Kommensalen der oberen und unteren Atemwege. Diese Bakterien sind andererseits auch als schwere Krankheitserreger bekannt und verursachen bei verschiedenen Bevölkerungsgruppen, wie beispielsweise Kindern, Älteren und immungeschwächten Personen sowohl Atemwegs- als auch lebensbedrohliche invasive Erkrankungen wie eine ambulant erworbene Pneumonie, Meningitis und Sepsis. Pneumokokken haben aufgrund ihrer Besiedelung des Respirationstraktes effiziente Mechanismen entwickelt, um in einer sauerstoffreichen Nische überleben zu können. Dabei richten sich die Mechanismen vor allem gegen reaktive Sauerstoffspezies (Reactive Oxygen Spezies, ROS), die einerseits als Abwehrfunktion des Wirts (oxidative burst) vom angeborenen Immunsystem und andererseits von den Pneumokokken selbst produziert werden, um als chemische Waffe zur Bekämpfung bakterieller Konkurrenten in ihrem Habitat eingesetzt zu werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein hochkonserviertes Zwei-Operon-System, das für die extrazelluläre oxidative Stress-Resistenz in S. pneumoniae verantwortlich ist, identifiziert und auf pathophysiologischer sowie struktureller Ebene charakterisiert. Dieses komplexe System besteht aus zwei integralen Cytochrom C-ähnlichen Membranproteinen (CcdA1 und CcdA2), zwei Thioredoxin-ähnlichen Lipoproteinen (Etrx1 und Etrx2) und einer Methioninsulfoxid-Reduktase AB2 (MsrAB2). Die Etrx-Proteine werden zwar in zwei räumlich voneinander getrennten Operonen kodiert, sind aber funktionell miteinander verbunden. Der Einfluss des Systems auf die Pathogenese der Pneumokokken wurde in Maus-Virulenz-Studien und Untersuchungen der Phagozytose unter Verwendung von isogenen Mutanten gezeigt. Sowohl in den in vivo als auch den in vitro Experimenten konnte gezeigt werden, dass der Verlust der Funktion beider Etrx-Proteine beziehungsweise der Methioninsulfoxid-Reduktase MsrAB2 die Virulenz der Pneumokokken stark reduziert. Hieraus resultierte eine erheblich verringerte Letalität des Wirts, eine beschleunigte bakterielle Aufnahme durch die Makrophagen sowie ein schnelleres Abtöten der Pneumokokken durch eine oxidative Schädigung von Oberflächen-lokalisierten Proteinen mittels Wasserstoffperoxid. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Etrx2 die Abwesenheit von Etrx1 und umgekehrt Etrx1 das Defizit von Etrx2 kompensieren kann. Durch Strukturaufklärung der beiden Thioredoxin-ähnlichen Proteine Etrx1 und Etrx2 sowie der Modellierung der beteiligten Komponenten CcdA und MsrAB2 konnte die Rolle jedes einzelnen Proteins dieses Systems (CcdA-Etrx-MsrAB2-System) bei der Reparatur beschädigter Oberflächen-lokalisierter Proteine in einem Modell dargestellt werden. Das postulierte Modell konnte über in vivo und in vitro Untersuchungen des Elektronentransfers innerhalb dieses Systems bestätigt werden. Mit der Bestimmung der Standardredoxpotentiale der rekombinanten Proteine Etrx1, Etrx2 und der Einzeldomänen MsrA2 und MsrB2 konnte in vitro gezeigt werden, dass der Elektronenfluss in Richtung von Etrx1 und Etrx2 zu MsrAB2 erfolgen muss. Die direkte Elektronenübertragung zwischen diesen Proteinen konnte in kinetischen Experimenten gezeigt werden. Die Messungen ergaben, dass Etrx1 bevorzugt mit der MsrA2-Untereinheit interagiert beziehungsweise Etrx2 sowohl mit der MsrA2-Untereinheit als auch mit der MsrB2-Untereinheit in Wechselwirkung treten kann. Der in vivo Redoxzustand von MsrAB2 wurde unter Verwendung der nicht-reduzierenden/reduzierenden „2D-Diagonal“-SDS-PAGE in den isogenen ccdA- und etrx-Mutanten bestimmt. Hierbei konnte ein Unterschied im Redoxzustand von MsrAB2 in den isogenen Einzelmutanten und Doppelmutanten von ccdA und etrx beobachtet werden. Während in den Einzelmutanten der Elektronenfluss innerhalb des CcdA-Etrx-MsrAB2-Systems unverändert war, zeigte sich in den Doppelmutanten ccdA1/ccdA2 und etrx1/etrx2 eine deutliche Beeinträchtigung der Elektronenübertragung auf MsrAB2, welche sich in der Zunahme der oxidierten Form von MsrAB2 deutlich machte. Somit konnte der Elektronenfluss von sowohl von CcdA1 über Etrx1 zu MsrAB2 als auch von CcdA2 über Etrx2 zu MsrAB2 in vivo betätigt werden. In Anbetracht der Ergebnisse dieser Arbeit könnte das hochkonservierte CcdA-Etrx-MsrAB2-System der extrazellulären oxidativen Stress-Resistenz von S. pneumoniae zur Entwicklung proteinbasierter Pneumokokken-Impfstoffe und zum Angriffspunkt für Behandlungen gegen diese wichtigen humanpathogenen Erreger beitragen.
