TY  - THES
A1  - Emmert, Martin
T1  - The Influence of Substrate Micro- and Nanotopographies on Essential Cell Functions
T1  - Der Einfluss von Substrat-Mikro- und Nanotopographien auf essentielle Zellfunktionen
N2  - The introduction of novel bioactive materials to manipulate living cell behavior is a crucial topic for biomedical research and tissue engineering. Biomaterials or surface patterns that boost specific cell functions can enable innovative new products in cell culture and diagnostics. This study aims at investigating the interaction of living cells with microstructured, nanostructured and nanoporous material surfaces in order to identify distinct systematics in cell-material interplay. For this purpose, three different studies were carried out and yielded individual effects on different cell functions. 
Cell migration processes are controlled by sensitive interaction with external cues such as topographic structures of the cell's environment. The first part of this study presents systematically controlled assays to investigate the effects of spatial density and local geometry of micron scale topographic cues on amoeboid migration of Dictyostelium discoideum cells in quasi-3D pillar fields with systematic variation of inter-pillar distance and pillar lattice geometry. We can extract motility parameters in order to elucidate the details of amoeboid migration mechanisms and consolidate them in a two-state contact-controlled motility model, distinguishing directed and random phases. Specifically, we find that directed pillar-to-pillar runs are found preferably in high pillar density regions, and cells in directed motion states sense pillars as attractive topographic stimuli. In contrast, cell motion in random probing states is inhibited by high pillar density, where pillars act as obstacles for cell motion. In a gradient spatial density, these mechanisms lead to topographic guidance of cells, with a general trend towards a regime of inter-pillar spacing close to the cell diameter. In locally anisotropic pillar environments, cell migration is often found to be damped due to competing attraction by different pillars in close proximity and due to lack of other potential stimuli in the vicinity of the cell. Further, we demonstrate topographic cell guidance reflecting the lattice geometry of the quasi-3D environment by distinct preferences in migration direction. 
We further investigate amoeboid single-cell migration on intrinsically nano-structured, biodegradable silica fibers in comparison to chemically equivalent plain glass surfaces. Cell migration trajectories are classified into directed runs and quasi-random migration by a local mean squared displacement (LMSD) analysis. We find that directed movement on silica fibers is enhanced in a significant manner by the fibers' nanoscale surface-patterns. Further, cell adhesion on the silica fibers is a microtubule-mediated process. Cells lacking microtubules detach from the fibers, but adhere well to glass surfaces. Knock-out mutants of myosin II migrating on the fibers are as active as cells with active myosin II, while the migration of the knock-out mutants is hindered on plain glass. 
We investigate the influence of the intrinsically nano-patterned surface of nanoporous glass membranes on the behavior of mammalian cells. Three different cell lines and primary human mesenchymal stem cells (hMSCs) proliferate readily on nanoporous glass membranes with mean pore sizes between 10 nm and 124 nm. In both proliferation and mRNA expression experiments, L929 fibroblasts show a distinct trend towards mean pore sizes > 80 nm. For primary hMSCs, excellent proliferation is observed on all nanoporous surfaces. hMSC on samples with 17 nm pore size display increased expression of COL10, COL2A1 and SOX9, especially during the first two weeks of culture. In upside down culture, SK MEL-28 cells on nanoporous glass resist the gravitational force and proliferate well in contrast to cells on flat references. The effect of paclitaxel treatment of MDA MB 321 breast cancer cells is already visible after 48 h on nanoporous membranes and strongly pronounced in comparison to reference samples. 
The studies presented in this work showed novel and distinct effects of micro- and nanoscale topographies on the behavior of various types of living cells. These examples display how versatile the potential for applications of bioactive materials could become in the next years and decades. And yet this variety of different alterations of cell functions due to topographic cues also shows the crucial part of this field of research: Carving out distinct, robust correlations of external cues and cell behavior is of utmost importance to derive definitive design implications that can lead to scientifically, clinically and commercially successful products.
N2  - Die Erforschung neuartiger bioaktiver Materialien zur Beeinflussung des Verhaltens lebender Zellen ist ein wichtiges Thema für die biomedizinische Forschung und das Tissue Engineering. Biomaterialien oder Oberflächenstrukturen, die spezifische Zellfunktionen fördern, können innovative neue Produkte in der Zellkultur und Diagnostik ermöglichen. Ziel dieser Studie ist es, die Interaktion von lebenden Zellen mit mikrostrukturierten, nanostrukturierten und nanoporösen Materialoberflächen zu untersuchen, um unterschiedliche Systematiken im Zusammenspiel von Zellen und Materialien zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden drei verschiedene Studien durchgeführt, die individuelle Effekte auf unterschiedliche Zellfunktionen ergaben.
