TY - THES A1 - Hörner, Michaela T1 - The role of inflammation in hereditary spastic paraplegia type 11 T1 - Die Rolle von Entzündungsreaktionen bei hereditärer spastischer Paraplegie Typ 11 N2 - Hereditary spastic paraplegias (HSPs) are genetically-determined, neurodegenerative disorders characterized by progressive weakness and spasticity of the lower limbs. Spastic paraplegia type 11 (SPG11) is a complicated form of HSP, which is caused by mutations in the SPG11 gene encoding spatacsin, a protein possibly involved in lysosomal reformation. Based on our previous studies demonstrating that secondary neuroinflammation can be a robust amplifier of various genetically-mediated diseases of both the central and peripheral nervous system, we here test the possibility that neuroinflammation may modify the disease outcome also in a mouse model for SPG11. Spg11-knockout (Spg11-/-) mice develop early walking pattern and behavioral abnormalities, at least partially reflecting motor, and behavioral changes typical for patients. Furthermore, we detected a progressive increase in axonal damage and axonal spheroid formation in the white and grey matter compartments of the central nervous system of Spg11-/- mice. This was accompanied by a concomitant substantial increase of secondary inflammation by cytotoxic CD8+ and CD4+ T-lymphocytes. We here provide evidence that disease-related changes can be ameliorated/delayed by the genetic deletion of the adaptive immune system. Accordingly, we provide evidence that repurposing clinically approved immunomodulators (fingolimod/FTY720 or teriflunomide), that are in use for treatment of multiple sclerosis (MS), also improve disease symptoms in mice, when administered in an early (before neural damage) or late (after/during neural damage) treatment regime. This work provides strong evidence that immunomodulation can be a therapeutic option for the still untreatable SPG11, including its typical neuropsychological features. This poses the question if inflammation is not only a disease amplifier in SPG11 but can act as a unifying factor also for other genetically mediated disorders of the CNS. If true, this may pave the way to therapeutic options in a wide range of still untreatable, primarily genetic, neurological disorders by repurposing approved immunomodulators. N2 - Hereditäre spastische Paraplegien (HSPs) sind genetisch-determinierte, neurodegenerative Erkrankungen, die durch eine progressive Schwäche und Spastizität der unteren Extremitäten charakterisiert sind. Die spastische Paraplegie Typ 11 (SPG11) ist eine komplizierte Form der HSP, die durch eine Mutation des SPG11 Gens hervorgerufen wird. Dieses Gen kodiert Spatacsin, ein Protein, das wahrscheinlich in der lysosomalen Reformation eine Rolle spielt. Frühere Studien unserer Arbeitsgruppe konnten zeigen, dass sekundäre Entzündungsreaktionen verschiedene genetisch-determinierte Krankheiten des zentralen und peripheren Nervensystems verstärken können. Daher haben wir hier untersucht, ob neuroinflammatorische Reaktionen auch in einem Mausmodell für SPG11 den Krankheitsverlauf beeinflussen. Spg11-knockout (Spg11-/-) Mäuse entwickeln frühzeitige Gangveränderungen und Verhaltensauffälligkeiten, welche die Veränderungen der Patienten, zumindest teilweise, abbilden. Außerdem konnten wir eine progressive Zunahme von axonalem Schaden und die Bildung von axonalen Schwellungen in der weißen und grauen Substanz des zentralen Nervensystems von Spg11-/- Mäusen feststellen. Dies wurde von einer deutlichen Zunahme einer sekundären Entzündungsreaktion in der weißen und grauen Substanz durch zytotoxische CD8+ und CD4+ T-Lymphozyten begleitet. Wir zeigen hier, dass diese krankheitsbedingten Veränderungen durch eine genetische Deletion von Teilen des adaptiven Immunsystems verbessert bzw. ihr Auftreten hinausgezögert werden können. Entsprechend zeigen wir, dass eine Behandlung mit klinisch etablierten Immunomodulatoren (Fingolimod/FTY720 oder Teriflunomid), die zu der Behandlung der Multiplen Sklerose (MS) eingesetzt werden, den Krankheitsverlauf positiv beeinflusst, wenn sie in einem frühzeitigen (Gabe vor neuronalem Schaden) oder späten (Gabe nach/während neuronalem Schaden) Behandlungsversuch appliziert werden. Diese Arbeit deutet stark darauf hin, dass Immunomodulation eine Therapiemöglichkeit für die noch nicht behandelbare Krankheit SPG11 sein könnte, inklusive der typischen neuropsychologischen Auffälligkeiten. Das wirft die Frage auf, ob sekundäre Entzündungsreaktionen nicht nur einen krankheitsverstärkenden Effekt in SPG11 haben, sondern als ein vereinender Faktor für andere genetisch determinierte Krankheiten des ZNS fungieren können. Dies könnte den Weg dahin ebnen das Fortschreiten anderer unheilbarer, primär genetisch bedingter, neurologischer Erkrankungen durch eine individuelle Behandlung mit auf dem Markt verfügbaren immunomodulatorischen Medikamenten zu verlangsamen. KW - Entzündung KW - Immunmodulation KW - Hereditary spastic paraplegia KW - Hereditäre spastsiche Paraplegie KW - Approved immunomodulators KW - Nervendegeneration KW - Neurodegenerative Erkrankung KW - Entzündungsreaktion KW - Inflammation Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-303368 ER - TY - THES A1 - Deppermann, Carsten T1 - The role of platelet granules in thrombosis, hemostasis, stroke and inflammation T1 - Zur Rolle der Thrombozytengranula in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und Entzündung N2 - Platelets are small anucleate cell fragments derived from bone marrow megakaryocytes (MKs) and are important players in hemostasis and thrombosis. Platelet granules store factors which are released upon activation. There are three major types of platelet granules: alpha-granules, dense granules and lysosomes. While dense granules contain non-proteinacious factors which support