TY  - THES
A1  - Balling, Horst
T1  - Rekombinantes humanes Bone-Morphogenetic-Protein-7 (rhBMP-7, rhOP-1) ermöglicht die transpedikuläre interkorporelle Spondylodese an der Lendenwirbelsäule des Schafes
T1  - Recombinant human Bone Morphogenetic Protein-7 (rhBMP-7, rhOP-1) enables the Transpedicular Intercorporal Spondylodesis in the Sheep’s Spine
N2  - EINFÜHRUNG: Bisherige Methoden der Behandlung von Wirbelkörperfrakturen machten ein kombiniertes Vorgehen aus anteriorem und posteriorem Zugang zum frakturierten Wirbelkörper erforderlich, um zwei Dinge zu ermöglichen: die Stabilisierung der hinteren Säule durch einen Fixateur interne und die Aufrichtung und Abstützung des gesinterten Wirbels durch Cage-Interposition, Verplattung oder autologe trikortikale Spantransplantation vom Beckenkamm zur Erhöhung der axialen Belastbarkeit im frakturierten Wirbelsäulensegment. Ein bereits in den 80er Jahren entstandenes Konzept eines solitären dorsalen Vorgehens mit transpedikulärem Zugang zur Behandlung der ventralen Säule mittels autologer Spongiosa und dem Vorteil einer verminderten Morbidität durch den Wegfall des zusätzlichen ventralen Vorgehens scheiterte an der fehlenden axialen Belastungsstabilität. Wir testeten im Schafsmodell ein modifiziertes dorsales transpedikuläres Verfahren und untersuchten die Effizienz eines rhOP-1-Hydroxylapatit-Zement-Gemisches gegenüber transplantierter Spongiosa und Hydroxylapatit-Zement hinsichtlich seiner Eignung zur Abstützung der vorderen Säule. METHODIK: Es wurden 36 Schafe einer operativen Verblockung der Lendenwirbel 4-6 mittels Fixateur interne unterzogen und in drei Gruppen zu je 12 Tieren eingeteilt. In Gruppe 1 diente autologe Beckenkammspongiosa zur transpedikulären Auffüllung des pedikuloskopisch ausgeräumten Zwischenwirbelraumes L4/5, in Gruppe 2 wurde der Defekt durch Hydroxylapatit-Zement überbrückt und in Gruppe 3 durch Hydroxylapatit-Zement mit darin mikroverkapseltem rhOP-1. Die ersten beiden Tiere der ersten Gruppe mußten wegen einer primären postoperativen Paraplegie der hinteren Extremitäten getötet werden, so daß in dieser Gruppe noch zehn Tiere für die kommenden Untersuchungen verblieben. Nach 8 postoperativen Wochen wurden die Tiere getötet und die seit der Operation stattgefundenen Veränderungen im aufgefüllten Zwischenwirbelraum L4/5 röntgenologisch, makromorphometrisch und histologisch verglichen. ERGEBNISSE: In Gruppe 1 zeigte sich in einem von zehn Fällen eine einseitige knöcherne Durchbauung, in acht der zehn Fälle eine über das ursprüngliche Niveau der Wirbelkörperendplatten hinausreichende Knochenneubildung oder zumindest Spongiosaintegration, es traten keine Entzündungszeichen in dieser Gruppe auf. In Gruppe 2 wurden eine unilaterale und eine bilaterale Wirbelkörperfusion gefunden, die übrigen zehn Schafe wiesen eine deutliche Zementresorption und –fragmentierung mit steriler Entzündungsreaktion und Osteolysen in vier Fällen auf. Charakteristisch war eine horizontal verlaufende Bruchlinie im intervertebralen Anteil der Zementplombe, die in allen Präparaten zu finden, im Falle der Fusionen allerdings durch Knochenbrücken unterbrochen war. Gruppe 3 präsentierte in vier Fällen unilaterale und in sechs Fällen bilaterale Fusionen, selbst die beiden Präparate ohne Fusion zeichneten sich durch deutliche Knochenneubildung und fehlende Zementresorption oder –fragmentierung bei auch hier vorhandener horizontaler Plombenbruchlinie aus, es fanden sich keine osteolytisch-entzündlichen Veränderungen. DISKUSSION: Die rhOP-1-Hydroxylapatit-Zement-Gruppe erwies sich mit zehn erfolgreichen Fusionen ohne Entzündungsreaktionen somit als deutlich überlegen im Vergleich mit transplantierter Spongiosa (eine Fusion, kein Entzündungsfall) und Hydroxylapatit-Zement ohne rhOP-1 (zwei Fusionen, vier Entzündungsfälle). Die in Gruppe 2 und 3 beobachtete horizontale Bruchlinie in der Zementplombe rührte von einer frühen postoperativen Scherkraftbelastung auf den Zwischenwirbelraum L4/5 und konnte in der dritten Gruppe dank der osteoinduktiven Wirkung des rhOP-1 besser durchbaut werden als in der Hydroxylapatit-Zement-Gruppe ohne rhOP-1, in der die alleinige osteokonduktive Wirkung des Knochenzements eine rasche Wirbelkörperfusion nicht herbeiführen konnte. Stattdessen trat in einigen Fällen trotz primärer axialer Belastungsstabilität des Zementes wegen der fehlenden beschleunigten Biointegration des Hydroxylapatits eine deutliche Zementplombenfragmentierung mit nachfolgender steriler Entzündungsreaktion auf. ZUSAMMENFASSUNG: Es konnte also unter Vermeidung eines zusätzlichen ventralen Vorgehens mit einem transpedikulären dorsalen Verfahren mittels einer Kombination aus primär axial belastungsstabilem Hydroxylapatit-Zement und osteoinduktiv wirksamem rhOP-1 in zehn von zwölf Fällen und damit signifikant häufiger als mit den Vergleichsverfahren nach acht postoperativen Wochen eine Wirbelkörperfusion im Schafsmodell herbeigeführt werden.
