TY  - THES
A1  - Lorenzin, Francesca
T1  - Regulation of transcription by MYC - DNA binding and target genes
T1  - Transkriptionelle Regulation durch MYC - DNA-Bindung und Zielgene
N2  - MYC is a transcription factor, whose expression is elevated or deregulated in many human cancers (up to 70%) and is often associated with aggressive and poorly differentiated tumors. Although MYC is extensively studied, discrepancies have emerged about how this transcription factor works. In primary lymphocytes, MYC promotes transcriptional amplification of virtually all genes with an open promoter, whereas in tumor cells MYC regulates specific sets of genes that have significant prognostic value. Furthermore, the set of target genes that distinguish MYC’s physiological function from the pathological/oncogenic one, whether it exists or not, has not been fully understood yet.
In this study, it could be shown that MYC protein levels within a cell and promoter affinity (determined by E-box presence or interaction with other proteins) of target genes toward MYC are important factors that influence MYC activity. At low levels, MYC can amplify a certain transcriptional program, which includes high affinity binding sites, whereas at high levels MYC leads to the specific up- and down regulation of genes with low affinity. Moreover, the promoter affinity characterizes different sets of target genes which can be distinguished in the physiological or oncogenic MYC signatures. 
MYC-mediated repression requires higher MYC levels than activation and formation of a complex with MIZ1 is necessary for inhibiting expression of a subset of MYC target genes.
N2  - MYC ist ein Transkriptionsfaktor, dessen Expression in vielen humanen Tumoren (bis zu 70 %) erhöht oder dereguliert ist. Die Tumore, in denen viel MYC hergestellt wird, zeichnen sich durch einen geringen Differenzierungsgrad aus und verhalten sich sehr aggressiv. Obwohl das biologische Verhalten des MYC Proteins intensiv untersucht wurde, sind unterschiedliche Modelle, wie dieser Transkriptionsfaktor funktioniert, entwickelt worden. In primären Lymphozyten verstärkt MYC die Expression fast aller Gene mit offener Chromatinstruktur, während MYC in Tumorzellen spezifische Gengruppten reguliert, deren Expression mit der Prognose von Patienten korreliert. Es ist also unklar, ob sich die Zielgene der physiologischen Funktion von Myc von den oncogenen/pathophysiologischen Zielgenen unterscheidet und um welche Gene es sich bei letzteren handelt. 
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Expressionsniveau  von MYC und unterschiedliche Promotoraffinitäten zu MYC (charakterisiert durch den Ebox-Gehalt und Interaktionen zu anderen Proteinen) wichtig für die Aktivität des MYC Proteins sind. So kann Myc bei niedrigen Konzentrationen ein bestimmtes transkriptionelles Programm amplifizieren, das sich aus hochaffinen Promotoren zusammensetzt. Bei hohen Konzentrationen hingegen führt MYC zur transkriptionellen Aktivierung und Repression bestimmter Zielgengruppen, die sich durch niedrige Affinität zu MYC auszeichnen. Somit ist die Promotoraffinität ein Parameter, der physiologische von oncogenen MYC Signaturen trennen kann. Darüberhinaus konnte gezeigt werden, dass MYC-vermittelte Repression höhere MYC Mengen benötigt, als MYC-vermittelte Transaktivierung und die Komplexbildung mit MIZ1 für die Repression einer Gruppe an MYC Zielgenen nötig ist.
KW  - MYC
KW  - Transcription
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150766
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jung, Lisa Anna
T1  - Targeting MYC Function as a Strategy for Tumor Therapy
T1  - Hemmung der MYC-Funktion als Strategie für die zielgerichtete Tumortherapie
N2  - A large fraction of human tumors exhibits aberrant expression of the oncoprotein MYC. As a transcription factor regulating various cellular processes, MYC is also crucially involved in normal development. Direct targeting of MYC has been a major challenge for molecular cancer drug discovery. The proof of principle that its inhibition is nevertheless feasible came from in vivo studies using a dominant-negative allele of MYC termed OmoMYC. Systemic expression of OmoMYC triggered long-term tumor regression with mild and fully reversible side effects on normal tissues.
In this study, OmoMYC’s mode of action was investigated combining methods of structural biology and functional genomics to elucidate how it is able to preferentially affect oncogenic functions of MYC.
The crystal structure of the OmoMYC homodimer, both in the free and the E-box-bound state, was determined, which revealed that OmoMYC forms a stable homodimer, and as such, recognizes DNA via the same base-specific DNA contacts as the MYC/MAX heterodimer. OmoMYC binds DNA with an equally high affinity as MYC/MAX complexes. RNA-sequencing showed that OmoMYC blunts both MYC-dependent transcriptional activation and repression. Genome-wide DNA-binding studies using chromatin immunoprecipitation followed by high-throughput sequencing revealed that OmoMYC competes with MYC/MAX complexes on chromatin, thereby reducing their occupancy at consensus DNA binding sites. The most prominent decrease in MYC binding was seen at low-affinity promoters, which were invaded by MYC at oncogenic levels. Strikingly, gene set enrichment analyses using OmoMYC-regulated genes enabled the identification of tumor subgroups with high MYC levels in multiple tumor entities. Together with a targeted shRNA screen, this identified novel targets for the eradication of MYC-driven tumors, such as ATAD3A, BOP1, and ADRM1.
In summary, the findings suggest that OmoMYC specifically inhibits tumor cell growth by attenuating the expression of rate-limiting proteins in cellular processes that respond to elevated levels of MYC protein using a DNA-competitive mechanism. This opens up novel strategies to target oncogenic MYC functions for tumor therapy.
N2  - Eine Vielzahl humaner Tumore entsteht durch die aberrante Expression des Onkoproteins MYC. Da MYC als Transkriptionsfaktor viele zelluläre Prozesse reguliert, ist er auch maßgeblich an der Entwicklung von normalem Gewebe beteiligt. Die direkte Hemmung von MYC stellt eine große Herausforderung für die Wirkstoffentwicklung dar. Studien mit dem dominant-negativen MYC-Allel namens OmoMYC belegten, dass MYC ein potenzieller Angriffspunkt für die zielgerichtete Tumortherapie ist. Die systemische Expression dieser MYC-Mutante löste eine dauerhafte Tumorregression aus und zeigte milde sowie vollständig reversible Nebenwirkungen. In der vorliegenden Arbeit wurde der molekulare Wirkmechanismus von OmoMYC untersucht, wobei sowohl Methoden der Strukturbiologie als auch der funktionalen Genomik angewendet wurden.
Die Kristallstruktur des OmoMYC Proteins wurde im freien und E-Box-gebundenen Zustand bestimmt. Dadurch konnte gezeigt werden, dass OmoMYC ein stabiles Homodimer bildet. Als solches erkennt es DNA mittels derselben basenspezifischen Interaktionen wie der MYC/MAX-Komplex. Dabei bindet OmoMYC DNA mit einer ähnlichen Affinität wie das MYC/MAX-Heterodimer. Die genomweite Expressionsanalyse mittels RNA-Sequenzierung identifiziert eine Reduktion sowohl der MYC-abhängigen Transkriptionsaktiverung als auch der Transkriptionsrepression durch OmoMYC. Mittels Chromatin-Immunpräzipitation gefolgt von einer Hochdurchsatz-Sequenzierung wird gezeigt, dass OmoMYC mit MYC/MAXKomplexen
auf Chromatin konkurriert und so deren Besetzung global an Konsensus-Bindestellen verringert. Die stärkste Reduktion zeigt sich an Promoterregionen mit schwacher Affinität für die MYC-Bindung, welche durch onkogene MYC-Proteinmengen aufgefüllt werden. Gene set enrichment-Analysen unter Berücksichtigung von OmoMYC-regulierten Genen erlaubten die Identifizierung von Tumor-Subgruppen mit hohen MYC-Proteinmengen in zahlreichen Tumorentitäten. Zusammen mit einem fokussierten shRNA-Screen können so neue Zielproteine für die Bekämpfung von MYC-getriebenen Tumoren, wie zum Beispiel ATAD3A, BOP1 und ADRM1, identifiziert werden.
Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass OmoMYC spezifisch das Tumorzellwachstum inhibiert, indem es die Expression von zentralen Proteinen limitiert, welche durch erhöhte MYC-Proteinmengen reguliert werden. Somit können neue Strategien zur Tumortherapie identifiziert werden, die auf onkogene Funktionen von MYC zielen.
KW  - Myc
KW  - Kristallstruktur
KW  - Transkription <Genetik>
KW  - Bauchspeicheldrüsenkrebs
KW  - DNS-Bindung
KW  - OmoMYC
KW  - promoter invasion
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146993
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ziegler, Christiane
T1  - Epigenetic Mechanisms in the Pathogenesis and Therapy of Anxiety Disorders
T1  - Epigenetische Mechanismen in der Pathogenese und Therapie von Angsterkrankungen
N2  - Anxiety disorders (AD) are common, disabling mental disorders, which constitute the most prevalent mental health condition conveying a high individual and socioeconomic burden. Social anxiety disorder (SAD), i.e. fear in social situations particularly when subjectively scrutinized by others, is the second most common anxiety disorder with a life time prevalence of 10%. Panic disorder (PD) has a life time prevalence of 2-5% and is characterized by recurrent and abrupt surges of intense fear and anticipatory anxiety, i.e. panic attacks, occurring suddenly and unexpected without an apparent cue.
In recent years, psychiatric research increasingly focused on epigenetic mechanisms such as DNA methylation as a possible solution for the problem of the so-called “hidden heritability”, which conceptualizes the fact that the genetic risk variants identified so far only explain a small part of the estimated heritability of mental disorders.
In the first part of this thesis, oxytocin receptor (OXTR) gene methylation was investigated regarding its role in the pathogenesis of social anxiety disorder. In summary, OXTR methylation patterns were implicated in different phenotypes of social anxiety disorder on a categorical, neuropsychological, neuroendocrinological as well as on a neural network level. The results point towards a multilevel role of OXTR gene hypomethylation particularly at one CpG site (CpG3, Chr3: 8 809 437) within the protein coding region of the gene in SAD.
