@phdthesis{Juergens2016,
  author    = {J{\"u}rgens, Constantin Johannes Sebastian},
  title     = {Untersuchungen zum antiproliferativen Potential von Stoffwechselinhibitoren bei tumorphysiologischen Sauerstoffkonzentrationen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-140061},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Das Ziel der Arbeit war zu untersuchen, ob der Stoffwechsel kolorektaler Karzi-nomzellen geeignete Targetstrukturen f{\"u}r m{\"o}gliche therapeutische Ans{\"a}tze aufweist. In Krebszellen induziert sowohl der Warburg-Effekt bei Normoxie als auch die anaerobe Glykolyse bei Hypoxie eine massive Bildung von Laktat. Wird die Krebszelle dauerhaft daran gehindert, die f{\"u}r die Glykolyse notwendi-gen Reduktions{\"a}quivalente NADH+H+ mit Hilfe der Laktatdehydrogenase zu reoxidieren und/oder Laktat {\"u}ber die Transporter MCT1 und MCT4 nach außen zu schleusen, dann l{\"o}st diese Kombination aus Mangelsituation und intrazellul{\"a}rer Ans{\"a}uerung den apoptotischen Zelltod aus. F{\"u}r die Situation in vivo ist entscheidend, dass auch Zellen von Normalgeweben zwar Laktat in Hypoxie bilden, dies jedoch keine vorherrschende physiologische Situation darstellt. Die Hemmstoffe Natriumoxamat (NaOx) f{\"u}r die Laktatdehydrogenase und α-Cyano-4-Hydroxycinnamat (αCHC) f{\"u}r MCT1 und MCT4 wurden an den sechs humanen kolorektalen Karzinomzelllinien Colo741, HCT116, HT29, LS174T, SW620 und WiDr untersucht. Zus{\"a}tzlich wurde der Glukoseverbrauch und die Laktatbildung bestimmt und die Funktion der Atmungskette {\"u}berpr{\"u}ft. Die IC50-Werte f{\"u}r 5-FU, NaOx und αCHC wurden bestimmt und danach NaOx in einer Konzentration von 40x10-3 mol/L, αCHC in einer Konzentration von 2x10-3 mol/L und 5-FU in einer Konzentration von 5x10-6 mol/L eingesetzt. Die Zellen wurden bei tumorphysiologischen Sauerstoffkonzentrationen von 5 \% und 1 \% Sauerstoff f{\"u}r bis zu 120 Stunden inkubiert. Die Funktion der Atmungskette in den Mitochondrien der kolorektalen Karzi-nomzellen wurde u. a. durch Bestimmung wichtiger Kenngr{\"o}ßen wie dem P:O Quotienten und des respiratorischen Kontrollindex (RKI) nachgewiesen. F{\"u}nf der sechs Karzinomzelllinien wiesen im Vergleich zur Kontrollzelllinie J774 einen verringerten P:O-Quotienten und respiratorischen Kontrollindex (RKI) auf, was darauf hindeutet, dass die Funktion der Mitochondrien dieser Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen zwar verringert war, aber nicht vollst{\"a}ndig aufgehoben. Dieses Ergebnis st{\"u}tzt die allgemein akzeptierte Auffassung, dass die meisten Tumore {\"u}ber funktionelle Mitochondrien verf{\"u}gen. Durch die Analyse des Glukosestoffwechsels wurden die sechs kolorektalen Zelllinien, die einen unterschiedlich stark ausgepr{\"a}gten glykolytischen Ph{\"a}notyp aufwiesen, nach der St{\"a}rke der Laktatbildung bei 5 \% Sauerstoff in drei Kategorien eingeordnet. Zudem wurde f{\"u}r jede der sechs Zelllinien die Expression von LDH-A, LDH-B sowie MCT-1 und MCT-4 auf Proteinebene nachgewiesen. Wesentliches Ziel der Untersuchungen war die {\"U}berpr{\"u}fung des antiprolife-rativen Potentials der beiden Inhibitoren NaOx und αCHC einzeln oder in Kombination mit 5-FU bei den tumorspezifischen Sauerstoffkonzentrationen von 5 \% und 1 \%. Die Kombination aus NaOx und αCHC induzierte bei 1 \% Sauerstoff nach 9 Tagen in Kultur zytotoxische Effekte und war damit so wirksam wie 5x10-6 mol/L 5-FU. Die Zugabe von 5-FU zur Kombination aus NaOx und αCHC f{\"u}hrte zu keiner Steigerung des zelltoxischen Effektes. Die beiden Inhibitoren NaOx und αCHC waren f{\"u}r SW620 Zellen weniger wirksam als f{\"u}r Zellen der anderen f{\"u}nf Zelllinien. Das mehr „oxidative" Profil von SW620 Zellen (bester P:O-Quotient, geringste Laktatbildung bei 5 \% und 1 \% Sauerstoff; zudem die h{\"o}chsten IC50-Werte f{\"u}r NaOx und αCHC) k{\"o}nnte erkl{\"a}ren, warum die beiden Stoffwechselinhibitoren, die einen glykolytischen Ph{\"a}notyp (starke Bildung von Laktat) erfordern, f{\"u}r SW620 Zellen von geringerer Wirksamkeit waren. F{\"u}r die Hemmstoffe NaOx und αCHC wurden zytostatische bzw. zytotoxische Effekte in kolorektalen Karzinomzellen gezeigt. Dies deutet darauf hin, dass Krebszellen auf einen ungehinderten glykolytischen Stoffwechsel angewiesen sind. F{\"u}r beide Hemmstoffe wurde ebenfalls gezeigt, dass sie auch bei tumorre-levanten Sauerstoffkonzentrationen von 5 \% und 1 \% wirksam sind.},
  subject      = {Tumorzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kuespert2014,
  author    = {K{\"u}spert, Maritta},
  title     = {Untersuchung zur Rolle des La-verwandten Proteins LARP4B im mRNA-Metabolismus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107490},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {Eukaryotische messenger-RNAs (mRNAs) m{\"u}ssen diverse Prozessierungsreaktionen durchlaufen, bevor sie der Translationsmaschinerie als Template f{\"u}r die Proteinbiosynthese dienen k{\"o}nnen. Diese Reaktionen beginnen bereits kotranskriptionell und schließen das Capping, das Spleißen und die Polyadenylierung ein. Erst nach dem die Prozessierung abschlossen ist, kann die reife mRNA ins Zytoplasma transportiert und translatiert werden. mRNAs interagieren in jeder Phase ihres Metabolismus mit verschiedenen trans-agierenden Faktoren und bilden mRNA-Ribonukleoproteinkomplexe (mRNPs) aus. Dieser „mRNP-Code" bestimmt das Schicksal jeder mRNA und reguliert dadurch die Genexpression auf posttranskriptioneller Ebene. F{\"u}r das La-verwandte Protein LARP4B (La-related protein 4B) wurde k{\"u}rzlich eine direkte Interaktion mit den Translationsfaktoren PABPC1 (poly(A) binding protein, cytoplasmic 1) und RACK1 (receptor for activated C kinase) gefunden. Diese Befunde sowie die Assoziation mit aktiv translatierenden Ribosomen l{\"a}sst vermuten, dass LARP4B zum mRNP-Code beitr{\"a}gt. Die Dom{\"a}nenstruktur des Proteins legt dar{\"u}ber hinaus nahe, dass LARP4B direkt mRNAs bindet. Um einen Einblick in die Funktion von LARP4B und seiner in vivo RNA-Bindungspartner zu erhalten, wurde die mRNA-Assoziation transkriptomweit mit Hilfe von PAR-CLIP (Photoactivatable-Ribonucleoside-Enhanced Crosslinking and Immunoprecipitation)-Experimenten bestimmt. Diese Daten zeigten, dass LARP4B ein spezifisches Set an zellul{\"a}ren mRNAs {\"u}ber Sequenzbereiche in deren 3'-untranslatierten Regionen bindet. Die bioinformatische Auswertung der PAR-CLIP-Daten identifizierte ein LARP4B-Bindemotiv, welches durch in vitro Bindungsstudien validiert werden konnte. Dar{\"u}ber hinaus belegten pSILAC (pulsed stable isotope labeling with amino acids in cell culture)-Experimente und eine transkriptomweite Analyse der mRNA-Level, dass LARP4B die Expression der Ziel-mRNAs beeinflusst, indem es die Stabilit{\"a}t der gebundenen Transkripte erh{\"o}ht. LARP4B konnte somit als positiver Faktor der eukaryotischen Genexpression identifiziert werden.},
  subject      = {Messenger-RNS},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Voelker2013,
  author    = {V{\"o}lker, Michael},