platelet aggregation and adhesion, platelet alpha-granules contain more than 300 different proteins involved in various functions such as inflammation, wound healing and the maintenanceof vascular integrity, however, their functional significance in vivo remains unknown. This thesis summarizes analyses using three mouse models generated to investigate the role of platelet granules in thrombosis, hemostasis, stroke and inflammation. Unc13d-/- mice displayed defective platelet dense granule secretion, which resulted in abrogated thrombosis and hemostasis. Remarkably, Munc13-4-deficient mice were profoundly protected from infarct progression following transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) and this was not associated with increased intracranial bleeding indicating an essential involvementof dense granule secretion in infarct progression but not intracranial hemostasis during acute stroke with obvious therapeutic implications. In the second part of this thesis, the role of platelet alpha-granules was investigated using the Nbeal2-/- mouse. Mutations in NBEAL2 have been linked to the gray platelet syndrome (GPS), a rare inherited bleeding disorder. Nbeal2-/- mice displayed the characteristics of human GPS, with defective alpha-granule biogenesis in MKs and their absence from platelets. Nbeal2-deficiency did not affect MK differentiation and proplatelet formation in vitro or platelet life span in vivo. Nbeal2-/- platelets displayed impaired adhesion, aggregation, and coagulant activity ex vivo that translated into defective arterial thrombus formation and protection from thrombo-inflammatory brain infarction in vivo. In a model of skin wound repair, Nbeal2-/- mice exhibited impaired development of functional granulation tissue due to severely reduced differentiation of myofibroblasts. In the third part, the effects of combined deficiency of alpha- and dense granule secretion were analyzed using Unc13d-/-/Nbeal2-/- mice. Platelets of these mice showed impaired aggregation and adhesion to collagen under flow ex vivo, which translated into infinite tail bleeding times and severely defective arterial thrombus formation in vivo. When subjected to in vivo models of skin or lung inflammation, the double mutant mice showed no signs of hemorrhage. In contrast, lack of platelet granule release resulted in impaired vascular integrity in the ischemic brain following tMCAO leading to increased mortality. This indicates that while defective dense granule secretion or the paucity of alpha-granules alone have no effect on vascular integrity after stroke, the combination of both impairs vascular integrity and causes an increase in mortality. N2 - Thrombozyten sind kleine, kernlose Zellfragmente, die von Megakaryozyten (MKs) im Knochenmark gebildet werden und eine zentrale Rolle in Thrombose und Hämostase spielen. Thrombozytengranula speichern Faktoren, die nach Thrombozytenaktivierung freigesetzt werden. Die drei wichtigsten Thrombozytengranula sind alpha- und dichte Granula, sowie Lysosomen. Während dichte Granula vor allem anorganische Faktoren enthalten, welche die Thrombozytenaktivierung und -aggregation fördern, speichern alpha-Granula mehr als 300 verschiedene Proteine mit einer Vielzahl an Funktionen. Sie sind beispielsweise an Entzündungsprozessen, Wundheilung und der Aufrechterhaltung vaskulärer Integrität beteiligt. Die funktionelle Signifikanz dieser Faktoren, insbesondere in vivo, blieb bisher allerdings ungeklärt. Diese Doktorarbeit beschreibt die Analyse der Rolle von Thrombozytengranula in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und Entzündung unter Verwendung von drei Knockout-Mauslinien. Unc13d-/- Mäuse dienten als Modell, um die Rolle der dichten Granulasekretion in Thrombose, Hämostase, Schlaganfall und der Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Thromboinflammation zu untersuchen. Die fehlende Freisetzung des Inhalts dichter Granula aus Thrombozyten dieser Mäuse führte zu defekter Thrombose und Hämostase. Unc13d-/- Mäuse zeigten deutlich kleinere Infarkte im tMCAO (transient middle cerebral artery occlusion)-Modell des ischämischen Schlaganfalls. Gleichzeitig wurde jedoch keine erhöhte Blutungsneigung im Gehirn nach Schlaganfall festgestellt. Dies deutet auf eine Schlüsselrolle der Sekretion dichter Granula in der Infarktentwicklung hin, die jedoch nicht die intrakranielle H¨amostase w¨ahrend des akuten Schlaganfalls beeinflusst. Der zweite Teil dieser Doktorarbeit behandelt die Rolle von alpha-Granula unter Verwendung der Nbeal2-/- Maus. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass Mutationen im NBEAL2-Gen das Gray Platelet Syndrome (GPS) hervorrufen. Das GPS ist eine seltene erbliche Blutungskrankheit mit Makrothrombozytopenie, defekter alpha-Granulabiogenese in MKs und dem Fehlen thrombozytärer alpha-Granula. Nbeal2-Defizienz führte zu unveränderter MK-Differenzierung, Proplättchenbildung in vitro und Thrombozytenlebensdauer in vivo. Nbeal2-defiziente Thrombozyten zeigten jedoch verringerte Adhäsion, Aggregation und Koagulation ex vivo, welche zu einer gestörten arteriellen Thrombusbildung und Schutz vor thromboinflammatorischem Schlaganfall nach zerebraler Ischämie führte. In einem Wundheilungsmodell der Haut zeigte sich bei Nbeal2-defizienten Mäusen eine verringerte Bildung von Granulationsgewebe während des Heilungsvorgangs. Die Ursache hierfür lag in der reduzierten Myofibroblastendifferenzierung aufgrund fehlender alpha-Granulaausschüttung. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass alpha-Granulabestandteile nicht nur für Thrombose und Hämostase, sondern auch für akute thromboinflammatorische Krankheitszust¨ande und Geweberegeneration nach Verletzung essentiell sind. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt einer kombinierten Sekretionsdefizienz von alpha- und dichten Granula mithilfe von Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen untersucht. Thrombozyten dieser Mäuse zeigten verringerte Aggregation und Adhäsion an Kollagen unter Flussbedingungen ex vivo, sowie massiv verlängerte Blutungszeiten und defekte Thrombusbildung in vivo. Die defekte Granulafreisetzung in Unc13d-/-/Nbeal2-/- Mäusen führte zum Zusammenbruch der vaskulären Integrität im tMCAO-Modell des ischämischen Schlaganfalls und zu einer erhöhten Mortalitätsrate. Im Gegensatz dazu zeigten die doppeldefizienten Mäuse in in vivo Modellen der Haut- oder Lungenentzündung keine Einblutungen. Dies deutet darauf hin, dass die fehlende Sekretion dichter Granula oder die Abwesenheit von alpha-Granula für sich genommen keinen Einfluss auf die Aufrechterhaltung der vaskulären Integrität nach Schlaganfall hat. Die Kombination beider Defekte führt jedoch zum Zusammenbruch der zerebrovaskulären Integrität und erhöhter Mortalität nach Schlaganfall. KW - Thrombozyten KW - Schlaganfall KW - Entzündung KW - Platelet granules KW - Thrombosis KW - Hemostasis KW - Stroke KW - Inflammation Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121010 ER - TY - JOUR A1 - Floss, Doreen M. A1 - Klöcker, Tobias A1 - Schröder, Jutta A1 - Lamertz, Larissa A1 - Mrotzek, Simone A1 - Strobl, Birgit A1 - Hermanns, Heike A1 - Scheller, Jürgen T1 - Defining the functional binding sites of interleukin 12 receptor beta 1 and interleukin 23 receptor to Janus kinases JF - Molecular Biology of the Cell N2 - The interleukin (IL)-12-type cytokines IL-12 and IL-23 are involved in T-helper (Th) 1 and Th17 immunity, respectively. They share the IL-12 receptor beta 1 (IL-12R beta 1) as one component of their receptor signaling complexes, with IL-12R beta 2 as second receptor for IL-12 and IL-23R for IL-23 signal transduction. Stimulation with IL-12 and IL-23 results in activation of receptor-associated Janus kinases (Jak) and phosphorylation of STAT proteins in target cells. The Janus kinase tyrosine kinase (Tyk) 2 associates with IL-12R beta 1, whereas Jak2 binds to IL-23R and also to IL-12R beta 2. Receptor association of Jak2 is mediated by Box1 and Box2 motifs located within the intracellular domain of the receptor chains. Here we define the Box1 and Box2 motifs in IL-12R beta 1 and an unusual Jak2-binding site in IL-23R by the use of deletion and site-directed mutagenesis. Our data show that nonfunctional box motifs abolish IL-12- and IL-23-induced STAT3 phosphorylation and cytokine-dependent proliferation of Ba/F3 cells. Coimmunoprecipitation of Tyk2 by IL-12R beta 1 and Jak2 by IL-23R supported these findings. In addition, our data demonstrate that association of Jak2 with IL-23R is mandatory for IL-12 and/or IL-23 signaling, whereas Tyk2 seems to be dispensable. KW - Tyrosine phosphorylation KW - Cytokine receptors KW - Intracellular domain KW - IL-12 family KW - Responses KW - Signal transduction KW - T-cells KW - STAT3 activation KW - Jak kinases KW - Inflammation Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188104 VL - 27 IS - 14 ER - TY - JOUR A1 - Regn, Michael A1 - Laggerbauer, Bernhard A1 - Jentzsch, Claudia A1 - Ramanujam, Deepak A1 - Ahles, Andrea A1 - Sichler, Sonja A1 - Calzada-Wack, Julia A1 - Koenen, Rory R. A1 - Braun, Attila A1 - Nieswandt, Bernhard A1 - Engelhardt, Stefan T1 - Peptidase inhibitor 16 is a membrane-tethered regulator of chemerin processing in the myocardium JF - Journal of Molecular and Cellular Cardiology N2 - A key response of the myocardium to stress is the secretion of factors with paracrine or endocrine function. Intriguing in this respect is peptidase inhibitor 16 (PI16), a member of the CAP family of proteins which we found to be highly upregulated in cardiac disease. Up to this point, the mechanism of action and physiological function of PI16 remained elusive. Here, we show that PI16 is predominantly expressed by cardiac fibroblasts, which expose PI16 to the interstitium via a glycophosphatidylinositol (-GPI) membrane anchor. Based on a reported genetic association of PI16 and plasma levels of the chemokine chemerin, we investigated whether PI16 regulates post-translational processing of its precursor pro-chemerin. PI16-deficient mice were engineered and found to generate higher levels of processed chemerin than wildtype mice. Purified recombinant PI16 efficiently inhibited cathepsin K, a chemerin-activating protease, in vitro. Moreover, we show that conditioned medium from PI16-overexpressing cells impaired the activation of pro-chemerin. Together, our data indicate that PI16 suppresses chemerin activation in the myocardium and suggest that this circuit may be part of the cardiac stress response. KW - Cells KW - Activation KW - Purification KW - Protein KW - Peptidase inhibitor 16 (PI16) KW - Identification KW - Inflammation KW - Adipokine KW - Metabolism KW - Heart KW - Mice KW - Chemerin KW - RARRES2 KW - TIG2 KW - Protease inhibition KW - Chemerin processing Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187039 VL - 99 ER - TY - JOUR A1 - Kleinschnitz, Christoph A1 - Göbel, Kerstin A1 - Meuth, Sven G. A1 - Kraft, Peter T1 - Glatiramer acetate does not protect from acute ischemic stroke in mice N2 - Background The role of the immune system in the pathophysiology of acute ischemic stroke is increasingly recognized. However, targeted treatment strategies to modulate immunological pathways in stroke are still lacking. Glatiramer acetate is a multifaceted immunomodulator approved for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis. Experimental studies suggest that glatiramer acetate might also work in other neuroinflammatory or neurodegenerative diseases apart from multiple sclerosis. Findings We evaluated the efficacy of glatiramer acetate in a mouse model of brain ischemia/reperfusion injury. 