N2  - INTRODUCTION: Methods for the treatment of thoracolumbar burst fractures usually combine anterior with posterior approaches to the fractured vertebra to provide two features: stabilization of the posterior column by dorsal instrumentation with an internal fixator and long-term correction of the loss of height in the sagittal profile by cage interposition, anterior plating systems or autologous tricortical strut-graft from the iliac crest to increase axial load bearing capacities in the fractured vertebra. In the eighties, a concept was developed to treat the anterior column with autologous bone by a transpedicular approach. The great advantage of this method was the reduced morbidity with the avoidance of an additional anterior approach to the injured vertebra. Unfortunately, autograft could not provide sufficient stability for axial loading. We tested a modified dorsal transpedicular procedure in sheep and investigated the efficacy of a rhOP-1 enhanced hydroxyapatite cement versus transplanted autologous bone and hydroxyapatite cement as to providing sufficient stability for the anterior column. METHODS: 36 sheep underwent posterior lumbar instrumentation from L4 to L6, transpedicular removal of the intervertebral disc L4/5 and transpedicular augmentation with either autologous bone (group 1), hydroxyapatite cement (group 2) or rhOP-1 enhanced hydroxyapatite cement (group 3). In the first group, ten cases could be evaluated after the first two animals had to be sacrificed due to postoperative paraplegia of the dorsal limbs. Groups 2 and 3 consisted of 12 animals each. The sheep were sacrificed at eight weeks post-op, and the explanted spine segments L4-6 were examined radiologically, makromorphometrically and histologically. RESULTS: In the first group, unilateral osseous bridging over the intervertebral gap was seen in 1/10 cases, 8/10 cases showed new bone formation exceeding the genuine vertebral end plate or – at least – bony integration of the autograft. No inflammatory reactions were seen. The second group presented an unilateral and a bilateral vertebral fusion, 10/12 cases showed gross resorption and cement fragmentation with osteolysis and sterile inflammatory reactions in four cases. Characteristically, a horizontal fracture line could be observed in the intervertebral part of the cement, discontinuous only in the two fused cases because of bony bridging. In the third group, successful vertebral fusion could be found in 10/12 cases (4 unilateral, 6 bilateral), even the remaining two specimen witnessed high-level bone formation and a lack of cement resorption or fragmentation, but showed the horizontal fracture line, as well. No osteolytic or inflammatory reactions were found. DISCUSSION: The rh-OP-1 enhanced hydroxyapatite cement with 10/12 fusions and no inflammatory reactions was far superior to autograft (1/10 fusion, no inflammatory reactions) and hydroxyapatite alone (2/12 fusions, 4 cases of inflammatory reactions). The horizontal fracture line described in group 2 and 3 resulted from early postoperative sheer forces. Due to its osteoinductive effects, rhOP-1 accelerated biointegration of the cement, whereas the osteoconductive effects of the hydroxyapatite cement alone could not prevent from fragmentation, resorption of the cement and inflammatory reaction despite the cement’s primary stability for axial loading. CONCLUSION: Transpedicular lumbar interbody fusion (TLIF) with a composite of primarily stable axial load bearing hydroxyapatite cement and osteoinductive rhOP-1 showed successful fusion in 10/12 cases at eight weeks post-op in a sheep model and avoided the morbidity of an additional anterior approach to the injured vertebra along with the complications of harvesting iliac crest bone.
KW  - Lendenwirbelsäule
KW  - BMP
KW  - transpedikulär
KW  - Spondylodese
KW  - Schaf
KW  - lumbar spine
KW  - BMP
KW  - transpedicular
KW  - spondylodesis
KW  - sheep
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6675
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eichelsbacher, Florian
T1  - Osteoinduktion durch gentechnisch modifizierte Bone-Morphogenetic-Proteins (BMPs) : eine tierexperimentelle Studie zur Knocheninduktion im heterotopen Implantatlager
T1  - Osteoinductivity by genetically modified BMPs -Animal study of bone formation in heterotopic implants-
N2  - Die lokale Bioverfügbarkeit von osteoinduktiven Wachstumsfaktoren hat einen entscheidenden Einfluss auf das Ausmaß der Knochenbildung. Die Affinität der Proteine zu Komponenten der extrazellulären Matrix (EZM) beeinflusst ihre Ortsständigkeit und damit ihre biologische Aktivität am Implantationsort. In der vorliegenden Arbeit wurden BMP-2 und seine gentechnologisch hergestellten Varianten mit verstärkter (T3, T4) und aufgehobener (EHBMP-2) Bindung an die EZM untersucht. Die Wachstumsfaktoren wurden einzeln sowie in Kombination mit EHBMP-2 in Bezug auf die erzielbare Knochenneubildungsrate im heterotopen Implantatlager (Oberschenkelmuskulatur der Ratte) verglichen. Durch den Einsatz der Proteinkombinationen wurde der Frage nachgegangen, inwieweit die Knochenneubildung durch die Mischung einer kaum an die extrazelluläre Matrix bindenden Varianten (EHBMP-2) mit einem „normal“ (BMP-2 Wildtyp) bzw. verstärkt (T3, T4) an die extrazelluläre Matrix bindenden Morphogen verbessert werden kann. Mittels röntgenologischer, biochemischer und histologischer Untersuchungen wurden die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Knochenneubildung analysiert. Bei allen Proteinen bzw. Proteinkombinationen wurde eine direkte Abhängigkeit der Knochenneubildung von den eingesetzten Proteinmengen beobachtet. Bei niedriger Konzentration (2 µg) waren BMP-2 bzw. die Varianten T3 und T4 den Proteinkombinationen mit EHBMP-2 immer überlegen. Bei höherer Dosis (4 µg) waren BMP-2 und T4 den Kombinationen mit EHBMP-2 überlegen. Nur bei T3 in höherer Dosierung konnte ein positiver Effekt einer Kombination mit EHBMP-2 beobachtet werden.
N2  - The amount of bone formation depends on the localy available osteoinductive growth factors. The affinity to components of the extracellular matrix influences the local concentration of the proteins and their biological activity at the site of implantation. BMP-2 and its variants with increased (T3, T4) and eliminated binding (EHBMP-2) to the extracellular matrix were investigated. The osteoinductive growth factors were assessed for their osteoinductivity by comparing the single proteins with combinations of EHBMP-2 in a heterotopic, intramuscular site of implantation (hind legs of rats). The variant without affinity to extracellular matrix (EHBMP-2) was combined with a regular- binding morphogen (BMP-2 wildtype) or with the increased- binding morphogens (T3, T4). The rate of bone formation of the different combinations was evaluated. The rate of new bone formation and the amount of newly formed bone were analyzed radiologically, biochemically and histologically. For all proteins and their combinations a dose-depend new bone formation was observed. At low dose (2 µg) no positive effect of the combination with EHBMP-2 could be shown. At high doses (4 µg) a positive effect of the combination with EHBMP-2 could only be demonstrated for T3.