The second part of the thesis investigated monoamine oxidase A (MAOA) gene methylation regarding its role in the pathogenesis of panic disorder as well as – applying a psychotherapy-epigenetic approach – its dynamic regulation during the course of cognitive behavioural therapy (CBT) in PD patients. First, MAOA hypomethylation was shown to be associated with panic disorder as well as with panic disorder severity. Second, in patients responding to treatment MAOA hypomethylation was shown to be reversible up to the level of methylation in healthy controls after the course of CBT. This increase in MAOA methylation along with successful psychotherapeutic treatment was furthermore shown to be associated with symptom improvement regarding agoraphobic avoidance in an independent replication sample of non-medicated patients with PD.
Taken together, in the future the presently identified epigenetic patterns might contribute to establishing targeted preventive interventions and personalized treatment options for social anxiety disorder or panic disorder, respectively.
N2  - Angsterkrankungen sind die häufigsten psychischen Erkrankungen, welche in hohem Maße den Alltag der Betroffenen beeinträchtigen und eine große sozioökonomische Belastung darstellen. Eine der häufigsten Formen von Angsterkrankungen bildet die soziale Phobie, d.h. die Angst vor sozialen Situationen, in denen man im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit steht, mit einer Lebenszeit-Prävalenz von circa 10%. Die Panikstörung, charakterisiert durch das wiederholte und unerwartete Auftreten von Panikattacken, ist eine weitere Form der Angsterkrankungen mit einer Lebenszeit-Prävalenz von circa 2-5%.
Epigenetische Mechanismen, wie zum Beispiel die DNA Methylierung, rücken in den letzten Jahren immer weiter in den Fokus der psychiatrischen Forschung. Hier werden sie als eine mögliche Lösung für das Problem der „hidden heritability“ (versteckte Heritabilität) angesehen.
Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die DNA Methylierung des Oxytozinrezeptorgens (OXTR) hinsichtlich ihrer Rolle in der Pathogenese der sozialen Phobie untersucht. Hierbei konnte eine verringerte Methylierung des Gens, speziell an einem CpG-Dinukleotid (CpG3, Chr3: 8 809 437) innerhalb der protein-kodierenden Genregion, auf verschiedenen Ebenen mit der Erkrankung an sozialer Phobie, dimensionalen Maßen der Erkrankungsschwere sowie der Stressverarbeitung auf neuro-endokrinologischer und neuronaler Ebene in Verbindung gebracht werden.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle von DNA Methylierungsmustern des Monoaminooxidase A (MAOA) Gens in der Pathogenese und der Therapie der Panikstörung. Zum einen konnte gezeigt werden, dass eine verringerte MAOA Methylierung mit dem Auftreten von Panikstörung sowie mit einer erhöhten Symptomschwere assoziiert ist. Zum anderen zeigten Patienten, welche auf eine kognitive Verhaltenstherapie (KVT) ansprachen, eine signifikante Erhöhung der MAOA Methylierung nach der Therapie, welche zusätzlich in einer unabhängigen Stichprobe mit einer Verringerung der Symptomschwere assoziiert war. Diese Veränderung zeigte sich jedoch nicht in Patienten, welche nicht auf die KVT ansprachen.
Zusammenfassend können beide im Rahmen dieser Arbeit untersuchten epigenetischen Muster und deren Rolle in der Pathogenese der sozialen Phobie sowie der Panikstörung zur Etablierung personalisierter Therapiemöglichkeiten wie auch targetierter präventiver Interventionen beitragen.
KW  - Angst
KW  - Psychische Störung
KW  - DNA-Methylierung
KW  - Panikstörung
KW  - Soziale Phobie
KW  - Angsterkrankungen
KW  - Epigenetische Mechanismen
KW  - Epigenetik
KW  - Methylierung
KW  - DNS
KW  - Angsterkrankungen
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146815
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ruf, Franziska
T1  - The circadian regulation of eclosion in \(Drosophila\)  \(melanogaster\)
T1  - Die zeitliche Steuerung des Adultschlupfes in \(Drosophila\)  \(melanogaster\)
N2  - Eclosion is the emergence of an adult insect from the pupal case at the end of development. In the fruit fly Drosophila melanogaster, eclosion is a circadian clock-gated event and is regulated by various peptides. When studied on the population level, eclosion reveals a clear rhythmicity with a peak at the beginning of the light-phase that persists also under constant conditions. It is a long standing hypothesis that eclosion gating to the morning hours with more humid conditions is an adaption to reduce water loss and increase the survival. Eclosion behavior, including the motor pattern required for the fly to hatch out of the puparium, is orchestrated by a well-characterized cascade of peptides. The main components are ecdysis-triggering hormone (ETH), eclosion hormone (EH) and crustacean cardioactive peptide (CCAP). The molt is initiated by a peak level and pupal ecdysis by a subsequent decline of the ecdysteroid ecdysone. Ecdysteroids are produced by the prothoracic gland (PG), an endocrine tissue that contains a peripheral clock and degenerates shortly after eclosion. Production and release of ecdysteroids are regulated by the prothoracicotropic hormone (PTTH). 
Although many aspects of the circadian clock and the peptidergic control of the eclosion behavior are known, it still remains unclear how both systems are interconnected. The aim of this dissertation research was to dissect this connection and evaluate the importance of different Zeitgebers on eclosion rhythmicity under natural conditions. 
Potential interactions between the central clock and the peptides regulating ecdysis motor behavior were evaluated by analyzing the influence of CCAP on eclosion rhythmicity. Ablation and silencing of CCAP neurons, as well as CCAP null-mutation did not affect eclosion rhythmicity under either light or temperature entrainment nor under natural conditions.
To dissect the connection between the central and the peripheral clock, PTTH neurons were ablated. Monitoring eclosion under light and temperature entrainment revealed that eclosion became arrhythmic under constant conditions. However, qPCR expression analysis revealed no evidence for cycling of Ptth mRNA in pharate flies. To test for a connection with pigment-dispersing factor (PDF)-expressing neurons, the PDF receptor (PDFR) and short neuropeptide F receptor (sNPFR) were knocked down in the PTTH neurons. Knockdown of sNPFR, but not PDFR, resulted in arrhythmic eclosion under constant darkness conditions. PCR analysis of the PTTH receptor, Torso, revealed its expression in the PG and the gonads, but not in the brain or eyes, of pharate flies. Knockdown of torso in the PG lead to arrhythmicity under constant conditions, which provides strong evidence for the specific effect of PTTH on the PG. These results suggest connections from the PDF positive lateral neurons to the PTTH neurons via sNPF signaling, and to the PG via PTTH and Torso. This interaction presumably couples the period of the peripheral clock in the PG to that of the central clock in the brain.
To identify a starting signal for eclosion and possible further candidates in the regulation of eclosion behavior, chemically defined peptidergic and aminergic neurons were optogenetically activated in pharate pupae via ChR2-XXL. This screen approach revealed two candidates for the regulation of eclosion behavior: Dromyosuppressin (DMS) and myo-inhibitory peptides (MIP). However, ablation of DMS neurons did not affect eclosion rhythmicity or success and the exact function of MIP must be evaluated in future studies.
To assess the importance of the clock and of possible Zeitgebers in nature, eclosion of the wildtype Canton S and the clock mutant per01 and the PDF signaling mutants pdf01 and han5304 was monitored under natural conditions. For this purpose, the Würzburg eclosion monitor (WEclMon) was developed, which is a new open monitoring system that allows direct exposure of pupae to the environment. A general decline of rhythmicity under natural conditions compared to laboratory conditions was observed in all tested strains. While the wildtype and the pdf01 and han5304 mutants stayed weakly rhythmic, the per01 mutant flies eclosed mostly arrhythmic. PDF and its receptor (PDFR encoded by han) are required for the synchronization of the clock network and functional loss can obviously be compensated by a persisting synchronization to external Zeitgebers. The loss of the central clock protein PER, however, lead to a non-functional clock and revealed the absolute importance of the clock for eclosion rhythmicity. To quantitatively analyze the effect of the clock and abiotic factors on eclosion rhythmicity, a statistical model was developed in cooperation with Oliver Mitesser and Thomas Hovestadt. The modelling results confirmed the clock as the most important factor for eclosion rhythmicity. Moreover, temperature was found to have the strongest effect on the actual shape of the daily emergence pattern, while light has only minor effects. Relative humidity could be excluded as Zeitgeber for eclosion and therefore was not further analyzed.

Taken together, the present dissertation identified the so far unknown connection between the central and peripheral clock regulating eclosion. Furthermore, a new method for the analysis of eclosion rhythms under natural conditions was established and the necessity of a functional clock for rhythmic eclosion even in the presence of multiple Zeitgebers was shown.
N2  - Der Schlupf adulter Fliegen aus dem Puparium wird in der Taufliege Drosophila melanogaster zum einen von der inneren Uhr und zum anderen von Peptiden gesteuert. Beobachtet man den Schlupf auf der Populationsebene, lässt sich erkennen, dass die meisten Fliegen zu Beginn der Lichtphase schlüpfen. Diese Rhythmizität im Schlupfverhalten von Fliegenpopulationen hält auch unter konstanten Bedingungen an. Seit langer Zeit wird angenommen, dass der Schlupf am Morgen eine Anpassung an feuchte Bedingungen ist, wodurch der Wasserverlust verringert und die Überlebenswahrscheinlichkeit erhöht werden könnte. Das stereotype motorische Schlupfverhalten, mit dem sich die Fliege aus der Puppenhülle befreit, wird durch das gut untersuchte Zusammenspiel zahlreicher Peptide gesteuert. Die wichtigsten Peptide sind hierbei das ecdysis-triggering hormone (ETH), das Schlupfhormon (EH) und das crustacean cardioactive peptide (CCAP). Wie bei jedem Schlupf wird die Häutung durch eine stark erhöhte Produktion des Ecdysteroids Ecdyson ausgelöst. Der anschließende Abfall der Ecdyson-Titer löst dann den Adultschlupf aus. Ecdysteroide werden in der Prothorakaldrüse (PD) gebildet, die eine periphere Uhr besitzt und kurz nach dem Adultschlupf zurückgebildet wird. Das prothorakotrope Hormon (PTTH) reguliert sowohl die Produktion als auch die Freisetzung der Ecdysteroide aus der PD.
