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Molekulare und zelluläre Analyse der Proteinkinase B/Akt und ihrer funktionellen Verknüpfung zu Insulin in Keratinozyten und während der Wundheilung in gesunden sowie insulinresistenten Mäusen
(2007)
- Die Verbreitung westlicher Verhaltens- und Lebensmuster im Rahmen der Globalisierung führt zu einer dramatischen Zunahme des Typ 2 Diabetes. Eine schwerwiegende Komplikation der diabetischen Erkrankung ist die Wundheilungsstörung, deren molekulare Pathophysiologie noch weitgehend unverstanden ist. Voraussetzung für einen koordinierten Wundheilungsprozess ist die ausgewogene Interaktion wundheilungsrelevanter Faktoren, die eine Vielfalt an Signaltransduktionskaskaden induzieren und somit zu einem streng kontrollierten Heilungsprozess beitragen. Darüber hinaus scheint auch die Insulinsensitivität der Haut für den Heilungsverlauf eine essentielle Rolle zu spielen. Da die Proteinkinase B/Akt nicht nur ein zentrales Molekül der Insulin-Signaltransduktion ist, sondern als Knotenpunkt vieler Signalkaskaden im Mittelpunkt zellulärer Ereignisse steht, sollte in der vorliegenden Arbeit die Rolle und Funktion der Proteinkinase Akt in der kutanen Wundheilung untersucht werden. Sowohl in der Haut als auch im Wundgewebe konnte Akt1 als dominante Isoform identifiziert werden. Die Verletzung des Hautgewebes induzierte einen Anstieg der Akt1-Expression und -Phosphorylierung in der Epidermis akut heilender Wunden. Insbesondere die am Wundrand gelegenen Keratinozyten waren durch eine starke Expression der Akt1-Kinase gekennzeichnet. Die Phosphorylierung und somit Aktivierung der Akt1-Kinase stieg im Verlauf der Wundheilung stetig an und erreichte ihr Maximum in der Endphase des Heilungsprozesses. Begleitet wurde die Aktivierung dieser Kinase von einer Phosphorylierung des eIF4E-BP1 und einer starken VEGF-Sekretion. Dagegen konnte in diabetisch chronischem Wundgewebe weder eine Aktivierung der Akt1-Kinase noch eine Phosphorylierung des eIF4E-BP1 nachgewiesen werden, was mit einer deutlich verminderten VEGF-Sekretion einherging. Um nun zu untersuchen, ob im Prozess der Wundheilung die VEGF-Sekretion in einem funktionellen Zusammenhang zur Akt1-Aktivierung steht, wurde in vitro der Einfluss wundheilungsrelevanter Faktoren, wie EGF, einer Kombination proentzündlicher Zytokine oder Insulin auf die Aktivierung der Akt1-Kinase und VEGF-Biosynthese untersucht. Obwohl alle Faktoren sowohl eine Aktivierung der Akt1-Kinase als auch VEGF-Sekretion induzierten, wurde ausschließlich die Insulininduzierte VEGF-Biosynthese über den PI3-Kinase/Akt-Signalweg vermittelt. Die Regulation der Insulin-induzierten VEGF-Biosynthese erfolgte posttranskriptionell aus einem gleichbleibenden Pool an VEGF-mRNA über die Phosphorylierung des eIF4E-BP1. Durch die Überexpression einer konstitutiv aktiven Akt1-Mutante und die Verwendung des mTOR-Inhibitors Rapamycin konnte mTOR als Mediator der Akt1-vermittelten Phosphorylierung des eIF4E-BP1 und somit der VEGF-Biosynthese identifiziert werden. In vitro-Lokalisationsexperimente zeigten, dass eine vollständig phosphorylierte und somit aktive Akt1-Kinase nach Insulinstimulation im Zytoplasma lokalisiert ist - exakt dort, wo die Regulation der Translation stattfindet. Zusammenfassend weisen diese Ergebnisse darauf hin, dass Insulin im kutanen Heilungsverlauf die VEGF-Biosynthese posttranskriptionell über eine Akt1-vermittelte Phosphorylierung des eIF4E-BP1 induzieren kann. Eine ausbleibende Akt-Aktivierung in insulinresistenten Keratinozyten könnte somit zu einer verminderten VEGF Sekretion und folglich zu einer verzögerten Angiogenese in chronisch diabetischen Wunden beitragen.
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A large-scale chemical modification screen identifies design rules to generate siRNAs with high activity, high stability and low toxicity
(2009)
- The use of chemically synthesized short interfering RNAs (siRNAs) is currently the method of choice to manipulate gene expression in mammalian cell culture, yet improvements of siRNA design is expectably required for successful application in vivo. Several studies have aimed at improving siRNA performance through the introduction of chemical modifications but a direct comparison of these results is difficult. We have directly compared the effect of 21 types of chemical modifications on siRNA activity and toxicity in a total of 2160 siRNA duplexes. We demonstrate that siRNA activity is primarily enhanced by favouring the incorporation of the intended antisense strand during RNA-induced silencing complex (RISC) loading by modulation of siRNA thermodynamic asymmetry and engineering of siRNA 3-overhangs. Collectively, our results provide unique insights into the tolerance for chemical modifications and provide a simple guide to successful chemical modification of siRNAs with improved activity, stability and low toxicity.
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Wound healing in mice with high-fat diet- or ob gene-induced diabetes-obesity syndromes: a comparative study
(2010)
- In the past, the genetically diabetic-obese diabetes/diabetes (db/db) and obese/obese (ob/ob) mouse strains were used to investigate mechanisms of diabetes-impaired wound healing. Here we determined patterns of skin repair in genetically normal C57Bl/6J mice that were fed using a high fat diet (HFD) to induce a diabetes-obesity syndrome. Wound closure was markedly delayed in HFD-fed mice compared to mice which had received a standard chow diet (CD). Impaired wound tissue of HFD mice showed a marked prolongation of wound inflammation. Expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) was delayed and associated with the disturbed formation of wound margin epithelia and an impaired angiogenesis in the reduced granulation tissue. Normal wound contraction was retarded and disordered. Wound disorders in obese C57Bl/6J mice were paralleled by a prominent degradation of the inhibitor of NFκB (IκB-α) in the absence of an Akt activation. By contrast to impaired wound conditions in ob/ob mice, late wounds of HFD mice did not develop a chronic inflammatory state and were epithelialized after 11 days of repair. Thus, only genetically obese and diabetic ob/ob mice finally developed chronic wounds and therefore represent a better suited experimental model to investigate diabetes-induced wound healing disorders.