Im ersten Teil dieser Arbeit werden systematisch kontrollierte Assays aufgebaut, die die Auswirkungen der Dichte und Geometrie topografischer Stimuli im Mikrometerbereich auf die amöboide Migration von Dictyostelium discoideum-Zellen untersuchen - in Quasi-3D-Säulenfeldern mit systematischer Variation des Abstands zwischen den Säulen und der Gittergeometrie der Säulen. Wir konnten Motilitätsparameter extrahieren und damit die amöboiden Migrationsmechanismen in einem kontaktgesteuerten Motilitätsmodell mit zwei Zuständen beschreiben, das zwischen gerichteten und ungerichteten (zufälligen) Migrationsphasen unterscheidet. Es konnte gezeigt werden, dass gerichtete Bewegungen von Säule zu Säule vorzugsweise in Regionen mit hoher Säulendichte zu finden sind und Zellen in gerichteten Bewegungszuständen Säulen als attraktive topographische Stimuli wahrnehmen. Im Gegensatz dazu wird die Zellbewegung in ungerichteten Migrationsphasen durch eine hohe Säulendichte gehemmt, da Säulen als Hindernisse für die Zellbewegung wirken. In Säulenfelder mit Dichtegradienten führen diese Mechanismen zu einer topografischen Führung der Zellen, mit einer allgemeinen Tendenz zu einem Regime von Säulenabständen nahe dem Zelldurchmesser. In lokal anisotropen Säulenumgebungen wird die Zellmigration häufig durch konkurrierende Anziehungskräfte verschiedener Säulen in unmittelbarer Nähe und durch das Fehlen anderer potenzieller Stimuli in der Nähe der Zelle gedämpft.
In Teil zwei der Arbeit wurde die amöboide Einzelzellmigration auf intrinsisch nanostrukturierten, biologisch abbaubaren Siliziumdioxidfasern im Vergleich zu chemisch äquivalenten glatten Glasoberflächen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die gerichtete Bewegung auf Siliziumdioxid-Fasern durch die nanoskalige Oberflächenstruktur der Fasern deutlich verstärkt wird. Außerdem ist die Zelladhäsion auf den Siliziumdioxidfasern ein durch Mikrotubuli vermittelter Prozess - Zellen, denen Mikrotubuli fehlen, lösen sich von den Fasern ab, haften aber gut an den Glasoberflächen. Knock-out-Mutanten von Myosin II sind auf den Faseroberflächen genauso aktiv wie Zellen mit aktivem Myosin II, während die Migration der Knock-out-Mutanten auf normalem Glas behindert wird.
Der dritte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der intrinsisch nanostrukturierten Oberfläche von nanoporösen Glasmembranen auf das Verhalten von Säugetierzellen. Drei verschiedene Zelllinien und primäre humane mesenchymale Stammzellen (hMSCs) vermehren sich gut auf nanoporösen Glasmembranen mit mittleren Porengrößen zwischen 10 nm und 124 nm. Sowohl in Proliferations- als auch in mRNA-Expressionsversuchen zeigen L929-Fibroblasten einen deutlichen Trend zu mittleren Porengrößen > 80 nm. Bei primären hMSC wird auf allen nanoporösen Oberflächen eine ausgezeichnete Proliferation beobachtet. hMSC auf Proben mit 17 nm Porengröße zeigen eine erhöhte Expression von COL10, COL2A1 und SOX9, insbesondere während der ersten zwei Wochen der Kultur. In der Upside-Down-Kultur widerstehen SK MEL-28-Zellen auf nanoporösem Glas der Schwerkraft und vermehren sich im Gegensatz zu Zellen auf flachen Referenz-Oberflächen gut. Die Wirkung der Paclitaxel-Behandlung von MDA MB 321 Brustkrebszellen ist bereits nach 48 Stunden auf nanoporösen Membranen sichtbar und im Vergleich zu Referenzproben stark ausgeprägt.
Die in dieser Arbeit vorgestellten Studien zeigen neuartige und sehr unterschiedliche Auswirkungen von mikro- und nanoskaligen Topographien auf das Verhalten verschiedener Arten von lebenden Zellen. Diese Beispiele zeigen, wie vielfältig das Anwendungspotenzial bioaktiver Materialien in den nächsten Jahren und Jahrzehnten sein könnte. Die Vielfalt der unterschiedlichen Veränderungen von Zellfunktionen durch topographische Einflüsse zeigt aber auch, wie essentiell Grundlagenforschung in diesem Bereich ist: Es ist von größter Wichtigkeit, eindeutige, robuste Zusammenhänge zwischen externen Stimuli und dem Verhalten von Zellen zu identifizieren, um wissenschaftlich, klinisch und kommerziell erfolgreiche Produkte zu entwickeln.