KW  - BMP
KW  - BMP- Varianten
KW  - Osteoinduktion
KW  - Knochenregeneration
KW  - BMP
KW  - BMP variants
KW  - Osteoinduction
KW  - Bone regeneration
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11203
N1  - Aus datenschutzrechtlichen Gründen wurde der Zugriff auf den Volltext zu diesem Dokument gesperrt. Eine inhaltlich identische neue Version ist erhältlich unter:
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-101423
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eichelsbacher, Florian
T1  - Osteoinduktion durch gentechnisch modifizierte Bone-Morphogenetic-Proteins (BMPs) : eine tierexperimentelle Studie zur Knocheninduktion im heterotopen Implantatlager
T1  - Osteoinductivity by genetically modified BMPs - Animal study of bone formation in heterotopic implants -
N2  - Die lokale Bioverfügbarkeit von osteoinduktiven Wachstumsfaktoren hat einen entscheidenden Einfluss auf das Ausmaß der Knochenbildung. Die Affinität der Proteine zu Komponenten der extrazellulären Matrix (EZM) beeinflusst ihre Ortsständigkeit und damit ihre biologische Aktivität am Implantationsort. In der vorliegenden Arbeit wurden BMP-2 und seine gentechnologisch hergestellten Varianten mit verstärkter (T3, T4) und aufgehobener (EHBMP-2) Bindung an die EZM untersucht. Die Wachstumsfaktoren wurden einzeln sowie in Kombination mit EHBMP-2 in Bezug auf die erzielbare Knochenneubildungsrate im heterotopen Implantatlager (Oberschenkelmuskulatur der Ratte) verglichen. Durch den Einsatz der Proteinkombinationen wurde der Frage nachgegangen, inwieweit die Knochenneubildung durch die Mischung einer kaum an die extrazelluläre Matrix bindenden Varianten (EHBMP-2) mit einem „normal“ (BMP-2 Wildtyp) bzw. verstärkt (T3, T4) an die extrazelluläre Matrix bindenden Morphogen verbessert werden kann. Mittels röntgenologischer, biochemischer und histologischer Untersuchungen wurden die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Knochenneubildung analysiert. Bei allen Proteinen bzw. Proteinkombinationen wurde eine direkte Abhängigkeit der Knochenneubildung von den eingesetzten Proteinmengen beobachtet. Bei niedriger Konzentration (2 µg) waren BMP-2 bzw. die Varianten T3 und T4 den Proteinkombinationen mit EHBMP-2 immer überlegen. Bei höherer Dosis (4 µg) waren BMP-2 und T4 den Kombinationen mit EHBMP-2 überlegen. Nur bei T3 in höherer Dosierung konnte ein positiver Effekt einer Kombination mit EHBMP-2 beobachtet werden.
N2  - The amount of bone formation depends on the localy available osteoinductive growth factors. The affinity to components of the extracellular matrix influences the local concentration of the proteins and their biological activity at the site of implantation. BMP-2 and its variants with increased (T3, T4) and eliminated binding (EHBMP-2) to the extracellular matrix were investigated. The osteoinductive growth factors were assessed for their osteoinductivity by comparing the single proteins with combinations of EHBMP-2 in a heterotopic, intramuscular site of implantation (hind legs of rats). The variant without affinity to extracellular matrix (EHBMP-2) was combined with a regular- binding morphogen (BMP-2 wildtype) or with the increased- binding morphogens (T3, T4). The rate of bone formation of the different combinations was evaluated. The rate of new bone formation and the amount of newly formed bone were analyzed radiologically, biochemically and histologically. For all proteins and their combinations a dose-depend new bone formation was observed. At low dose (2 µg) no positive effect of the combination with EHBMP-2 could be shown. At high doses (4 µg) a positive effect of the combination with EHBMP-2 could only be demonstrated for T3.
KW  - Osteoinduktion
KW  - BMP
KW  - BMP-Varianten
KW  - Knochenregeneration
KW  - BMP variants
KW  - Osteoinduction
KW  - Bone regeneration
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-101423
N1  - Dieses Dokument wurde aus Datenschutzgründen - ohne inhaltliche Änderungen - erneut veröffentlicht.
Die ursprüngliche Veröffentlichung war am: 07.01.2005 unter der URN http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11203
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TY  - THES
A1  - Müller, Sophia
T1  - Molekulare Untersuchungen zur Rolle von Homeobox-Genen bei der Entwicklung von Echinococcus multilocularis
T1  - Molecular analysis of the impact of homeoboxgenes in the development of Echinococcus multilocularis
N2  - Die alveoläre Echinokokkose ist eine, vorrangig in der nördlichen Hemisphäre verbreitete, parasitäre Erkrankung. Verursacht wird sie beim Menschen durch das Larvenstadium des Fuchsbandwurms. Homeoboxgene sind hochkonservierte Gene, die die Morphogenese von Lebewesen steuern. Die Anzahl und die Bedeutung von Homeoboxgenen in der Entwicklung von E.multilocularis waren bislang unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnten mit Hilfe von Sequenzanalysen im Genom des Fuchsbandwurms erstmals Homeoboxgene identifiziert und deren Expressionsmuster mittels PCR in verschiedenen Larvenstadien charakterisiert werden. Von insgesamt 23 gefundenen Homeoboxgenen wurden 15 Gene auf ihre larvenstadienspezifische Expression untersucht. Neun der untersuchten Gene zeigten in dem gewählten Versuchsaufbau eine Expression in den untersuchten Larvenstadien, fünf davon zeigten eine verstärkte Expression in den späten Larvenstadien. Für acht dieser neun Gene ließen sich darüber hinaus Hinweise auf eine Prozessierung ihrer mRNA über den Mechanismus des Trans-Spleißens finden. Vorangehende Versuche der Arbeitsgruppe von Prof. Brehm hatten einen Zusammenhang zwischen einer Stimulation früher Entwicklungsstadien der Parasitenlarven mit dem Zytokin BMP-2 und dessen rascherer Entwicklung in spätere Entwicklungsstadien nahegelegt. Die Auswirkung einer Behandlung früher Entwicklungsstadien mit dem Zytokin BMP-2 auf die jeweilige Genexpression wurde daher für die ausgewählten 15 Gene überprüft. Fünf Gene zeigten unter dessen Einfluss eine verstärkte Expression. Zwei darunter waren solche, die eine stärkere Expression in späten Larvenstadien aufwiesen. Diese zwei Gene stellen nun Kandidaten dar, die an der Entwicklung von E.multilocularis maßgeblich beteiligt sein könnten. Durch die Untersuchungen dieser Arbeit ergaben sich wichtige Hinweise auf die Entwicklung und die Regulationsmechanismen der Genexpression von E. multilocularis. Sie bilden eine Grundlage, die Rolle der Homeoboxgene für den Fuchsbandwurm näher zu beschreiben und die hormonelle Kreuzregulation zwischen Parasit und Wirt weiter zu studieren.
N2  - Alveolar Echinococcosis is a rather rare parasitic disease, mainly occuring in the northern hemisphere. It is caused by the larval stage of the flatworm Echinococcus multilocularis. Homeoboxgenes are highly conserved genes, that play a crucial role in the development of organism. Until now neither the number in nor the importance of these genes for E.multilocularis was known. Within this study we could identify the homeoboxgenes in the genome of E.multilocularis and analyse the expression pattern in different larval stages. All together we found a number of 23 homeoboxgenes, the expression pattern in different larval stages was analysed for 15 genes. Within the chosen experimental setup nine of the genes were expressed, five showed higher expression in later larval stages. Furthermore there was a strong hint for the processing of mRNA through trans-splicing for eight genes. Previous experiments of the working group Brehm had shown a relation between a stimulation of young metacestodes with the cytokine BMP-2 and a faster development towards later larval stages. Therefore we anaylsed the effect of the cytokine BMP-2 on the geneexpression pattern of fifteen genes. Under its influence five genes showed higher expression rates. Two belonged to the group of genes that had shown higher expression in later larval stages. These two genes could potentially be candidates with a high significance in the development of E.multilocularis. Due to this work we could elucidate important hints for the development of E.multilocularis and the regulation of its gene expression. Based on these findings it will be possible to study the role of homeoboxgenes and the host-parasite cross-regulation in E.multilocularis in more detail.
