TY  - JOUR
A1  - Ascheid, David
A1  - Baumann, Magdalena
A1  - Funke, Caroline
A1  - Volz, Julia
A1  - Pinnecker, Jürgen
A1  - Friedrich, Mike
A1  - Höhn, Marie
A1  - Nandigama, Rajender
A1  - Ergün, Süleyman
A1  - Nieswandt, Bernhard
A1  - Heinze, Katrin G.
A1  - Henke, Erik
T1  - Image-based modeling of vascular organization to evaluate anti-angiogenic therapy
JF  - Biology Direct
N2  - In tumor therapy anti-angiogenic approaches have the potential to increase the efficacy of a wide variety of subsequently or co-administered agents, possibly by improving or normalizing the defective tumor vasculature. Successful implementation of the concept of vascular normalization under anti-angiogenic therapy, however, mandates a detailed understanding of key characteristics and a respective scoring metric that defines an improved vasculature and thus a successful attempt. Here, we show that beyond commonly used parameters such as vessel patency and maturation, anti-angiogenic approaches largely benefit if the complex vascular network with its vessel interconnections is both qualitatively and quantitatively assessed. To gain such deeper insight the organization of vascular networks, we introduce a multi-parametric evaluation of high-resolution angiographic images based on light-sheet fluorescence microscopy images of tumors. We first could pinpoint key correlations between vessel length, straightness and diameter to describe the regular, functional and organized structure observed under physiological conditions. We found that vascular networks from experimental tumors diverted from those in healthy organs, demonstrating the dysfunctionality of the tumor vasculature not only on the level of the individual vessel but also in terms of inadequate organization into larger structures. These parameters proofed effective in scoring the degree of disorganization in different tumor entities, and more importantly in grading a potential reversal under treatment with therapeutic agents. The presented vascular network analysis will support vascular normalization assessment and future optimization of anti-angiogenic therapy.
KW  - vascular structure
KW  - cancer
KW  - tumor microenvironment
KW  - optical clearing
KW  - light sheet fluorescence microscopy
KW  - 3D image analysis
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-357242
VL  - 18
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dehmer, Markus
T1  - A novel USP11-TCEAL1-mediated mechanism protects transcriptional elongation by RNA Polymerase II
T1  - Ein neuer USP11-TCEAL1 vermittelter Mechanismus schützt die transkriptionelle Elongation der RNA Polymerase II
N2  - Deregulated expression of MYC oncoproteins is a driving event in many human cancers. Therefore, understanding and targeting MYC protein-driven mechanisms in tumor biology remain a major challenge.
Oncogenic transcription in MYCN-amplified neuroblastoma leads to the formation of the MYCN-BRCA1-USP11 complex that terminates transcription by evicting stalling RNAPII from chromatin. This reduces cellular stress and allows reinitiation of new rounds of transcription. Basically, tumors with amplified MYC genes have a high demand on well orchestration of transcriptional processes-dependent and independent from MYC proteins functions in gene regulation. To date, the cooperation between promoter-proximal termination and transcriptional elongation in cancer cells remains still incomplete in its understanding.
In this study the putative role of the dubiquitinase Ubiquitin Specific Protease 11 (USP11) in transcription regulation was further investigated. First, several USP11 interaction partners involved in transcriptional regulation in neuroblastoma cancer cells were identified. In particular, the transcription elongation factor A like 1 (TCEAL1) protein, which assists USP11 to engage protein-protein interactions in a MYCN-dependent manner, was characterized. The data clearly show that TCEAL1 acts as a pro-transcriptional factor for RNA polymerase II (RNAPII)-medi- ated transcription. In detail, TCEAL1 controls the transcription factor S-II (TFIIS), a factor that assists RNAPII to escape from paused sites. The findings claim that TCEAL1 outcompetes the transcription elongation factor TFIIS in a non-catalytic manner on chromatin of highly expressed genes. This is reasoned by the need regulating TFIIS function in transcription. TCEAL1 equili- brates excessive backtracking and premature termination of transcription caused by TFIIS.
Collectively, the work shed light on the stoichiometric control of TFIIS demand in transcriptional regulation via the USP11-TCEAL1-USP7 complex. This complex protects RNAPII from TFIIS-mediated termination helping to regulate productive transcription of highly active genes in neuroblastoma.
N2  - Die deregulierte Expression von MYC Onkoproteinen ist ein zentrales Event in vielen huma-nen Krebsarten. Aus diesem Grund sind das Verständnis und die gezielte Bekämpfung MYC-getriebener Mechanismen in der Tumorbiologie nach wie vor eine große Herausforderung.