KW  - cellmigration
KW  - nanotopography
KW  - cell
KW  - biophysics
KW  - migration
KW  - nanoporous
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-327796
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riekert, Maximilian
T1  - Der Einfluss mesenchymaler Stammzellen auf T-Zellsubpopulationen bei gesunden Probanden und Patienten mit rheumatischen Erkrankungen
T1  - The influence of mesenchymal stem cells on T-cell subsets in healthy donors and patients with rheumatic diseases
N2  - In dieser Arbeit wurde der Einfluss mesenchymaler Stammzellen (MSC) auf verschiedene T-Zellsubpopulationen in vitro untersucht. Dazu wurden Naive- und Nicht-Naive CD4+ T-Zellen aus humanen PBMCs von gesunden Probanden und Patienten mit Autoimmun-Arthritis bei rheumatischen Erkrankungen isoliert und im Beisein/in Abwesenheit von MSCs unter Th-17-polarisierenden Bedingungen kultiviert. Nach einer 6 Tage umfassenden Inkubationszeit erfolgte die flowzytometrische Bestimmung des Phänotyps, der Proliferation, der Apoptose, des Zytokinprofils und der Chemokinrezeptorexpression Naiver und Nicht-Naiver-CD4+ T-Zellen im Beisein/in Abwesenheit von MSCs. Die Phänotypen wurden als CD45RA+CD27+ Naive-, CD45RA-CD27+ Gedächtnis-, CD45RA- CD27- Effektor- und CD45RA+CD27- TEMRA-Zellen definiert und ihre jeweiligen prozentualen Anteile an allen CD4+ T-Zellen bestimmt. Nach Beurteilung der Proliferation und Apoptose, erfolgte die Analyse der IFNγ-, IL-17-, IL-9- und IL-13-Produktion für jeden der vier Phänotypen. Zusätzlich wurde der prozentuale Anteil an FoxP3+CD25+CD127- Tregs und deren IL-10-Produktion bestimmt. Abschließend erfolgte die Messung der CCR5-, CCR6- und CXCR3- Expression. Insgesamt konnte sowohl in der Naiven CD4+- als auch in der Nicht-Naiven CD4+ T- Zellfraktion eine Hemmung der Proliferation und Apoptose CD4+ T-Zellen durch MSCs gemessen werden. Zudem supprimierten MSCs die Produktion der Zytokine IFNγ, IL-17, IL-9 und IL-10 und steigerten teilweise die Produktion von antiinflammatorischem IL-13. In den vier untersuchten Phänotypen verhielt sich die Zytokinproduktion variabel und war bei CD45RA-CD27+ Gedächtnis- und CD45RA-CD27- Effektor-Zellen am größten. Der hemmende Einfluss der MSCs war auf diese beiden Phänotypen ebenfalls am stärksten ausgeprägt. CD45RA+CD27+ Naive- und CD45RA+CD27- TEMRA-Zellen produzierten in Kultur mit MSCs mitunter vermehrt proinflammatorische Zytokine. Analog zur Proliferation und Apoptose verminderten MSCs die Expression von CCR5, CCR6 und CXCR3 auf CD4+ T-Zellen. Die beschriebenen Effekte der MSCs konnten sowohl bei gesunden Probanden, als auch bei Patienten mit rheumatischen Erkrankungen nachgewiesen werden. Durch die Verwendung eines Transwell®-Systems konnte gezeigt werden, dass MSCs ihre Wirkung auf T-Lymphozyten nicht nur durch direkten Zell-Zell-Kontakt, sondern auch über lösliche Faktoren ausüben. Die Resultate dieser Arbeit verdeutlichen den immunsuppressiven Charakter der MSCs auf Naive und Nicht-Naive CD4+ T-Zellen unter Th17-polarisierenden Bedingungen in vitro. Jedoch zeigt die Analyse der Zytokinproduktion in den untersuchten T-Zell-Phänotypen, dass MSCs neben ihrer immunsuppressiven Eigenschaft die Zytokinantwort einzelner T-Zellphänotypen steigern können. MSCs scheinen daher am ehesten eine immunmodulatorische Rolle zu spielen, indem sie übersteigerte Immunreaktionen herabsetzen und bei Bedarf immunstimulierend wirken.