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Entwicklungsbiologie
KW  - Genexpression
KW  - Bandwürmer
KW  - Eucestoda
KW  - Parasit
KW  - Homeobox-Gene
KW  - Hox-Gene
KW  - Trans-Spleißen
KW  - BMP
KW  - Echinococcus multilocularis
KW  - BMP
KW  - trans-splicing
KW  - homeoboxgenes
KW  - hoxgenes
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35616
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TY  - THES
A1  - Schlüter, Jan
T1  - Molekulare Charakterisierung der Proepikardentwicklung
T1  - Molecular Characterization of Proepicardial Development
N2  - Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung der molekularen Grundlagen der Proepikardentwicklung im Huhn. Das Proepikard (PE) stellt die Vorläuferpopulation des Koronargefäßsystems dar. Es wurden zwei Schwerpunkte bearbeitet, zum einen die Rolle von einem Mitglied der TGFß-Superfamilie (BMP, bone morphogenetic protein) während der Induktionsphase des PE und zweitens die molekularen Mechanismen, welche der links/rechts Asymmetrie der PE Entwicklung zugrunde liegen. Die Expressionsmuster von TBX18, WT1, CFC weisen diese als proepikardiale Marker aus. BMP4 wird ebenfalls im PE exprimiert, wenngleich wesentlich schwächer als BMP2 im benachbarten Sinusmyokard. Durch in vitro Experimente mit proepikardialen Primärkulturen wurde festgestellt, dass die Zugabe von rekombinatem BMP2 einen Teil der Zellen zu Kardiomyozyten differenzieren lässt. Daher wird angenommen, dass ein Teil der proepikardialen Zellen konzentrationsabhängig auf Wachstumsfaktoren reagieren und in der Lage sind, die epikardiale Linie zu verlassen und ein myokardiales Schicksal anzunehmen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Rolle des NODAL-PITX2-Signalweges in Bezug auf die Unilateralität des Proepikards im Hühnchen analysiert. Dazu wurden Manipulationen des Hensenschen Knotens im HH Stadium 4 durchgeführt, mit dem Ziel linksseitige Markergene auf der rechten Seite ektopisch zu induzieren. Keine dieser Manipulationen, als auch eine virale Überexpression von PITX2 in sinuatrialen Progenitoren in vivo, liess eine Veränderung der TBX18-Lateralität erkennen, obwohl die PITX2-Expression randomisiert war. Dagegen führte die Inhibition des asymmetrischen Ionenfluxes sowie der Apoptose im Primitivstreifen zu einer völligen Randomisierung der TBX18-Expression, sowie unter anderem der Entwicklung bilateraler Proepikardien. Die Induktion bilateraler TBX18-Expressionsdomänen war ebenfalls durch ektopisches FGF8 auf der linken Seite des Knotens zu beobachten. Der Verlust der rechtsseitigen FGF Signalgebung im Knoten resultierte in einem Verlust der rechtsseitigen TBX18-Expression im Sinus. Daraus kann geschlossen werden, dass proepikardiale Progenitoren nicht nur durch den asymmetrischen Ionenflux sowie Apoptose im Primitivstreifen in ihrer Lateralität festgelegt werden, sondern auch von rechtsseitigen FGF-Signalen im Knoten und unabhängig vom linkseitigen NODAL-PITX2-Signalweg lateralisiert werden.
N2  - The proepicardium (PE) is a progenitor population of cells, which gives rise to the coronary blood vessel system of the heart. The aim of this study was to unravel the underlying mechansims of the induction of proepicardial development in the chick. Two main topics were hereby addressed, (1) investigation of the role of BMP (bone morphogenetic protein), a member of the TGFß-superfamily, during the induction of the PE and (2) the molecular mechanisms, which underlie the asymmetrical development of the PE. The analysis of TBX18, CFC and WT1 expression shows that these genes serve as proepicardial markers. BMP4 is also expressed in the PE, but significantly weaker than BMP2 that was known to be expressed in the sinus myocardium. Studies of proepicardial explants revealed, that treatment with recombinant BMP2 leads to differentiation into contractile cardiomyocytes. One can assume that proepicardial cells react after stimulation with growth factors like BMP2 by leaving the epicardial lineage and adopting a myocardial fate. In the second topic, the role of the NODAL-PITX2 pathway in the asymmetrical PE development was analyzed. Manipulations of Hensens node at stage HH 4 were performed to induce leftsided marker gene expression on the right side. However, none of these manipulations as well as a forced overexpression of PITX2 in sinuatrial progenitors had an influence on the expression of TBX18 in the right sinus. In contrast, inhibition of asymmetrical ionflux and prevention of apoptosis in the primitive streak randomized TBX18 expression and lead to the induction of bilateral PE anlagen. The applicaton of FGF8 on the left side of the node also lead to induction of bilateral TBX18 expression domains and the loss of FGF on the right side was followed by a loss of rightsided TBX18 expression. Presumably, the laterality of proepicardial cells is not only determined by an early asymmetrical ionflux and apoptosis in the primitive streak, but also via rightsided FGF signaling in the node which acts independently of the leftsided NODAL-PITX2 pathway.
KW  - Embryonalentwicklung
KW  - Hühnerembryo
KW  - Proepikard
KW  - links-rechts Asymmetrie
KW  - BMP
KW  - FGF
KW  - chick embryo
KW  - proepicardium
KW  - left-right asymmetry
KW  - BMP
KW  - FGF
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30287
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TY  - THES
A1  - Liebl, Oliver
T1  - Knochenregeneration mit rhBMP-2 und unterschiedlichen Trägermaterialien - Biomechanische, fluoreszenzmorphometrische und radiomorphometrische Untersuchungen im Rattenmodell
T1  - Osseus regeneration by rhBMP-2 and different carriers - Biomechanical, fluorescence labeling and radiomorphometric analysis in rats
N2  - Ziel dieser Studie war es, acht verschiedene Materialien auf ihre Eignung als Träger für rhBMP-2 zu untersuchen (unlösliche kollagene bovine Knochenmatrix ICBM, Hydroxylapatit, a-TCP, Algipore®, BioOss®, Bioglas, Kollagen und Copolymer Ethisorb®). Bei erwachsenen, männlichen Spargue-Dawley-Ratten wurden Trepanationsdefekte kritischer Größe im Kieferwinkelbereich (5mm) und in der Kalotte (7mm) gesetzt. Im Femur wurde ein Kontinuitätsdefekt von 8mm Länge gesetzt. Die Defekte im Unterkiefer und der Kalotte wurden mit den jeweiligen Träger in Kombination mit 10µg rhBMP-2 implantiert. Im Femurkontinuitätsdefekt wurden die Materialien mit 25µg rhBMP-2 dotiert. Für synthetisches HA, Algipore® und BioOss® konnte nach Versuchsablauf keine Resorption festgestellt werden. a-TCP und Bioglas zeigten geringe resorptive Prozesse. Bei ICBM und Ethisorb konnten deutlich ausgeprägte Resorptionsvorgänge nachgewiesen werden. Es konnte gezeigt werden, dass alle getesteten Träger zusammen mit rhBMP-2 eine deutliche Knochenneubildung induzierten. In den mikroradiographischen und morphometrischen Untersuchungen konnten für ICBM die größte und schnellste Zunahme an neu gebildeten Knochen nachgewiesen werden. Die Kalziumphosphatkeramiken unterschieden sich innerhalb der Gruppe nur unwesentlich voneinander. Die geringste Knochenneubildung zeigten die Träger Bioglas, Kollagen und Ethisorb®. Bei allen Materialien war die Knochenneubildung im Kieferwinkelbereich am stärksten. Die Femurproben wurden biomechanisch untersucht. Für ICBM, a-TCP und Hydroxylapatit konnten die höchsten Elastizitätsmodule nachgewiesen werden. ICBM als Träger für rekombinantes humanes BMP-2 eignete sich in allen Untersuchungen am besten. Es wurde weitgehenden in den neu gebildeten Knochen integriert und zeigte ein ausgezeichnetes Resorptionsverhalten.