  title     = {Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung neuer In-vitro-Methoden zur Untersuchung des Fremdstoffmetabolismus und der Inhibition fremdstoffmetabolisierender Enzyme},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-99434},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Arzneistoffe werden nach ihrer Applikation durch verschiedene fremdstoff-metabolisierende Enzyme des Organismus biochemisch ver{\"a}ndert. Durch eine Hemmung dieser Enzyme, z. B. durch Grapefruitsaft oder einen gleichzeitig eingenommenen Arzneistoff, kann es insbesondere bei Arzneistoffen mit geringer therapeutischer Breite, wie z. B. Theophyllin oder Phenprocoumon, zu gef{\"a}hrlichen Nebenwirkungen kommen. Besonders gef{\"a}hrdet sind multimorbide Patienten, die eine Therapie mit einer Vielzahl von Arzneimitteln erhalten. Um den Metabolismus von neuen Wirkstoffen und deren Interaktionspotential zu untersuchen, werden u. a. In-vitro-Experimente mit Zellfraktionen oder einzelnen Enzymen durchgef{\"u}hrt. Bei Inhibitionsassays wird der Einfluss von Arzneistoffen auf die Umsetzung eines Testsubstrates untersucht. Ein Großteil dieser Arbeit besch{\"a}ftigt sich daher mit der Entwicklung von Methoden, mit denen die Inhibition wichtiger fremd-stoffmetabolisierender Enzyme, wie Cytochrom-P450-Enzyme (CYP-Enzyme), Glutathion-S-Transferasen (GSTs) und Carboxylesterasen (CES), untersucht werden kann. Dabei wurde auch eine Charakterisierung der Testsubstrate vorgenommen. Dar{\"u}ber hinaus wurden die Bioaktivierung von Clopidogrel und die Bildung von reaktiven Metaboliten untersucht. Aufgrund aktueller Diskussionen {\"u}ber die Interaktion zwischen Clopidogrel und Omeprazol wurde in dieser Arbeit die Bioaktivierung von Clopidogrel mit Hilfe von LC/MS/MS-Analysen und rekombinanten CYP-Enzymen sowie humanen Lebermikrosomen untersucht. Aufgrund der Instabilit{\"a}t des aktiven Metaboliten wurde in den inkubierten Proben eine Derivatisierung mit Dimedon durchgef{\"u}hrt. Die Untersuchungen zeigten, dass die Umwandlung zum 2-Oxo-Clopidogrel durch mehrere CYP-Enzyme erfolgt. Neben CYP2C19 sind CYP1A2, CYP2B6, CYP2C9 und CYP3A4 beteiligt. Anhand von selektiven Inhibitoren konnte CYP3A4 f{\"u}r die Bildung des aktiven Metaboliten aus 2-Oxo-Clopidogrel identifiziert werden. Neben der Biotransformation durch CYP-Enzyme wird haupts{\"a}chlich der Carbons{\"a}ureester des Clopidogrels hydrolysiert. Untersuchungen mit humanen Subzellfraktionen und rekombinanten Carboxylesterasen zeigen, dass die Esterhydrolyse durch CES1 katalysiert wird. Des Weiteren wurde der Metabolismus von Omeprazol untersucht. Es stellte sich heraus, dass die 5-Hydroxylierung und die 5-O-Demethylierung haupts{\"a}chlich durch CYP2C19 und CYP2D6 erfolgen. Dabei besitzt Omeprazol die h{\"o}chste Affinit{\"a}t zu CYP2C19. Die Bildung von Omeprazolsulfon wird hingegen nur durch CYP3A4 katalysiert. Mit Hilfe etablierter CYP-Inhibitionsassays wurde der Einfluss von Clopidogrel und Omeprazol auf neun verschiedene CYP-Enzyme untersucht. Durch Clopidogrel wurden CYP2B6 (IC50 = 6 nM), CYP2C19 (IC50 = 0.4 µM) und CYP1A2 (IC50 = 2.8 µM) gehemmt. Omeprazol inhibiert v. a. CYP2C19 (IC50 = 2 µM) und CYP3A4 (IC50 = 17 µM). Im Folgenden wurde auch der Einfluss von Omeprazol auf die Bildung von 2-Oxo-Clopidogrel untersucht. Die Bioaktivierung wurde allerdings erst bei einer Omeprazol-Konzentration von mehr als 10 µM beeinflusst. Am st{\"a}rksten wurde dabei CYP2C19 (IC50 ca. 100 µM) gehemmt. Aufgrund der recht schwachen Inhibition von CYP2C19 durch Omeprazol und der Tatsache, dass mehrere CYP-Enzyme die Bildung von 2-Oxo-Clopidogrel katalysieren, l{\"a}sst sich der Wirkungsverlust von Clopidogrel bei einer gleichzeitigen Einnahme von Omeprazol anhand der Ergebnisse der In-vitro-Versuche nicht durch eine Hemmung von CYP2C19 erkl{\"a}ren. Eine bisher nur wenig bei In-vitro-Interaktionsstudien untersuchte Klasse fremdstoffmetabolisierender Enzyme sind die Carboxylesterasen (CES), die v. a. bei der Bioaktivierung von Esterprodrugs eine wichtige Rolle spielen. F{\"u}r die Entwicklung von Inhibitionsassays wurden zun{\"a}chst verschiedene Modellsubstrate ausgew{\"a}hlt. Nach Inkubation dieser Substrate mit humanen Subzellfraktionen und rekombinanten Carboxylesterase-Enzymen wurden die Metaboliten mit Hilfe einer HPLC/UV-Analyse quantifiziert. Es zeigte sich, dass Methyl-4-nitrobenzoat und Mycophenolatmofetil selektiv durch CES1 hydrolysiert werden. Die Hydrolyse von Phenylacetat, p-Nitrophenylacetat und 4-Methylumbelliferylacetat wurde durch alle verwendeten Enzyme katalysiert. Dar{\"u}ber hinaus konnte eine Hydrolyse der aus Boswellia-Arten (Weihrauch) stammenden 3-O-Acetyl-11-keto--boswellias{\"a}ure durch CES2 beobachtet werden. Aufgrund der bei den meisten Modellsubstraten auftretenden Instabilit{\"a}t im Inkubationspuffer war eine Korrektur mit Hilfe von Blindproben erforderlich. Die Hydrolyse konnte durch Erniedrigung des pH-Wertes des Inkubationspuffers von 7.4 auf 6.5 und durch die Zugabe von Essigs{\"a}ure zur Stoppl{\"o}sung verlangsamt werden. Anschließend wurde die Beeinflussung der Hydrolyse von p-Nitrophenylacetat durch Pflanzenextrakte untersucht. Es zeigte sich, dass zahlreiche Extrakte die Esterasen aus der humanen Leber hemmten und die Aktivit{\"a}t bei einer Extraktkonzentration von 25-50 µg/ml weit unterhalb von 50 \% lag. Die Inhibition von CES durch Pflanzenextrakte stellt daher ein bisher unbekanntes Risiko f{\"u}r Arzneimittelinteraktionen dar. Cytochrom-P450-Enzyme (CYP-Enzyme) sind die wichtigste Gruppe fremdstoff-metabolisierender Enzyme. Zur Untersuchung der Beeinflussung dieser Enzyme durch neue Wirkstoffe werden daher standardm{\"a}ßig In-vitro-Interaktionsstudien durchgef{\"u}hrt. Von der Food and Drug Administration (FDA) wurden daher f{\"u}r jedes CYP-Enzym verschiedene Arzneistoffe als Testsubstrate vorgeschlagen. Zus{\"a}tzlich kommen bei solchen Untersuchungen Modellsubstrate zum Einsatz, deren Metaboliten fluoreszieren und die somit f{\"u}r ein Hochdurchsatz-Screening mit Hilfe von Mikrotiterplatten verwendet werden k{\"o}nnen. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von Modellsubstanzen (Cumarin- und Harman-Derivate) auf ihre Eignung als Substrate f{\"u}r CYP-Inhibitionsassays untersucht. Nach der Entwicklung von Methoden zur Detektion der Metaboliten, die durch LC/MS/MS-Analysen oder durch HPLC/Fluoreszenzanalysen erfolgte, wurden die CYP-Enzyme identifiziert, die an der Umsetzung der Substrate beteiligt sind und mit Hilfe von CYP-Enzymen und humanen Lebermikrosomen wurden die Km-Werte der Substrate bestimmt. Die Untersuchungen zur Stabilit{\"a}t der CYP-Enzyme {\"u}ber 60 min zeigten, dass diese bei 37 °C stark an Aktivit{\"a}t verlieren, insbesondere CYP1A2. F{\"u}r eine maximale Umsetzungsgeschwindigkeit war eine NADPH-Konzentration von 1 mM ausreichend. Die Untersuchung von 14 Standardsubstraten ergab, dass die Mehrheit selektiv durch das entsprechende CYP-Enzym umgesetzt wird. Die Amodiaquin-N-deethylierung, die Tolbutamidhydroxylierung, die Chlorzoxazon-6-hydroxylierung und die 4-Nitrophenol-2-hydroxylierung wurden durch mehrere CYP-Enzyme katalysiert. Als Positivkontrollen f{\"u}r die Inhibitionsassays und zur Identifizierung der am Metabolismus beteiligten CYP-Enzyme werden von der FDA verschiedene Inhibitoren vorgeschlagen. Da nicht zu allen Inhibitoren Daten {\"u}ber deren Isoenzymselektivit{\"a}t vorliegen, wurde mit Hilfe der Assays die inhibitorische Aktivit{\"a}t von zw{\"o}lf Inhibitoren auf neun verschiedene CYP-Enzyme untersucht. Alle Inhibitoren hemmten das jeweilige angegebene CYP-Enzym. Bei Furafyllin (CYP1A2), Tranylcypromin (CYP2A6), Clopidogrel (CYP2B6), Montelukast (CYP2C8), Sulfaphenazol (CYP2C9), Chinidin (CYP2D6) und Ketoconazol (CYP3A4) konnte eine Konzentration ermittelt werden, bei der nur ein CYP-Enzym gehemmt wird. F{\"u}r Quercetin, Nootkaton, Diethyldithiocarbamat, Sertralin und Ticlopidin wurde eine Inhibition mehrerer CYP-Enzyme festgestellt. Mit Hilfe der CYP-Inhibitionsassays wurden Extrakte lebertoxischer Arzneipflanzen, wie z. B. Tussilago farfara (Huflattich) oder Chelidonium majus (Sch{\"o}llkraut), untersucht. Alle Extrakte hemmten konzentrationsabh{\"a}ngig die CYP-Enzyme, am st{\"a}rksten die Enzyme der Subfamilie CYP2C. Als In-vitro-Substrate f{\"u}r CYP-Inhibitionsassays werden aufgrund ihrer starken Fluoreszenz h{\"a}ufig Cumarin-Derivate eingesetzt. In dieser Arbeit wurden daher 18 O-alkylierte bzw. O-benzylierte Derivate von 7-Hydroxycumarin, 7-Hydroxy-4-methylcumarin und 7-Hydroxy-4-trifluormethylcumarin synthetisiert und die Umsetzung durch verschiedene CYP-Enzyme mit Hilfe der zuvor optimierten LC/LC/Fluoreszenz-basierten Assays untersucht. An der O-Desalkylierung der Cumarin-Derivate waren haupts{\"a}chlich CYP1A2, CYP2B6 und im geringeren Ausmaß CYP2C19, CYP2D6 und CYP2E1 beteiligt. Die h{\"o}chste Affinit{\"a}t besaßen die Substrate zu CYP1A2. Debenzylierungen wurden neben CYP1A2 haupts{\"a}chlich durch CYP3A4 katalysiert. Die h{\"o}chsten Umsetzungsgeschwindigkeiten wurden f{\"u}r die Debenzylierung von 7-Benzyloxy-4-methylcumarin (BMC, 14 pmol/pmol P450/min) und 7-Benzyloxy-4-trifluormethylcumarin (BFC, 9 pmol/pmol P450/min) beobachtet. F{\"u}r 7-Methoxy-4-trifluormethylcumarin (MFC) war die Umsetzungs¬geschwindigkeit f{\"u}r die O-Demethylierung mit CYP1A2 und CYP2B6 im Vergleich zu CYP2C9 deutlich h{\"o}her. MFC und 7-Ethoxy-4-trifluormethylcumarin (EFC) eignen sich daher v. a. f{\"u}r Inhibitionsuntersuchungen von CYP2B6. Bei den untersuchten 7 Alkyloxycumarinen handelt es sich in allen F{\"a}llen nicht um selektive CYP-Substrate. Sie k{\"o}nnen demnach nicht f{\"u}r Inhibitionsuntersuchungen mit humanen Lebermikrosomen verwendet werden. Ein Einsatz f{\"u}r Simultanbestimmungen der Hemmung mehrerer CYP-Enzyme in einem Versuch (Cocktail-Assay) ist aus diesem Grund ebenfalls nicht m{\"o}glich. Durch LC/MS-Analysen nach Inkubation der Cumarin-Derivate mit humanen Lebermikrosomen zeigte sich, dass neben den entsprechenden O Desalkylmetaboliten mehrere Hydroxymetaboliten entstehen und der O Desalkylmetabolit insbesondere bei Derivaten mit l{\"a}ngeren Alkylsubstituenten nicht der Hauptmetabolit ist. Ein Ziel der Arbeitsgruppe ist es zudem, neue In-vitro-Substrate zur Untersuchung der Inhibition von CYP-Enzymen mit besseren enzymkinetischen und analytischen Eigenschaften zu entwickeln. Grundstruktur hierf{\"u}r ist das -Carbolin, da -Carbolin-Derivate eine starke Fluoreszenz aufweisen. Von dem Naturstoff Harmin ist bekannt, dass dieser durch CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 und CYP2D6 O-demethyliert wird. Durch Modifizierung der Harman-Struktur sollte die CYP-Isoenzymselektivit{\"a}t f{\"u}r die O-Dealkylierung gesteigert werden und Substrate f{\"u}r weitere CYP-Enzyme erhalten werden. Hierf{\"u}r wurden in der Arbeitsgruppe u. a. 2-Benzyl-7-benzyloxyharman (BBH), 2-Benzyl-7-methoxyharman (BMH), 7-Methoxy-9-(4-carboxybenzyl)harman (MCBH) und 2-Methyl-7-methoxyharman (MMH) hergestellt. In dieser Arbeit wurden LC/LC/Fluoreszenz- und LC/MS/MS-Methoden zur Quantifizierung der aus diesen Derivaten entstehenden O-Desalkylmetaboliten entwickelt und die Substrate charakterisiert. Die Einf{\"u}hrung von Benzylsubstituenten an der phenolischen Hydroxylgruppe von Harmol (BBH) f{\"u}hrte zum Metabolismus durch CYP3A4 und die Substitution mit einem Carboxybenzylrest am Indolstickstoff (MCBH) verst{\"a}rkte die Selektivit{\"a}t zu den Enzymen der Subfamilie 2C. Durch die Methylierung des Pyridin-Stickstoffs des Harmins (MMH) wurde ein selektives Substrat f{\"u}r CYP2D6 erhalten, weshalb bei dieser Substanz auch humane Lebermikrosomen verwendet werden k{\"o}nnen. Durch die im Vergleich zu anderen CYP2D6-Substraten erhaltene hohe Umsetzungsgeschwindigkeit l{\"a}sst sich die Proteinkonzentration minimieren. F{\"u}r die {\"u}berwiegend an der O-Dealkylierung der Substrate beteiligten CYP-Enzyme wurden die Km-Werte ermittelt. Bei der Untersuchung von verschiedenen CYP-Inhibitoren zeigte sich, dass mit diesen Substraten vergleichbare IC50-Werte, wie mit den Standardsubstraten, erhalten werden. Die Harman-Derivate k{\"o}nnen daher zur Untersuchung der Inhibition wichtiger CYP-Enzyme eingesetzt werden und bieten eine Alternative zu den bisher vorhandenen Fluoreszenz-Substraten. Durch die Einstellung des pH-Wertes im Anschluss an die Inkubation lassen sich die Metaboliten ebenfalls fluorimetrisch in der Mikrotiterplatte detektieren und k{\"o}nnen f{\"u}r ein Hochdurchsatz-Screening eingesetzt werden. Allerdings m{\"u}ssen die Fluoreszenzeigenschaften weiter verbessert werden, um eine kontinuierliche Bestimmung w{\"a}hrend der Inkubation zu erm{\"o}glichen. In der pharmazeutischen Industrie besteht ein großes Interesse an der Detektion von reaktiven Metaboliten, um eine potentielle Lebertoxizit{\"a}t von neuen Wirkstoffen vorhersagen zu k{\"o}nnen. Hierf{\"u}r werden die Testsubstanzen mit humanen Lebermikrosomen inkubiert und die reaktiven Metaboliten mit Glutathion abgefangen. Zur Optimierung der LC/MS/MS-Analysen wurde in dieser Arbeit die Fragmentierung solcher Addukte anhand von Standardsubstanzen untersucht. Bei allen untersuchten Glutathion-Addukten trat eine Abspaltung der Pyroglutamins{\"a}ure bei positiver Polarit{\"a}t mit einer vergleichbaren Signalintensit{\"a}t auf, weshalb eine Detektion dieses Fragmentes durch einen Neutral-Loss-Scan am besten geeignet erschien. Mit Hilfe der Screening-Methode wurden zuerst Arzneistoffe untersucht, von denen reaktive Metaboliten bekannt sind. F{\"u}r die Bioaktivierung von Clozapin konnten CYP1A2, CYP2D6 und CYP3A4 identifiziert werden, w{\"a}hrend die Toxifizierung von Paracetamol haupts{\"a}chlich durch CYP1A2 und CYP3A4 erfolgte. Auff{\"a}llig war, dass mit steigender Paracetamolkonzentration keine S{\"a}ttigung der Umsetzung auftrat. Durchgef{\"u}hrte Molek{\"u}lver{\"a}nderungen am Glutathion, wie die Einf{\"u}hrung eines Dansylrestes oder eines Biotins, f{\"u}hrten zu keiner deutlichen Verbesserung der Detektion der reaktiven Metaboliten. Dar{\"u}ber hinaus zeigte sich, dass bei den markierten GSH-Derivaten die Umsetzung durch GSTs erheblich reduziert ist. Mit der Screening-Methode wurden allerdings viele falsch positive Signale erhalten, so dass diese nicht f{\"u}r eine Untersuchung von Extrakten lebertoxischer Pflanzen eingesetzt werden konnte. F{\"u}r eine eindeutige und schnelle Identifizierung der Signale als Glutathion-Addukte ist daher die hochaufl{\"o}sende Massenspektrometrie erforderlich. Eine weitere Klasse fremdstoffmetabolisierender Enzyme sind die Glutathion-S-Transferasen (GSTs), {\"u}ber deren Inhibition durch Arzneistoffe und Pflanzenextrakte in der Literatur nur wenige Daten vorliegen. Zur Entwicklung von Inhibitionsassays wurden die in der Literatur beschriebenen Substrate 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol, 4 Nitrochinolin-N-oxid, 1,2-Dichlor-4-nitrobenzol und 4-Nitrobenzylchlorid verwendet. Die Detektion der Metaboliten erfolgte im Gegensatz zu der h{\"a}ufig eingesetzten Photometrie