N2  - In this thesis the influence of mesenchymal stem cells (MSCs) on different T cell subsets was investigated in vitro. Naive- and Non-Naive CD4+ T cells were isolated from human PBMCs of healthy donors and patients with rheumatic diseases and cultured in presence/in absence of MSCs under Th17 polarizing conditions. After incubation for six days phenotype, proliferation, apoptosis, cytokine profile and expression of chemokine receptors of Naive- and Non-Naive CD4+ T cells in presence/in absence of MSCs was determined by flow cytometry. T cell subsets were defined as CD45RA+CD27+ Naive, CD45RA-CD27+ Memory, CD45RA-CD27- Effektor and CD45RA+CD27- TEMRA cells and the percentage of total CD4+ T cells was calculated. After assessing proliferation and apoptosis, production of IFNγ, IL-17, IL-9 and IL-13 was analyzed for each of the four subsets. Additionally, the percentages of FoxP3+CD25+CD127- Tregs and the corresponding production of IL-10 were determined. Finally, the expression of chemokine receptors CCR5, CCR6 and CXCR3 was measured. In both the Naive and Non-Naive CD4+ cell fraction an inhibition of proliferation and apoptosis of CD4+ T cells through MSCs was analyzed. Moreover, MSCs suppressed the production of the cytokines IFNγ, IL-17, IL-9 and IL-10 and partially enhanced the production of IL-13. The cytokine production varied in the four analyzed T cell subsets, with the highest cytokine production among CD45RA-CD27+ Memory and CD45RA-CD27- Effector cells. The inhibiting influence of MSCs on these two subsets was most prominent. CD45RA+CD27+ Naive and CD45RA+CD27- TEMRA cells occasionally produced more proinflammatory cytokines in culture with MSCs. Like similar effects of MSCs on proliferation and apoptosis, MSCs diminished the expression of CCR5, CCR6 and CXCR3 on CD4+ T cells. The effects of MSCs were demonstrated in both, healthy donors and patients with rheumatic diseases. By the use of a Transwell®-System it was shown that MSCs exert their effects not only through direct cell-cell-contact but also by soluble factors. The results of this thesis elucidate the immunosuppressive character of MSCs on Naive and Non-Naive CD4+ T cells under Th17-polarizing conditions in vitro. However, the analysis of the cytokine production in the investigated T cell subsets showed, that MSCs are able to enhance the immune response besides their immunosuppressive properties. Therefore, MSCs most likely seem to play an immunomodulatory role, by reducing exaggerated immune reactions and, if required are also able to act immune stimulating.
KW  - mesenchymal
KW  - stem
KW  - cell
KW  - Rheuma
KW  - Mesenchymale Stammzellen
KW  - Mesenchymal Stem Cells
KW  - Rheuma
KW  - Immunologie
KW  - Immunology
KW  - T-Zellen
KW  - T-Cells
KW  - Subpopulationen
KW  - Subsets
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178195
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Blanco, Ignacio
A1  - Kuchenbaecker, Karoline
A1  - Cuadras, Daniel
A1  - Wang, Xianshu
A1  - Barrowdale, Daniel
A1  - Ruiz de Garibay, Gorka
A1  - Librado, Pablo
A1  - Sanchez-Gracia, Alejandro
A1  - Rozas, Julio
A1  - Bonifaci, Núria
A1  - McGuffog, Lesley
A1  - Pankratz, Vernon S.
A1  - Islam, Abul
A1  - Mateo, Francesca
A1  - Berenguer, Antoni
A1  - Petit, Anna
A1  - Català, Isabel
A1  - Brunet, Joan
A1  - Feliubadaló, Lidia
A1  - Tornero, Eva
A1  - Benítez, Javier
A1  - Osorio, Ana
A1  - Ramón y Cajal, Teresa
A1  - Nevanlinna, Heli
A1  - Aittomäki, Kristina
A1  - Arun, Banu K.
A1  - Toland, Amanda E.
A1  - Karlan, Beth Y.
A1  - Walsh, Christine
A1  - Lester, Jenny
A1  - Greene, Mark H.
A1  - Mai, Phuong L.
A1  - Nussbaum, Robert L.
A1  - Andrulis, Irene L.
A1  - Domchek, Susan M.
A1  - Nathanson, Katherine L.
A1  - Rebbeck, Timothy R.
A1  - Barkardottir, Rosa B.
A1  - Jakubowska, Anna
A1  - Lubinski, Jan
A1  - Durda, Katarzyna
A1  - Jaworska-Bieniek, Katarzyna
A1  - Claes, Kathleen
A1  - Van Maerken, Tom
A1  - Díez, Orland
A1  - Hansen, Thomas V.
A1  - Jønson, Lars
A1  - Gerdes, Anne-Marie
A1  - Ejlertsen, Bent
A1  - De la Hoya, Miguel
A1  - Caldés, Trinidad
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A1  - Oliver, Clare
A1  - Fineberg, Elena
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A1  - Pedersen, Inge Sokilde
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A1  - Laitman, Yael
A1  - Friedman, Eitan
A1  - Liljegren, Annelie
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A1  - Pauw, Antoine de
A1  - Lasset, Christine
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A1  - Vijai, Joseph
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A1  - Kauff, Noah
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A1  - Lindor, Noralane
A1  - Lázaro, Conxi
A1  - Easton, Douglas F.
A1  - Offit, Kenneth
A1  - Chenevix-Trench, Georgia
A1  - Couch, Fergus J.
A1  - Antoniou, Antonis C.