N2  - The aim of this study was to compare eight different materials on their applicability as carriers for rhBMP-2 (insoluble collagenous bone matrix ICBM, Hydroxyapatite, a-TCP, Algipore®, BioOss®, Bioglas, Collagen and Ethisorb®). In adult, full-grown Spargue-Dawley-rats critical-sized defects were created in the mandible (5mm) and the calvarial bone (7mm). In the femur continuity defects of 8 mm were created. The defects in the mandible and the calvarial bone have been filled with the current carriers enhanced by 10µg rhBMP-2. The continuity defects in the femur have been filled with the carriers combined with 25µg rhBMP-2. For synthetic HA, Algipore® and BioOss® no resorption could have been verified. a-TCP and Bioglas showed only marginal, ICBM and Ethisorb obvious biodegradation. All carriers enhanced by rhBMP-2 showed distinct new bone formation. The micro-radiological and morphometric analysis revealed the greatest and fastest increase of bone formation for ICBM. The calcium posphate ceramics showed only insignificant differences among themselves. Bioglas, Collagen and Ethisorb® showed the lowest amount of new bone formation. For all tested carriers implantation in the mandible showed the highest amount of bone induction. Explants of the femur were tested biomechanical. The highest Young´s modulus could have been observed for ICBM, a-TCP and HA. In this study ICBM qualified best as a carrier for recombinant human BMP-2. It has been extensively integrated in the new formed bone and showed excellent biodegradation.
KW  - BMP
KW  - Osteoinduktion
KW  - Knochenregeneration
KW  - Knochenersatz
KW  - BMP
KW  - osteoinduction
KW  - osseus regeneration
KW  - osseus substitution
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12011
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TY  - THES
A1  - Janke, Carsten Theodor Wilhelm
T1  - Knochenneubildung durch induktive Implantate der TGF-Beta-Familie : eine tierexperimentelle Studie zum Synergismus von BMP-2-Mutanten und TGF-Beta bei der heterotopen Osteoinduktion
T1  - Osteoneogenesis by osteoinductive factors of the TGF-ß-family
N2  - Die osteoinduktive Wirkung von „Bone morphogenetic protein 2“ (BMP-2) und der regulative Einfluss des Faktors „Transforming growth factor beta 1“ auf das physiologische Remodelling des Knochens sind durch zahlreiche In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen belegt. Die gentechnische Modifikation der N-terminalen Aminosäuresequenz von rekombinantem, im bakteriellen System (E. coli) exprimiertem BMP-2 (rh-BMP-2) führt zu rh-BMP-2-Varianten mit verstärktem (T3 und T4) bzw. nicht mehr messbarem (EH-BMP) Bindungsvermögen zur extrazellulären Matrix und verändert somit die Retentionszeit dieser Morphogene im Gewebe. In der vorliegenden Arbeit sollte die osteoinduktive Potenz der genannten BMP-Varianten (T3, T4, EH-BMP) mit der ihres Wildtyps rh-BMP-2 verglichen werden. Zudem war zu untersuchen, ob ein Zusammenhang zwischen applizierter Wirkstoffmenge und dem Ausmaß der induzierten Osteogenese vorliegt, und zu zeigen, dass dieser durch gemeinsame Applikation der verwendeten Morphogene mit dem nicht osteoinduktiven Wachstumsfaktor rh-TGF-ß-1 zu steigern ist. Hierzu wurden zylinderförmige (Länge l=10mm, Durchmesser Ø=5mm), bovine EXKK-Träger (extrahiertes, xenogenes Knochen-Kollagen) mit den genannten BMPs, TGF-ß-1 und Kombinationen dieser Wachstumsfaktoren bestückt und für 28 Tage in die Oberschenkelmuskulatur von 50 Sprague-Dawley-Ratten implantiert. Jedes Tier erhielt eine mit 2µg bzw. 4µg des jeweiligen BMPs dotierte Probe und einen zusätzlich, entsprechend dem Massenverhältnis von 20:1 mit 100ng, bzw. 200ng rh-TGF-ß-1 beladenen Träger auf der kontralateralen Seite. Als Kontrolle wurden unbehandelte bzw. nur mit rh-TGF-ß-1 (10µg und 20µg) dotierte EXKK-Zylinder eingebracht. Durch am 5., 11., 17., 23. und 28. Tag post OP durchgeführte Röntgenkontrollen konnten Beginn, Verlauf und Geschwindigkeit der ablaufenden Osteoinduktionsprozesse bewertet werden. Mittels zwei- und dreidimensionaler radiologischer Methoden, labortechnischer und histologischer Auswertungsschritte wurden zudem die in den am 28. Tag post OP explantierten Zylindern vorhandenen Knochenformationen auf ihre Menge, ihre Dichte, ihren Kalziumgehalt und ihre histologische Qualität hin untersucht. Durch Röntgen der histologischen Schnitte wurde ein direkter Vergleich histologischer Strukturen mit ihrer röntgenologischen Darstellung möglich. Für die undotierten EXKK-Träger und die nur mit rh-TGF-ß-1 rekonstituierten Proben ergab sich weder nach röntgenologischer noch nach histologischer Auswertung ein Anhalt auf osteoinduktive Aktivität. Alle außer den mit EH-BMP dotierten Proben zeigten schon ab dem 11. Tag post OP signifikante Knochenneubildungen. BMP-2 und T4 führten, gefolgt von T3, insgesamt zur schnellsten und mengen-, kalzium- und dichtemäßig am stärksten ausfallenden Osteoneogenese. Bei Verwendung von 4µg Morphogen und Zusatz von rh-TGF-ß-1 erreichten rh-BMP-2 und T4 bereits am 23. Tag post OP die auch zu Versuchsende ermittelten Werte. Die Variante EH-BMP lieferte deutlich weniger Knochen und relativ unkonstante Ergebnisse. Die Erhöhung der implantierten Proteinmenge auf 4µg und der Zusatz von rh-TGF-ß-1 führten im Mittel in allen Auswertungen zur Steigerung von Menge, Dichte, Kalziumgehalt und Bildungsgeschwindigkeit des induzierten Knochens. Die osteoinduktive Ausbeute von BMP-Varianten mit verbesserter Matrixbindung und verlängerter Retentionszeit im Lagergewebe ist für klinische Belange einer einfachen Dosissteigerung der BMP-Wildtypen vorzuziehen. Die Varianten führen früher und bei Verwendung geringerer Morphogenmengen zu einer dem Wildtyp äquivalenten Knochenneubildung. Auch die mitogenen Effekte von rhTGF-ß-1 auf das durch die BMPs determinierte Gewebe haben potenzierend wirkenden Einfluss auf osteoinduktive Effekte. Das Vorhandensein weiterer, an der Regulation des Knochenmetabolismus beteiligter Faktoren deutet auf noch verborgenes therapeutisches Potential hin.