In MYCN-amplifizierten Neuroblastomen führt eine übermäßig hohe Transkriptionsrate zur stress-bedingten Rekrutierung des MYCN-BRCA1-USP11-Komplexes. Dieser Komplex be-endet vorzeitig die Transkription, indem er RNAPII Moleküle vom Chromatin wirft. Durch diesen Mechanismus wird zellulärer Stress reduziert und ermöglicht dadurch einen erneuten Start der Transkription. Grundsätzlich stellen Tumoren mit einer Amplifikation von einem der MYC Proteine hohe Anforderungen an eine feine Abstimmung der einzelnen Schritte in der Transkription. Dies ist sowohl abhängig als auch unabhängig von den bereits beschriebe-nen Funktionen der MYC-Proteine in der Genregulation. Bis heute ist das Zusammenspiel zwischen promoter-proximaler Termination und transkriptioneller Elongation noch nicht vollständig aufgeklärt.

In dieser Studie wurde eine potenzielle Rolle von USP11 in der Regulation der Transkription weitergehend untersucht. Zunächst wurden mehrere Interaktionspartner von USP11, die an der Regulation der Transkription in Neuroblastom Krebszellen beteiligt sind, identifiziert. Es wurde insbesondere das Transcription Elongation Factor A Like 1 (TCEAL1) Protein charak-terisiert. Dieses Protein unterstützt USP11 dabei, Protein-Protein-Interaktionen MYCN-vermittelt einzugehen. Die Daten zeigen, dass TCEAL1 als pro-transkriptioneller Faktor für die RNA-Polymerase II (RNAPII) -vermittelte Transkription fungiert. Genauer, TCEAL1 kontrolliert den Transkriptionsfaktor S-II (TFIIS), einen Faktor, der der RNAPII dabei hilft, die Transkription nach einem kurzen Pausieren („pausing“) fortzusetzen. Die Ergebnisse zei-gen, dass TCEAL1 den Elongationsfaktor TFIIS auf nicht-katalytische Weise von dem Chromatin von hochexprimierten Genen verdrängt. Dies ist darin begründet, dass die Funkti-on von TFIIS bei der Transkription reguliert werden muss. TCEAL1 gleicht übermäßiges Zurückwandern der RNAPII und die vorzeitige Beendigung der Transkription, das durch TFIIS vermittelt wird, aus. 