A1  - Pujana, Miguel Angel
T1  - Assessing associations between the AURKA-HMMR-TPX2-TUBG1 functional module and breast cancer risk in BRCA1/2 mutation carriers
JF  - PLoS ONE
N2  - While interplay between BRCA1 and AURKA-RHAMM-TPX2-TUBG1 regulates mammary epithelial polarization, common genetic variation in HMMR (gene product RHAMM) may be associated with risk of breast cancer in BRCA1 mutation carriers. Following on these observations, we further assessed the link between the AURKA-HMMR-TPX2-TUBG1 functional module and risk of breast cancer in BRCA1 or BRCA2 mutation carriers. Forty-one single nucleotide polymorphisms (SNPs) were genotyped in 15,252 BRCA1 and 8,211 BRCA2 mutation carriers and subsequently analyzed using a retrospective likelihood approach. The association of HMMR rs299290 with breast cancer risk in BRCA1 mutation carriers was confirmed: per-allele hazard ratio (HR) = 1.10, 95% confidence interval (CI) 1.04 - 1.15, p = 1.9 x 10\(^{-4}\) (false discovery rate (FDR)-adjusted p = 0.043). Variation in CSTF1, located next to AURKA, was also found to be associated with breast cancer risk in BRCA2 mutation carriers: rs2426618 per-allele HR = 1.10, 95% CI 1.03 - 1.16, p = 0.005 (FDR-adjusted p = 0.045). Assessment of pairwise interactions provided suggestions (FDR-adjusted p\(_{interaction}\) values > 0.05) for deviations from the multiplicative model for rs299290 and CSTF1 rs6064391, and rs299290 and TUBG1 rs11649877 in both BRCA1 and BRCA2 mutation carriers. Following these suggestions, the expression of HMMR and AURKA or TUBG1 in sporadic breast tumors was found to potentially interact, influencing patients' survival. Together, the results of this study support the hypothesis of a causative link between altered function of AURKA-HMMR-TPX2-TUBG1 and breast carcinogenesis in BRCA1/2 mutation carriers.
KW  - genetic interaction networks
KW  - genome-wide association
KW  - expression signature
KW  - susceptibility loci
KW  - survival
KW  - modifiers
KW  - polymorphism
KW  - cell
KW  - chip-seq
KW  - elements
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-143469
VL  - 10
IS  - 4
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ahles, Andrea
T1  - Analyse der Aktivierung β-adrenerger Rezeptoren
T1  - Analysis of β-adrenergic receptor activation
N2  - Die Funktionalität β1- und β2-adrenerger Rezeptoren wird durch Polymorphismen in ihrer kodierenden Region moduliert. Wir haben uns die Technik des Fluoreszenz-Resonanz- Energie-Transfers (FRET) zu Nutze gemacht, um den Einfluss der am häufigsten vorkommenden Polymorphismen (Ser49Gly und Gly389Arg im β1AR, Arg16Gly und Gln27Glu im β2AR) auf die Rezeptorkonformation nach Aktivierung zu untersuchen. Dafür wurden FRET-Sensoren für die beiden βAR-Subtypen mit einem gelb-fluoreszierenden Protein (YFP) sowie einem cyan-fluoreszierenden Protein (CFP oder Cerulean) in der dritten intrazellulären Schleife bzw. am C-Terminus verwendet. Nach Stimulierung der βARSensoren konnte die Aktivierung der polymorphen Rezeptorvarianten in lebenden Zellen in Echtzeit untersucht werden. Dabei behielten die FRET-Sensoren sowohl die Bindungsaffinitäten der nativen Rezeptoren als auch eine intakte Funktionalität hinsichtlich der Bildung von sekundären Botenstoffen. Der Vergleich der Aktivierungskinetiken der verschieden polymorphen Varianten des β1AR und β2AR ergab keine signifikanten Unterschiede nach einer einmaligen Stimulation. Es zeigte sich jedoch, dass Rezeptorpolymorphismen die Aktivierungskinetik vorstimulierter βAR erheblich beeinflussen. So konnten wir im Vergleich zur ersten Aktivierung eine schnellere Aktivierung der Gly16-Varianten des β2AR sowie des Gly49Arg389-β1AR feststellen, während die Arg16-β2AR-Variante und der Ser49Gly389-β1AR dagegen bei einer wiederholten Stimulation langsamer aktiviert wurden. Diese Ergebnisse lassen auf ein "Rezeptorgedächtnis" schließen, das spezifisch für bestimmte polymorphe Rezeptorvarianten ist und eine βAR-Subtyp-spezische Ausprägung zeigt. Die Ausbildung der unterschiedlichen Aktivierungskinetiken hing von der Interaktion des Rezeptors mit löslichen intrazellulären Faktoren ab und bedurfte einer Phosphorylierung intrazellulärer Serin- und Threonin-Reste durch G-Protein-gekoppelte Rezeptorkinasen. Die Interaktion mit löslichen intrazellulären Faktoren scheint für den β1AR weniger stark ausgeprägt zu sein als für den β2AR. Die cAMP-Produktion war für die schneller werdenden, “hyperfunktionellen” Gly16-β2ARVarianten signifikant um mehr als 50% höher im Vergleich zur “hypofunktionellen” Arg16- Variante. Die unterschiedliche Funktionalität spiegelte sich im Therapieausgang bei Tokoysepatientinnen wider, dessen Erfolg mit dem Arg16Gly Polymorphismus verknüpft war. Die Daten implizieren eine intrinsische, polymorphismusabhängige Eigenschaft der βAR, die die Aktivierungskinetik der Rezeptoren bei wiederholten Stimulationen determiniert. Diese könnte auch für die zwischen Individuen variierende Ansprechbarkeit auf β-Agonisten und β-Blocker mitverantwortlich sein.
