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The non-apoptotic function of Caspase-8 in enothelial precursor cells
(2009)
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Dörte Scharner
- Vasculogenesis as well as angiogenesis are important for postnatal development of blood vessels. Peripheral blood or bone marrow-derived endothelial precursor cells are used in clinical trials for therapeutic enhancement of postnatal neovascularization in patients suffering from coronary artery diseases. The vasculogenic potential of the precursor cell population depends on the appropriate retention of the infused cells to the ischemic tissue. However, cell-autonomous mechanisms regulating the attraction and retention of circulating cells in inflammatory tissue are not well understood. Caspases belong to a family of pro-apoptotic enzymes. Beyond cell death signals, caspase proteases additionally regulate non-apoptotic processes like cell morphology and migration in many cell types. The isoform Caspase-8 is essential for embryonal vasculogenesis in conditional knockout mice. In this study, we identified a novel apoptosis-unrelated role of Caspase-8 in circulating and bone marrow-derived cells for vascular repair. Caspase-8-specific inhibition abrogated the ex vivo formation of EPC from human peripheral blood. Moreover, Caspase-8 inhibition disables EPC migration and adhesion to different matrices and decreases the cell surface expression of the fibronectin receptor subunit integrin alpha 5 and the chemokine receptor CXCR4. In vitro and in vivo studies using bone marrow mononuclear cells derived from inducible Caspase-8- deficient mice revealed an essential role of Caspase-8 for EPC formation and neovascularization enhancing capacities of progenitor cells. Caspase-8 activity appears to be required for maintaining responses to matrix interaction and chemoattractants of EPC. Additional studies showed that the E3 ubiquitin ligase Cbl-b, a negative regulator of cell adhesion molecules including integrin alpha 5, is present in EPC at low protein levels under basal conditions, but markedly increases upon Caspase-8 inhibition. In vitro assays and overexpression studies in intact cells confirmed Caspase-8-dependent degradation of Cbl-b, providing a potential requirement for Caspase-8-regulated adhesion. Indeed, neovascularization of matrigel plugs was enhanced in mice lacking Cbl-b. Moreover, Cbl-b degradation in the presence of active Caspase-8 prevents the down-regulation of integrin alpha 5 and is associated with an enhanced vasculogenic activity of progenitor cells in hind limb ischemia. The identified upstream regulation of caspase-8 by cytokine IL-6 is only one possibility for fine-tuning the non-apoptotic enzymatic activity. In summary, this study shows a novel essential role of Caspase-8 for proper EPC adhesion-related signaling. Caspase-8 is involved in the function of adhesion molecules by regulation the E3 ubiquitin ligase Cbl-b. Strategies to improve survival of therapeutic injected progenitor cells by using caspase inhibitors should be addressed with caution. Because of the broad spectrum of activity of caspase-8, downstream targets of this caspase isoform and Cbl-b should be in more focus for therapeutic pretreatment to improve neovascularization of myocardial and ischemic tissue.
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Untersuchungen zur molekularen Kontrolle der Kupferhomöostase in dem Ascomyceten Podospora anserina
(2007)
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Jürgen Grief
- Das essentielle Spurenelement Kupfer ist Co-Faktor mehrerer Schlüsselenzyme (z B. Cu/Zn-SOD, Cytochrom c Oxidase). Da Kupfer leicht Elektronen aufnehmen und abgeben kann, eignet es sich besonders gut für Redox-Reaktionen. Wenn Kupfer jedoch mit Sauerstoff reagiert, entstehen hoch cytotoxische reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die nach der „freien Radikaltheorie des Alterns“ (nach D. Harman 1956) ursächlich für Alterung und Zelltod sind. Um deren Bildung zu vermeiden, erfolgen alle Aspekte des Kupferstoffwechsels – Aufnahme, Transport und Speicherung - stets proteingebunden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sich bis auf drei Ausnahmen die gesamte bislang bekannte Maschinerie der molekularen Kupferhomöostase aus anderen Modellorganismen (z.B. S. cerevisiae oder H. sapiens) auch im Genom des Ascomyceten Podospora anserina mit Homologen bzw. Orthologen wiederfindet. Die drei Ausnahmen betreffen jeweils Proteine, für die in anderen Organismen mehrere Isoformen existieren und P. anserina nur jeweils ein Homolog/Ortholog besitzt. Für mehrere der neu vorhergesagten Gene (PaAtx1, PaCcc2, PaCcs1, PaCox11, PaCox19, PaCox23, PaSco1) konnte eine Expression im Wildstamm nachgewiesen werden. Dazu wurden Standardtechniken (Northern Blot Analyse, RT-PCR) und auch neu etablierte eGFP-Reporterkonstrukte verwendet. In Podospora anserina scheint Kupfer auf zwei verschiedene Arten Einfluss auf die Lebensspanne zu nehmen: Zum einen mittelbar darüber, dass die Verfügbarkeit von Kupfer über die in der mitochondrialen Atmung verwendete Endoxidase entscheidet. Bei Kupfermangel wird eine Eisen-abhängige alternative Oxidase (AOX) induziert. Durch Atmung über die AOX entstehen weniger ROS, was die Lebensspanne verlängert. Anhand einer Vielzahl langlebiger Mutanten konnte dieser Zusammenhang bereits mehrfach demonstriert werden. Zum anderen scheint Kupfer auch eine unmittelbare Rolle in der Seneszenz von P. anserina zu spielen. In früheren Arbeiten konnten mehrere indirekte Hinweise (Transkript- und Aktivitätsanalysen) gesammelt werden, dass im Alter die cytoplasmatische Kupferkonzentration drastisch ansteigt. Durch Messung der Kupferkonzentration mittels einer direkten chemisch-analytische Methode (TXRF) in fraktionierten Zellbestandteilen (Cytoplasma und Mitchondrien) konnten in dieser Arbeit diese Hinweise weiter untermauert werden. Experimente mit in die mitochondriale Matrix geleitetem eGFP brachten zusätzliche Indizien dafür, dass das mitochondriale Kupfer-Reservoir die Quelle des sich in seneszenten Pilzstämmen im Cytoplasma wiederfindenden Kupfers ist. Durch einen Prozess, der größenabhängig reguliert und in anderen Organismen als „Mitochondrial Permeability Transition – MPT“ zu Beginn der Apoptose bekannt ist, ergiesst sich beim Eintritt in die Seneszenz der Inhalt der mitochondrialen Matrix in das Cytosol. Die Bedeutung dieses Vorgangs und v.a. die Folgen der Umverteilung von Kupfer innerhalb der Zelle bleiben im Detail weiter zu klären. Durch die durchgeführten Arbeiten konnte ein weiterer deutlicher Beweis für das Ablaufen apoptotischer Mechansimen im Alterungsprozeß des Ascomyceten P. anserina erbracht werden.
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Molekulare Systematik und Phylogeographie der Formengruppe Ancylus fluviatilis O. F. Müller 1774
(2001)
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Monika Bugert