60 min of transient middle cerebral artery occlusion was induced in male C57Bl/6 mice. Pretreatment with glatiramer acetate (3.5 mg/kg bodyweight) 30 min before the induction of stroke did not reduce lesion volumes or improve functional outcome on day 1. Conclusions Glatiramer acetate failed to protect from acute ischemic stroke in our hands. Further studies are needed to assess the true therapeutic potential of glatiramer acetate and related immunomodulators in brain ischemia. KW - Glatiramer acetate KW - Stroke KW - Inflammation KW - Neurodegeneration Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-110528 ER - TY - THES A1 - Li, Xiang T1 - Molecular imaging of inflammation in atherosclerosis: Preclinical study in Apolipoprotein E-Deficient mice and preliminary evaluation in human using positron emission tomography T1 - Molekulare Bildgebung inflammatorischer Prozesse bei Atherosklerose: Präklinische Studie in Apolipoprotein-E Knockout-Mäusen sowie erste Evaluation humaner PET-Studien N2 - Motivation and Aim: Cardiovascular disease has been the leading cause of mortality and morbidity throughout the world. In developed countries, cardiovascular diseases are already responsible for a majority of deaths and will become the pre-eminent health problem worldwide (1,2). Rupture of atherosclerotic plaque accounts for approximately 70% of fatal acute myocardial infarction and sudden heart deaths. Conventional criterias for the diagnosis of “vulnerable plaques” are calcified nodules, yellow appearance of plaque, a thin cap, a large lipid core, severe luminal stenosis, intraplaque hemorrhage, inflammation, thrombogenicity, and plaque injury (3-5). Noninvasive diagnosis of vulnerable plaque still remains a great challenge and a huge research prospect, which triggered us to investigate the feasibility of PET imaging on the evaluation of atherosclerosis. Nuclear imaging of atherosclerosis， especially co-registered imaging modalities, could provide a promising diagnostic tool including both anatomy and activities to identify vulnerable atherosclerotic plaque or early detection of inflammatory endothelium at risk. Furthermore, the development of specific imaging tracers for clinical applications is also a challenging task. The aim of this work was to assess the potential of novel PET imaging probes associated with intra-plaque inflammation on animal models and in human respectively. Methods In this work, several molecular imaging modalities were employed for evaluation of atherosclerosis. They included Positron emission tomography / Computed tomography (PET/CT) for human studies, and micro-PET, autoradiography and high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) for animal studies. Radiotracers for PET imaging included the glucose analogue 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG), the somatostatin receptor avide tracer 68Ga-DOTATATE, and the Gallium-68 labeled fucoidan (68Ga-Fucoidan), which was developed as a PET tracer to detect endothelial P-selectin, which overexpressed at early stage of atherosclerosis and endothelial overlying activated plaque. Tracer’s capabilities were firstly assessed on cellular level in vitro. Subsequently, Animal studies were conducted in two animal models: 1, Apolipoprotein E (ApoE-/-) mice having severe atherosclerotic plaque; 2, Lipopolysaccharide (LPS) -induced mice for receiving acute vascular inflammation. Corresponding analyses on protein and histological level were conducted as well to confirm our results. In human study, 16 patients with neuroendocrine tumors (NETs) were investigated on imaging vascular inflammation. These patients had undergone both 68Ga-DOTATATE PET/CT and 18F-FDG PET/CT for staging or restaging within 6 weeks. 16 patients were randomized into two groups: high-risk group and low-risk group. Uptake ratio of both tracers from two groups were compared and correlated with common cardiovascular risk factors. Results and Conclusion In murine study, the expression of somatostatin receptor 2, which is the main bio-target of 68Ga-DOTATATE on macrophage/monocyte was confirmed by flow cytometry and immunohistochemistry. Prospectively, high specific accumulation of 68Ga-DOTATATE to the macrophage within the plaques was observed in aorta lesions by autoradiography and by micro-PET. In study with 68Ga-fucoidan, a strong expression of P-selectin on active endothelium overlying on inflamed plaque but weaker on inactive plaques was confirmed. Specific focal uptake of 68Ga-fucoidan were detected at aorta segments by micro-PET, and correlated with high-resolution magnetic resonance imaging (MRI), which was used to characterize the morphology of plaques. 68Ga-fucoidan also showed a greater affinity to active inflamed plaque in comparison of inactive fibrous plaque, which was assessed by autoradiography. Specificity of 68Ga-DOTATATE and 68Ga-fucoidan were confirmed by ex-vivo blocking autoradiography and in vivo blocking PET imaging respectively. In human study, focal uptake of both 18F-FDG and 68Ga-DOTATATE was detected. Analyzing concordance of two tracers’ uptake ratio, Out of the 37 sites with highest focal 68Ga-DOTATATE uptake, 16 (43.2%) also had focal 18F-FDG uptake. Of 39 sites with highest 18F-FDG uptake, only 11 (28.2%) had a colocalized 68Ga-DOTATATE accumulation. Correlated tracers’ uptake and calcium burden and risk factors, Mean target-to-background ratio (TBR) of 68Ga-DOTATATE correlated significantly with the presence of calcified plaques (r=0.52), hypertension (r=0.60), age (r=0.56) and uptake of 18F-FDG (r=0.64). TBRmean of 18F-FDG correlated significantly only with hypertension (r=0.58; p<0.05). Additionally, TBRmean of 68Ga-DOTATATE is significant higher in the high risk group while TBRmean of 18F-FDG is not. In conclusion, we evaluated vascular inflammation of atherosclerosis non-invasively using the two PET tracers: 68Ga-DOTATATE and 68Ga-Fucoidan. 