Das Pankreaskarzinom ist die zehnthäufigste (Männer) bzw. neunthäufigste (Frauen) Tumorerkrankung in Deutschland. Aufgrund der häufig fatalen Prognose ist es gleichzeitig die vierthäufigste Krebstodesursache in Deutschland. 5 Jahre nach Diagnosestellung sind im Mittel nur noch weniger als 8 % der Betroffenen am Leben. Bei regelhaft fehlenden Frühsymptomen erfolgt die Diagnosestellung häufig in bereits fortgeschrittenen Tumorstadien mit stark begrenzten therapeutischen Möglichkeiten. Da vielfältige Wechselwirkungen von chronischem Stress und beschleunigter Tumorprogression bekannt sind, könnte Stress die äußerst limitierte Prognose des Pankreaskarzinoms noch zusätzlich verschlechtern. Hierzu untersuchte die vorliegende Arbeit den Einfluss von Katecholaminen auf progressionsfördernde Veränderungen der Tumorzellbiologie von Pankreaskarzinomzelllinien in vitro. Untersucht wurden die Expression von MMP-2/-9, das Migrations- und Invasionsverhalten der Tumorzellen sowie die Auswirkungen von Katecholaminen auf das Proliferationsverhalten. Um eine mögliche Relevanz dieser Befunde in vivo zu überprüfen wurde die Tumorprogression unter chronischer Stressexposition in einem syngenen, orthotopen und immunkompetenten Tumormodell an C57BL/6N Mäusen mittels Überlebensanalysen und magnetresonanztomografischer Bildgebung untersucht. Schließlich wurde mit Propranolol in vitro und in vivo eine mögliche therapeutische Option evaluiert. Es ergaben sich vielfältige Hinweise für eine durch Stress erleichterte Tumorprogression des Pankreaskarzinoms in vivo und in vitro. Katecholamine stimulieren die Gelatinase-Aktivität, Migration, Invasion und Proliferation humaner Pankreaskarzinomzellen. Chronischer Stress führt in einem immunkompetenten Mausmodell zu erhöhter Tumorlast und verschlechterter Überlebensprognose. Diese Effekte sind zumindest partiell durch eine β-Rezeptorblockade mit Propranolol reversibel. Die vorliegende Untersuchung beschreibt fatale Auswirkungen von chronischem Stress auf die Tumorprogression. Auf Hinweise zu primär- und tertiärpräventiven Effekten von Betablockern bei malignen Grunderkrankungen des Menschen könnten bald adjuvante perioperative Studien mit einer Propranololgabe nach Tumorresektion folgen.
Mast cells reside on and near the cerebral vasculature, the predominant site of pneumococcal entry into the central nervous system (CNS). Although mast cells have been reported to be crucial in protecting from systemic bacterial infections, their role in bacterial infections of the CNS remained elusive. Here, we assessed the role of mast cells in pneumococcal infection in vitro and in vivo. In introductory experiments using mouse bone marrow-derived mast cells (BMMC), we found that (i) BMMC degranulate and release selected cytokines upon exposure to Streptococcus pneumoniae, (ii) the response of BMMC varies between different pneumococcal serotypes and (iii) is dependent on pneumolysin. Intriguingly though, apart from a slight enhancement of cerebrospinal fluid (CSF) pleocytosis, neither two different mast cell-deficient Kit mutant mouse strains (WBB6F1-KitW/Wv and C57BL/6 KitW-sh/W-sh mice) nor pharmacologic mast cell stabilization with cromoglycate had any significant impact on the disease phenotype of experimental pneumococcal meningitis. The incomplete reversal of the enhanced CSF pleocytosis by local mast cell engraftment suggests that this phenomenon is caused by other c-Kit mutation-related mechanisms than mast cell deficiency. In conclusion, our study suggests that mast cells can be activated by S. pneumoniae in vitro. However, mast cells do not play a significant role as sentinels of pneumococcal CSF invasion and initiators of innate immunity in vivo.