mit Hilfe der HPLC/UV- bzw. einer LC/MS/MS-Analyse. F{\"u}r die Kalibrierung wurden zun{\"a}chst die entsprechenden Glutathionkonjugate aus den Substraten synthetisiert. Bei den durchgef{\"u}hrten diskontinuierlichen Assays stellte die h{\"a}ufig auftretende nichtenzymatische Reaktion der Substrate mit Glutathion ein Problem dar. Durch die Erniedrigung des pH-Wertes des Inkubationspuffers von 7.4 auf 6.5 und der Senkung der Inkubationstemperatur von 37 °C auf 25 °C konnte die nichtenzymatische Reaktion w{\"a}hrend der Inkubation erheblich verlangsamt werden. Die nichtenzymatische Reaktion nach der Inkubation konnte durch Zugabe von Oxidationsmitteln gestoppt werden. Von den getesteten humanen Lebersubzell¬fraktionen besaß die cytosolische Fraktion bei allen Substraten die h{\"o}chste Aktivit{\"a}t. Im Rahmen der Assayentwicklung wurde die Glutathion-, die Proteinkonzentration und die Inkubationszeit optimiert. Es wurden die Km- und Vmax-Werte f{\"u}r die Umsetzung der Substrate ermittelt. Als Positivkontrolle diente das ebenfalls synthetisierte Glutathionkonjugat der Etacryns{\"a}ure, f{\"u}r das die IC50-Werte mit jedem Substrat bestimmt wurden. Dabei konnte ein Einfluss des pH-Wertes des Inkubationspuffers und der Inkubationstemperatur auf die gemessene inhibitorische Aktivit{\"a}t beobachtet werden. Anschließend wurde ein Screening von Arzneistoffen, ausgew{\"a}hlten Naturstoffen und etwa 50 Pflanzenextrakten auf eine Inhibition der GSTs in humanem Lebercytosol mit 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol, das am schnellsten von allen Substraten umgesetzt wurde, durchgef{\"u}hrt. Von den getesteten Naturstoffen fiel eine ausgepr{\"a}gte Hemmung durch Biflavonoide auf. Nahezu alle untersuchten Pflanzenextrakte hemmten die GSTs. Eine starke Inhibition der GSTs zeigten Extrakte aus Cinnamomum cassia (Zimt), die sich als nicht-kompetitiv herausstellte. Weiterhin wurde eine starke Hemmung der Extrakte gerbstoffhaltiger Pflanzen, wie z. B. Hamamelis virginiana (virginische Zaubernuss) oder Krameria triandra (Ratanhia), beobachtet. Hier resultierten IC50-Werte zwischen 5 und 30 µg/ml. Ein Vergleich verschiedener Methoden zur Detektion des Metaboliten 2,4 Dinitrophenyl-S-glutathion zeigte, dass die Photometrie f{\"u}r die Untersuchung der Inhibition von Pflanzenextrakten aufgrund der St{\"o}rung durch die Pflanzenmatrix ungeeignet ist. Mit Hilfe der verwendeten HPLC/UV- sowie der LC/MS/MS-Analyse konnte der Metabolit selektiv erfasst werden und reproduzierbare Ergebnisse f{\"u}r die Inhibition der GSTs durch Pflanzenextrakte erzielt werden. Neben den GSTs wurde auch die Beeinflussung der Glutathionreduktase (GR) in dieser Arbeit untersucht. Hierf{\"u}r wurde ein HPLC-basierter Assay entwickelt, bei dem das reduzierte Glutathion mit 5,5´-Dithiobis(2-nitrobenzoes{\"a}ure) derivatisiert und das entstandene gemischte Disulfid aus Glutathion und 5-Thio-2-nitrobenzoes{\"a}ure quantifiziert wurde. Zur Untersuchung der Inhibition durch Pflanzenextrakte wurde humanes Lebercytosol verwendet, das von allen humanen Lebersubzellfraktionen die h{\"o}chste Aktivit{\"a}t besaß. Im Vergleich zu den GSTs wurde die GR durch die {\"u}berwiegende Zahl der ausgew{\"a}hlten Pflanzenextrakte kaum gehemmt. Eine nennenswerte Inhibition der GR konnte nur bei Extrakten von Juglans regia (Walnuss) beobachtet werden. Fazit In dieser Arbeit wurden eine Reihe von In-vitro-Methoden zur Untersuchung der Inhibition von CYP-Enzymen und weiteren fremdstoffmetabolisierenden Enzymen, wie CES oder GSTs, entwickelt. Aufgrund der dabei angewendeten selektiven HPLC-basierten Quantifizierung der Metaboliten durch UV-, Fluoreszenz- oder MS-Detektion k{\"o}nnen mit diesen Methoden auch Proben mit komplexer Matrix untersucht werden. F{\"u}r alle Assays wurden die Inkubationsbedingungen optimiert und die enzymkinetischen Parameter vieler Substrate ermittelt. Dar{\"u}ber hinaus wurden wichtige Erkenntnisse {\"u}ber die Isoenzymselektivit{\"a}t dieser Substrate gewonnen. Die Eignung der Assays wurde anhand von Standardinhibitoren bewiesen. Schließlich wurde die inhibitorische Aktivit{\"a}t von zahlreichen Pflanzenextrakten bestimmt, deren Auswirkung auf fremdstoffmetabolisierende Enzyme bisher unbekannt war. Die in dieser Arbeit beschriebenen Methoden k{\"o}nnen f{\"u}r die Untersuchung des Metabolismus von Arzneistoffen und der Inhibition fremdstoffmetabolisierender Enzyme, die f{\"u}r eine Zulassung neuer Wirkstoffe erforderlich ist, routinem{\"a}ßig eingesetzt werden.},
  subject      = {Xenobiotikum},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Cecil2012,
  author    = {Cecil, Alexander [geb. Schmid]},
  title     = {Metabolische Netzwerkanalysen f{\"u}r den Weg von xenobiotischen zu vertr{\"a}glichen antibiotischen Substanzen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71866},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Durch das Auftreten neuer St{\"a}mme resistenter Krankheitserreger ist die Suche nach neuartigen Wirkstoffen gegen diese, sich st{\"a}ndig weiter ausbreitende Bedrohung, dringend notwendig. Der interdisziplin{\"a}re Sonderforschungsbereich 630 der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg stellt sich dieser Aufgabe, indem hier neuartige Xenobiotika synthetisiert und auf ihre Wirksamkeit getestet werden. Die hier vorgelegte Dissertation f{\"u}gt sich hierbei nahtlos in die verschiedenen Fachbereiche des SFB630 ein: Sie stellt eine Schnittstelle zwischen Synthese und Analyse der Effekte der im Rahmen des SFB630 synthetisierten Isochinolinalkaloid-Derivaten. Mit den hier angewandten bioinformatischen Methoden wurden zun{\"a}chst die wichtigsten Stoffwechselwege von S. epidermidis R62A, S. aureus USA300 und menschlicher Zellen in sogenannten metabolischen Netzwerkmodellen nachgestellt. Basierend auf diesen Modellen konnten Enzymaktivit{\"a}ten f{\"u}r verschiedene Szenarien an zugesetzten Xenobiotika berechnet werden. Die hierf{\"u}r ben{\"o}tigten Daten wurden direkt aus Genexpressionsanalysen gewonnen. Die Validierung dieser Methode erfolgte durch Metabolommessungen. Hierf{\"u}r wurde S. aureus USA300 mit verschiedenen Konzentrationen von IQ-143 behandelt und gem{\"a}ß dem in dieser Dissertation vorgelegten Ernteprotokoll aufgearbeitet. Die Ergebnisse hieraus lassen darauf schließen, dass IQ-143 starke Effekte auf den Komplex 1 der Atmungskette aus{\"u}bt - diese Resultate decken sich mit denen der metabolischen Netzwerkanalyse. F{\"u}r den Wirkstoff IQ-238 ergaben sich trotz der strukturellen {\"A}hnlichkeiten zu IQ-143 deutlich verschiedene Wirkeffekte: Dieser Stoff verursacht einen direkten Abfall der Enzymaktivit{\"a}ten in der Glykolyse. Dadurch konnte eine unspezifische Toxizit{\"a}t dieser Stoffe basierend auf ihrer chemischen Struktur ausgeschlossen werden. Weiterhin konnten die bereits f{\"u}r IQ-143 und IQ-238 auf Bakterien angewandten Methoden erfolgreich zur Modellierung der Effekte von Methylenblau auf verschiedene resistente St{\"a}mme von P. falciparum 3D7 angewandt werden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass Methylenblau in einer Kombination mit anderen Pr{\"a}paraten gegen diesen Parasiten zum einen die Wirkung des Prim{\"a}rpr{\"a}parates verst{\"a}rkt, zum anderen aber auch in gewissem Maße vorhandene Resistenzen gegen das Prim{\"a}rpr{\"a}parat zu verringern vermag. Somit konnte durch die vorgelegte Arbeit eine Pipeline zur Identifizierung der metabolischen Effekte verschiedener Wirkstoffe auf unterschiedliche Krankheitserreger erstellt werden. Diese Pipeline kann jederzeit auf andere Organismen ausgeweitet werden und stellt somit einen wichtigen Ansatz um Netzwerkeffekte verschiedener, potentieller Medikamente aufzukl{\"a}ren.},