Diese Arbeit gibt Aufschluss über die stöchiometrische Kontrolle des TFIIS-Bedarfs bei der Transkriptionsregulation durch den USP11-TCEAL1-USP7-Komplex. Dieser Komplex schützt die RNAPII vor der TFIIS-vermittelter Termination der Transkription und trägt zur Regulierung einer produktiven Transkription hochaktiver Gene im Neuroblastom bei.
KW  - Transkription
KW  - N-Myc
KW  - Transcription Regulation
KW  - Pause Release
KW  - Ubiquitin Specific Protease 11
KW  - transcription elongation factor A (SII)-like 1 (TCEAL1)
KW  - RNA Polymerase II (RNAPII)
KW  - Transcriptional Stress Response
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-360544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zhang, Tengyu
T1  - Development of Modified polylysine based antibody conjugated nanoparticles with tumor-restricted, FcγR-independent stimulatory activity by targeting Fn14
T1  - Entwicklung modifizierter, mit Antikörpern konjugierter
Nanopartikel auf Polylysinbasis mit tumorbeschränkter, FcγR-
unabhängiger stimulierender Aktivität durch Ausrichtung auf Fn14
N2  - In this study, we developed an innovative nanoparticle formulation to facilitate the delivery of antitumor antibodies to tumor sites. The study commenced with the utilization of 13 bispecific antibody fusion proteins, which targeted the Fn14 receptor, thereby validating the pivotal role of crosslinking in Fn14 receptor activation. Subsequently, gold nanoparticles were activated using COOH-PEG-SH in combination with EDC/NHS, and subsequently conjugated with two Fn14-targeting antibodies, PDL192 and 5B6. Following this, a pH-sensitive shell was generated on the outer layer of the antibody-coupled gold nanoparticles through the application of chemically modified polylysine. The resultant complexes, termed MPL-antibody-AuNP, demonstrated a release profile reminiscent of the tumor microenvironment (TME). Notably, these complexes released antibody-AuNPs only in slightly acidic conditions while remaining intact in neutral or basic environments. Functionality analysis further affirmed the pH-sensitive property of MPL-antibody-AuNPs, demonstrating that the antibodies only initiated potent Fn14 activation in slightly acidic environments. This formulation holds potential for applicability to antibodies or ligands targeting the 80 TNFRSF family, given that gold nanoparticles successfully served as platforms for antibody crosslinking, thereby transforming these antibodies into potent agonists. Moreover, the TME disintegration profile of MPL mitigates the potential cytotoxic effects of antibodies, thereby circumventing associated adverse side effects. This study not only showcases the potential of nanoparticle formulations in targeted therapy, but also provides a solid foundation for further investigations on their clinical application in the context of targeting category II TNFRSF receptors with antibodies or ligands.
N2  - In dieser Studie haben wir eine innovative Nanopartikel-Formulierung entwickelt, um die Auslieferung von Antitumor-Antikörpern an Tumorstellen zu erleichtern. Die Studie begann mit der Verwendung von 13 bispezifischen Antikörper-Fusionsproteinen, die auf den Fn14-Rezeptor abzielten, wodurch die entscheidende Rolle der Quervernetzung bei der Aktivierung des Fn14-Rezeptors bestätigt wurde. Anschließend wurden Goldnanopartikel unter Verwendung von COOH-PEG-SH in Kombination mit EDC/NHS aktiviert und danach mit zwei auf Fn14 abzielenden Antikörpern, PDL192 und 5B6, konjugiert. Daraufhin wurde eine pH-sensitive Schale auf der äußeren Schicht der mit Antikörpern gekoppelten Goldnanopartikel durch den Einsatz von chemisch modifiziertem Polylysin erzeugt. Die resultierenden Komplexe, bezeichnet als MPL-Antikörper-AuNP, zeigten ein Freisetzungsprofil, das an das Tumormikroumfeld (TME) erinnert. Bemerkenswert ist, dass diese Komplexe Antikörper-AuNP nur in leicht sauren Bedingungen freisetzten, während sie in neutralen oder basischen Umgebungen intakt blieben. Die Funktionalitätsanalyse bestätigte weiterhin die pH-empfindliche Eigenschaft der MPL-Antikörper-AuNPs, was zeigt, dass die Antikörper eine potente Fn14-Aktivierung nur in leicht sauren Bedingungen initiierten. Diese Formulierung hat Potenzial für die Anwendbarkeit auf Antikörper oder Liganden, die auf die Familie der TNFRSF abzielen, da die Goldnanopartikel erfolgreich als Plattformen für die Antikörpervernetzung dienten und diese Antikörper in potente Agonisten verwandelten. Darüber hinaus mildert das TME-Zerfallsprofil von MPL die potenziellen zytotoxischen Effekte der Antikörper, wodurch die damit verbundenen negativen Nebenwirkungen umgangen werden. Diese Studie zeigt nicht nur das Potenzial von Nanopartikel-Formulierungen in der gezielten Therapie auf, sondern bietet auch eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen zu ihrer klinischen Anwendung im Kontext der Zielrichtung auf Kategorie-II-TNFRSF-Rezeptoren mit Antikörpern oder Liganden.
KW  - Immuntherapie
KW  - Immunotherapy
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-358650
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TY  - THES
A1  - Schwebs, Marie
T1  - Structure and dynamics of the plasma membrane: a single-molecule study in \(Trypanosoma\) \(brucei\)
T1  - Die Struktur und Dynamik der Plasmamembran: eine Einzelmolekülstudie in \(Trypanosoma\) \(brucei\)
N2  - The unicellular, flagellated parasite Trypanosoma brucei is the causative agent of human African sleeping sickness and nagana in livestock. In the last decades, it has become an established eukaryotic model organism in the field of biology, as well as in the interdisciplinary field of biophysics. For instance, the dense variant surface glycoprotein (VSG) coat offers the possibility to study the dynamics of GPI-anchored proteins in the plasma membrane of living cells. The fluidity of the VSG coat is not only an interesting object of study for its own sake, but is critically important for the survival of the parasite in the mammalian host. In order to maintain the integrity of the coat, the entire VSG coat is recycled within a few minutes. This is surprisingly fast for a purely diffusive process with the flagellar pocket (FP) as the sole site for endo- and exocytosis. Previous studies characterising VSG dynamics using FRAP reported diffusion coefficients that were not sufficient to to enable fast turnover based on passive VSG randomisation on the trypanosome surface.