Abstract
Background
Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a progressive muscle‐wasting disease caused by mutations in the dystrophin gene, which leads to structural instability of the dystrophin–glycoprotein‐complex with subsequent muscle degeneration. In addition, muscle inflammation has been implicated in disease progression and therapeutically addressed with glucocorticosteroids. These have numerous adverse effects. Treatment with human immunoglobulin G (IgG) improved clinical and para‐clinical parameters in the early disease phase in the well‐established mdx mouse model. The aim of the present study was to confirm the efficacy of IgG in a long‐term pre‐clinical study in mdx mice.
Methods
IgG (2 g/kg body weight) or NaCl solution as control was administered monthly over 18 months by intraperitoneal injection in mdx mice beginning at 3 weeks of age. Several clinical outcome measures including endurance, muscle strength, and echocardiography were assessed. After 18 months, the animals were sacrificed, blood was collected for analysis, and muscle samples were obtained for ex vivo muscle contraction tests, quantitative PCR, and histology.
Results
IgG significantly improved the daily voluntary running performance (1.9 m more total daily running distance, P < 0.0001) and slowed the decrease in grip strength by 0.1 mN, (P = 0.018). IgG reduced fatigability of the diaphragm (improved ratio to maximum force by 0.09 ± 0.04, P = 0.044), but specific tetanic force remained unchanged in the ex vivo muscle contraction test. Cardiac function was significantly better after IgG, especially fractional area shortening (P = 0.012). These results were accompanied by a reduction in cardiac fibrosis and the infiltration of T cells (P = 0.0002) and macrophages (P = 0.0027). In addition, treatment with IgG resulted in a significant reduction of the infiltration of T cells (P ≤ 0.036) in the diaphragm, gastrocnemius, quadriceps, and a similar trend in tibialis anterior and macrophages (P ≤ 0.045) in gastrocnemius, quadriceps, tibialis anterior, and a similar trend in the diaphragm, as well as a decrease in myopathic changes as reflected by a reduced central nuclear index in the diaphragm, tibialis anterior, and quadriceps (P ≤ 0.002 in all).
Conclusions
The present study underscores the importance of an inflammatory contribution to the disease progression of DMD. The data demonstrate the long‐term efficacy of IgG in the mdx mouse. IgG is well tolerated by humans and could preferentially complement gene therapy in DMD. The data call for a clinical trial with IgG in DMD.
Generation of Inducible BCL11B Knockout in TAL1/LMO1 Transgenic Mouse T Cell Leukemia/Lymphoma Model
(2022)
The B-cell CLL/lymphoma 11B gene (BCL11B) plays a crucial role in T-cell development, but its role in T-cell malignancies is still unclear. To study its role in the development of T-cell neoplasms, we generated an inducible BCL11B knockout in a murine T cell leukemia/lymphoma model. Mice, bearing human oncogenes TAL BHLH Transcription Factor 1 (TAL1; SCL) or LIM Domain Only 1 (LMO1), responsible for T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) development, were crossed with BCL11B floxed and with CRE-ER/lox mice. The mice with a single oncogene BCL11Bflox/floxCREtg/tgTAL1tg or BCL11Bflox/floxCREtg/tgLMO1tg were healthy, bred normally, and were used to maintain the mice in culture. When crossed with each other, >90% of the double transgenic mice BCL11Bflox/floxCREtg/tgTAL1tgLMO1tg, within 3 to 6 months after birth, spontaneously developed T-cell leukemia/lymphoma. Upon administration of synthetic estrogen (tamoxifen), which binds to the estrogen receptor and activates the Cre recombinase, the BCL11B gene was knocked out by excision of its fourth exon from the genome. The mouse model of inducible BCL11B knockout we generated can be used to study the role of this gene in cancer development and the potential therapeutic effect of BCL11B inhibition in T-cell leukemia and lymphoma.