  subject      = {Stoffwechsel},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Froelich2012,
  author    = {Fr{\"o}lich, Nadine},
  title     = {Analyse der µ-Opiatrezeptoraktivierung und Signaltransduktion in lebenden Zellen mittels FRET-Mikroskopie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71009},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Der Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer ist ein Ph{\"a}nomen, welches erstmals 1948 von Theodor F{\"o}rster beschrieben wurde. Mit der Entwicklung von Fluoreszenzproteinen konnten in Kombination mit Mikroskopietechniken Einblicke in zellbiologische Vorg{\"a}nge gewonnen werden, die durch biochemische oder physiologische Experimente nicht m{\"o}glich sind. Dabei spielt die hohe zeitliche und r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung eine wichtige Rolle. Auf dem Forschungsgebiet der GPCR, welche die gr{\"o}ßte Gruppe von Membranproteinen bei den S{\"a}ugetieren darstellen, wurden insbesondere Erkenntnisse {\"u}ber Konformations{\"a}nderungen der Rezeptoren, die Kinetik der Rezeptoraktivierung und die Interaktion mit intrazellul{\"a}ren Signalproteinen gewonnen. Der µ-Opioidrezeptor geh{\"o}rt zur Familie der GPCR und stellt aufgrund seiner analgetischen Wirkungen eine wichtige pharmakologische Zielstruktur dar. Das Ziel dieser Arbeit war sowohl den Rezeptor als auch seine Signalwege mittels FRET-Mikroskopie zu untersuchen. Zun{\"a}chst sollte ein intramolekularer FRET-Sensor des µ-Opioidrezeptors entwickelt werden, dazu wurden basierend auf den Kenntnissen {\"u}ber die Terti{\"a}rstruktur und dem Aufbau bereits bekannter GPCR-Sensoren verschiedene Rezeptorkonstrukte kloniert. Bei den Konstrukten wurden entweder zwei Fluoreszenzproteine oder ein Fluoreszenzprotein und ein Fluorophor-bindendes Tetracysteinmotiv kombiniert. Auch die Positionen der eingef{\"u}gten Sequenzen wurden in den intrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen variiert, da der Rezeptor auf die Modifikationen mit beeintr{\"a}chtigter Membranlokalisation reagierte. Durch die Optimierung wurden Rezeptoren konstruiert, die an der Zellmembran lokalisiert waren. Jedoch zeigte keines der Rezeptorkonstrukte Funktionalit{\"a}t im Hinblick auf die Rezeptoraktivierung. Im zweiten Teil wurden die pharmakologischen Effekte der Metabolite von Morphin am humanen µ-Opioidrezeptor systematisch analysiert. Dazu wurde die F{\"a}higkeit der Metabolite, Gi-Proteine zu aktivieren und β-Arrestin2 zu rekrutieren, mittels FRET-basierter Messungen an lebenden Zellen untersucht. Außerdem wurde die Affinit{\"a}t der Metabolite zum humanen µ Opioidrezeptor anhand der Verdr{\"a}ngung eines radioaktiven Liganden analysiert. Meine Experimente identifizierten eine Gruppe mit stark agonistischen und eine mit schwach agonistischen Eigenschaften. Die starken Partialagonisten aktivieren den Rezeptor bereits bei nanomolaren Konzentrationen, w{\"a}hrend die schwachen Metabolite den Rezeptor erst bei Konzentrationen im mikromolaren Bereich aktivieren. Die Metabolite Normorphin, Morphin-6-Glucuronid und 6-Acetylmorphin zeigen geringere Potenz als Morphin bei der Gi-Aktivierung aber {\"u}berraschenderweise h{\"o}here Potenz und Effizienz f{\"u}r die β-Arrestin-Rekrutierung. Dies deutet auf eine bevorzugte Aktivierung von β-Arrestin2 hin. Die aus diesen Studien gewonnenen Ergebnisse liefern Hinweise darauf, welche Metabolite bei der Signalverarbeitung am µ Opioidrezeptor in vivo beteiligt sind.},
  subject      = {Opiatrezeptor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Pfetzer2011,
  author    = {Pfetzer, Nadja},
  title     = {Identifizierung und Testung spezifischer Inhibitoren des Energiestoffwechsels von Tumorzellen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65406},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Charakteristisch f{\"u}r viele maligne Tumorzellen ist eine erh{\"o}hte Aufnahme von Glucose und die Bildung großer Mengen Milchs{\"a}ure auch in Anwesenheit von Sauerstoff (Warburg Effekt) und eine verminderte Nutzung des Zitratzyklus. Als Grund werden Defekte in der mitochondrialen Atmungskette diskutiert. Aber auch eine durch Onkogene gesteigerte Glykolyserate, k{\"o}nnte urs{\"a}chlich sein. Ein weiterer f{\"u}r Tumorzellen wichtiger Stoffwechselweg, in dem Glucose abgebaut wird, ist der Pentosephosphatweg, dessen Blockade das Wachstum der Krebszellen hemmen k{\"o}nnte. Zudem stellt die Manipulation derjenigen Signalwege, die in den Tumorstoffwechsel involviert und in Tumorzellen {\"u}beraktiviert (Ras/PI3K/Akt/mTOR- und Raf/MEK/ERK-Signalweg) oder unterdr{\"u}ckt (oxidative Phosphorylierung) sind, m{\"o}gliche Ansatzpunkte dar. In dieser Arbeit wurde daher in vitro die Wirkung von 15 Substanzen an drei verschiedenen Tumorzelllinien und vier verschiedenen benignen Zellen untersucht, welche in die oben genannten charakteristischen Stoffwechselwege von Tumorzellen eingreifen und gegenw{\"a}rtig intensiv als m{\"o}gliche Tumortherapeutika diskutiert werden. Ziel war es, geeignete Kandidaten f{\"u}r eine zielgerichtete Therapie zu identifizieren. Der Schwerpunkt dieser Arbeit war die Beeinflussung des Glucosestoffwechsels in Tumorzellen. Da Glucose sowohl aerob als auch anaerob verstoffwechselt werden kann, wurden in einem ersten Ansatz zum einen Substanzen gestestet, die die Glykolyse auf verschiedenen Ebenen hemmen, zum anderen wurden Substanzen untersucht, die den mitochondrialen Stoffwechsel beeinflussen. Die Wirkung aller 15 Substanzen wurde zun{\"a}chst jeweils als Einzelbehandlung getestet. Hierbei f{\"u}hrten nur sehr hohe Konzentrationen in Tumorzellen zu einem drastisch verminderten ATP-Gehalt, die f{\"u}r benigne Zellen aber ebenfalls toxisch waren. Daher wurde in einem zweiten Schritt untersucht, ob durch die gleichzeitige Manipulation des Glucosestoffwechsels und des mitochondrialen Stoffwechsels mit jeweils subtoxischen Konzentrationen eine tumorselektive Wirkung erreicht werden kann. Bei der Kombination der Substanzen Oxythiamin/NaDCA bzw. 2-DG/Rotenon ergaben sich zwar synergistische Effekte auf die Verminderung des ATP-Gehaltes in den getesteten Tumorzellen, eine generelle tumorselektive Wirkung konnte jedoch durch die kombinierte Behandlung nicht erreicht werden. In j{\"u}ngster Zeit mehren sich die Hinweise, dass die Glutaminolyse einen sehr wichtigen Stoffwechselweg f{\"u}r Energiegewinnung und Syntheseprozesse von Tumorzellen darstellt. Deshalb wurde in einem dritten Schritt untersucht, ob durch die Hemmung der Glutaminolyse mit der Substanz 6-Diazo-5-oxo-L-norleuzin (DON) eine tumorspezifische Wirkung erreicht werden kann. In der Tat konnte durch DON eine andeutungsweise tumorselektive Wirkung auf den ATP-Gehalt der Zellen erzielt werden, jedoch war das therapeutische Fenster sehr eng. Durch die Hemmung der oxidativen Phosphorylierung wurde in allen drei untersuchten Tumorzelllinien eine gesteigerte Milchs{\"a}ureproduktion nachgewiesen. Dies ist ein eindeutiger Hinweis daf{\"u}r, dass in diesen Tumorzellen die Mitochondrien