Obwohl bereits viel über den Aufbau und die Funktionsweise der inneren Uhr und der Kontrolle des Adultschlupfes durch Peptide bekannt ist, weiß man bisher nicht, wie beide Systeme miteinander interagieren. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, einerseits diese Verbindung zu untersuchen und andererseits die Gewichtung verschiedener Zeitgeber für den Adultschlupf unter natürlichen Bedingungen zu bewerten.
Um eine mögliche Verbindung zwischen der zentralen Uhr und den Peptiden, die das motorische Verhalten während des Schlupfes steuern, zu untersuchen, wurde der Einfluss von CCAP auf die Schlupfrhythmik betrachtet. Hierzu wurden die CCAP-exprimierenden Neurone genetisch ablatiert oder elektrisch stillgelegt, sowie zusätzlich eine CCAP-defiziente Mutante getestet. Weder unter künstlichen Licht- oder Temperaturzyklen, noch unter natürlichen Bedingungen wurden Effekte auf den Schlupfrhythmus bei veränderter CCAP Verfügbarkeit beobachtet.
Die Verbindung zwischen der zentralen und der peripheren Uhr der PD wurde untersucht,  indem die PTTH-exprimierenden Neurone in Fliegen ablatiert wurden. Dies führte sowohl unter konstanten Licht- als auch Temperaturbedingungen zu arrhythmischem Schlupf der Populationen. Die Analyse der Expression von Ptth mRNA mittels qPCR lieferte keine Hinweise auf eine zyklische Regulation des Ptth Transkripts in pharaten Tieren. Um eine Verbindung zu pigment-dispersing factor (PDF)-exprimierenden Uhrneuronen nachzuweisen, wurden die Rezeptoren von PDF (PDFR) und dem short Neuropeptide F (sNPFR) in den PTTH- Neuronen herunterreguliert. Nur der Verlust von sNPFR führte unter konstanten Bedingungen zu arrhythmischem Schlupf. RT-PCR-Analyse der mRNA Expression des Rezeptors von PTTH, Torso, ergab, dass torso mRNA in pharaten Fliegen nur in der PD und in den Gonaden exprimiert wird, nicht jedoch im Gehirn. Das Herrunterregulieren der torso mRNA in der PD führte unter konstanten Bedingungen zu arrhythmischem Schlupf und lieferte deutliche Hinweise zur spezifischen Funktion von PTTH in der PD. Diese Ergebnisse zeigen eine sNPF-vermittelte Verbindung zwischen den PDF-positiven lateralen Neuronen und den PTTH-Neuronen, welche über PTTH und Torso weiter bis in die PD reicht. Durch diese Verbindung wird vermutlich die Periode der peripheren Uhr in der PD an die Periode der zentralen Uhr im Gehirn angepasst.
Um ein Startsignal für den Adultschlupf und weitere mögliche Kandidaten, die eine Rolle in der Steuerung des Schlupfes spielen, zu identifizieren, wurden chemisch definierte kleine Gruppen peptiderger und aminerger Neurone optogenetisch durch das Kanalrhodopsin ChR2-XXL aktiviert. In dieser Testreihe wurden Dromyosuppressin (DMS) und myoinhibitorisches Peptid (MIP) als mögliche Kandidaten ermittelt. Eine Ablation der DMS-Neurone hatte jedoch keine Auswirkungen auf Schlupfrhythmik und -erfolg. Die genaue Funktion von MIP sollte in zukünftigen Experimenten untersucht werden.
Um die Gewichtung der Uhr und möglicher Zeitgeber für das natürliche Verhalten zu bestimmen, wurde der Schlupf des Wildtyps Canton S, der Uhrmutante per01 sowie der PDF-Signalwegsmutanten pdf01 und han5304 (han codiert für den PDFR) unter natürlichen Bedingungen beobachtet. Hierfür wurde ein neues und offenes Aufzeichnungssystem entwickelt: der Würzburger Schlupfmonitor (WEclMon), der einen direkten Kontakt der Puppen mit den sie umgebenden abiotischen Bedingungen ermöglicht.
Im Vergleich zu Laborbedingungen war die Rhythmizität des Schlupfes unter natürlichen Bedingungen in allen getesteten Fliegenlinien weniger ausgeprägt. Während der Wildtyp sowie die pdf01 und han5304 Mutanten weiterhin schwach rhythmisch schlüpften, schlüpfte die per01 Mutante hauptsächlich arrhythmisch. Das Zusammenspiel zwischen PDF und seinem Rezeptor synchronisiert das Uhrnetzwerk, und der Verlust dieser Interaktion kann durch tägliches neues Ausrichten an den Zeitgebern ausgeglichen werden. Der Verlust des Uhrproteins PER unterbindet jedoch die komplette Funktionsfähigkeit der Uhr. Dadurch wird die Notwendigkeit der Uhr für einen rhythmischen Schlupf unterstrichen. Um den Einfluss der Uhr und abiotischer Faktoren auf den Schlupfrhythmus zu untersuchen, wurde im Rahmen einer Kooperation mit Oliver Mitesser und Thomas Hovestadt ein statistisches Modell entwickelt. Die Ergebnisse der Modellierung unterstützen die Hypothese, dass die Uhr der wichtigste Faktor für einen rhythmischen Schlupf auch unter Zeitgeber-Bedingungen ist. Die Umgebungstemperatur übt hingegen den stärksten Einfluss auf die Form des täglichen Schlupfmusters aus, während Licht hier nur einen schwachen Einfluss hat. Es konnte gezeigt werden, dass sich relative Luftfeuchtigkeit nicht als Zeitgeber für den Schlupf eignet, weshalb sie in weiteren Untersuchungen nicht berücksichtigt wurde.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der vorliegenden Arbeit die Verbindung zwischen der zentralen und peripheren Uhr in der Steuerung des Schlupfes identifiziert werden konnten, die bisher nicht bekannt war. Außerdem wurde eine neue Methode der Untersuchung des Adultschlupfes unter natürlichen Bedingungen etabliert und die Notwendigkeit einer intakten Uhr für einen rhythmischen Adultschlupf selbst in Anwesenheit mehrerer Zeitgeber konnte herausgestellt werden.
KW  - Taufliege
KW  - Tagesrhythmus
KW  - Adultschlupfes
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146265
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schürlein, Sebastian
T1  - Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Tissue Engineering Prozessen am Beispiel der Herstellung von kardialem Gewebe
T1  - Development of technologies to optimize tissue engineering processes, documented on the example of the generation of cardiac tissue
N2  - Kardiovaskuläre Erkrankungen, wie beispielsweise der Herzinfarkt, sind die häufigste Todesursache weltweit. Bei einem Herzinfarkt sterben Areale des Herzens aufgrund einer Unterversorgung mit Blut ab. Da das Herzmuskelgewebe ein sogenanntes terminal differenziertes Gewebe ist, kommt es zu keiner Regeneration des Gewebes, mit der Folge einer Herzinsuffizienz beziehungsweise dem Tod des Patienten. Eine alternative Behandlungsmöglichkeit zu einer Herztransplantation stellt das Tissue Engineering dar. Mit Hilfe des Tissue Engineerings können dreidimensionale Gewebe aufgebaut und kultiviert werden, um auf diese Weise ein funktionelles Gewebe zu erhalten, durch welches das abgestorbene Gewebeareal des Herzens zukünftig auch ersetzt werden könnte.
In der vorliegenden Arbeit wurden notwendige Technologien für den Aufbau von Geweben entwickelt sowie erste Versuche für die Erzeugung eines funktionellen Herzmuskelgewebes durchgeführt. Beim Aufbau von dreidimensionalen Geweben finden Trägerstrukturen Anwendung, die mit Zellen besiedelt werden. Solche Trägerstrukturen können aus biologischen oder synthetischen Polymeren hergestellt sein oder aus der extrazellulären Matrix eines dezellularisierten Gewebes bestehen. Für eine standardisierte Dezellularisierung von Geweben wurde eine computergesteuerte Pumpeneinheit, für die Herstellung von Nanofaserscaffolds eine Elektrospinninganlage entwickelt. Mit Hilfe der Dezellularisierungseinheit können komplexe Organe, wie ein Herz im Ganzen, reproduzierbar dezellularisiert werden. Untersuchungen der mittels Elektrospinning hergestellten Nanofaserscaffolds, welche als Alternative zu der dezellularisierten, natürlichen Matrix eingesetzt werden können, zeigten bei allen hergestellten Zusammensetzungen eine Orientierung der Zellen entlang der Fasern.
Die Kultivierung von Zellmatrixkonstrukten erfolgt im Tissue Engineering häufig unter dynamischen Bedingungen. Hierfür wurde ein mobiler Stand Alone Inkubator mit der erforderlichen Peripherie für eine Kultur unter Perfusion des Gewebes entwickelt. Als Weiterentwicklung des Stand Alone Inkubators ist eine modulare Bioreaktorplattform, bestehend aus Wärmetauscher, Beutelpumpe und Gasaustauscher, aufgebaut worden. In dieses System kann über Standard Anschlüsse jegliche Art von Bioreaktor in das System eingebunden werden. Durch die Kompaktheit des Systems ist es möglich mehrere Ansätze parallel auf engem Raum durchzuführen. Die Funktion der Plattform, wurde in der vorliegenden Arbeit durch die Gewebekultur einer nativen porzinen Karotis nachgewiesen.