In this thesis, live-cell single-molecule fluorescence microscopy (SMFM) was employed to elucidate whether VSG diffusion coefficients were priorly underestimated or whether directed forces could be involved to bias VSGs towards the entrance of the FP. Embedding the highly motile trypanosomes in thermo-stable hydrogels facilitated the investigation of VSG dynamics on living trypanosomes at the mammalian host's temperature of 37°C. To allow for a spatial correlation of the VSG dynamics to the FP entrance, a cell line was employed harbouring a fluorescently labelled structure as a reference. Sequential two-colour SMFM was then established to allow for recording and registration of the dynamic and static single-molecule information.

In order to characterise VSG dynamics, an algorithm to obtain reliable information from short trajectories was adapted (shortTrAn). It allowed for the quantification of the local dynamics in two distinct scenarios: diffusion and directed motion. The adaptation of the algorithm to the VSG data sets required the introduction of an additional projection filter. The algorithm was further extended to take into account the localisation errors inherent to single-particle tracking. The results of the quantification of diffusion and directed motion were presented in maps of the trypanosome surface, including an outline generated from a super-resolved static structure as a reference. Information on diffusion was displayed in one map, an ellipse plot. The colour code represented the local diffusion coefficient, while the shape of the ellipses provided an indication of the diffusion behaviour (aniso- or isotropic diffusion). The eccentricity of the ellipses was used to quantify deviations from isotropic diffusion.  Information on directed motion was shown in three maps: A velocity map, representing the amplitude of the local velocities in a colour code. A quiver plot, illustrating the orientation of directed motion, and a third map which indicated the relative standard error of the local velocities colour-coded. Finally, a guideline based on random walk simulations was used to identify which of the two motion scenarios dominated locally. Application of the guideline to the VSG dynamics analysed by shortTrAn yielded supermaps that showed the locally dominant motion mode colour-coded.

I found that VSG dynamics are dominated by diffusion, but several times faster than previously determined. The diffusion behaviour was additionally characterised by spatial heterogeneity. Moreover, isolated regions exhibiting the characteristics of round and elongated traps were observed on the cell surface. Additionally, VSG dynamics were studied with respect to the entrance of the FP. VSG dynamics in this region displayed similar characteristics compared to the remainder of the cell surface and forces biasing VSGs into the FP were not found. 

Furthermore, I investigated a potential interference of the attachment of the cytoskeleton to the plasma membrane with the dynamics of VSGs which are anchored to the outer leaflet of the membrane. Preliminary experiments were conducted on osmotically swollen trypanosomes and trypanosomes depleted for a microtubule-associated protein anchoring the subpellicular microtubule cytoskeleton to the plasma membrane. The measurements revealed a trend that detachment of the cytoskeleton could be associated with a reduction in the VSG diffusion coefficient and a loss of elongated traps. The latter could be an indication that these isolated regions were caused by underlying structures associated with the cytoskeleton. 

The measurements on cells with an intact cytoskeleton were complemented by random walk simulations of VSG dynamics with the newly determined diffusion coefficient on long time scales not accessible in experiments. Simulations showed that passive VSG randomisation is fast enough to allow for a turnover of the full VSG coat within a few minutes. According to an estimate based on the known rate of endocytosis and the newly determined VSG diffusion coefficient, the majority of exocytosed VSGs could escape from the FP to the cell surface without being immediately re-endocytosed.
N2  - Der einzellige, begeißelte Parasit Trypanosoma brucei ist der Erreger der humanen Afrikanischen Schlafkrankheit und Nagana bei Nutztieren. In den vergangenen Jahrzehnten hat er sich sowohl in der Biologie als auch im interdisziplinären Bereich der Biophysik als eukaryotischer Modellorganismus etabliert. So bietet der dichte variant surface glycoprotein (VSG) Mantel beispielsweise die Möglichkeit, die Dynamik von GPI-verankerten Proteinen in der Plasmamembran von lebenden Zellen zu untersuchen. Die Fluidität des VSG-Mantels ist nicht nur um ihrer selbst Willen ein interessantes Studienobjekt, sondern auch von entscheidender Bedeutung für das Überleben des Parasiten im Säugetierwirt. Damit die Integrität des Mantels erhalten bleibt, wird der gesamte VSG Mantel kontinuierlich innerhalb weniger Minuten ausgetauscht. Dies ist erstaunlich schnell für einen rein diffusiven Prozess, bei welchem die Geißeltasche (GT) der einzige Ort für Endo- und Exozytose ist. Bisherige Studien zur Charakterisierung der VSG Dynamik mit FRAP ermittelten Diffusionskoeffizienten, welche nicht ausreichten, um einen schnellen Austausch durch eine passive Randomisierung der VSG auf der Trypanosomenoberfläche zu ermöglichen. 