N2  - The osteoinduktive potency of „bone morphogenetic proteins“ (BMP-2) and the regulating influence of “transforming growth factor beta 1“ on the remodelling process of bone are proved by a lot of in-vivo and in vitro studies. Genetical modification of the amino-acid-sequency at the n-terminal of recombinant, in bacterial system (E. coli) expressed BMP-2 (rh-BMP-2) leads to rh-BMP-2-variants which bind with increased (T3 and T4) respectively with no affinity (EH-BMP) to the extracellular matrix. Thus the local retention-time of the morphogenes at the site of implantation changes as well. This study was made to compare the osteoinduktive potency of rh-BMP-2 to the one of the modified variants T3, T4 and EH-BMP. Besides this it should be investigated if the amount of inducted bone can be influenced in a BMP-dose-dependant manner. Moreover it was to discover if the quantity of bone formation could be increased by simultaneous application of the non-osteoinductive growth factor rh-TGF-ß-1. For this cylindrical (length l=10mm, diameter Ø=5mm), bovine EXKK-carriers (Extrazelluläres Xenogenes Knochen Kollagen) were loaded with 2µg or 4µg of rh-BMP-2 respectively T3, T4 or EH-BMP. To half of the carriers we added 100ng, resp. 200ng of rh-TGF-ß-1 (ratio morphogen : TGF-ß = 20:1). Next the morphogen loaded cylinders respectively the rh-TGF-ß-1 containing carriers were implanted intramuscular into the left respectively right hind leg of 50 Sprague-Dawley-rats for 28 days. For reference we implanted pure carriers and exclusively rh-TGF-ß-1 loaded cylinders (rh-TGF-ß-1 = 10µg and 20µg) into some additional rats. To valuate beginning, progress and speed of osteoinduktion we made radiographic pictures of the hind legs containing the carriers at the 5th, 11th, 17th, 23rd und 28th day post OP. After the carrier-explantation at the 28th day post OP we could evaluate amount, density, histological quality and calcium-level of the induced bone formation by using two- and three-dimensional radiological scans, as well as chemical and histological methods. X-Ray-scans of histological slices (microradiography) allowed the direct comparison of histological and radiographical results. The implantation of pure carriers and exclusively rh-TGF-ß-1 loaded cylinders did not lead to bone formation in any case. Except the EH-BMP-containing carriers all cylinders showed newly induced bone at the 11th day post OP significantly. Concerning speed, amount, density and content of calcium of the bone formation BMP-2 and T4 were the strongest osteoinductive factors followed by T3. Using 4µg of morphogen they reached the final level of bone-amount already at the 23rd day post OP. EH-BMP formed less bone significantly and led to variant results. An increase of the implanted amount of Morphogen from 2µg to 4µg as well as the additional application of rh-TGF-ß-1 led to a rise of speed, amount, density and content of calcium of the bone formation in the mean. For clinical treatment the use of modified rh-BMP-2-variants with increased affinity to the extracellular matrix is to prefer to the application of the origin rh-BMP-2 in higher doses. Using the variants osteoinduction begins earlier and runs faster despite using lower levels of morphogen. In the same way the addition of genetically produced rh-TGF-ß-1 helps to magnify osteoinduktive effects. The existence of further growthfactors which participate in the metabolism of bone-remoddelling may indicate more hidden therapeutical possibilities for the clinical treatment of growth factors like BMPs and TGF-ß.
KW  - BMP
KW  - BMP-2
KW  - TGF-ß
KW  - Osteoinduktion
KW  - EXKK
KW  - ICBM
KW  - heterotop
KW  - sprague dawley
KW  - BMP
KW  - BMP-2
KW  - TGF-ß
KW  - osteoinduction
KW  - EXKK
KW  - ICBM
KW  - heterotop
KW  - sprague dawley
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16393
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zavala Góngora, Ricardo
T1  - Isolierung, Charakterisierung und Funktionsanalyse von TGF-Beta-Signaltransduktionskomponenten des Fuchsbandwurms Echinococcus multilocularis
T1  - Structural and functional characterization of TGFß signaling systems in Echinococcus multilocularis
N2  - Die molekularen Mechanismen der Wirt-Parasit-Interaktion bei der durch den Zestoden Echinococcus multilocularis ausgelösten Erkrankung der alveolären Echinokokkose sind bislang ungeklärt. Zudem liegen keine Daten über Entwicklungs- und Differenzierungsmechanismen dieses Parasiten vor, die für die Entwicklung neuer Antiparasitika genutzt werden könnten. Ein bei der Evolution der Metazoen bereits frühzeitig entstandener Signaltransduktionsmechanismus zur Steuerung von Entwicklungsvorgängen ist das TGFβ/BMP-System, das aus strukturell verwandten Zytokinen der TGFβ (transforming growth factor β) bzw. BMP (bone morphogenetic protein)-Familie, oberflächenständigen Rezeptoren der TGFβ-Rezeptorfamilie (Typ I und Typ II) und intrazellulären Signaltransduktoren der Smad-Familie besteht. Außer an Entwicklungsvorgängen tierischer Organismen könnte diesem System eine wichtige Rolle bei der Wirt-Helminth-Kommunikation während Infektionsprozessen zukommen, wie in vorherigen Studien am Nematoden Brugia malayi und am Trematoden Schistosoma mansoni gezeigt werden konnte. Erste, wichtige Schritte zur Charakterisierung von TGFβ und BMP-Signalsystemen in Zestoden wurden in der vorliegenden Arbeit getan. Aufbauend auf einem vorherigen Bericht zu einem Transmembranrezeptor (EmRSK1) und einem Smad-Homologen (EmSmadA) aus Echinococcus multilocularis wurde die Liste der TGFβ/BMP Signaltransduktionsfaktoren in E. multilocularis in dieser Arbeit deutlich erweitert und erstmals umfangreiche funktionelle Studien durchgeführt. Die hier charakterisierten Faktoren umfassen zwei weitere Serin/Threonin-Kinasen der TGFβ/BMP-Rezeptorfamilie (EmRSK2, EmRSK3) sowie intrazelluläre Transduktoren der R-Smad-Subfamilie (EmSmadB, EmSmadC) und ein Homologes zur MAP-kinase-kinase-kinase TAK1 (TGFβ activated kinase 1), genannt EmTAK1. Zudem konnte erstmals für einen parasitären Helminthen ein Zytokin der BMP-Subfamilie, EmBMP, auf molekularer Ebene charakterisiert werden. Strukturelle und funktionelle Untersuchungen legen nahe, dass E. multilocularis sowohl ein TGFβ wie auch ein BMP-Signalsystem exprimiert. Ersteres wird sehr wahrscheinlich durch die Kinase EmRSK2 und den Smad-Faktor EmSmadC gebildet, letzteres durch EmRSK1 und EmSmadB. EmSmadA nimmt eine Sonderstellung ein, da es sowohl durch TGFβ- wie auch durch BMP-Rezeptoren aktiviert werden kann. Die genaue Rolle von EmRSK1 und EmTAK1 wäre durch weitere Untersuchungen zu klären. Signifikante funktionelle Homologien zwischen den TGFβ/BMP-Signalsystemen des Parasiten und Säugern konnten nachgewiesen werden, die sich u.a. darin äußern, dass die Echinococcus