68Ga-DOTATATE show specific affinity to infiltrated macrophage within the plaques. 68Ga-Fucoidan may hold the potential to discriminate between active and inactive atherosclerotic plaques in terms of variant accumulation on different-types of plaques. PET as leading molecular imaging technique provides superiority in assessing cellular activity, which is pivotal for understanding internal activity of atherosclerotic plaques. Since diagnosis of atherosclerosis is a complex and multi-dimensional task. More integrated imaging technology such as PET/MRI, faster imaging algorithm, more efficient radiotracer are required for further development of atherosclerosis imaging, N2 - Ziel: Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen die häufigste Todesursache der westlichen Industrieländer dar und führen zu einem zunehmenden Gesundheitsproblem weltweit. (1,2). Ca. 70 % aller akuten Myocardinfarkte sind auf die Ruptur atherosklerotischer Plaques zurück zuführen, deren typische Charakteristika ein kalzifizierter, lipidhaltiger Kern, überzogen von einer dünnen fibrösen Kappe, darstellt. Innerhalb der atherosklerotischer Plaques kommt es zu Makrophageneinlagerung und im weiteren Verlauf zu entzündlichen und angiogentischen Prozesse, die zu Einblutungen führen und die Instabilität der Plaques zur Folge hat (3-5). Die nichtinvasive Diagnostik rupturgefährdeter Plaques stellt immer noch eine große medizinische Herausforderung dar. Die nuklearmedizinische Bildgebung, kombiniert mit MRT/CT zur anatomischen Co-Registrierung, könnte eine verbesserte diagnostische Methode zur Darstellung rupturgefährdeter atherosklerotischen Plaques und frühzeitiger entzündlicher Prozesse darstellen. Ziel dieser Arbeit war es daher, atherosklerosische Plaques mittels Positronen¬emissions¬tomografie (PET) unter Verwendung neuer PET Tracer für die Darstellung von Entzündungs¬prozesse im Tiermodell und der humanen Anwendung zu untersuchen. Material und Methoden: Im Rahmen dieser Arbeit kamen verschiedene bildgebende Verfahren zur Anwendung. Im Einzelnen waren dies PET/CT bei humanen Studien sowie micro-PET, Autoradiografie und hochauflösende Magnetresonanztomografie (MRT) bei Untersuchungen im Tiermodell. Als PET-Tracer wurden das Glukosederivat 18F-Flurodesoxyglukose (18F-FDG), 68Ga-DOTATATE, das an Somatostatin-Rezeptoren bindet sowie Gallium-68 markiertes Fucoidan (68Ga-Fucoidan) verwendet. Bei 68Ga-Fucoidan handelt es sich um einen neu entwickelten PET-Tracer zur Darstellung von P-Selectin, welches an aktivieren Plaques im frühen Stadium der Atherosklerose überexprimiert wird. Die Untersuchungen im Tiermodell fanden sowohl an Apolipoprotein E Knockout-Mäusen (ApoE-/-) als auch an Lipopolysaccharid- (LPS) induzierten Mäusen statt. Des Weiteren wurden uptake-Untersuchungen auf in Zellkulturexperimenten durchgeführt. Zur Bestätigung der der Untersuchungsergebnisse wurden zusätzlich histochemische Untersuchungen durchgeführt. Im Rahmen der humanen Studien wurden 16 Patienten mit neuroendokrinenen Tumoren (NET) hinsichtlich vaskulärer Entzündungsprozesse untersucht. Alle Patienten erhielten ein 68Ga-DOTATATE PET/CT und 18F-FDG PET/CT zum Staging bzw. Restaging innerhalb von 6 Wochen. Die Einteilung der Patienten erfolgte in zwei Gruppen: hohes Risiko und geringes Risiko. Die uptake-Verhältnisse beider Tracer in beiden Gruppen wurden mit einander verglichen und hinsichtlich bekannter cardiocaskulärer Risikofaktoren in Beziehung gesetzt. Ergebnisse und Zusammenfassung: Die Expression der Somatostatin-Rezeptor Subtyps 2, an den 68Ga-DOTATATE an Makrophagen/Monocyten bindet, konnte mittels flow cytometrischer und immunhistochemischer Experimente im Mausmodell bestätigt werden. Mit Hilfe von micro-PET Untersuchungen und Autoradiografie wurde eine hohe spezifische Anreicherung von 68Ga-DOTATATE an Makrophagen innerhalb der Plaques beobachtet.Im Rahmen der Untersuchungen mit 68Ga-Fucoidan konnte eine hohe P-Selectin-Expression an aktiviertem Endothelium, welches die entzündlichen Plaques überlagert festgestellt werden. Bei inaktiven Plaques hingegen zeigte sich eine geringe P-Selectin-Expression. In micro-PET-Studien konnte ein spezifischer fokaler uptake von 68Ga-Fucoidan in der Aorta nachgewiesen werden. Dieser korrelierte mit den zusätzlich durchgeführten MRT-Unter¬suchungen zur Charakterisierung der Plaquemorphologie. Mittels Autoradiografie konnte nachgewiesen werden, dass 68Ga-Fucoidan eine höhere Affinität zu aktivierten entzündlichen Plaques im Vergleich zu inaktivieren fibrösen Plaques zeigt. Die spezifische Bindung von 68Ga-DOTATATE und 68Ga-Fucoidan wurde über Blockadeexperimente mittels Autoradiografie und PET bestätigt. In der humanen Anwendung wurde ein fokaler uptake von 18F-FDG und 68Ga-DOTATATE detektiert. Die Analyse der Übereinstimmung des uptakes beider Tracer ergab: Von 37 spots mit hohem 68Ga-DOTATATE-uptake zeigten 16 (43,2 %) ebenfalls einen fokalen 18F-FDG -uptake. Von 39 spots mit hohem 18F-FDG -uptake zeigten nur 11(28,2%) eine 68Ga-DOTATATE-Anreicherung. Betrachtet man den Tracer-uptake hinsichtlich des Calcium-burden und weiterer Risikofakoren, so ergeben sich folgende Korrelationskoeffizienten: TBRmean of 68Ga-DOTATATE korreliert signifikant mit der Anwesenheit von kalzifizierten Plaques (r=0,52), Blutdruck (r=0,60), Alter (r=0,56) und 18F-FDG uptake (r=0,64). Eine signifikante Korrelation von TBRmean 18F-FDG konnte lediglich beim Risikofaktor Blutdruck (r=0,58, p<0,05) festgestellt werden. Weiterhin zeigte sich, dass der TBRmean von Ga-DOTATATE in der Hoch-Risiko-Gruppe signifikant höher, dies gilt jedoch nicht für TBRmean 18F-FDG. Zusammenfassung: In dieser Arbeit wurden die vaskulären Entzündungsprozessen der Atherosklerose mittels der nichtinvasiven PET unter Verwendung von 68Ga-DOTATATE und 68Ga-Fucoidan untersucht und bewertet. 