Für den Aufbau des kardialen Gewebes dient die small intestinal submucosa ohne Serosa (SISser) als Trägerstruktur. Der Aufbau des Gewebekonstrukts erfolgte in verschiedenen Ansätzen unter Einsatz verschiedener Zellarten. Native, aus Herzbiopsien generierte Cardiosphere derived cells (CDCs) verteilten sich gleichmäßige über die Oberfläche der Matrix, jedoch konnten immunhistologisch keine spezifischen kardialen Marker bei den artifiziellen Geweben nachgewiesen werden. Zellmatrixkonstrukte aus einer Mono Kultur von Kardiomyozyten, differenziert aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS Zellen) sowie einer Co Kultur dieser Kardiomyozyten mit mesenchymalen Stammzellen und Zellen aus einer Herzbiopsie zeigten nach wenigen Tagen in Kultur ein kontraktiles Verhalten. Immunhistologische Färbungen der beiden Gewebe bestätigten die Expression der spezifischen kardialen Marker, wie beispielsweise kardiales Troponin T, kardiales Troponin C und alpha Actinin. Die Kardiomyozyten der Mono Kultur sind jedoch nicht über die gesamte Matrixoberfläche verteilt, sondern bilden Aggregate. Bei der Co Kultur kann eine gleichmäßige Verteilung der Zellen auf der Matrix beobachtet werden. Der vielversprechendste Ansatz für den Aufbau eines Herzmuskelgewebes, welches als Implantat oder Testsystem eingesetzt werden kann, bildet nach den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen, ein Konstrukt aus der SISser und der Co Kultur der Zellen. Allerdings muss die Zusammensetzung der Co Kultur sowie das Verhältnis der Zellzahlen optimiert werden.
N2  - Cardiovascular diseases as myocardial infarction are the most frequent cause of death worldwide. During a myocardial infarction, areas of the heart are being damaged because of an insufficient nutrient supply. Heart tissue is a terminal differentiated tissue, this means that it can’t be regenerated by itself. The consequence of this characteristic is a heart insufficiency or the death of the patient. An alternative treatment to heart transplantation is promised by tissue engineering. By using the methods of tissue engineering, cells can be cultured on a scaffold to generate a mature tissue, which can be used to replace the damaged areas of the heart.
In the present work systems for the generation of tissues have been developed and first experiments to build up a functional cardiac patch were performed. To generate three-dimensional tissues, scaffolds colonized with cells are necessary. These scaffolds can be produced with biological or synthetic polymers or even decellularized tissues can be used. A computer controlled decellularization platform was designed to ensure a standardized, reproducible decellularization of complex organs like hearts. Furthermore, an electrospinning device was developed for the production of nanofiber scaffolds. On such matrices, seeded cells grow along the fibers.
Most cell-matrix-constructs are cultured under dynamic conditions in tissue engineering. A stand alone incubator system containing the required periphery to apply different culture conditions was developed. As further development a compact modular bioreactor platform consisting of a heat exchanger, a bag pump and a gas exchanger was established. All kinds of bioreactors can be enclosed to the system via standard Luer Lock Connectors. Due to the compactness of the system, it is possible to parallelize and run experiments easily on narrow space. The functionality of the platform was demonstrated by a tissue culture of a native porcine carotid artery. 
The small intestinal submucosa without serosa (SISser) was employed as matrix for the development of a functional cardiac patch. In different experiments diverse cell types were used to generate a cardiac construct. Cardiosphere derived cells (CDC) seeded on the SISser showed an equal distribution all over the surface of the matrix, but no expression of specific cardiac markers. Constructs consisting of a mono culture of induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes (CM iPS cells) or a co culture of CM iPS cells, mesenchymal stem cells and cells isolated form a heart biopsy showed a contraction of the whole matrix after a few days in culture. Furthermore, cardiac markers like cardiac troponin T, cardiac troponin C and alpha actinin could be observed by immunohistological staining. Regarding the morphology of the different tissues, the mono culture of the CM iPS cells formed agglomerates on the surface of the matrix whereas the co culture showed a well distribution of the cells all over the surface of the matrix. Consequently, the co culture on the SISser is the most promising approach for the development of a functional cardiac patch. However, the combination of cell types within the co culture and their ratio has to be optimized.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Herzmuskel
KW  - Bioreaktorplattform
KW  - Elektrospinning
KW  - kardiales Tissue Engineering
KW  - kardiales Gewebe
KW  - bioreactor plattform
KW  - electrospinning
KW  - cardiac tissue engineering
KW  - Biomaterial
KW  - Gewebekultur
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142432
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmid, Evelyn
T1  - Effekte des Raf Kinase Inhibitor Proteins (RKIP) auf  β-adrenerge Signalwege, Herzfunktion und die Entwicklung der Herzinsuffizienz
T1  - Effects of the Raf Kinase Inhibitor Protein (RKIP) on β-adrenergic signalling, cardiac function and the development of heart failure
N2  - Das Raf kinase inhibitor protein (RKIP) ist ein Kinaseregulator, der im Herzen eine Präferenz für die G-Protein-gekoppelte Rezeptorkinase 2 (GRK2) zeigt. Die Regulation erfolgt durch direkte Interaktion beider Proteine, wird durch eine PKC-Phosphorylierung an Serin 153 des RKIP induziert und inhibiert die GRK2-vermittelte Phosphorylierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR). Die GRK2 desensitiviert GPCR und eine Hemmung der GRK2-Aktivität wirkt sich so positiv auf die Ansprechbarkeit von GPCR aus. Die \textbeta-adrenergen Rezeptoren (\textbeta AR) sind im Herzen maßgeblich an der Regulation der kardialen Kontraktilität beteiligt. Erste Zusammenhänge zwischen der RKIP-Expression und der kontraktilen Antwort von Kardiomyozyten wurden bereits in einer früheren Arbeit untersucht und bestätigt. Sie begründen die Fragestellung nach Effekten einer verstärkten RKIP-Expression auf \textbeta-adrenerge Rezeptorsignale, Herzfunktion und die Entwicklung der Herzinsuffizienz.
Im Rahmen dieses Projektes konnten die Effekte des RKIP auf \textbeta-adrenerge Signalwege detaillierter beschrieben werden. Dabei erwies sich die inhibitorische Funktion auf die GRK2 als rezeptorspezifisch ohne Einfluss auf zytosolische Angriffspunkte der GRK2 zu nehmen. Verstärkte \textbeta-adrenerge Signale zeigten sich in neonatalen Kardiomyozyten an Hand der erhöhten cAMP-Level, PKA-Aktivität, sowie Kontraktionsrate und Relaxationsgeschwindigkeit nach \textbeta-adrenerger Stimulation. Im Einklang damit konnte eine erhöhte PKA- und CaMKII-Aktivität und eine positive Inotropie in transgenen Tieren, mit herzspezifischer Überexpression von RKIP, beobachtet werden. Durch Messung des Calcium-\textit{Cyclings} in Kardiomyozyten konnte der Phänotyp auf eine verbesserte Rückführung des Calciums, einer daraus resultierenden erhöhten Calciumbeladung des sarkoplasmatischen Retikulums und einem gesteigerten systolischen Calciumspiegel, zurückgeführt werden. Die Untersuchung der Phosphorylierung von Calciumkanälen, L-Typ-Calciumkanal und Ryanodin-Rezeptor 2, die den einwärtsgerichteten Calciumstrom vermitteln konnte ihre Beteiligung an der positiv inotropen Wirkung ausschließen.
Neben dem kontraktilen Phänotyp konnten zusätzliche protektive Effekte beobachtet werden. In Modellen, die eine chronische \textbeta-adrenerge Stimulation imitieren, bzw. eine Nachlasterhöhung induzieren konnte eine Verringerung der interstitiellen Fibrose und der damit assoziierten Marker, gezeigt werden. Mit Hilfe von \textit{in vivo} EKG-Messungen konnte die Neigung zur Ausbildung von Arrhythmien untersucht werden. Auch im Hinblick auf die Anzahl der Extrasystolen waren RKIP-transgene Tiere geschützt. Infolge der Untersuchung der Phänotypen in Deletionshintergründen der einzelnen \textbeta AR-Subtypen (\textbeta\textsubscript{1}AR, \textbeta\textsubscript{2}AR) konnte die positive Inotropie mit den spezifischen Signalwegen des \textbeta\textsubscript{1}AR assoziiert und die protektiven Effekte gegenüber den Umbauprozessen und der Arrhythmieneigung dem \textbeta\textsubscript{2}-adrenergen Signalen zugeschrieben werden. Zusätzlich bestätigt sich eine besondere Rolle der G\textalpha\textsubscript{i}-Kopplung des \textbeta\textsubscript{2}AR, durch die er einen hemmenden Einfluss auf die \textbeta\textsubscript{1}AR-Singale nehmen kann.
Die Untersuchung einiger Marker, die eine physiologische von einer pathologischen Hypertrophie unterscheiden, konnte das in den RKIP-transgenen Mäusen auftretende Wachstum der Kardiomyozyten als kompensatorische und physiologische Hypertrophie charakterisieren. Zusammengenommen weisen diese Ergebnisse auf eine ausgeglichene Aktivierung der beiden Rezeptoren hin, die sich gegenseitig regulieren und durch die Inhibition der GRK2 in ihrer Anregbarkeit erhalten bleiben. Mittels einer AAV9-vermittelten Gentherapie konnte das therapeutische Potential dieses Prinzips weiter bestätigt werden, da es die prominentesten Veränderungen während der Herzinsuffizienzentwicklung, wie die Verschlechterung der linksventrikulären Funktion, die Dilatation des linken Ventrikels, die Ausbildung von Lungenödemen und interstitieller Fibrose sowie die Expression von Herzinsuffizienz-assoziierten Genen, verhindern konnte. Auch konnten die Auswirkungen der Deletion des RKIP, die sich durch eine beschleunigte und gravierendere Herzinsuffizienzentwicklung auszeichnet, durch Reexpression von RKIP verhindert werden.