Smad-Proteine durch entsprechende Rezeptoren des Menschen aktiviert werden können. Darüber hinaus konnten jedoch auch einige deutliche Unterschiede zwischen den Systemen aus Parasit und Wirt nachgewiesen werden, die sich als Angriffspunkte zur Entwicklung von Chemotherapeutika eignen könnten. So fehlt den Smad-Faktoren EmSmadA und EmSmadC eine MH1-Domäne, die sonst unter allen R-Smads hoch konserviert ist. Zudem sind einige bislang noch nie beschriebene, strukturelle Besonderheiten der Echinococcus TGFβ/BMP-Rezeptoren zu verzeichnen. Auch die Regulation dieser Faktoren und die Kreuz-Interaktion mit weiteren intrazellulären Signalwegen (z.B. der MAP Kinase Kaskade) scheint in E. multilocularis anders zu verlaufen als bislang für Vertebraten, Insekten oder Nematoden beschrieben. Schließlich konnte, als sehr wichtiger Befund, auch nachgewiesen werden dass mindestens ein Rezeptor des Parasiten, EmRSK1, mit einem Zytokin des Wirts (BMP2) in vitro funktionell interagiert. Da BMP2 in Zellkultursystemen, die das Wachstum des Parasiten am befallenen Wirtsorgan nachstellen, einen deutlichen Effekt auf E. multilocularis ausübt, könnte die hier beschriebene EmRSK1/BMP2 – Interaktion von entscheidender Bedeutung für die Wirt-Parasit-Interaktion bei der alveolären Echinokokkose sein.
N2  - Up to now, the molecular mechanisms of the interactions between host and parasite in the disease of alveolar echinococcosis, caused by the cestode Echinococcus multilocularis, are not understood. Furthermore there are not data available about the mechanisms of development and differentiation in this parasite that could be used for the design of novel antiinfectives. One of the signaling systems which emerged very early in metazoan evolution and which presumably controls developmental processes in all animals is the TGFβ signal transduction system. This system consists of various factors: structurally related cytokines of the TGFβ (transforming growth factor β) and the BMP (bone morphogenetic protein) family, surface associated receptors of the TGFβ receptor family (type I and type II) and intracellular signal transduction factors of the Smad family. In addition to their crucial role in animal development, TGFβ/BMP systems could also play an important role in the communication between host and helminths during an infection, as has been shown previous studies on the nematode Brugia malayi and the trematode Schistosoma mansoni. In this study, the initial steps towards a characterization of TGFβ/BMP signaling in the third large group of parasitic helminths, the cestodes, have been made. Adding to a previous report on a transmembrane receptor (EmRSK1) and a Smad homologue (EmSmadA) from E. multilocularis, this work significantly extends the list of known TGFβ/BMP signaling factors from Echinococcus and provides, for the first time, functional studies on these systems. The newly characterized factors comprise two further serin/threonin kinases of the TGFβ/BMP receptor family (EmRSK2, EmRSK3), two further intracellular transducing factors belonging to the subfamiliy of R-smads (EmSmadB, EmSmadC) and one homologue of the MAP-kinase-kinase-kinase TAK1 (TGFβ activated kinase 1), which was designated EmTAK1. Furthermore, and for the first time in a parasitic helminth, a cytokine of the BMP subfamily was characterized on the molecular level. Structural and functional studies suggested that E. multilocularis expresses both a TGFβ and a BMP signaling system. The kinase EmRSK2 and the Smad factor EmSmadC are most probably components of the first, EmRSK1 and EmSmadB parts of the latter system. Surprisingly, EmSmadA seems to constitute an unusual Smad since it can be activated by both TGFβ and the BMP receptors upon expression in mammalian cells. The precise roles of EmRSK3 and EmTAK1 have to be determined in future studies. In the present work, significant structural and functional homologies between the TGFβ/BMP systems of E. multilocularis and its mammalian hosts have been detected. Upon expression in human cells, the Echinococcus Smad proteins were, for example, able to functionally interact with the corresponding receptors from Homo sapiens. On the other hand, the E. multilocularis TGFβ/BMP signaling factors also displayed several biochemical differences to those of the host, which could be exploited for the development of antiparasitic drugs. One of these differences is the lack of a usually conserved MH1 domain in EmSmadA and EmSmadC. Moreover, the Echinococcus TGFβ/BMP receptors display several structural features which have not yet been detected in other members of the protein superfamily. Likewise, the regulation of TGFβ/BMP pathways in Echinococcus as well as their cross-interaction with other signaling pathways (e.g. the MAP kinase cascade) seems to differ from the situation in vertebrates, insects and nematodes. Finally, this work also provides evidence that at least one host cytokine, BMP-2, can functionally interact with a receptor of the parasite, EmRSK1. This interaction could be highly relevant for host-parasite interaction mechanisms in alveolar echinococcosis since BMP-2 also exerts clear effects on Echinococcus growth and differentiation in an in vitro cultivation system that mimicks the situation at the affected organ during an infection.
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Ontogenie
KW  - Signaltransduktion
KW  - Echinococcus
KW  - TGFß
KW  - BMP
KW  - Smad
KW  - Zestode
KW  - Echinococcus
KW  - TGFß
KW  - BMP
KW  - Smad
KW  - cestode
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-17755
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ulbrich, Jannes
T1  - Integrierung und biochemische Charakterisierung ektoper BMP Rezeptoren in Zellmembranen
T1  - The integration and biochemical characterization of ectopic BMP receptors in cell membranes
N2  - BMPs vermitteln ihre zellulären Effekte durch Rekrutierung und Aktivierung von zwei Typen spezifischer, membranständiger Rezeptoren. Die genauen Mechanismen der Rezeptorakivierung und die Komposition eines funktionellen, signalvermittelnden Komplexes auf der Zelloberfläche sind in den letzten Jahren genau untersucht worden. Die dimere Natur aller BMPs, die Promiskuitivität der BMPs sowie der entsprechenden Rezeptoren und die unterschiedlichen Rezeptorkonformationen (PFC, BISC) erschweren jedoch die experimentelle Zugänglichkeit dieser Proteinfamilie. Um den Einfluss der Membranverankerung der Rezeptoren auf deren Affinität zu einzelnen Liganden zu untersuchen, wurden verschiedene Methoden evaluiert, die eine quantitative Kopplung an Plasmamembranen ermöglichten. Die BMP Rezeptorektodomänen wurden u.a. mittels einer lysin-spezifischen Kopplung lipidiert, oder aber als His6-Ektodomänen an membranintegrierte Chelatlipide gekoppelt.