keine Defekte aufweisen. Die hier untersuchten benignen und malignen Zellen wurden hinsichtlich des Glucosestoffwechsels mit verschiedenen Methoden n{\"a}her charakterisiert, um zu beurteilen, ob sich die Zellen in ihrem Stoffwechselph{\"a}notyp unterscheiden. Bei der Quantifizierung der Glucoseaufnahme wurde deutlich, dass auch manche benigne Zellen deutliche Mengen an Glucose aufnehmen, welche allerdings nur der Tumorzelllinie mit der niedrigsten Aufnahme glich. Mittels immunhistochemischer F{\"a}rbungen wurden charakteristische Proteine des Zuckerstoffwechsels dargestellt. Zudem wurde die Expression von zentralen Genen des Stoffwechsels auf mRNA- bzw. Proteinebene untersucht. Hierbei wurde deutlich, dass sowohl Tumorzellen als auch manche benigne Zellen f{\"u}r die Glykolyse typische Proteine bzw. mRNA stark exprimieren. Fazit der Charakterisierung ist, dass es zwischen den hier verwendeten malignen und benignen Zellen keine eindeutige Differenzierung aufgrund des Stoffwechselprofils gibt, sondern sich die getesteten Zellen nur graduell unterscheiden. Dieses Ergebnis erkl{\"a}rt m{\"o}glicherweise die geringe Tumorspezifit{\"a}t der getesteten Substanzen. Im Vergleich mit den vielversprechenden Ergebnissen aus der Literatur zeigten die hier gewonnenen in vitro-Daten eindeutig, dass die Wirkung von potenziell tumorhemmenden Substanzen je nach Tumorzelltyp extrem verschieden war. Dies beruht darauf, dass der vorherrschende Stoffwechseltyp (oxidativ bzw. glykolytisch) f{\"u}r jede Tumorentit{\"a}t verschieden ist. Daher muss vermutlich f{\"u}r jede Tumorentit{\"a}t bzw. sogar f{\"u}r jeden Patienten individuell die Wirkung und der Nutzen einer Hemmung des Tumorstoffwechsels untersucht werden, bevor k{\"u}nftig an eine zielgerichtete Therapie gedacht werden kann.},
  subject      = {Tumorzelle},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ackermann2010,
  author    = {Ackermann, Matthias},
  title     = {Studien zum Verhalten von Anthocyanen aus Heidelbeeren im Humanstoffwechsel - Stabilisierung und Bindung durch Proteine},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53336},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Identifizierung und Strukturaufkl{\"a}rung von Anthocyanen und ihrer Metabolite erfolgten mit Hilfe der mittels Hochleistungsfl{\"u}ssigchromatographie-Diodenarray-Detektion-Elektro-spray-Tan¬dem¬massen¬spektrometrie (HPLC-DAD-ESI-MS/MS). Quantitative Analysen wurden via HPLC-DAD durchgef{\"u}hrt. Die hierzu erforderlichen Referenzverbindungen wurden mittels pr{\"a}parativer HPLC aus Heidelbeeren isoliert (Reinheit zwischen 85,8\% und 99,4\%). Der Gehalt an Anthocyanen in den untersuchten Heidelbeerfr{\"u}chten lag bei 6 g/kg. Bez{\"u}glich der mengen¬m{\"a}ßigen Verteilung dominierten Delphinidin- und Cyanidin¬glykoside vor den Glykosiden von Malvidin, Petunidin und Peonidin. Als konjugierte Zucker¬reste kamen vor allem Glukose und Galaktose vor, der Gehalt an Arabinosiden war weit geringer. Bei oraler Aufnahme erfolgt ein erster Kontakt der Anthocyane mit Speichel. Daher wurde dessen Wirkung auf die Heidelbeeranthocyane in ex vivo-Studien {\"u}ber einen (unphysio-logisch langen) Zeitraum von bis zu 30 Minuten untersucht. Dabei konnte wurde ins-besondere der Einfluß des pH-Wertes auf die Stabilit{\"a}t der Anthocyane aufgezeigt werden. Zur Simulation des Verhaltens von Anthocyanen im Magen wurden die einzelnen Heidelbeeranthocyane mit k{\"u}nstlichem Magensaft (pH 1,81) {\"u}ber vier Stunden inkubiert. Hier erwiesen sich alle untersuchten Verbindungen als stabil. Die anschließend von uns mit simuliertem Duodenalsekret (pH 7,2) {\"u}ber einen Zeitraum von 24 Stunden durchgef{\"u}hrten Studien zeigten, dass die Anthocyane unterschiedlich starken Modifizierungen unterlagen. Unter den schwach alkalischen Bedingungen wurden vor allem die Glykoside des Delphinidins schnell abgebaut, aber auch die {\"u}brigen Anthocyane erwiesen sich unter diesen Bedingungen als nicht stabil; nach 24 h war kein Anthocyan mehr nachweisbar. Um die Metabolisierungsvorg{\"a}nge der Anthocyane im D{\"u}nn- und Dickdarm zu untersuchen, wurden ex vivo-Inkubationen jeweils mit frischem Ileo- bzw. Kolo¬stoma-beutel¬inhalt durchgef{\"u}hrt. W{\"a}hrend die Abbaugeschwindigkeit in der ilealen Fl{\"u}ssigkeit vor allem von der pH-Stabilit{\"a}t des Aglykons abh{\"a}nig war, konnten im Dickdarm einzig die Arabinoside nach einer Stunde noch alle in geringen Konzentrationen identifiziert werden. Die meisten Glukoside und Galaktoside waren zu diesem Zeitpunkt schon vollst{\"a}ndig abgebaut. Da im Darm von einer hydrolytischen Spaltung der Anthocyane in Anthocyanidin und Zucker ausgegangen wird, wurde die Metabolisierung von Anthocyanidinen unter physio-logischen pH-Bedingungen untersucht. Neben der jeweiligen Spaltung in das Benzoe¬s{\"a}ure-derivat des B-Ringes sowie Phloroglucinessigs{\"a}ure traten verschiedene Poly¬merisierungs¬-produkte auf, deren Strukturen nicht aufgekl{\"a}rt werden konnten. In einer weiteren Versuchsreihe wurde die renale Ausscheidung von Anthocyanen bei Ileostomieprobanden nach oraler Applikation von 300 g Heidelbeeren {\"u}ber einen Zeitraum von acht Stunden untersucht. Es zeigte sich, dass ein Stoma des terminalen Ileums keinen Einfluss auf die Absorption und Metabolisierung der Anthocyane hatte. Die Bilanzierung der Anthocyane im Urin erfolgte als {\"A}quvalente von Malvidin-3-O-glukosid, da nicht alle Anthocyanmetabolite zur Verf{\"u}gung standen. Der Zeitpunkt der maximalen renalen Anthocyanausscheidung sowie die Menge der ausgeschiedenen Anthocyane waren starken interindividuellen Schwankungen unterworfen. Das Aus¬sscheidungs¬maximum (tmax) lag zwischen 0,5 und zwei Stunden. Bei der ausge¬schiedenen Menge wurden Werte zwischen 0,007\% und 0.019\% der auf¬ge¬nommenen Anthocyane ermittelt. Aufgrund der literaturbekannten Unterschiede zwischen den in Serum und Urin gefunden Anthocyanmengen ist davon auszugehen, dass es nach Anthocyanverzehr zu Inter-aktionen mit Proteinen in Blut oder Geweben kommt. Mittels Blutfraktionierung wurde das humane Serumalbumin (HSA) als wichtigster Bindungspartner der Anthocyane im Blut identifiziert. Anhand spektroskopischer Methoden war es m{\"o}glich, die Bindungs¬parameter zu berechnen. Als Bindungsort wurde der hydrophile Eingang der lipophilen Warfarin-Bindungstasche in der Subdom{\"a}ne IIA des HSA-Molek{\"u}ls mittels "molecular modelling" identifiziert. Nasschemische Untersuchungen ergaben, dass die Bindung der Anthocyane an HSA diese vor ihrem pH-abh{\"a}ngigen Abbau sch{\"u}tzt. Eine signifikante Herab¬setzung der chemischen Abbaugeschwindig¬keit konnte auch f{\"u}r bovines Serumalbumin beobachtet werden. Diese Erkenntnis ließ sich auf andere, mit dem HSA-Molek{\"u}l nicht strukurverwandte lebensmittelrelevante Albumine {\"u}bertragen. So zeigten Anthocyane große Stabilit{\"a}t in Milch und Eiklar, wobei die Stabilisierung auf eine Wechselwirkung mit den Proteinen Laktalbumin und Ovalbumin zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden konnte. Die in dieser Arbeit erlangten Erkenntnisse hinsichtlich Absorption, Metabolisierung und systemischer Verf{\"u}gbarkeit im menschlichen Organismus leisten einen Beitrag zum besseren Verst{\"a}ndnis der Wirkungen von Anthocyanen. Die neuen Erkenntnisse der Protein¬bindung sind vor allem f{\"u}r die Bewertung der Verf{\"u}gbarkeit der Anthocyane in humanem Gewebe relevant.},