N2  - Signaling through G protein-coupled receptors is known to be influenced by receptor polymorphisms, yet the molecular basis for the functional differences is unclear. To investigate the impact of the most frequent polymorphic sites of the β1- and the β2– adrenergic receptor (Ser49Gly and Gly389Arg for β1AR, Arg16Gly and Gln27Glu for β2AR) on receptor conformation we used a fluorescence resonance energy transfer (FRET) based approach. We made use of βAR-FRET sensors with a yellow fluorescent protein (YFP) inserted into the third intracellular loop and a cyan fluorescent protein (CFP or Cerulean) fused to the C-terminal tail of the βAR. These sensors retained key pharmacological and functional characteristics of the native receptors. Upon stimulation of the sensors we determined the activation characteristics of the polymorphic receptors in real time and in living cells and found that βAR respond to repeated activation with a change of their activation kinetics during subsequent stimulations. This phenomenon differed between polymorphic variants of the βAR. The “hyperfunctional” Gly16-β2AR variants as well as the Gly49Arg389-β1AR became faster in their activation kinetics, while the “hypofunctional” Arg16-β2AR and the Ser49Gly389-β1AR became slower compared to their initial activation. These differences depended on the interaction with soluble cytosolic factors that occurred after the initial activation, and on the phosphorylation of agonist-bound receptors through G protein-coupled receptor kinases. The “memory“ of previous activation is formed already after a first stimulation of only five seconds, whereas the β1AR memory necessitates prestimulation for five minutes and seems to be based on a less stable interaction with intracellular proteins compared to the β2AR. Assuming short-lived and repetitive receptor-ligand interaction under native conditions, we hypothesized that faster activation during single ligand-receptor interaction represents the basis for more effective signaling to downstream effectors. Indeed, the extent of cAMP formation was enhanced by 50% upon stimulation of the Gly16-β2AR compared to the Arg16 variant. The different functionality reflected the outcome of tocolysis treatment with the β2-agonist fenoterol whose success correlated with the Arg16Gly genotype of the patients. Our findings suggest an intrinsic, polymorphism-specific property of the βAR that alters activation kinetics upon continued stimulation and that might account for individual drug responses.
KW  - Beta-1-Rezeptor
KW  - Beta-2-Rezeptor
KW  - cell
KW  - biology
KW  - Polymorphismus
KW  - Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer
KW  - Aktivierung <Physiologie>
KW  - Zelle
KW  - Biologie
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85577
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hagedorn, Ina
T1  - Novel mechanisms underlying arterial thrombus formation: in vivo studies in (genetically modified) mice
T1  - Neue Mechanismen der arteriellen Thrombusbildung: in vivo-Studien in (genetisch veränderten) Mäusen
N2  - Thrombus formation at sites of vascular lesions is a dynamic process that requires a defined series of molecular events including the action of platelet adhesion/activation receptors, intracellular signal transduction, cytoskeletal rearrangements and activation of plasma coagulation factors. This process is essential to limit post-traumatic blood loss but may also contribute to acute thrombotic diseases such as myocardial infarction and stroke. With the help of genetically modified mice and the use of specific protein inhibitors and receptordepleting antibodies, the work presented in this thesis identified novel mechanisms underlying thrombus formation in hemostasis and thrombosis. In the first part of the study, it was shown that von Willebrand Factor (vWF) binding to glycoprotein (GP)Iba is critical for the formation of stable pathological thrombi at high shear rates, suggesting GPIba as an attractive pharmacological target for antithrombotic therapy. The subsequent analysis of recently generated phospholipase (PL)D1-deficient mice identified this enzyme, whose role in platelet function had been largely unknown, as a potential target protein downstream of GPIba. This was based on the finding that PLD1- deficient mice displayed severely defective GPIba-dependent thrombus stabilization under high shear conditions in vitro and in vivo without affecting normal hemostasis. The second part of the thesis characterizes the functional relevance of the immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-bearing collagen receptor GPVI and the recently identified hemITAM-coupled C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) for in vivo thrombus formation. Genetic- and antibody-induced GPVI deficiency was found to similarly protect mice from arterial vessel occlusion in three different thrombosis models. These results confirmed GPVI as a promising antithrombotic target and revealed that antibody-treatment had no obvious off-target effects on platelet function. Similarly, immunodepletion of CLEC-2 by treating mice with the specific antibody INU1 resulted in markedly impaired thrombus growth and stabilization under flow in vitro and in vivo. Furthermore, it could be demonstrated that double-immunodepletion of GPVI and CLEC-2 resulted in severely decreased arterial thrombus formation accompanied by dramatically prolonged bleeding times. These data revealed an unexpected redundant function of the two receptors for in vivo thrombus formation and might have important implications for the potential development of anti-GPVI and anti-CLEC-2 antithrombotic agents. The third part of the thesis provides the first functional analysis of megakaryocyte- and platelet-specific RhoA knockout mice. RhoA-deficient mice displayed a defined signaling defect in platelet activation, leading to a profound protection from arterial thrombosis andand ischemic brain infarction, but at the same time also strongly increased bleeding times. These findings identified the GTPase as an important player for thrombus formation in hemostasis and thrombosis. Based on the previous proposal that the coagulation factor (F)XII might represent an ideal target for safe antithrombotic therapy without causing bleeding side effects, the last part of this thesis assesses the antithrombotic potential of the newly generated FXIIa inhibitor rHAInfestin- 4. It was found that rHA-Infestin-4 injection into mice resulted in virtually abolished arterial thrombus formation but no change in bleeding times. Moreover, rHA-Infestin-4 was similarly efficient in a murine model of ischemic stroke, suggesting that the inhibitor might be a promising agent for effective and safe therapy of cardio- and cerebrovascular diseases.