In dieser Arbeit wurde die Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie (EMFM) an lebenden Zellen eingesetzt, um herauszufinden, ob die VSG Diffusionskoeffizienten zuvor unterschätzt wurden oder ob gerichtete Kräfte beteiligt sein könnten, um VSGs zum Eingang der GT zu leiten. Die Einbettung der hochmotilen Trypanosomen in thermostabilen Hydrogelen erlaubte die Analyse der VSG Dynamik auf lebenden Trypanosomen bei einer Temperatur des Säugetierwirts von 37°C. Um eine räumliche Korrelation der VSG Dynamik mit dem Eingang zur GT zu ermöglichen, wurde eine Zelllinie verwendet, die eine fluoreszenzmarkierte Struktur als Referenz besaß. Anschließend wurde die sequenzielle EMFM in zwei Farben etabliert, um sowohl die Aufzeichnung als auch die Registrierung der dynamischen und statischen Einzelmolekülinformationen zu gewährleisten. 

Um die VSG Dynamik zu charakterisieren, wurde ein Algorithmus zur Gewinnung von zuverlässigen Informationen aus kurzen Trajektorien adaptiert (shortTrAn). Dieser ließ die Quantifizierung der lokalen Dynamik anhand zweier unterschiedlicher Szenarien zu: Diffusion und gerichtete Bewegung. Die Anpassung des Algorithmus an die VSG Datensätze erforderte die Einführung eines zusätzlichen Projektionsfilters. Darüber hinaus wurde der Algorithmus erweitert, um die Lokalisierungsfehler zu berücksichtigen, die bei der Verfolgung von Einzelpartikeln unvermeidbar auftreten. Anschließend wurden die Ergebnisse der Quantifizierung von Diffusion und gerichteter Bewegung in Karten präsentiert, die die Trypanosomenoberfläche abbildeten, einschließlich eines Umrisses, der als Referenz aus einer hochaufgelösten statischen Struktur generiert wurde. Die Informationen zur Diffusion wurden in einer Karte, einem Ellipsenplot, dargestellt. Dabei repräsentierte eine Farbkodierung die lokalen Diffusionskoeffizienten, während die Form der Ellipsen einen Hinweis auf das Diffusionsverhalten (aniso- oder isotrope Diffusion) gab. Die Exzentrizität der Ellipsen wurde hierbei genutzt, um die Abweichung von isotroper Diffusion zu quantifizieren. Die Informationen zur gerichteten Bewegung wurden in drei Karten wiedergegeben: Eine Karte für die Geschwindigkeit zeigte die Amplitude der lokalen Geschwindigkeiten farbkodiert. Ein Köcherplot veranschaulichte die Richtung der Geschwindigkeit und eine dritte Karte zeigte den relativen Standardfehler der lokalen Geschwindigkeiten farblich kodiert an. Abschließend wurde ein auf Random-Walk-Simulationen basierender Leitfaden herangezogen, um zu entscheiden, welches der beiden Szenarien lokal dominierte. Die Anwendung des Leitfadens auf die mit shortTrAn analysierte VSG Dynamik ergab Übersichtskarten, in denen der lokal dominierende Bewegungsmodus farblich kodiert war.

Ich konnte zeigen, dass die VSG Dynamik von der Diffusion dominiert wird. Jedoch war diese um ein Vielfaches schneller als bisher angenommen. Das Diffusionsverhalten war zudem durch eine räumliche Heterogenität charakterisiert. Des Weiteren wurden auf der Zelloberfläche isolierte Regionen beobachtet, die die Eigenschaften von runden und länglichen Fallen aufwiesen. Zusätzlich wurde die VSG Dynamik in Bezug auf den Eingang der GT untersucht. Die VSG Dynamik in dieser Region wies ähnliche Kennwerte auf wie die restliche Zelloberfläche, und es konnten keine Kräfte festgestellt werden, welche die VSGs in die GT dirigieren. 