Diese Arbeit kann somit zeigen, dass das RKIP eine ausgeglichene Verstärkung von \textbeta-adrenergen Signalwegen verursacht, die positiv inotrop und gleichzeitig protektiv wirkt. Dieses Wirkprinzip könnte ferner eine Strategie zur Erhöhung der Kontraktilität in der Herzinsuffizienz darstellen, die entgegen etablierter Theorien auf der Stimulation beider \textbeta AR basiert.
N2  - The Raf kinase inhibitor protein (RKIP) is a kinase regulator with a preference for the G protein-coupled receptor kinase 2 (GRK2) in the heart. The mechanism is a direct interaction of GRK2 and RKIP, which is triggered by a PKC-mediated phosphorylation at serine 153 of RKIP. By binding the GRK2, RKIP prevents the GRK2-mediated GPCR-phosphorylation and, thus, desensitisation of GPCR. As a result, inhibition of GRK2-activity positively affects the responsiveness of cardiac G protein-coupled receptors (GPCR). The GPCR primarly responsible for the regulation of the cardiac contractility are the \textbeta-adrenergic receptors (\textbeta AR). Previous work proved an interrelation of RKIP-expression and contractile response of cardiomyocytes and set a basis for the subject of this thesis, dealing with the effects of RKIP-expression on beta-adrenergic signalling, cardiac function and the development of heart failure.
The work describes the impact of RKIP on \textbeta-adrenergic signaling in more detail. An important feature of the inhibitory function of RKIP on GRK2 is a specificity for receptor targets (\textbeta AR) with no, or only minor, impact on the cytosolic targets of the GRK2. RKIP also increases \textbeta-adrenergic signalling. This appears in neonatal cardiac myocytes through an increased cAMP-generation, PKA-activity, contractile action and relaxation velocity after \textbeta-adrenergic stimulation. Similarly, RKIP-transgenic mice, with heart specific RKIP-expression, showed higher PKA and CaMKII-activities as well as, a positive inotropy. Analysis of the calcium cycling in these cardiomyocytes provided an explanation for the hypercontractile phenotype: an enhanced calcium reuptake into the sarcoplasmatic reticulum (SR), the resulting higher calcium load of the SR and an increased calcium amplitude in the cytosol during the systole cause the augmented contractile force. Furthermore, it could be ruled out, that two inward rectifying channels - L-type calcium channnel and Ryanodin Receptor 2 contribute to the positve inotropy in RKIP-transgenic mice. 
Besides, the RKIP-expression had additional protective effects in heart failure development, which were investigated by desease models. Hypertrophy was induced by chronic \textbeta-adrenergic stimulation and heart failure by induction of pressure overload. Under these conditions, RKIP could reduce the development of interstitial fibrosis and the expression of associated marker genes. The occurence of arrhythmias, in particular ectopic beats, was assessed by the analysis of \textit{in vivo} ECG-traces. Rated by the number of ectopic beats RKIP-transgenic mice were also protected against the induction of arrhythmia.
The analysis of RKIP-expression in \textbeta AR subtype-KOs (\textbeta\textsubscript{1}KO, \textbeta\textsubscript{2}KO) could relate the different effects of RKIP to the signalling pathways of either \textbeta\textsubscript{1}AR or \textbeta\textsubscript{2}AR. As a result, RKIP effects the positive inotropy through signals of the \textbeta\textsubscript{1}AR and the protection against heart failure-related remodelling processes and arrhythmia through signals of the \textbeta\textsubscript{2}AR. Additionally a major importance could be assigned to the G\textalpha\textsubscript{i} coupling of the \textbeta\textsubscript{2}AR. This capacity of the \textbeta\textsubscript{2}AR can counteract potentially maladaptive signalling of the \textbeta\textsubscript{1}AR. A monitored growth of cardiomyocytes of RKIP-transgenic mice was assessed in greater depth using different markers to differentiate physiological from pathological hypertrophy. Thereby the occurring hypertrophy was characterised as physiological and compensatory.
Taken together, these results point towards a balanced activation of both \textbeta AR. They influence each other through downstream signals and are protected from desensitisation and loss of \textbeta-adrenergic responsivness through inhibition of the GRK2 by RKIP. To validate the therapeutic potential of this mode of action, an AAV9-mediated gene therapy was conducted. In this setting, RKIP was able to prevent, or strongly reduce the most prominent changes during heart failure development. Among these are the decline of the left ventricular function, dilation of the left ventricle, development of a pulmonary congestion, interstitial fibrosis and the expression of heart failure associated genes. Moreover, the consequences of RKIP deletion, which are reflected in an accelerated and deteriorated heart failure development, could be reversed by the reexpression of RKIP.
This work shows, that RKIP induces an even activation of \textbeta-adrenergic signalling, which results in a positive inotropy with concomitant protective effects. RKIPs mode of action represents a strategy and bears the possibilty to enhance cardiac contractility in the failing heart by stimulation of both \textbeta AR, which is contrary to the common belief.
KW  - Herzinsuffizienz
KW  - Raf-Kinasen
KW  - Inhibition
KW  - Kinase signaling
KW  - Beta-Rezeptor
KW  - beta-adrenerge Signalwege
KW  - Protein
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142486
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wanzek, Katharina
T1  - The investigation of the function of repair proteins at G-quadruplex structures in \(Saccharomyces\) \(cerevisiae\) revealed that Mms1 promotes genome stability
T1  - Die Untersuchung der Funktion von Reparaturproteinen an G-Quadruplex Strukturen in \(Saccharomyces\) \(cerevisiae\) zeigte, dass Mms1 Genomstabilität fördert
N2  - G-quadruplex structures are highly stable alternative DNA structures that can, when not properly regulated, impede replication fork progression and cause genome instability (Castillo Bosch et al, 2014; Crabbe et al, 2004; Koole et al, 2014; Kruisselbrink et al, 2008; London et al, 2008; Lopes et al, 2011; Paeschke et al, 2013; Paeschke et al, 2011; Piazza et al, 2015; Piazza et al, 2010; Piazza et al, 2012; Ribeyre et al, 2009; Sabouri et al, 2014; Sarkies et al, 2012; Sarkies et al, 2010; Schiavone et al, 2014; Wu & Spies, 2016; Zimmer et al, 2016). The aim of this thesis was to identify novel G-quadruplex interacting proteins in Saccharomyces cerevisiae and to unravel their regulatory function at these structures to maintain genome integrity. Mms1 and Rtt101 were identified as G-quadruplex binding proteins in vitro via a pull-down experiment with subsequent mass spectrometry analysis. Rtt101, Mms1 and Mms22, which are all components of an ubiquitin ligase (Rtt101Mms1/Mms22), are important for the progression of the replication fork following fork stalling (Luke et al, 2006; Vaisica et al, 2011; Zaidi et al, 2008). The in vivo binding of endogenously tagged Mms1 to its target regions was analyzed genome-wide using chromatin-immunoprecipitation followed by deep-sequencing. Interestingly, Mms1 bound independently of Mms22 and Rtt101 to G-rich regions that have the potential to form G-quadruplex structures. In vitro, formation of G-quadruplex structures could be shown for the G-rich regions Mms1 bound to. This binding was observed throughout the cell cycle. Furthermore, the deletion of MMS1 caused replication fork stalling as evidenced by increased association of DNA Polymerase 2 at Mms1 dependent sites. A gross chromosomal rearrangement assay revealed that deletion of MMS1 results in a significantly increased genome instability at G-quadruplex motifs compared to G-rich or non-G-rich regions. Additionally, binding of the helicase Pif1, which unwinds G4 structures in vitro (Paeschke et al, 2013; Ribeyre et al, 2009; Sanders, 2010; Wallgren et al, 2016), to Mms1 binding sites was reduced in mms1 cells. The data presented in this thesis, together with published data, suggests a novel mechanistic model in which Mms1 binds to G-quadruplex structures and enables Pif1 association. This allows for replication fork progression and genome integrity.
N2  - Bei G-quadruplex Strukturen handelt es sich um stabile Sekundärstrukturen der DNA, welche das Fortschreiten der Replikationsgabel behindern und Genominstabilität verursachen können, falls sie nicht konsequent reguliert werden (Castillo Bosch et al, 2014; Crabbe et al, 2004; Koole et al, 2014; Kruisselbrink et al, 2008; London et al, 2008; Lopes et al, 2011; Paeschke et al, 2013; Paeschke et al, 2011; Piazza et al, 2015; Piazza et al, 2010; Piazza et al, 2012; Ribeyre et al, 2009; Sabouri et al, 2014; Sarkies et al, 2012; Sarkies et al, 2010; Schiavone et al, 2014; Wu & Spies, 2016; Zimmer et al, 2016). Ziel dieser Doktorarbeit war es, neue Proteininteraktionspartner dieser Strukturen in Saccharomyces cerevisiae zu identifizieren und zu untersuchen, wie diese Proteine die Strukturen regulieren um Genomstabilität zu gewährleisten. Mit Hilfe eines Pulldown Assays und anschließender massenspektrometrischer Analyse wurden Mms1 und Rtt101 in vitro als Interaktionspartner von G-quadruplex Strukturen identifiziert. Rtt101, Mms1 und Mms22, Komponenten der Ubiquitinligase Rtt101Mms1/Mms22, spielen eine wichtige Rolle beim Fortschreiten der Replikationsgabel, falls dieses durch Agenzien gehemmt wurde (Luke et al, 2006; Vaisica et al, 2011; Zaidi et al, 2008). Durch Chromatin-Immunpräzipitation mit anschließender Hochdurchsatzsequenzierung wurden die Bindestellen von Mms1 identifiziert. Interessanterweise hat Mms1 genomweit an G-reiche Sequenzen gebunden. Diese G-reichen Sequenzen bildeten G-quadruplex Strukturen in vitro aus. Die Bindung von Mms1 erfolgte unabhängig von Rtt101 und Mms22 sowie während des gesamten Zellzyklus. Außerdem kam es zu einer Verlangsamung der Replikationsgabel in mms1 Zellen, was durch eine verstärkte Bindung der DNA Polymerase 2 nachgewiesen wurde. Ein gross chromsomal rearrangement assay zeigte, dass die Genominstabilität in mms1 Zellen signifikant erhöht ist, wenn G-quadruplex Motive, im Vergleich zu nicht-G-reichen oder G-reichen Kontrollregionen, vorhanden sind. Zudem war die Bindung der Helikase Pif1, welche G-quadruplex Strukturen in vitro entwindet (Paeschke et al, 2013; Ribeyre et al, 2009; Sanders, 2010; Wallgren et al, 2016), stark reduziert, wenn Mms1 fehlte. Mit Hilfe der in dieser Doktorarbeit gewonnenen Ergebnisse, sowie mit Hilfe publizierter Daten, lässt sich ein Model postulieren, in welchem Mms1 an G-quadruplexe bindet und somit die Bindung von Pif1 ermöglicht. Dadurch werden das Fortschreiten der Replikationsgabel und die Genomstabilität gewährleistet.
