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Die Messung von Zytokinen in Stimulationsexperimenten zur Bestimmung von Stärke und Umfang einer Immunreaktion werden in der Praxis häufig an kryokonserviertem Zellmaterial durchgeführt. Bisherige Untersuchungen zum Einfluss der Kryokonservierung auf die Zytokinexpression sind widersprüchlich. In den hier durchgeführten Experimenten wurden die Genexpression und/ oder Sekretion der Zytokine IL-2, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12, IL-13, GM-CSF, IFN-γ und TNF-α in frisch isolierten und kryokonservierten Immunzellen aus Blut (PBMC) eines gesunden Spenders bestimmt. Diese wurden mit den Immunsystem-aktivierenden Stoffen OKT-3 und Concanavalin A (Con A) stimuliert und für 4 bzw. 24 h kultiviert. Ein Vergleich der frisch-isolierten und kryokonservierten PBMC in Stimulationsexperimenten zeigt, (1) dass die Messung der Genexpression genauere Einblicke zu Beginn der einsetzenden Immunreaktion verschafft, als die Messung der ausgeschütteten Zytokine, (2) dass durch Einfrieren die Immunreaktion insbesondere zu diesem Zeitpunkt beeinflusst wird und (3) dass zu späteren Zeitpunkten die Konzentrationsbestimmung der Zytokine im Zellkulturüberstand das Mittel der Wahl ist.
Die simultane Bestimmung mehrerer Analyten und die Erstellung komplexer Parameterprofi e erlangt immer größere Bedeutung in der heutigen Labordiagnostik. Die Bead-basierte Multiplexanalytik bietet hier eine flexible, schnelle und einfache Methode zur Erstellung individueller Analysen. Aufgrund der Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, die diese moderne Nachweismethode im Bereich molekularbiologischer Fragestellungen bietet, ist die Etablierung der Beadbasierten Multiplexanalytik im Labor für Molekularbiologie und funktionelle Genomik der Technischen Hochschule Wildau von großem Nutzen. Zur Einarbeitung in das Testsystem wurden die Konzentrationen der Zytokine IL-2, IL-4, IFN-γ und TNF-α in Zellkulturüberständen mit kommerziellen Fertigsystemen gemessen und mit mRNA-Expressionsraten der gleichen Proben verglichen. Des Weiteren wurde ein Testsystem zum Nachweis von humanen Antikörpern der Klassen IgG und IgM sowie deren antigen-spezifischer Anteil in Zellkulturüberständen entwickelt. Außerdem konnte durch die erfolgreiche Detektion von DNA-gekoppelten Beads mittels markierter Oligonukleotidsequenz die Kopplung und die Anwendbarkeit der Methode auf Bindungsexperimente mit Nukleotidsequenzen gezeigt werden
Für den simultanen Nachweis mehrerer Analyten innerhalb einer Probe ist die Bead-basierte Multiplexanalytik ein häufig verwendetes Verfahren und wird beispielsweise zur Quantifizierung von Proteinen genutzt. Die aufwendige Durchführung der Assays soll durch Automatisierung einerseits dem Anwender abgenommen werden, während andererseits die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Analyse gesteigert wird. Die Automatisierung des Bio-Plex Pro™ Assays ist mit dem Pipettierroboter Tecan Freedom EVO 200 umgesetzt worden. Es ist ein Skript mit der Software Freedom EVOware® entwickelt worden, welches die Probenvorbereitung des Assays vollständig übernimmt. Für einen Vergleich der manuellen und automatisierten Methode sind die humanen Zytokine IL-2, IL-4, IL-10, GM-CSF, IFN-γ und TNF-α in einer achtstufigen Standardverdünnungsreihe und in unterschiedlich konzentrierten Proben gemessen worden. Die Berechnung der Streuungen (Standardabweichung und Variationskoeffizient) der einzelnen Standardverdünnungsreihen sowie der Vergleich von gemessenen und erwarteten Konzentrationen der automatisierten und manuellen Methode zeigen, dass die Automatisierung neben der zeitlichen Optimierung auch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Analyse verbessert.