N2  - Thrombusbildung an einer verletzten Gefäßstelle ist ein dynamischer Prozess, der ein definiertes Zusammenspiel von Thrombozytenadhäsions-/aktivierungsrezeptoren, intrazellulären Signalen, Zytoskelettumstrukturierungen sowie die Aktivierung von Plasma Koagulationsfaktoren benötigt. Dieser Prozess ist essenziell um Blutungen nach einer Gefäßverletzung zu stoppen, kann aber auch zu akuten thrombotischen Erkrankungen wie Herzinfarkt und Schlaganfall führen. Mit Hilfe von genetisch veränderten Mäusen und der Verwendung von spezifischen Proteininhibitoren und Rezeptor-depletierenden Antikörpern wurden in der hier vorliegenden Dissertation neue Mechanismen der Thrombusbildung in Hämostase und Thrombose identifiziert. In dem ersten Teil der Studie konnte gezeigt werden, dass die Interaktion zwischen von Willebrand Faktor (vWF) und Glykoprotein (GP)Iba entscheidend für die Bildung von pathologischen Thromben bei hohen Scherraten ist, was auf die Eignung von GPIba als eine attraktive pharmakologische Zielstruktur (Target) für eine antithrombotische Therapie hindeutet. Die anschließende Analyse von vor kurzem generierten Phospholipase (PL)D1- defizienten Mäusen identifizierte dieses Enzym, dessen Rolle in der Thrombozytenfunktion bislang unbekannt war, als eine mögliches Targetprotein im Signalweg von GPIba. Dies basierte vor allem auf der Erkenntnis, dass PLD1-defiziente Mäuse eine stark gestörte GPIba-abhängige Thrombusstabilisierung unter hohen Scherbedingungen aufwiesen, ohne jedoch dabei die normale Hämostase zu beeinflussen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die funktionelle Relevanz des immunoreceptor tyrosinebased activation motif (ITAM)-gekoppelten Kollagenrezeptors GPVI und des vor kurzem entdeckten hemITAM-gekoppelten C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) für die in vivo Thrombusbildung charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass genetisch- und durch Antikörperinduzierte GPVI-Defizienz Mäuse gleichermaßen vor arteriellem Gefäßverschluss in drei verschiedenen Thrombosemodellen schützt. Diese Ergebnisse bestätigten GPVI als ein viel versprechendes antithrombotisches Target und zeigten, dass eine Antikörperbehandlung in Mäusen keine offensichtlichen unspezifischen Effekte auf die Thrombozytenfunktion hatte. Eine gleichermaßen induzierte Immunodepletion von CLEC-2 durch die Behandlung von Mäusen mit dem spezifischen Antikörper INU1 führte zu deutlich vermindertem Thrombuswachstum und reduzierter Thrombusstabilisierung unter Flussbedingungen in vitro und in vivo. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Doppel-Immunodepletion von GPVI und CLEC-2 zu einer stark reduzierten arteriellen Thrombusbildung führte, die mit dramatisch verlängerten Blutungszeiten einherging. Diese Ergebnisse machten eineunerwartete funktionelle Redundanz der beiden Rezeptoren deutlich und könnten möglicherweise einen wichtigen Einfluss auf eine eventuelle Entwicklung von anti-GPVI und anti-CLEC-2 antithrombotischen Wirkstoffen haben. Der dritte Teil der Arbeit liefert die erste funktionelle Analyse von Megakaryozyten- und Thrombozyten-spezifischen RhoA-Knockout Mäusen. RhoA-defiziente Mäuse zeigten einen definierten Signaldefekt in der Thrombozytenaktivierung, der zu einem deutlichen Schutz vor arterieller Thrombose und ischämischen Hirninfarkt aber gleichzeitig auch zu stark erhöhten Blutungszeiten führte. Dieses Ergebnis identifizierte die GTPase als einen wichtigen Spieler für die Thrombusbildung in Hämostase und Thrombose. Basierend auf dem vorausgegangenen Vorschlag, dass der Koagulationsfaktor XII (FXII) ein ideales Target für eine sichere antithrombotische Therapie darstellen könnte, ohne Blutungsnebenwirkungen zu verursachen, untersucht der letzte Teil der Arbeit das antithrombotische Potential des neu generierten FXIIa Inhibitors rHA-Infestin-4. Es konnte gezeigt werden, dass eine Injektion von rHA-Infestin-4 in Mäuse die arterielle Thrombusbildung nahezu aufhob aber Blutungszeiten nicht veränderte. Außerdem war rHAInfestin- 4 gleichermaßen effizient in einem Mausmodell des ischämischen Schlaganfalls, was darauf schließen lässt, dass der Inhibitor ein vielversprechender Wirkstoff für eine effektive und sichere Therapie von kardio- und zerebrovaskulären Erkrankungen sein können
KW  - Thrombus