KW  - Quadruplex-DNS
KW  - DNS-Reparatur
KW  - genome stability
KW  - Bierhefe
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142547
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rodrigues, Johannes
T1  - Let me change your mind… Frontal brain activity in a virtual T-maze
T1  - Let me change your mind… Frontale Hirnaktivierung in einem virtuellen T-Labyrinth
N2  - Frontal asymmetry, a construct invented by Richard Davidson, linking positive and negative valence as well as approach and withdrawal motivation to lateralized frontal brain activation has been investigated for over thirty years. The frontal activation patterns described as relevant were measured via alpha-band frequency activity (8-13 Hz) as a measurement of deactivation in electroencephalography (EEG) for homologous electrode pairs, especially for the electrode position F4/ F3 to account for the frontal relative lateralized brain activation. 
Three different theories about frontal activation patterns linked to motivational states were investigated in two studies. The valence theory of Davidson (1984; 1998a; 1998b) and its extension to the motivational direction theory by Harmon-Jones and Allen (1998) refers to the approach motivation with relative left frontal brain activity (indicated by relative right frontal alpha activity) and to withdrawal motivation with relative right frontal brain activation (indicated by relative left frontal alpha activity). The second theory proposed by Hewig and colleagues (2004; 2005; 2006) integrates the findings of Davidson and Harmon – Jones and Allen with the reinforcement sensitivity theory of Jeffrey A. Gray (1982, 1991). Hewig sees the lateralized frontal approach system and withdrawal system proposed by Davidson as subsystems of the behavioral activation system proposed by Gray and bilateral frontal activation as a biological marker for the behavioral activation system. The third theory investigated in the present studies is the theory from Wacker and colleagues (2003; 2008; 2010) where the frontal asymmetrical brain activation patterns are linked to the revised reinforcement sensitivity theory of Gray and McNaughton (2000). Here, right frontal brain activity (indicated by lower relative right frontal alpha activity) accounts for conflict, behavioral inhibition and activity of the revised behavioral inhibition system, while left frontal brain activation (indicated by lower relative left frontal alpha activity) stands for active behavior and the activity of the revised behavioral activation system as well as the activation of the revised flight fight freezing system. In order to investigate these three theories, a virtual reality T-maze paradigm was introduced to evoke motivational states in the participants, offering the opportunity to measure frontal brain activation patterns via EEG and behavior simultaneously in the first study. In the second study the virtual reality paradigm was additionally compared to mental imagery and a movie paradigm, two well-known state inducing paradigms in the research field of frontal asymmetry. 
In the two studies, there was confirming evidence for the theory of Hewig and colleages (2004; 2005; 2006), showing higher bilateral frontal activation for active behavior and lateralized frontal activation patterns for approach (left frontal brain activation) and avoidance (right frontal brain activation) behavior. Additionally a limitation for the capability model of anterior brain asymmetry proposed by Coan and colleagues (2006), where the frontal asymmetry should be dependent on the relevant traits driving the frontal asymmetry pattern if a relevant situation occurs, could be found. As the very intense virtual reality paradigm did not lead to a difference of frontal brain activation patterns compared to the mental imagery paradigm or the movie paradigm for the traits of the participants, the trait dependency of the frontal asymmetry in a relevant situation might not be given, if the intensity of the situation exceeds a certain level. Nevertheless there was an influence of the traits in the virtual reality T-maze paradigm, because the shown behavior in the maze was trait-dependent. 
The implications of the findings are multifarious, leading from possible objective personality testing via diversification of the virtual reality paradigm to even clinical implications for depression treatments based on changes in the lateralized frontal brain activation patterns for changes in the motivational aspects, but also for changes in bilateral frontal brain activation when it comes to the drive and preparedness for action in patients. Finally, with the limitation of the capability model, additional variance in the different findings about frontal asymmetry can be explained by taking the intensity of a state manipulation into account.
N2  - Frontal Asymmetrie, ein Konstrukt, erfunden von Richard Davidson, das positive und negative Valenz sowie Annäherungsmotivation und Vermeidungsmotivation mit lateralisierter Frontalhirnaktivierung verbindet, wird seit mehr als dreißig Jahren untersucht. Die frontalen Aktivierungsmuster, die als relevant beschrieben wurden, wurden über Alpha-Frequenzband Aktivität (8-13 Hz) im Elektroenzephalogramm (EEG) als Maß für die Deaktivierung für die homologe Elektrodenpaare, insbesondere an der Elektrodenposition F4 / F3 gemessen, um  die relative  frontale lateralisierte Hirnaktivierung zu messen. 
In der vorliegenden Arbeit wurden drei verschiedene Theorien über frontale Aktivierungsmuster, die mit motivationalen Zuständen verbunden sind, in zwei Studien untersucht. Die „valence theory“ von Davidson (1984; 1998a; 1998b) und ihre Erweiterung zur „motivational direction theory“ von Harmon Jones und Allen (1998) verbindet Annäherungsmotivation mit relativer linksseitiger frontalen  Hirnaktivität (durch relative rechtsfrontale Alpha-Aktivität angezeigt) und Rückzugsmotivation mit relativer rechtsfrontaler Hirnaktivierung (durch relative linksfrontale Alpha-Aktivität angezeigt). Die zweite Theorie von Hewig und Kollegen (2004; 2005; 2006) integriert die Ergebnisse von Davidson und Harmon - Jones und Allen mit der „reinforcement sensitvity theory“ von Jeffrey A. Gray (1982, 1991). Hewig sieht das lateralisierte frontale „approach system“ (Annäherungsverhalten, links frontal), und das „withdrawal system“ (Rückzugsverhalten, rechts frontal) von Davidson als Subsysteme des „behavioral activation system“ von Gray und bilaterale frontale Aktivierung als biologische Marker für das „behavioral activation system“ und aktives Verhalten. Die dritte Theorie, die in den vorliegenden Studien untersucht wird, ist die Theorie von Wacker und Kollegen (2003; 2008; 2010), bei der die frontalen asymmetrischen Gehirnaktivierungsmuster der „revidierten reinforcement sensitvity theory“ von Gray und McNaughton (2000) zugeordnet werden. Hier steht die rechte frontale Hirnaktivität (ermittelt durch geringere relative rechten frontalen Alpha-Aktivität) für Konflikte, Verhaltenshemmung und die Aktivität des „revised behavioral inhibition system“, während links frontale Hirnaktivierung (ermittelt durch niedrigere relative links frontal Alpha-Aktivität) für aktives Verhalten und die Aktivität des „revised behavioral activation system“ sowie die Aktivierung des „revised fight flight freezing system“ steht. Um diese drei Theorien zu untersuchen, wurde eine virtuelles T-Labyrinth Paradigma in der ersten Studie eingeführt, um motivationale Zustände bei den Teilnehmern zu induzieren und die Möglichkeit zu erhalten, frontale Hirnaktivierungsmuster im EEG und Verhalten gleichzeitig zu messen. In der zweiten Studie wurde das virtuelle Realität Paradigma zusätzlich im Vergleich zu einem mentalen Vorstellungsparadigma und einem Film-Paradigma, zwei bekannten Paradigmen für die Induktion von motivationalen Zuständen im Bereich der Forschung der frontalen Asymmetrie, eingesetzt.
In den beiden Studien konnte die Theorie von Hewig und colleages (2004; 2005; 2006) belegt werden, da höhere bilaterale frontale Aktivierung für aktives Verhalten und lateralisierte frontale Aktivierungsmuster für Annäherung (linksfrontale Hirnaktivierung) und Vermeidung (rechtsfrontale Hirnaktivierung) gefunden wurde. Zusätzlich wurde eine Limitation des „capability models of anterior frontal asymmetry“ von Coan und Kollegen (2006), nach der die frontale Asymmetrie von relevanten Persönlichkeitsmerkmalen in den entsprechend der Eigenschaft relevanten Situationen beeinflusst werden sollte, gefunden. Da das sehr intensive virtuelle Realität Paradigma im Gegensatz zu den mentalen Vorstellungen und dem Film Paradigma keine Abhängigkeit der frontalen Gehirnaktivierungsmustern in den entsprechenden Situationen von den Persönlichkeitseigenschaften zeigte, kann diese Abhängigkeit der frontalen Asymmetrie von der Persönlichkeit nicht gefunden werden, wenn die Intensität der Situation einen bestimmten Wert überschreitet. Dennoch gab es einen Einfluss der Persönlichkeitseigenschaften in dem virtuellen T-Labyrinth, denn das beobachtbare Verhalten im Labyrinth war persönlichkeitsabhängig.
Die praktische Bedeutung dieser Erkenntnisse sind vielfältig und reichen von möglichen objektiven Persönlichkeitstests durch eine Erweiterung des virtuellen Realität Paradigmas bis hin zu klinischen Implikationen für die Behandlung depressiver Patienten, basierend auf der Veränderungen der lateralisierten Frontalhirnaktivierungsmustern um motivationale Aspekte zu verändern, oder aber der für Änderungen  bilateraler frontale Gehirnaktivierung, um den Antrieb und die Handlungsbereitschaft bei Patienten zu verändern. Schließlich kann mittels der Limitierung des „capability models“ zusätzliche Variation in den verschiedenen Befunden zur frontalen Asymmetrie erklärt werden, indem man die Intensität der Zustandsmanipulation berücksichtigt.