Pituitary neuroendocrine tumors (PitNET) do not only belong to the most common intracranial neoplasms but seem to be generally more common than has been thought. Minimally invasive liquid biopsies have the potential to improve their early screening efficiency as well as monitor prognosis by facilitating the diagnostic procedures. This review aims to assess the potential of using liquid biopsies of different kinds of biomarker species that have only been obtained from solid pituitary tissues so far. Numerous molecules have been associated with the development of a PitNET, suggesting that it often develops from the cumulative effects of many smaller genetic or epigenetic changes. These minor changes eventually pile up to switch critical molecules into tumor-promoting states, which may be the key regulatory nodes representing the most potent marker substances for a diagnostic test. Drugs targeting these nodes may be superior for the therapeutic outcome and therefore the identification of such pituitary-specific cellular key nodes will help to accelerate their application in medicine. The ongoing genetic degeneration in pituitary adenomas suggests that repeated tumor profiling via liquid biopsies will be necessary for personalized and effective treatment solutions.
Störungen im Metabolismus des Wachstumshormons können sich als Wachstumshormonmangel oder -überschuss (Akromegalie) äußern. In beiden Fällen handelt es sich um seltene Krankheiten, die aufwendig behandelt werden müssen, da jeder Patient anders auf seine jeweilige Medikation anspricht. Zur Bestimmung des individuellen Ansprechverhaltens auf die medikamentöse Behandlung wird Insulin-like Growth Factor 1 verwendet, das jedoch als unzuverlässig für die Therapiekontrolle gilt. Um die Diagnostik und Therapie von Wachstumshormonstörungen zu verbessern, wurde in dieser Pilotstudie der Nutzen des neuen potenziellen Biomarkers Elongin B/C-Cullin5-Socs-box Komplex (ECS-Komplex) überprüft. Die fünf Proteine des Komplexes üben zusammen einen negativen Feedback-Mechanismus auf den Wachstumshormonrezeptor aus und regulieren ihn in Abhängigkeit vom Wachstumshormonspiegel im Blut. Für diese Pilotstudie wurden vier Patienten mit Wachstumshormondefizienz und 15 Patienten mit Akromegalie rekrutiert. Die Messung von Unterschieden in der Expression der Gene auf RNA-Ebene in Blutproben der Patienten erlaubt erste Aussagen über deren Eignung als therapeutische Marker für diese Krankheiten.
Trotz intensiver Forschung und immensen Bedarfs steht heutzutage kein RSV-Impfstoff zur Verfügung. Moderne Subunit-Vakzine bedürfen einer Adjuvantierung, um eine ausreichend starke Immunantwort zu generieren. Mit der Veränderung von Glykoslierungsmustern des RSV-F Proteins wird eine kovalent gekoppelte Adjuvantierung hergestellt, die über die Aktivierung des angeborenen Immunsystems eine umfassende Immunantwort generiert. In dieser Arbeit wurden rekombinant hergestellte Varianten des RSV-F Proteins mit defukosylierten oder xylosylierten N-Glykanen auf ihr Potential, das Immunsystem zu aktivieren, untersucht. Dazu wurden Zytokine aus Zellkulturüberständen quantifiziert und Methoden zur Genexpressionsanalyse stimulierter Zellen etabliert. In Vorbereitung auf Stimulationsexperimente mit PBMCs wurde der Einfluss der Kryokonservierung auf Zellen untersucht und die Zytokinexpression auf Gen- und Proteinebene korreliert. Im Rahmen der Stimulationsexperimente mit komplexen Zellgemischen (PBMC und mDC) wurden die stabil exprimierten Referenzgene SDHA, TBP und PPIA für die Etablierung einer validen Genexpressionsanalyse identifiziert. Dabei wurde eine mathematische Konvertierung quantitativer Transkriptzahlen aus dem Sonden-basierten direkten RNA-Nachweis (NanoString®) und der relativen Quantifizierung mittels qPCR entwickelt. Die Zytokinmuster in Zellkulturüberständen aus Langzeitstimulationsexperimenten, welche mit PBMC, mDC und den beiden Impfstoffvarianten in einem komplexen Perfusionsreaktorsystem (HuALN®) durchgeführt worden waren, wurden mittels automatisierter Bead-basierter Multiplexanalytik quantifiziert. Im Zusammenhang mit der Untersuchung umfangreicher Genpanels konnten verstärkte Immunreaktionen durch die glykosidisch veränderten RSV-F Proteine nachgewiesen werden. Die Defukosylierung führt zu einer breiten Aktivierung des zellulären und humoralen adaptiven Immunsystems. Das xylosylierte RSV-F aktiviert zusätzlich Komponenten des angeborenen Immunsystems. Zudem gibt es Hinweise darauf, dass durch den Grad der Defukosylierung das Verhältnis zwischen Th1 und Th2 basierter Antwort modifiziert werden kann. Mit den verwendeten und etablierten Methoden ist es möglich, die Potenz von Impfstoffkandidaten mit geringen strukturellen Veränderungen zu unterscheiden. Um die komplexen Stimulationsexperimente in einem höheren Durchsatz durchführen zu können, wurde an der Entwicklung eines miniaturisierten Bioreaktors mitgewirkt. Die Untersuchungen der Dichtheit des Reaktors mittels Fluoreszenzmikroskopie und der Biokompatibilität der einzelnen Komponenten hatten direkten Einfluss auf das Design des Reaktors, dessen Aufbau- und Verbindungstechnik sowie die Wahl der Materialien. Die Funktionalität konnte in verschiedenen 2D und 3D Kultivierungsansätzen über eine langanhaltende Zellviabilität bestätigt werden. Die verstärkte Modulierung der Immunantwort, hervorgerufen durch modifizierte Glykanstrukturen, zeugt von einer aussichtsreichen Methode, die auf andere Pathogene angewandt werden kann. Das höhere Durchsatzpotential des miniaturisierten Perfusionsreaktors (mehr Zeitpunkte, mehr Replikate) kann zukünftig einen präziseren Einblick in die immunologischen Vorgänge gewähren.
