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Adipose-derived mesenchymal stem cells (ASCs) are considered to be a useful tool for regenerative medicine, owing to their capabilities in differentiation, self-renewal, and immunomodulation. These cells have become a focus in the clinical setting due to their abundance and easy isolation. However, ASCs from different depots are not well characterized. Here, we analyzed the functional similarities and differences of subcutaneous and visceral ASCs. Subcutaneous ASCs have an extraordinarily directed mode of motility and a highly dynamic focal adhesion turnover, even though they share similar surface markers, whereas visceral ASCs move in an undirected random pattern with more stable focal adhesions. Visceral ASCs have a higher potential to differentiate into adipogenic and osteogenic cells when compared to subcutaneous ASCs. In line with these observations, visceral ASCs demonstrate a more active sonic hedgehog pathway that is linked to a high expression of cilia/differentiation related genes. Moreover, visceral ASCs secrete higher levels of inflammatory cytokines interleukin-6, interleukin-8, and tumor necrosis factor α relative to subcutaneous ASCs. These findings highlight, that both ASC subpopulations share multiple cellular features, but significantly differ in their functions. The functional diversity of ASCs depends on their origin, cellular context and surrounding microenvironment within adipose tissues. The data provide important insight into the biology of ASCs, which might be useful in choosing the adequate ASC subpopulation for regenerative therapies.
Die Gentherapie bietet eine interessante alternative Behandlungsoption bei der Therapie der HIV-Infektion und könnte langfristig die Standardmedikation mit antiretroviralen Substanzen ergänzen oder ersetzen. Antivirale Genprodukte, die frühe Schritte im HIV-Replikationszyklus hemmen, bevor sich das Virus in das Genom der Zielzelle integriert hat, sind dabei besonders vielversprechend. Hierzu zählen insbesondere die von der C-terminalen heptad repeat Region des HIV-Hüllglykoproteins gp41 abgeleiteten C-Peptide, die hochwirksame Inhibitoren des Viruseintritts sind. Während des HIV-Eintrittsprozesses interagieren sie mit den viralen gp41 N-Helices und verhindern somit die Ausbildung des zur Fusion von viraler und zellulärer Membran erforderlichen Sechs-Helix-Bündels. Die Sekretion antiretroviraler C-Peptide durch genmodifizierte T-Lymphozyten in vivo birgt großes therapeutisches Potential: Nach Freisetzung in den extrazellulären Raum können die Peptide nicht nur genmodifizierte sondern auch unbehandelte Nachbarzellen vor HIV-Infektion schützen (Bystander-Effekt). Somit könnte selbst mit den heute zur Verfügung stehenden Methoden, mit denen lediglich ein Teil aller potentiellen HIV-Zielzellen modifiziert werden kann, die Virusreplikation effektiv unterdrückt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher C-Peptid-basierte in vivo sezernierte antivirale Eintrittsinhibitoren (iSAVE) für die HIV-Gentherapie entwickelt. Kurze Peptide, wie die antiviralen C-Peptide, werden von eukaryotischen Zellen aufgrund von Größenbeschränkungen beim Eintritt in den Sekretionsweg jedoch nur schlecht sezerniert. Um die effiziente Sekretion von iSAVE-Peptiden durch genmodifizierte humane Zellen zu erreichen, wurde das C-Peptid daher verlängert. Hierbei wurde das therapeutische Peptid einerseits um nicht antiviral aktive Gerüstelemente ergänzt. Andererseits wurden Concatemer-Konstrukte generiert, in denen zwei C-Peptide jeweils über einen flexiblen oder proteolytisch spaltbaren Linker verbunden sind. Die unterschiedlichen iSAVE-Peptid-Varianten wurden in vitro in transfizierten und transduzierten Zelllinien und in primären humanen T-Lymphozyten charakterisiert. Hierbei wurden Sekretionseffizienz und Prozessierung sowie antivirale Aktivität und Bystander-Inhibition der sezernierten Peptide untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Effizienz der C-Peptidsekretion stark mit der Peptidlänge korreliert, so dass durch Sequenzverlängerungen die Sekretion deutlich gesteigert werden konnte. Darüber hinaus waren N-Glykane für die effiziente Sekretion der C-Peptide unerlässlich. Die antiretrovirale Aktivität hingegen reduzierte sich mit zunehmender Peptidlänge dramatisch und wurde auch durch N-Glykane leicht beeinträchtigt, so dass weder die durch Gerüstelemente verlängerten C-Peptide, noch die ungespaltenen C-Peptid-Concatemere antiretrovirale Wirkung zeigten. Durch die Generierung proteolytisch spaltbarer C-Peptid-Concatemere konnten die strukturellen Erfordernisse für effiziente Sekretion mit hoher inhibitorischer Aktivität vereinbart werden. Die Prozessierung der Concatemere durch die Proprotein-Convertase Furin war allerdings nicht einfach zu erreichen. Nur das Einfügen eines flexiblen Linkers mit optimierter Furinerkennungssequenz zwischen den beiden C-Peptiden erlaubte die effiziente Spaltung in monomere Peptide mit hoher antiretroviraler Aktivität. Therapeutisch wirksame Peptidkonzentrationen dieser optimierten iSAVE-Peptide wurden sowohl von transfizierten und transduzierten Zelllinien als auch von primären humanen T-Zellen sezerniert. Nach Freisetzung in den extrazellulären Raum konnten die Peptide nicht nur genmodifizierte sondern auch unbehandelte Nachbarzellen in vitro vor HIV-1 Eintritt und Infektion schützen. Die generierten iSAVE-Peptide bilden damit eine hervorragende Grundlage für die weitere präklinische und klinische Entwicklung eines neuen Gentherapieansatzes zur Behandlung der HIV-Infektion.
Stem cell-based therapies require cells with a maximum regenerative capacity in order to support regeneration after tissue injury and organ failure. Optimization of this regenerative potential of mesenchymal stromal/stem cells (MSC) or their conditioned medium by in vitro preconditioning regimens are considered to be a promising strategy to improve the release of regenerative factors. In the present study, MSC were isolated from inguinal adipose tissue (mASC) from C57BL/6 mice, cultured, and characterized. Then, mASC were either preconditioned by incubation in a hypoxic environment (0.5% O2), or in normoxia in the presence of murine epidermal growth factor (EGF) or tumor necrosis factor α (TNFα) for 48 h. Protein expression was measured by a commercially available array. Selected factors were verified by PCR analysis. The expression of 83 out of 308 proteins (26.9%) assayed was found to be increased after preconditioning with TNFα, whereas the expression of 61 (19.8%) and 70 (22.7%) proteins was increased after incubation with EGF or in hypoxia, respectively. Furthermore, we showed the proliferation-promoting effects of the preconditioned culture supernatants on injured epithelial cells in vitro. Our findings indicate that each preconditioning regimen tested induced an individual expression profile with a wide variety of factors, including several growth factors and cytokines, and therefore may enhance the regenerative potential of mASC for cell-based therapies.