KW  - Electroencephalographie
KW  - Motivation
KW  - Frontal asymmetry
KW  - virtual reality T-maze
KW  - reinforcement sensitivity theory
KW  - bilateral BAS model
KW  - EEG
KW  - virtuelle Realität
KW  - Alpha-Aktivität
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-143280
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TY  - THES
A1  - Schweinlin, Matthias Oliver
T1  - Development of advanced human intestinal in vitro models
T1  - Entwicklung von erweiterten humanen intestinalen in vitro Modellen
N2  - The main function of the small intestine is the absorption of essential nutrients, water and vitamins. Moreover, it constitutes a barrier protecting us from toxic xenobiotics and pathogens. For a better understanding of these processes, the development of intestinal in vitro models is of great interest to the study of pharmacological and pathological issues such as transport mechanisms and barrier function. Depending on the scientific questions, models of different complexity can be applied.
In vitro Transwell® systems based on a porous PET-membrane enable the standardized study of transport mechanisms across the intestinal barrier as well as the investigation of the influence of target substances on barrier integrity. However, this artificial setup reflects only limited aspects of the physiology of the native small intestine and can pose an additional physical barrier. Hence, the applications of this model for tissue engineering are limited.
Previously, tissue models based on a biological decellularized scaffold derived from porcine gut tissue were demonstrated to be a good alternative to the commonly used Transwell® system. This study showed that preserved biological extracellular matrix components like collagen and elastin provide a natural environment for the epithelial cells, promoting cell adhesion and growth. Intestinal epithelial cells such as Caco-2 cultured on such a scaffold showed a confluent, tight monolayer on the apical surface. Additionally, myofibroblasts were able to migrate into the scaffold supporting intestinal barrier formation.
In this thesis, dendritic cells were additionally introduced to this model mimicking an important component of the immune system. This co-culture model was then successfully proven to be suitable for the screening of particle formulations developed as delivery system for cancer antigens in peroral vaccination studies. In particular, nanoparticles based on PLGA, PEG-PAGE-PLGA, Mannose-PEG-PAGE-PLGA and Chitosan were tested. Uptake studies revealed only slight differences in the transcellular transport rate among the different particles. Dendritic cells were shown to phagocytose the particles after they have passed the intestinal barrier. The particles demonstrated to be an effective carrier system to transport peptides across the intestinal barrier and therefore present a useful tool for the development of novel drugs.
Furthermore, to mimic the complex structure and physiology of the gut including the presence of multiple different cell types, the Caco-2 cell line was replaced by primary intestinal cells to set up a de novo tissue model. To that end, intestinal crypts including undifferentiated stem cells and progenitor cells were isolated from human small intestinal tissue samples (jejunum) and expanded in vitro in organoid cultures. Cells were cultured on the decellularized porcine gut matrix in co-culture with intestinal myofibroblasts. These novel tissue models were maintained under either static or dynamic conditions.
Primary intestinal epithelial cells formed a confluent monolayer including the major differentiated cell types positive for mucin (goblet cells), villin (enterocytes), chromogranin A (enteroendocrine cells) and lysozyme (paneth cells). Electron microscopy images depicted essential functional units of an intact epithelium, such as microvilli and tight junctions. FITC-dextran permeability and TEER measurements were used to assess tightness of the cell layer. Models showed characteristic transport activity for several reference substances. Mechanical stimulation of the cells by a dynamic culture system had a great impact on barrier integrity and transporter activity resulting in a tighter barrier and a higher efflux transporter activity.
In Summary, the use of primary human intestinal cells combined with a biological decellularized scaffold offers a new and promising way to setup more physiological intestinal in vitro models. Maintenance of primary intestinal stem cells with their proliferation and differentiation potential together with adjusted culture protocols might help further improve the models. In particular, dynamic culture systems and co culture models proofed to be a first crucial steps towards a more physiological model. Such tissue models might be useful to improve the predictive power of in vitro models and in vitro in vivo correlation (IVIVC) studies. Moreover, these tissue models will be useful tools in preclinical studies to test pharmaceutical substances, probiotic active organisms, human pathogenic germs and could even be used to build up patient-specific tissue model for personalized medicine.
N2  - Die Hauptfunktion des Dünndarms besteht in der Aufnahme von lebenswichtigen Nährstoffen, Wasser und Vitaminen. Zudem stellt er eine Barriere dar, die uns vor toxischen Fremdstoffen und Pathogenen schützt. Um diese Prozesse besser zu verstehen, ist die Entwicklung neuer in vitro Modellen des Darms von großem Interesse um pharmakologische und pathologische Studien durchzuführen. Abhängig von der wissenschaftlichen Fragestellung können Modelle von unterschiedlicher Komplexität zur Anwendung kommen.
In vitro Transwell® Systeme basierend auf einer porösen PET-Membran ermöglichen die Untersuchung von Transportmechanismen über die intestinal Barriere und den Einfluss von Wirkstoffen auf deren Integrität. Dieser künstliche Aufbau ähnelt jedoch nur eingeschränkt der Physiologie des Dünndarms und kann eine zusätzliche physikalische Barriere darstellen. Die Anwendungsmöglichkeiten dieses Modells im Tissue Engineering sind daher begrenzt.
Gewebemodelle basierend auf einer dezellularisierten biologischen Matrix hergestellt aus Schweinedarmgewebe haben sich als gute Alternative zum herkömmlichen Transwell® System herausgestellt. Diese Studie zeigt, dass die erhaltenen Komponenten der biologischen Extrazellulärmatrix wie Kollagen und Elastin eine natürliche Umgebung für die Epithelzellen bieten und Zelladhäsion und Wachstum der Zellen fördern. Darmepithelzellen wie Caco-2 Zellen, welche auf einer solchen Matrix kultiviert wurden, bildeten einen konfluenten, dichten Monolayer auf der apikalen Oberfläche aus. Zusätzlich ermöglichte dieser Aufbau die Migration von Myofibroblasten in die Matrix, was die Bildung der intestinalen Barriere unterstützt.
In dieser Doktorarbeit wurden zusätzlich dendritische Zellen als wichtige Komponente des adaptiven Immunsystems in das Modell integriert. Dieses Ko-Kultur Modell erwies sich als geeignet um partikuläre Formulierungen zu testen, welche als Transportsysteme für Tumorantigene entwickelt wurden. Es wurden Partikel basierend auf PLGA, PEG-PAGE-PLGA, Mannose-PEG-PAGE-PLGA und Chitosan untersucht. Aufnahmestudien ergaben nur geringfügige Unterschiede in den Transportraten zwischen den verschiedenen Partikeln. Es konnte ausserdem gezeigt werden, dass dendritische Zellen die Partikel phagozytieren, nachdem sie die intestinale Barriere überwunden haben. Die Partikel erwiesen sich als effektives Transportsystem um Peptide über die intestinale Barriere zu schleusen und stellen daher ein nützliches Werkzeug für die Entwicklung neuartiger Medikamente dar.
Um die komplexe Struktur und Physiologie des Darms noch besser nachzustellen, wurde für den Aufbau des Modells die Caco-2 Zelllinie durch primäre Darmzellen ersetzt. Die Darmkrypten, welche undifferenzierte Stammzellen und Vorläuferzellen enthalten, wurden aus humanen Dünndarmgewebe, dem Jejunum, isoliert und in vitro expandiert. Die Zellen wurden zusammen mit Myofibroblasten auf der dezellularisierten Schweinedarmmatrix, unter statischen und dynamischen Bedingungen, kultiviert.
Die primären Darmepithelzellen bildeten einen konfluenten Monolayer, welcher alle differenzierten intestinalen Zelltypen aufwies, gezeigt durch Zellen positiv für Mucin (Becherzellen), Villin (Enterozyten), Chromogranin A (enteroendokrine Zellen) und Lysozym (Paneth-Zellen). Mit Hilfe von Elektronenmikroskopie ließen sich essentielle funktionelle Einheiten eines intakten Epithels darstellen, wie die Mikrovilli und Tight Junctions. Um die Dichtigkeit des Epithels zu überprüfen wurde mit FITC-Dextran die Permeabilität bestimmt und TEER-Messungen durchgeführt. Die Modelle zeigten einen charakteristischen Transport für mehrere Referenzsubstanzen. Mechanische Stimulation durch ein dynamisches Kultivierungssystem hatte einen starken Einfluss auf die Barriereintegrität und Transporteraktivität der Modelle, was sich in einer dichteren Barriere und erhöhten Efflux-Transporteraktivität widerspiegelte.
Alles in allem bietet die Verwendung primärer intestinaler Zellen in Kombination mit einer dezellularisierten biologischen Matrix eine neue, vielversprechende Möglichkeit physiologischere in vitro Modelle des Darms aufzubauen. Der Erhalt intestinaler Stammzellen mit ihrem Proliferations- und Differenzierungspotential zusammen mit angepassten Protokollen könnte dabei helfen die Modelle weiter zu verbessern. Insbesondere die dynamische Kultivierung und die Ko-Kultur-Modelle erwiesen sich als entscheidender Schritt auf dem Weg zu physiologischeren Modellen. Solche Gewebemodelle könnten sich als nützlich erweisen, wenn es darum geht die Vorhersagekraft der in vitro Modelle, sowie die in vitro-in vivo Korrelation zu verbessern. Solche Gewebemodelle können ein nützliches Werkzeuge in der präklinischen Forschung für die Testung von pharmazeutischen Wirkstoffen, probiotisch aktiven Organismen, sowie humaner pathogener Keime sein und sogar zum Aufbau personalisierter Modelle für die regenerative Medizin dienen.