Xylose is a general component of O-glycans in mammals. Core-xylosylation of N-glycans is only found in plants and helminth. Consequently, xylosylated N-glycans cause immunological response in humans. We have used the F-protein of the human respiratory syncytial virus (RSV), one of the main causes of respiratory tract infection in infants and elderly, as a model protein for vaccination. The RSV-F protein was expressed in CHO-DG44 cells, which were further modified by co-expression of β1,2-xylosyltransferase from Nicotiana tabacum. Xylosylation of RSV-F N-glycans was shown by monosaccharide analysis and MALDI-TOF mass spectrometry. In immunogenic studies with a human artificial lymph node model, the engineered RSV-F protein revealed improved vaccination efficacy.
The ElonginB/C-Cullin5-SOCS-Box-Complex Is a Potential Biomarker for Growth Hormone Disorders
(2021)
Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) is the standard biochemical marker for the diagnosis and treatment control of acromegaly and growth hormone deficiency (GHD). However, its limitations necessitate the screening for new specific and sensitive biomarkers. The elonginB/C-cullin5-SOCS-box-complex (ECS-complex) (an intracellular five-protein complex) is stimulated by circulating growth hormone (GH) and regulates GH receptor levels through a negative feedback loop. It mediates the cells’ sensitivity for GH and therefore, represents a potent new biomarker for those diseases. In this study, individual ECS-complex proteins were measured in whole blood samples of patients with acromegaly (n = 32) or GHD (n = 12) via ELISA and compared to controls. Hierarchical clustering of the results revealed that by combining the three ECS-complex proteins suppressor of cytokine signaling 2 (SOCS2), cullin-5 and ring-box protein 2 (Rbx-2), 93% of patient samples could be separated from controls, despite many patients having a normal IGF-1 or not receiving medical treatment. SOCS2 showed the best individual diagnostic performance with an overall accuracy of 0.93, while the combination of the three proteins correctly identified all patients and controls. This resulted in perfect sensitivity and specificity for all patient groups, which demonstrates potential benefits of the ECS-complex proteins as clinical biomarkers for the diagnostics of GH-related diseases and substantiates their important role in GH metabolism.
Subunit vaccines often require adjuvants to elicit sustained immune activity. Here, a method is described to evaluate the efficacy of single vaccine candidates in the preclinical stage based on cytokine and gene expression analysis. As a model, the recombinant human respiratory syncytial virus (RSV) fusion protein (RSV-F) was produced in CHO cells. For comparison, wild-type and glycoengineered, afucosylated RSV-F were established. Both glycoprotein vaccines were tested in a commercial Human Artificial Lymph Node in vitro model (HuALN®). The analysis of six key cytokines in cell culture supernatants showed well-balanced immune responses for the afucosylated RSV-F, while immune response of wild-type RSV-F was more Th1 accentuated. In particular, stronger and specific secretion of interleukin-4 after each round of re-stimulation underlined higher potency and efficacy of the afucosylated vaccine candidate. Comprehensive gene expression analysis by nCounter gene expression assay confirmed the stronger onset of the immunologic reaction in stimulation experiments with the afucosylated vaccine in comparison to wild-type RSV-F and particularly revealed prominent activation of Th17 related genes, innate immunity, and comprehensive activation of humoral immunity. We, therefore, show that our method is suited to distinguish the potency of two vaccine candidates with minor structural differences.