  subject      = {Heidelbeere},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schwarz2008,
  author    = {Schwarz, Roland},
  title     = {Modellierung von Metabolismus, Transkriptom und Zellentwicklung bei Arabidopsis, Listerien und anderen Organismen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-27622},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Im gleichen Maße wie informatisches Wissen mehr und mehr in den wissenschaftlichen Alltag aller Lebenswissenschaften Einzug gehalten hat, hat sich der Schwerpunkt bioinformatischer Forschung in st{\"a}rker mathematisch und informatisch-orientierte Themengebiete verschoben. Bioinformatik heute ist mehr als die computergest{\"u}tzte Verarbeitung großer Mengen an biologischen Daten, sondern hat einen entscheidenden Fokus auf der Modellierung komplexer biologischer Systeme. Zur Anwendung kommen hierbei insbesondere Theorien aus dem Bereich der Stochastik und Statistik, des maschinellen Lernens und der theoretischen Informatik. In der vorliegenden Dissertation beschreibe ich in Fallstudien die systematische Modellierung biologischer Systeme aus einem informatisch - mathematischen Standpunkt unter Anwendung von Verfahren aus den genannten Teilbereichen und auf unterschiedlichen Ebenen biologischer Abstraktion. Ausgehend von der Sequenzinformation {\"u}ber Transkriptom, Metabolom und deren regulatorischer Interaktion hin zur Modellierung von Populationseffekten werden hierbei aktuelle biologische Fragestellungen mit mathematisch - informatischen Modellen und einer Vielzahl experimenteller Daten kombiniert. Ein besonderer Augenmerk liegt dabei auf dem Vorgang der Modellierung und des Modellbegriffs als solchem im Rahmen moderner bioinformatischer Forschung. Im Detail umfassen die Projekte (mehrere Publikationen) die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Einbettung und Visualisierung von Multiplen Sequenz- und Sequenz-Strukturalignments, illustriert am Beispiel eines Hemagglutininalignments unterschiedlicher H5N1 Varianten, sowie die Modellierung des Transkriptoms von A. thaliana, bei welchem mit Hilfe einer kernelisierten nicht-parametrischen Metaanalyse neue, an der Infektionsabwehr beteiligten, Gene ausfindig gemacht werden konnten. Desweiteren ist uns mit Hilfe unserer Software YANAsquare eine detaillierte Untersuchung des Metabolismus von L. monocytogenes unter Aktivierung des Transkriptionsfaktors prfA gelungen, dessen Vorhersagen durch experimentelle 13C Isotopologstudien belegt werden konnten. In einem Anschlußprojekt war der Zusammenhang zwischen Regulation des Metabolismus durch Regulation der Genexpression und der Fluxverteilung des metabolischen Steady- State-Netzwerks das Ziel. Die Modellierung eines komplexen organismischen Ph{\"a}notyps, der Zellgr{\"o}ßenentwicklung der Diatomee Pseudo-nitzschia delicatissima, schließt die Untersuchungen ab.},
  subject      = {Bioinformatik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Labib2006,
  author    = {Labib, Samira},
  title     = {Ex-vivo-Studien zum intestinalen Metabolismus von Flavonoiden},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-18466},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Das erste Ziel der vorliegenden Arbeit war, ein Modell zu etablieren, mit dessen Hilfe Interaktionen zwischen Flavonoiden und Dickdarmbakterien schnell und zuverlaessig erfasst werden koennen, ohne hierzu aufwendige Humanstudien einzusetzen. Zu diesem Zweck wurde Schweine-Caecum eingesetzt; Mensch und Schwein weisen eine grosse Aehnlichkeit hinsichtlich der Anatomie und Physiologie des Gastrointestinaltraktes auf. In einer speziell entwickelten Anaerobenkammer erfolgte unter anoxischen Bedingungen die Inkubation von Modellverbindungen wie Quercetin (3,5,7,3',4'-Pentahydroxyflavon), ein hinsichtlich seiner Metabolisierung schon ausfuehrlich untersuchtes Flavonol, Chrysin (5,7-Dihydroxyflavon), Naringenin (5,7,4'-Trihydroxyflavanon) und Hesperetin (5,7,3'-Trihydroxy-4'-methoxyflavanon) mit dem Caecum-Inhalt. Die Identifizierung und Strukturaufklaerung der im Zeitraum von 24 h gebildeten Metabolite erfolgte mittels Hochleistungs-fluessigchromatographie-Diodenarray-Detektion (HPLC-DAD), HPLC-Elektrospray-Ionisierung-Tandemmassenspekrometrie (ESI-MS/MS) und Kapillargaschromatographie-Massenspektrometrie (HRGC-MS). Unter den gewaehlten experimentellen Bedingungen wandelte die Schweine-Caecum-Mikroflora Quercetin in Phloroglucin, 3,4-Dihydroxyphenylessigsaeure und 3,4-Dihydroxytoluol um. Das Flavon Chrysin wurde hingegen nicht abgebaut. Naringenin wurde zu 3-(4-Hydroxyphenyl)-propionsaeure und 3-Phenylpropionsaeure metabolisiert; aus Hesperetin entstanden via Eriodictyol Phloroglucin und 3-(3-Hydroxyphenyl)-propionsaeure. Der mittels HPLC-DAD-Analytik untersuchte zeitliche Verlauf des mikrobiellen Abbaus von Quercetin, Naringenin und Hesperetin zeigte einen langsamen Abbau von Naringenin im Gegensatz zur schnellen Metabolisierung von Quercetin und Hesperetin. Die erhaltenen Resultate stimmten mit Literaturergebnissen sehr gut ueberein und belegten somit die Anwendbarkeit von Schweine-Caecum als geeignetes ex-vivo-Modell zur Untersuchung des intestinalen Metabolismus von Flavonoiden. Mit dem entwickelten Modell wurde in weiteren Studien die Biotransformation ausgewaehlter Flavonoide im Dickdarm simuliert. Neben Ringspaltungen, Hydrolyse, Demethylierungs- und Dehydroxylierungsreaktionen entstanden bevorzugt aromatische Carbonsaeuren. So wurde beispielhaft das erstmals auf seine intestinale Metabolisierung untersuchte Hispidulin (5,7,4'-Trihydroxy-6-methoxyflavon) - ein hoch wirksamer Benzodiazepinrezeptor-Ligand - durch die Schweine-Caecum-Mikroflora rasch zu Scutellarein O-demethyliert, welches dann langsam zu 3-(4-Hydroxyphenyl)-propionsaeure weiter abgebaut wurde. Anhand der beobachteten Abbaukinetik ergab sich der Hinweis, dass Flavonoide in Abhaengigkeit von ihrem jeweiligen Substitutionsmuster unterschiedlich schnell von den Darmbakterien umgesetzt werden. Da auch Ausmass und Geschwindigkeit des Abbaus von Flavonoiden deren Bioverfuegbarkeit beeinflussen, war es ein weiteres Ziel dieser Arbeit zu ueberpruefen, inwieweit ein Zusammenhang zwischen Hydroxylierungsgrad des B-Ringes von Flavonoiden und deren mikrobiellen Abbaurate besteht. Hierzu wurden Flavonole, d.h. Galangin (3,5,7-Trihydroxyflavon), Kaempferol (3,5,7,4'-Tetrahydroxyflavon) und erneut Quercetin sowie Flavone, d.h. Chrysin, Apigenin (5,7,4'-Trihydroxyflavon) und Luteolin (5,7,3',4'-Tetrahydroxyflavon), die sich jeweils lediglich im Hydroxylierungsgrad des B-Ringes unterscheiden, ausgewaehlt und als Substrate (in jeweils gleicher Konzentration) fuer die Umsetzung durch Schweine-Caecum-Mikroflora gleicher Donoren eingesetzt. Der mikrobielle Abbau wurde ueber einen Zeitraum von 24 Stunden mittels HPLC-DAD-Analysen verfolgt. Ein Vergleich der mikrobiellen Umsetzungsraten der geprueften Flavonole und Flavone liess den Schluss zu, dass unabhaengig von der Flavonoid-Unterklasse eine Hydroxylierung in Position C-4' des B-Ringes den Abbau von Flavonoiden foerdert (bei den Flavonen sogar erst ermoeglicht) und dass eine zusaetzliche Hydroxylierung des B-Ringes keinerlei Einfluss auf den Abbau hat. Die Ergebnisse dieser Studie lassen weiterhin vermuten, dass die Hydroxylierung in Position C-3 des C-Ringes eine foerdernde Rolle im Abbau von Flavonoiden durch caecale Mikroflora spielt. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgten ferner Untersuchungen zur Interaktion von Flavonoiden mit alpha-Glucosidase aus Schweine-Caecum. Als potentielle Hemmstoffe kamen die Flavone Scutellarein, Baicalein und Luteolin zur Verwendung; als Substrate wurden p-Nitrophenyl-alpha-D-glucopyranosid und Saccharose eingesetzt. Fuer keines der eingesetzten Flavonoide war ein Einfluss auf die Aktivitaet der alpha-Glucosidase festzustellen. Diese Ergebnisse weisen auf strukturelle Unterschiede zwischen bakteriellen alpha-Glucosidasen und solchen aus dem Duenndarm der Saeugetiere hin, bei denen fuer u. a. Scutellarein und Baicalein hohe alpha-Glucosidase-Inhibitor-Aktivitaet beschrieben worden ist.},