KW  - Tissue Engineering
KW  - in vitro
KW  - Dünndarm
KW  - intestinal in vitro model
KW  - intestine
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142571
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rovituso, Damiano
T1  - Die Rolle der autoreaktiven B-Zellen und Autoantikörper in der Pathophysiologie der Multiplen Sklerose
T1  - The role of autoreactive B cells and autoantibodies in the pathophysiology of multiple sclerosis
N2  - Multiple Sklerose (MS) ist die häufigste neurologische Erkrankung, die bei jungen Erwachsenen zu dauerhaften körperlichen Einschränkungen führt. Ein Kennzeichen der MS sind zeitlich und örtlich disseminierte entzündliche Läsionen im zentralen Nervensystem (ZNS). Die Läsionsart, die am häufigsten auftritt, ist u. a. durch Antikörperablagerungen charakterisiert. Die häufigste Verlaufsform der MS tritt in Schüben auf. Im Laufe der Erkrankung bilden sich die Symptome in der Mehrzahl der Patienten unvollständig zurück und es entwickelt sich ein chronischer Verlauf. Trotz intensiver Forschung ist die Ätiologie der MS bisher unbekannt Bis heute gibt es keine Biomarker, um den Therapieerfolg oder das Therapieversagen der MS-Basistherapeutika (Glatirameracetat und β-Interferon) zu bestimmen. Aktuelle Studien, bei denen B-Zellen depletiert wurden, zeigten eine signifikante Reduktion MS-typischer Läsionen und der Schubrate bei der schubförmigen MS. Man vermutet, dass autoreaktive B-Zellen vielfältige Aufgaben in der Pathogenese der MS übernehmen: sie produzieren Autoantikörper, präsentieren autoreaktiven T-Zellen Autoantigene und sezernieren Mediatoren, die zur Aktivierung anderer Immunzellen führen. Es ist noch unklar, welche B-Zell-Untergruppe bei der MS besondere Relevanz hat. Vor kurzem wurden B1-Zellen beim Menschen beschrieben. Eine Studie zeigte, dass die Anzahl der B1-Zellen in unbehandelten MS-Patienten signifikant erniedrigt war. Des Weiteren wurden im ZNS von chronisch erkrankten MS-Patienten B-Zell-Aggregate nachgewiesen. Diese B-Zell-Aggregate ähneln sekundären lymphatischen Organen und könnten zur Progredienz der Erkrankung beitragen. Eine ex vivo-Studie zeigte, dass die B-Zell-Aggregat-Bildung durch das Adhäsionsmolekül CEACAM1-(carcinoembryogenic antigen-related cell adhesion molecule 1) vermittelt wird. Überdies ist die Koexpression von CEACAM1 und TIM-3 (T-cell immunoglobulin- and mucin-domain containing-3) für immunerschöpfte und tolerante T-Zellen charakteristisch. Schließlich konnte unsere Arbeitsgruppe zeigen, dass ZNS-reaktive B-Zellen nur im Blut von Patienten mit einem klinisch isolierten Syndrom und MS-Patienten nachweisbar waren. 
In meiner Studie habe ich den Einfluss von MS-Basistherapeutika und einer MS-Eskalationstherapie auf die B-Zell-Untergruppen untersucht. Dabei habe ich die naive B-Zell-, B-Gedächtniszell-, B1-Zell- und Plasmablasten-Zahl von gesunden Probanden sowie unbehandelten und behandelten MS-Patienten miteinander verglichen. Die B-Zell-Untergruppen wurden durchflusszytometrisch untersucht. Die B1-Zell-Zahl war bei behandelten und unbehandelten MS-Patienten signifikant erniedrigt. In einer weiteren Studie konnte ich zeigen, dass die Anwesenheit von ZNS-reaktiven B-Zellen im Blut von glatirameracetat-behandelten MS-Patienten mit dem Therapieerfolg assoziiert war. Die ZNS-reaktiven B-Zellen wurden durch einen ZNS-Lysat-ELISPOT detektiert. Schließlich habe ich in einer dritten Studie die Expression von CEACAM1 und TIM-3 auf B-Zellen bei natalizumab-behandelten MS-Patienten durchflusszytometrisch untersucht. Im Vergleich zu gesunden Probanden zeigte sich, dass im Blut der MS-Patienten die CEACAM1+- und die CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B-Zell-Zahl signifikant erhöht war. Im Gegensatz dazu waren CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-T-Helferzellen signifikant erniedrigt in behandelten MS-Patienten.
Meine Arbeit belegt, dass die B1-Zell-Population unabhängig von der MS-Therapie in MS-Patienten erniedrigt ist. Ungeklärt bleibt, ob diese Erniedrigung eine Folge oder eine Ursache der Erkrankung ist. B1-Zellen sind die Quelle von natürlichen Antikörpern in Mensch und Tier. Sie haben protektive Eigenschaften und sind bei der B-Zell-Toleranzinduktion beteiligt. Die protektiven Funktionen der natürlichen Antikörper könnten durch die Erniedrigung der B1-Zell-Zahl ausbleiben. Zusätzlich waren B-Zellen mit einem immunerschöpften Phänotyp im Blut von MS-Patienten erhöht. Trotz Stimulation konnte kein Phänotyp bei T-Helferzellen induziert werden, der für tolerante und immunerschöpfte T-Zellen beschrieben worden ist. In zukünftigen Studien sollte man die B1-Zell-Zahl und die CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B- und -T-Zell-Zahl bei Patienten mit einem klinisch isolierten Syndrom im Liquor und im Blut untersuchen. Damit könnte man feststellen, ob B1-Zellen aus der Peripherie bei MS-Patienten in das ZNS migrieren. Die Anwesenheit ZNS-reaktiver B-Zellen im Blut von behandelten MS-Patienten zeigte sich in meiner Arbeit als ein Marker, um den Therapieerfolg zu dokumentieren. Eine weiterführende Querschnittstudie (COPSELECT) wird ZNS-reaktive B-Zellen mittels ZNS-Lysat-ELISPOT als zukünftige Therapie-Biomarker ausführlicher untersuchen. MS-Biomarker wären für den einzelnen Betroffenen von großer Bedeutung und hätten ebenfalls gesundheitsökonomisch eine hohe Relevanz.
N2  - Multiple sclerosis (MS) is the most common neurological disorder that leads to permanent disability in young adults. MS is characterized by temporally and spatially disseminated inflammatory lesions in the central nervous system (CNS). The most frequently observed pattern is associated with immunoglobulin deposition. The most common form of MS displays a relapsing-remitting course. Over time remissions are incomplete and most patients develop a chronic course of the disease. Currently, there are no biomarkers to predict therapeutic success or treatment failure of MS first-line therapies (glatiramer acetate and β-interferon). Despite intensive research, the etiology of MS is still unknown. Recent studies in which B cells were depleted, showed a significant reduction of MS-typical lesions and relapse rate in the relapsing-remitting MS. Presumably, autoreactive B cells have different roles in the pathogenesis of MS: they produce autoantibodies, are antigen presenting cells for autoreactive T cells and secrete mediators that activate other immune cells. It is unclear, which B cell subset is particularly relevant in MS. Recently B1 cells have been described in humans. Additionally, it was observed that the number of B1 cells was significantly reduced in untreated MS patients. Furthermore, B cell aggregates were found in the CNS of patients with a progressive form of MS. These B cell aggregates resembled secondary lymphoid organs and might contribute to the progression of the disease. An ex vivo study showed that B cell aggregate formation was mediated by the cell adhesion molecule CEACAM1 (carcinoembryogenic antigen-related cell adhesion molecule 1). Moreover, it was shown that immune exhausted and tolerant T cells co-express CEACAM1 and TIM-3 (T-cell immunoglobulin- and mucin-domain containing-3). Finally, our group has demonstrated that CNS-reactive B cells were detectable only in the blood of patients with a clinically isolated syndrom (CIS) or MS.
In my thesis I have investigated the influence of different MS drugs on B cell subsets in the blood. I compared the numbers of naive B cells, memory B cells, B1 cells and plasmablasts of healthy subjects as well as untreated and treated MS patients. The B cell subsets were examined by flow cytometry. B1 cell numbers was significantly decreased in treated and untreated patients with MS. Second, I was able to show that the presence of CNS-reactive B cells in the blood of glatiramer acetate-treated MS patients was associated with a positive treatment response. CNS-reactive B cells were detected by CNS-lysate-ELISPOT. Finally, I investigated the expression of CEACAM1 and TIM-3 on B cells in natalizumab-treated MS patients by flow cytometry. CEACAM1\(^+\)- and CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B cell numbers were significantly increased in the blood of MS patients. In contrast, CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-T helper cells were significantly decreased in treated MS patients.
My research demonstrates that the B1 cell population is decreased in the blood of MS patients regardless of MS therapy. It remains unclear whether this reduction is a consequence or a cause of the disease. B1 cells are the source of natural antibodies in humans and animals. They have protective properties and are involved in B cell tolerance induction. The protection by natural antibodies might be missing because of the low B1 cell counts in MS. In addition, B cell counts with an exhausted phenotype were significantly increased in the blood of MS patients. However, despite stimulation T helper cells from MS patients expressed neither an exhausted nor a tolerant phenotype. Future studies should examine the B1 cell-, CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-B cell and CEACAM1\(^+\)TIM-3\(^+\)-T cell numbers in CIS patients in the blood and cerebrospinal fluid. It could help to determine whether B1 cells from the periphery migrate in the CNS in MS patients. The presence of CNS-reactive B cells in the blood of treated MS patients proved to be a marker in order to document the success of therapies. A study of a large cohort of patients (COPSELECT) will investigate the potential of CNS-reactive B cells by ELISPOT as MS biomarker in more detail. MS biomarkers are urgently needed to detect MS treatment responders early on and are of high socio-economic importance.
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Autoimmunität
KW  - B-Zellen
KW  - T-Zellen
KW  - B-Lymphozyt
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-141003
ER  -