68Ga-DOTATATE zeigte eine spezifische Affinität zu Makrophagen innerhalb der atherosklerotischen Plaques. Mit 68Ga-Fucoidan konnt zwischen aktiven und inaktiven Plaques unterschieden werden. Die molekulare Bildgebung mittels PET eignet sich hervorragend zur Darstellung und Untersuchung molekularer Prozesse innerhalb atheroskerotischer Plaques. Dennoch sind weiterführende Technologien wie PET/MR, schnellere Algorithmen, hoch spezifische Radiotracer zur Weiterentwicklung der PET-Bildgebung atherosklerotischer Plaques notwendig. KW - Arteriosklerose KW - Entzündung KW - Makrophage KW - Positronen-Emissions-Tomographie KW - Non-invasive imaging KW - Atherosclerosis KW - PET KW - Nuclear imaging KW - Inflammation KW - Positron emission tomography KW - Vulnerable plaque KW - Macrophage Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104622 ER - TY - THES A1 - Förtsch, Christina T1 - Pneumolysin: the state of pore-formation in context to cell trafficking and inflammatory responses of astrocytes T1 - Pneumolysin: Einfluss der Porenbildung auf zelluläre Transportprozesse und inflammatorische Antworten in Astrozyten N2 - Pneumolysin, a protein toxin, represents one of the major virulence factors of Streptococcus pneumoniae. This pathogen causes bacterial meningitis with especially high disease rates in young children, elderly people and immunosuppressed patients. The protein toxin belongs to the family of cholesterol-dependent cytolysins, which require membrane cholesterol in order to bind and to be activated. Upon activation, monomers assemble in a circle and undergo conformational change. This conformational change leads to the formation of a pore, which eventually leads to cell lysis. This knowledge was obtained by studies that used a higher concentration compared to the concentration of pneumolysin found in the cerebrospinal fluid of meningitis patients. Thus, a much lower concentration of pneumolysin was used in this work in order to investigate effects of this toxin on primary mouse astrocytes. Previously, a small GTPase activation, possibly leading to cytoskeletal changes, was found in a human neuroblastoma cell line. This led to the hypothesis that pneumolysin can lead to similar cytoskeletal changes in primary cells. The aim of this work was to investigate and characterise the effects of pneumolysin on primary mouse astrocytes in terms of a possible pore formation, cellular trafficking and immunological responses. Firstly, the importance of pore-formation on cytoskeletal changes was to be investigated. In order to tackle this question, wild-type pneumolysin and two mutant variants were used. One variant was generated by exchanging one amino acid in the cholesterol recognising region, the second variant was generated by deleting two amino acids in a protein domain that is essential for oligomerisation. These variants should be incapable of forming a pore and were compared to the wild-type in terms of lytic capacities, membrane binding, membrane depolarisation, pore-formation in artificial membranes (planar lipid bilayer) and effects on the cytoskeleton. These investigations resulted in the finding that the pore-formation is required for inducing cell lysis, membrane depolarisation and cytoskeletal changes in astrocytes. The variants were not able to form a pore in planar lipid bilayer and did not cause cell lysis and membrane depolarisation. However, they bound to the cell membrane to the same extent as the wild-type toxin. Thus, the pore-formation, but not the membrane binding was the cause for these changes. Secondly, the effect of pneumolysin on cellular trafficking was investigated. Here, the variants showed no effect, but the wild-type led to an increase in overall endocytotic events and was itself internalised into the cell. In order to characterise a possible mechanism for internalisation, a GFP-tagged version of pneumolysin was used. Several fluorescence-labelled markers for different endocytotic pathways were used in a co-staining approach with pneumolysin. Furthermore, inhibitors for two key-players in classical endocytotic pathways, dynamin and myosin II, were used in order to investigate classical endocytotic pathways and their possible involvement in toxin internalisation. The second finding of this work is that pneumolysin is taken up into the cell via dynamin- and caveolin-independent pinocytosis, which could transfer the toxin to caveosomes. From there, the fate of the toxin remains unknown. Additionally, pneumolysin leads to an overall increase in endocytotic events. This observation led to the third aim of this work. If the toxin increases the overall rate of endocytosis, the question arises whether toxin internalisation favours bacterial tissue penetration of the host or whether it serves as a defence mechanism of the cell in order to degrade the protein. Thus, several proinflammatory cytokines were investigated, as previous studies describe an effect of pneumolysin on cytokine production. Surprisingly, only interleukin 6-production was increased after toxin-treatment and no effect of endocytotic inhibitors on the interleukin 6-production was observed. The conclusion from this finding is that pneumolysin leads to an increase of interleukin 6, which would not depend on the endocytotic uptake of pneumolysin. The production of interleukin 6 would enhance the production of acute phase proteins, T-cell activation, growth and differentiation. On the one hand, this activation could serve pathogen clearance from infected tissue. On the other hand, the production of interleukin 6 could promote a further penetration of pathogen into host tissue. This question should be further investigated. N2 - Das Protein-Toxin Pneumolysin ist einer der entscheidenden Virulenzfaktoren von Streptococcus pneumoniae. Dieses