  subject      = {Flavonoide},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wein2001,
  author    = {Wein, Martina},
  title     = {Biosynthese und Metabolismus von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon in Erdbeeren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-1182059},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit pr{\"a}sentiert neue Erkenntnisse zur Biosynthese von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon (DMHF) und 2,5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanon (DMMF), zwei wichtigen Aromakomponenten in Erdbeeren. Potentielle, mit stabilen Isotopen markierte Vorl{\"a}ufersubstanzen wurden an Erdbeeren appliziert und drei Tage bei Raumtemperatur inkubiert. Der Nachweis {\"u}ber den erfolgreichen Einbau erfolgte mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Anhand der Massenspektren von DMHF und DMMF, die aus den behandelten Erdbeeren mittels Festphasenextraktion isoliert wurden, konnte der Markierungsgrad der Verbindungen ermittelt werden und somit R{\"u}ckschl{\"u}sse {\"u}ber die Effizienz der Metabolisierung der applizierten Zucker zu den beiden Furanonen DMHF und DMMF gezogen werden. Als m{\"o}gliche Ausgangsstoffe dienten unterschiedlich markierte D-Glucose und D-Fructose, sowie Desoxyzucker, da diese als direkte Vorl{\"a}ufersubstanzen von DMHF und DMMF diskutiert werden. Isotopenmarkierte Desoxy-D-glucose oder Desoxy-D-fructose sind kommerziell nicht erh{\"a}ltlich, weshalb die Verbindungen [1-13C]-1-Desoxy-D-fructose, [6-2H1]-6-Desoxy-D-glucose und [5,6,6,6-2H4]-6-Desoxyhexulose-1-phosphat zuerst synthetisiert werden mussten. Nach Applikation der Desoxyzucker wurde keine Erh{\"o}hung des Markierungsgrades an stabilen Isotopen gegen{\"u}ber dem nat{\"u}rlichen Isotopenverh{\"a}ltnis festgestellt. Somit k{\"o}nnen 6-Desoxy-D-glucose, 1-Desoxy-D-fructose und 6-Desoxy-D-fructose-1-phosphat als Prekursoren von DMHF und DMMF ausgeschlossen werden. Als gute Vorl{\"a}ufersubstanzen erwiesen sich D-Glucose und D-Fructose. Markierungen (13C und 2H) an Position C-1 oder C-6 der beiden Verbindungen wurden sowohl in DMHF als auch in dessen Methoxyderivat DMMF detektiert, wobei die Applikation von D-Fructose im Gegensatz zur D-Glucose einen h{\"o}heren Markierungsgrad der Zielverbindungen zur Folge hatte. Durch den Einsatz positionsspezifisch markierter D-Glucose (2H-Markierung an Position C-1, C-2 oder C-4) sollten Aufschl{\"u}sse {\"u}ber den Metabolisierungsmechanismus gewonnen werden. Die Markierung der D-[2-2H]Glucose befand sich wie die der D-[1-2H]Glucose in den Methylgruppen der Furanone, was nur durch eine intramolekulare Verschiebung von C-2 nach C-1 erkl{\"a}rbar ist. Diese wurde bei der Glucosephosphatisomerase-katalysierten Umwandlung von D-Glucose-6-phosphat zu D-Fructose-6-phosphat beobachtet. Somit muss D-Glucose bei der Biosynthese von DMHF und DMMF zuerst in diese Intermediate {\"u}berf{\"u}hrt werden. Im Gegensatz zu an Position C-2 markierter D-Glucose ging das Proton an Position C-4 im Laufe der Metabolisierung verloren. Demzufolge findet der in der Natur verbreitete Desoxygenierungsmechanismus von Monosacchariden nicht statt und schließt die Beteiligung von Desoxyzuckern an der Biosynthese von DMHF und DMMF g{\"a}nzlich aus. Nach Einsatz von uniform markierter D-Fructose konnte sechsfach markiertes DMHF und DMMF identifiziert werden, was durch den Einbau der intakten Kohlenstoffkette zu erkl{\"a}ren ist. Dieser Befund und weitere Untersuchungen mit verschiedenen Glykolyse-regulierenden Substanzen deuteten darauf hin, dass die Furanone dem zentralen Kohlenhydratstoffwechsel, der Glykolyse, entspringen. Vor der Aldolase-katalysierten Spaltung in zwei C3-Einheiten muss jedoch eine Abzweigung erfolgen, da sonst die Kohlenstoffkette nicht unver{\"a}ndert vorliegen k{\"o}nnte. Im zweiten Teil der Arbeit ist erstmals mit Hilfe von molekularbiologischen Techniken die vollst{\"a}ndige cDNA einer O-Methyltransferase (OMT) aus Erdbeeren isoliert worden. Hierf{\"u}r wurde mRNA aus reifenden Erdbeeren extrahiert und eine cDNA Bibliothek hergestellt. Diese wurde mit einer OMT-spezifschen Sonde durchmustert, welche durch PCR mit degenerierten Primern synthetisiert worden war. Nach mehreren Vereinzelungs-Zyklen konnte die vollst{\"a}ndige cDNA einer O-Methyltransferase (STOMT, Strawberry OMT) erhalten werden. Northern-Analysen ergaben, dass die entsprechende RNA ausschließlich in den verschiedenen Reifestadien der Frucht akkumuliert, mit den h{\"o}chsten Transkriptmengen in der rot-werdenden und reifen Frucht. In anderen Gewebeteilen wie Wurzel, Bl{\"a}tter, St{\"a}ngel und Bl{\"u}te konnte keine STOMT-RNA nachgewiesen werden. Das korrespondierende Protein zeigte hohe Homologien zu Kaffees{\"a}ure-OMTs aus Weidengew{\"a}chsen der Gattung Populus. Nach erfolgreicher, heterologer Expression von STOMT in E. coli wurde die Substratspezifit{\"a}t des Enzyms untersucht, dessen Temperaturoptimum bei 30°C lag. Alle eingesetzten Substrate mit phenolischem Grundger{\"u}st, wie Brenzcatechin, Kaffees{\"a}ure, Kaffeeoyl-CoA und 3,4-Dihydroxybenzaldehyd, aber auch das Furanonderivat DMHF wurden von der rekombinanten O-Methyltransferase umgesetzt. Als bestes Substrat erwies sich 3,4-Dihydroxybenzaldehyd, das, im Gegensatz zu dessen Methylierungsprodukt Vanillin, bisher in Erdbeeren nicht nachgewiesen werden konnte. Kaffees{\"a}ure wurde ebenfalls effektiv methyliert, worin vermutlich die Hauptaufgabe von STOMT in der Pflanze liegt. Die Methylierung von Kaffees{\"a}ure oder 5-Hydroxyferulas{\"a}ure ist ein wichtiger Prozess in der Entstehung von Lignin. Die Tatsache, dass Erdbeeren teilweise in den Leitb{\"u}ndeln und verst{\"a}rkt in den Achenen lignifiziert sind, erkl{\"a}rt das Vorhandensein eines solchen Enzyms. DMHF, das als Dienol-Tautomer eine aromatische Struktur mit Hydroxylgruppen aufweist und somit strukturelle {\"A}hnlichkeiten zu phenolischen Verbindungen zeigt, wurde ebenfalls von STOMT als Substrat akzeptiert. Die Bildung von DMMF, dem Methoxyderivat von DMHF erfolgte vergleichsweise langsam, war aber eindeutig auf die Methyltransferase-Aktivit{\"a}t zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. STOMT ist aufgrund des Expressionsmusters als fruchtspezifisch und reifeinduziert einzustufen. Prim{\"a}re Funktion ist vermutlich zu Beginn der Fruchtreifung die Lignifizierung der Leitb{\"u}ndel und sp{\"a}ter die der Achenen. Gleichzeitig scheint STOMT wesentlich an der Bildung der Aromastoffe DMMF und Vanillin in Erdbeeren beteiligt zu sein.},
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