KW  - Gerinnungsfaktor
KW  - Arterielles Blut
KW  - Zielstruktur
KW  - Maus
KW  - biomedicine
KW  - cell
KW  - blood
KW  - vascular system
KW  - Allgemeine Zelle
KW  - Zellkern
KW  - Blutgefäßsystem
KW  - Blut-Hirn-Schranke
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85752
ER  - 
TY  - THES
A1  - Winterberg, Torsten
T1  - Klinische Parameter und deren Einfluss auf den Verlauf der primären Hochdosischemotherapie mit autologer Stammzelltransplantation beim Multiplen Myelom
T1  - Clinical parameters and their influence on the progress of primary high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation for multiple myeloma
N2  - In dieser Arbeit wurden die Daten von 90 konsekutiven Patienten mit Multiplem Myelom, welche im Zeitraum vom 11.04.2005 bis zum 08.11.2010 mit einer Hochdosischemotherapie und autologer Stammzelltransplantation in den Kliniken Essen Süd behandelt wurden, retrospektiv untersucht und statistisch ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass ein gutes Ansprechen nach den Induktionstherapien mit einem guten Ansprechen sechzig Tage nach der Transplantation korreliert. Einen Zusammenhang zwischen dem initialen Ausmaß der Endorganschäden und dem Verlauf oder dem Ansprechen der Hochdosischemotherapie mit autologer Stammzelltransplantation konnte nicht gefunden werden. Das kalendarische Alter spielt im Gegensatz zum Allgemeinzustand und den Vorerkrankungen bei der Einschätzung der zu erwartenden Toxizität eine untergeordnete Rolle. Die beiden Hauptfaktoren, die den Verlauf einer Hochdosischemotherapie mit anschließender peripherer Stammzelltransplantation beeinflussten, waren die Dauer der G-CSF Therapie und die Anzahl der übertragenen Stammzellen. Während die unterschiedlich lange G-CSF Gabe (ab Tag „+3“ vs. Tag „+7“) nur zu einer schnelleren Regeneration der Leukozyten führt und keinen relevanten Effekt auf die untersuchten klinischen Parameter Fieber, Dauer der intravenösen Antibiotikatage, Ausmaß der Mukositis und die Aufenthaltsdauer der Patienten hatte, führte die Steigerung der Anzahl der übertragenen Stammzellen zu einer signifikant schnelleren Regeneration von Thrombozyten und Leukozyten, einem Rückgang der Transfusionshäufigkeit an Erythrozyten und einem geringeren Verbrauch an intravenösen Antibiotika. Zusammenfassend ist die G-CSF Gabe ab Tag „+7“ nach Hochdosistherapie ausreichend, eine längere Gabe erbringt keinen relevanten klinischen Vorteil. Zudem sollte auf eine ausreichende Menge an übertragenen Stammzellen geachtet werden. Zur Beurteilung der zu erwartenden Toxizität ist die Anwendung des HCT-CI-Score einfach und praktikabel.
N2  - In this study the data of 90 consecutive patients with multiple myeloma were analyzed retrospectively. There is a correlation between a good response after the induction therapy and sixty days after high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation. There is no correlation between organ damages (CRAB) and the progression or the response of the high-dose chemotherapy with autologous stem cell transplantation. The chronological age is not as important as the general condition and medical history of the patient to expect the toxicity of the high-dose chemotherapy. The two main factors that influenced the process of high dose chemotherapy followed by peripheral stem cell transplantation were the duration of G-CSF therapy and the number of transplanted stem cells. The different duration of G-CSF leads only to a faster recovery of leukocytes with no relevant effect on the investigated clinical parameters temperature, duration of intravenous antibiotic days and the extent of mucositis. The increase of transplanted stem cells results in a significant faster recovery of platelets and leukocytes, a decrease in frequency of transfusion of red blood cells and a reduced use of intravenous antibiotics. In summary, the G-CSF administration from the 7th day after transplantation is sufficient for high-dose therapy, a longer administration provides no relevant clinical advantage. One should take care for having got sufficient quantity of transplanted stem cells.
KW  - Plasmozytom
KW  - Autogene Transplantation
KW  - Chemotherapie
KW  - myeloma
KW  - stem
KW  - cell
KW  - transplantation
KW  - autologous
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71203
ER  -