N2  - BMPs elicit their cellular functions via recruitment and activation of specific receptor serin/threonine receptor kinases. The precise mechanisms leading to receptor activation and the composition of a functional signal transducing complex on the cell surface has been investigated intensively over the last decades. The dimeric nature of all BMPs, the promiscuity of both, the ligands and the receptors and the different receptor conformations on the cell surface (PFC, BISC) hamper the experimental accessibility of this protein family. To study the membrane anchorage's influence of the receptors on their affinity towards single ligands, different methods were evaluated that enabled us to couple the receptor ectodomains in a quantitative manner to plasma membranes. The BMP receptor ectodomains were, among other techniques, lipidated in a lysine specific way or coupled as hexahistidine fusion proteins to membrane integrated chelating lipids.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Transforming Growth Factor
KW  - Transforming Growth Factor beta
KW  - BMPs
KW  - BMP Rezeptoren
KW  - Proteinmodifikationen
KW  - Protein Lipidierungen
KW  - NTA Lipide
KW  - BMP
KW  - BMP receptos
KW  - protein modifications
KW  - protein lipidations
KW  - NTA lipids
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55462
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mai, Nikola
T1  - Expression und Isolierung des BMP-bindenden Proteins Ep45
T1  - Expression and isolation of the BMP-binding protein Ep45
N2  - Die BMPs (Bone morphogenetic proteins) sind Zytokine, die in fast allen Tieren exprimiert werden und zur TGF-β Superfamilie gehören. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Knochenentwicklung, unter anderem auf Grund ihrer Fähigkeit, die Neubildung von Knochen auszulösen. Eine weitere Aufgabe der BMPs liegt in der Beeinflussung der Embryogenese. Hier tragen sie zur Differenzierung der einzelnen Keimblätter bei und werden während der Organogenese in vielen Organanlagen exprimiert. Ep45, ein Protein aus Xenopus laevis, gehört zur Familie der Serinproteaseinhibitoren und ist ein extrazellulärer Ligand von BMP4, ohne jedoch dessen Rezeptorbindung bzw. dessen Aktivität zu beeinflussen. Ep45, auch bekannt unter dem Namen pNiXa, wird in der Embryogenese von Xenopus laevis wirksam: Es induziert die Reifung von Oozyten, kann im weiteren Verlauf in verschiedenen Organanlagen nachgewiesen werden und wird in Zusammenhang gebracht mit Teratogenität, die durch Ni2+ hervorgerufen wird. Um auf die aufwendige Isolierung von Ep45 aus Xenopus-Oozyten bzw. –Embryonen verzichten zu können, sollte in dieser Arbeit eine Methode zur rekombinanten Expression und Isolierung von aktivem Ep45 entwickelt werden. Zunächst wurde die Expression von Ep45 in E. coli als lösliches Einzelprotein mit dem Vektor pET25b(+) angestrebt. Da sich jedoch zeigte, dass das Protein zum Großteil als unslösliche Aggregate in Form von inclusion bodies vorlag, wurden diese präpariert, denaturiert und eine Isolierung von Ep45 durch verschiedene Chromatographie-Verfahren (Kationenaustauschersäule, Gelchromatographie) unternommen. Durch die nachfolgenden Renaturierungsversuche konnte jedoch kein aktives Protein gewonnen werden. Zum Nachweis von aktivem Ep45 dienten ein Enzymassay, der auf der Serinproteaseinhibitor-Funktion von Ep45 beruht, sowie ein Bindungsassay. Dieser weist den Ep45-Chymotrypsin-Komplex nach, der bei der Inhibition von Chymotrypsin durch Ep45 entsteht. Als alternatives Expressionssystem kam deshalb das pMal™-Fusionsprotein-System zur Anwendung. Dazu wurde Ep45 an MBP gekoppelt, so dass eine Aufreinigung mittels Chromatographie an einer Amylosesäule möglich werden sollte. Nach Spaltung durch Faktor Xa sollten die beiden Proteine durch Chromatographie voneinander getrennt werden, so dass schließlich Ep45 als reines aktives Protein vorliegt. Trotz des Einsatzes diverser Chromatographie-Verfahren (Ionentauschersäule, hydrophobe Säule, Nickelsäule) gelang keine Isolierung von Ep45. Da in E. coli zwar eine Expression jedoch keine Aufreinigung von aktivem Ep45 gelang, wurde ein Expressionssystem unter Verwendung von Sf9-Zellen (Insektenzellen) eingesetzt. Nach Herstellung des Plasmids pIZT/V5-xEp45 wurden Versuche zur transienten Expression von Ep45 in Sf9-Zellen mittels des InsectSelect™ Systems durchgeführt, die bis zum Abschluss meiner praktischen Arbeit nicht zum Erfolg führten, aber innerhalb der Arbeitsgruppe weiter bearbeitet werden.
N2  - The BMPs (Bone morphogenetic proteins) are cytokines, which are expressed in nearly all animals and which belong to the TGF-β superfamily. They induce the formation of new bone tissue and determine important steps during embryogenesis in animals. They are important for the differentiation of the 3 germ layers and are expressed during the organogenesis of many organs. Ep45, a protein expressed in Xenopus laevis, belongs to the family of serine proteinase inhibitors and is an extracellular ligand of BMP4. In contrast to other extracellular ligands Ep45 cannot influence the receptor binding or the activity of BMP4. Ep45, also called pNiXa, influences different steps during embryogenesis of Xenopus laevis: Ep45 induces the maturation of oocytes and is found in many different organs during organogenesis. Ep45 seems to play an important role in Ni2+-induced teratogenesis. The isolation of Ep45 from Xenopus-oocytes or –embryos appeared to be quite laborious. The aim of this dissertation was to find a more handy method to isolate active Ep45 by recombinant expression. The first step was to express Ep45 in E. coli as a soluble protein by using the vector pET25b(+). The protein was found mainly as insoluble inclusion bodies. The inclusion bodies were prepared and denaturated, then Ep45 was isolated by different kinds of chromatography. The following experiments to produce the active protein by renaturation weren’t successful. The detection of active Ep45 was done by a binding assay and an enzyme assay, that use the function of Ep45 as a serine proteinase inhibitor. As alternative expression system the pMal™ fusion protein system was used. Ep45 was bound to MBP for isolating active Ep45 by an amylose column chromatography after cleavage by factor Xa. We used different chromatography steps but couldn’t isolate active Ep45. It was possible to express but not to isolate active Ep45 by using different expression systems in E. Coli. That’s why we tried next to express Ep45 in Sf9 cells (insect cells). After cloning of the plasmid pIZT/V5-xEp45 the InsectSelect™ system was used for transient expression of Ep45 in Sf9 cells.
KW  - Ep45
KW  - BMP
KW  - TGF
KW  - Serpin
KW  - Ep45
KW  - BMP
KW  - TGF
KW  - Serpin
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15311
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