Protein-Toxin gehört zur Familie der cholesterinabhängigen Zytolysine, die Membrancholesterol für ihre Aktivierung und Bindung benötigen. Nach der Membranbindung ordnen sich die Toxinmonomere kreisförmig an und ändern ihre Konformation, wodurch eine Pore entsteht, die dann zu einer Lyse der Zelle führt. Vor kurzem wurde nach Pneumolysinbehandlung in einer humanen Neuroblastomzelllinie eine Aktivierung kleiner GTPasen gefunden, die für zytoskelettale Veränderungen entscheidend sind (z.B. Zellbewegungen). Deshalb wurde die Hypothese aufgestellt, dass Pneumolysin diese zytoskelettalen Veränderungen auch in primären neuronalen Zellen auslösen könnte. Das Ziel dieser Arbeit war, die Effekte von Pneumolysin auf primäre Mausastrozyten im Hinblick auf Porenbildung, zelluläre Transportprozesse und immunologische Antworten zu untersuchen. Im ersten Teil wird die Bedeutung der Porenbildung auf zytoskelettale Veränderungen untersucht. Hierbei wurden lytische Fähigkeiten, Membranbindung, Membrandepolarisation, Porenbildung im künstlichen Bilayer und Effekte auf das Zytoskelett untersucht. Sowohl der Wildtyp als auch die Varianten zeigten die gleiche Stärke an Membranbindung. Diese Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Porenbildung für die Zell-Lyse, Membrandepolarisation und zytoskelettale Veränderungen in Mausastrozyten wichtig ist und führt zu der Schlussfolgerung, dass nicht die Membranbindung, sondern die Porenbildung entscheidend für die beobachteten zytoskelettalen Veränderungen ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt des Pneumolysin auf zelluläre Transportprozesse untersucht. Erneut zeigten die Pneumolysinvarianten keine Wirkung, während der Wildtyp die Gesamtrate der Endozytose erhöhte. Weiterhin wurde nur der Wildtyp internalisiert. Um einen möglichen Mechanismus für die Internalisierung des Toxins vorschlagen zu können, wurde Pneumolysin als GFP-markiertes Toxin genutzt. Weiterhin wurden einige Marker für unterschiedliche endozytotische Transportprozesse genutzt um eine Ko-lokalisation mit Pneumolysin-GFP zu ermöglichen. Des Weiteren wurden Inhibitoren für zwei Schlüsselproteine endozytotischer Vorgänge, Dynamin und Myosin II, genutzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten, dass Pneumolysin wahrscheinlich durch dynamin- und caveolin-unabhängige Pinozytose in die Zelle aufgenommen wird. Dieser Mechanismus führt zu der Bildung von Caveosomen, deren weiterer Transport, und somit das Schicksal des internalisierten Toxins, bis heute noch nicht aufgeklärt ist. Die Beobachtung, dass Pneumolysin die Gesamtrate an Endozytose erhöht, führte zum dritten Teil dieser Arbeit. Wenn das Toxin die Gesamtrate an Endozytose erhöht, stellt sich die Frage, ob dieser Vorgang der Zerstörung des Toxins – also einer Abwehr der Zelle – dient, oder ob diese Internalisierung eine Strategie des Pathogens ist, um tiefer in das Wirtsgewebe einzudringen. Aktuelle Studien belegen, dass Pneumolysin einen Einfluss auf inflammatorische Antworten des Immunsystems hat. Aus diesem Grund wurden unterschiedliche proinflammatorische Zytokine untersucht. Überraschenderweise zeigte sich nur eine Erhöhung des Interleukin 6 nach der Toxinbehandlung. Weiterhin hatten die Endozytoseinhibitoren keinen Effekt auf die Produktion dieses proinflammatorischen Zytokins. Pneumolysin führt also zu einem Anstieg der Interleukin 6 Produktion, diese Produktion ist jedoch unabhängig von der Internalisierung dieses Toxins. Die Produktion dieses Interleukins würde zur Produktion der Akute-Phase Proteine, der Aktivierung der T-Zell Antwort, zu Wachstum und Zelldifferenzierung führen. Einerseits könnte diese Aktivierung die Infektion durch das Pathogen bekämpfen. Andererseits könnte S. pneumoniae die erhöhte Produktion durch PLY an Interleukin 6 nutzen um weiter in das Wirtsgewebe vordringen zu können. Diese Frage sollte noch durch weitere Experimente untersucht werden. KW - Streptococcus pneumoniae KW - Toxin KW - Hirnhautentzündung KW - Entzündung KW - Astrozyt KW - Pore KW - Pneumolysin KW - Meningitis KW - Inflammation KW - Zelltransport KW - Porenbildung KW - Pneumolysin KW - Meningitis KW - Inflammation KW - cellular-trafficking KW - Pore-formation Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70892 ER - TY - JOUR A1 - Pham, Mirko A1 - Helluy, Xavier A1 - Kleinschnitz, Christoph A1 - Kraft, Peter A1 - Bartsch, Andreas J. A1 - Jakob, Peter A1 - Nieswandt, Bernhard A1 - Bendszus, Martin A1 - Guido, Stoll T1 - Sustained Reperfusion after Blockade of Glycoprotein-Receptor-Ib in Focal Cerebral Ischemia: An MRI Study at 17.6 Tesla JF - PLoS ONE N2 - Background: Inhibition of early platelet adhesion by blockade of glycoprotein-IB (GPIb) protects mice from ischemic stroke. To elucidate underlying mechanisms in-vivo, infarct development was followed by ultra-high field MRI at 17.6 Tesla. Methods: Cerebral infarction was induced by transient-middle-cerebral-artery-occlusion (tMCAO) for 1 hour in C57/BL6 control mice (N = 10) and mice treated with 100 mg Fab-fragments of the GPIb blocking antibody p0p/B 1 h after tMCAO (N = 10). To control for the effect of reperfusion, additional mice underwent permanent occlusion and received anti-GPIb treatment (N = 6; pMCAO) or remained without treatment (N = 3; pMCAO). MRI 2 h and 24 h after MCAO measured cerebral-blood-flow (CBF) by continuous arterial-spin labelling, the apparent-diffusion-coefficient (ADC), quantitative-T2 and T2-weighted imaging. All images were registered to a standard mouse brain MRI atlas and statistically analysed voxel-wise, and by cortico-subcortical ROI analysis. Results: Anti-GPIb treatment led to a relative increase of postischemic CBF vs. controls in the cortical territory of the MCA (2 h: 44.2 +/- 6.9 ml/100g/min versus 24 h: 60.5 +/- 8.4; p = 0.0012, F((1,18)) = 14.63) after tMCAO. Subcortical CBF 2 h after tMCAO was higher in anti-GPIb treated animals (45.3 +/- 5.9 vs. controls: 33.6 +/- 4.3; p = 0.04). In both regions, CBF findings were clearly related to a lower probability of infarction (Cortex/Subcortex of treated group: 35%/65% vs. controls: 95%/100%) and improved quantitative-T2 and ADC. After pMCAO, anti-GPIb treated mice developed similar infarcts preceded by severe irreversible hypoperfusion as controls after tMCAO indicating dependency of stroke protection on reperfusion. Conclusion: Blockade of platelet adhesion by anti-GPIb-Fab-fragments results in substantially improved CBF early during reperfusion. This finding was in exact spatial correspondence with the prevention of cerebral infarction and indicates in-vivo an increased patency of the microcirculation. Thus, progression of infarction during early ischemia and reperfusion can be mitigated by anti-platelet treatment. KW - Von-Willebrand-factor KW - Experimental stroke KW - Magnetic-resonance KW - Arterial water KW - Brain KW - Perfusion KW - Mice KW - Inflammation KW - Coefficient KW - mechanisms Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142608 VL - 6 IS - 4 ER - TY - JOUR A1 - Hertlein, Tobias A1 - Sturm, Volker A1 - Kircher, Stefan A1 - Basse-Lüsebrink, Thomas A1 - Haddad, Daniel A1 - Ohlsen, Knut A1 - Jakob, Peter T1 - Visualization of Abscess Formation in a Murine Thigh Infection Model of \(Staphylococcus\) \(aureus\) by (19)F-Magnetic Resonance Imaging (MRI) JF - PLoS ONE N2 - Background: During the last years, (19)F-MRI and perfluorocarbon nanoemulsion (PFC) emerged as a powerful contrast agent methodology to track cells and to visualize inflammation. We applied this new modality to visualize deep tissue abscesses during acute and chronic phase of inflammation caused by Staphylococcus aureus infection. Methodology and Principal Findings: In this study, a murine thigh infection model was used to induce abscess formation and PFC or CLIO (cross linked ironoxides) was administered during acute or chronic phase of inflammation. 24 h after inoculation, the contrast agent accumulation was imaged at the site of infection by MRI. Measurements revealed a strong accumulation of PFC at the abscess rim at acute and chronic phase of infection. The pattern was similar to CLIO accumulation at chronic phase and formed a hollow sphere around the edema area. Histology revealed strong influx of neutrophils at the site of infection and to a smaller extend macrophages during acute phase and strong influx of macrophages at chronic phase of inflammation. Conclusion and Significance: We introduce (19)F-MRI in combination with PFC nanoemulsions as a new platform to visualize abscess formation in a murine thigh infection model of S. aureus. The possibility to track immune cells in vivo by this modality offers new opportunities to investigate host immune response, the efficacy of antibacterial therapies and the influence of virulence factors for pathogenesis. KW - Soft-tissue infection KW - In-vivo KW - Iron-oxide KW - F-19 MRI KW - Inflammation KW - Particles KW - Tracking KW - Lesions KW - Images KW - Rats Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-142846 VL - 6 IS - 3 ER - TY - JOUR A1 - Herbert, M. K. A1 - Schmidt, R. F. T1 - Activation of normal and inflamed fine articular afferent units by serotonin N2 - In cats anesthetized with alpha-chloralose, extracellular recordings were made from fine afferent units belonging to the medial articular nerve (MAN) of the knee joint. The excitatory and sensitizing effects on articular afferents of serotonin (5-HT) applied intra-arterially close to the joint were examined. The joints were either normal or an experimental arthritis had been induced some hours before the recording session. Bolus injections of 1.35-135 p,g 5-HT excited about 43% of group 111 (CV: 2.5-20 m/sec) and 73% of group IV units (CV: < 2.5 mjsec) from normal joints. The latency was usually between 10 and 30 sec, and the duration and size of the responses were dose-dependent. Fast group 111 units (CV: > 16 mjsec) and group li units (CV: > 20 m/sec) were never excited by 5-HT. Repetitiveadministration led to pronounced tachyphylaxis of the 5-HT response. Inflammation induced an enhanced sensitivity of group III articular afferent units to close intra-arterial application of 5-HT. In particular the total duration of each response was considerably prolonged (4-10 min against 1-2 min under normal conditions). At the same time the tachyphylaxis seen under normal conditions was gteatly reduced. In contrast, group IV articular afferent units did not become sensitized to 5-HT in the course of inflammation. In normal joints 5-HT did not sensitize fineafferent units for movement-induced responses. However, after inflammation, a distinct sensitization to such movements by 5-HT application could be observed bothin group 111 and group IV fiber ranges. The sensitization had a short time course not exceeding 7 min. The tonic component of the movement-induced response was more enhanced than the phasic one. The bolus application of 5-HT led to temporary vasoconstriction of the knee joint vessels. This vasoconstriction was especially pronounced in inflamed joints and impeded the access of subsequently applied substances to the terminal regions of the afferent units under observation. lt is concluded that the present results support the notion that 5-HT may participate in the mediation of pain from inflamed tissue such as an arthritic joint by exciting and sensitizing fine afferent units. During inflammation group 111 units are particularly sensitive to 5-HT and, thus, may carry the bulk of the 5-HT-induced nociceptive messages. KW - Medizin KW - Serotonin (5-HT) KW - Articular afferent KW - Joint pain KW - Inflammation Y1 - 1992 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-59952 ER -