Des Weiteren habe ich den potenziellen Einfluss der Verankerung des Zytoskeletts an der Plasmamembran auf die Dynamik der VSGs untersucht, die in der äußeren Membranschicht verankert sind. Hierzu wurden vorläufige Experimente auf osmotisch geschwollenen Trypanosomen und Trypanosomen durchgeführt, denen ein Mikrotubuli assoziiertes Protein fehlte, welches das subpellikuläre Mikrotubuli-Zytoskelett an der Plasmamembran verankert. Bei den Messungen wurde ein Trend festgestellt, wonach die Ablösung des Zytoskeletts mit einer Verringerung des VSG Diffusionskoeffizienten und dem Verlust der länglichen Fallen korrelieren könnte. Letzteres könnte ein Hinweis darauf sein, dass diese isolierten Regionen durch darunter liegende, mit dem Zytoskelett verbundene Strukturen verursacht wurden.

Die Messungen auf Zellen mit intaktem Zytoskelett wurden durch Random-Walk-Simulationen von VSG Trajektorien mit dem neu ermittelten Diffusionskoeffizienten auf langen, experimentell nicht zugänglichen Zeitskalen ergänzt. Die Simulationen zeigten, dass die passive Randomisierung der VSGs schnell genug ist, um einen Austausch des gesamten VSG Mantels innerhalb weniger Minuten zu ermöglichen. Einer Schätzung zufolge, die auf der bekannten Endozytoserate und dem neu ermittelten VSG Diffusionskoeffizienten basierte, könnte der Großteil der exozytierten VSGs aus der GT zur Zelloberfläche gelangen, ohne unmittelbar wieder endozytiert zu werden.
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - Einzelmolekülmikroskopie
KW  - Membranproteine
KW  - Diffusionskoeffizient
KW  - Single-molecule fluorescence microscopy
KW  - Single-molecule tracking
KW  - Variant surface glycoprotein
KW  - GPI-anchored protein
KW  - Diffusion coefficient
KW  - Zellskelett
KW  - Zytoskelett
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-275699
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pollerhoff, Lena Katharina
T1  - Age differences in prosociality across the adult lifespan: Insights from self-reports, experimental paradigms, and meta-analyses
T1  - Altersunterschiede in Prosozialität über die erwachsene Lebensspanne hinweg: Erkenntnisse aus Selbstberichten, experimentellen Paradigmen und Meta-Analysen
N2  - Human prosociality, encompassing generosity, cooperation, and volunteering, holds a vital role in our daily lives. Over the last decades, the question of whether prosociality undergoes changes over the adult lifespan has gained increased research attention. Earlier studies suggested increased prosociality in older compared to younger individuals. However, recent meta-analyses revealed that this age effect might be heterogeneous and modest. Moreover, the contributing factors and mechanisms behind these age-related variations remain to be identified. To unravel age-related differences in prosociality, the first study of this dissertation employed a meta-analytical approach to summarize existing findings and provide insight into their heterogeneity by exploring linear and quadratic age effects on self-reported and behavioral prosociality. Additionally, two empirical research studies investigated whether these age-related differences in prosociality were observed in real life, assessed through ecological momentary assessment (Study 2), and in a controlled laboratory setting by applying a modified dictator game (Study 3). Throughout these three studies, potential underlying behavioral and computational mechanisms were explored. The outcome of the meta-analysis (Study 1) revealed small linear age effects on prosociality and significant age group differences between younger and older adults, with higher levels of prosociality in older adults. Explorative evidence emerged in favor of a quadratic age effect on behavioral prosociality, indicating the highest levels in midlife. Additionally, heightened prosocial behavior among middle-aged adults was observed compared to younger adults, whereas no significant differences in prosocial behavior were noted between middle-aged and older adults. Situational and contextual features, such as the setting of the study and specific paradigm characteristics, moderated the age-prosociality relationship, highlighting the importance of the (social) context when studying prosociality. For Study 2, no significant age effect on real-life prosocial behavior was observed. However, evidence for a significant linear and quadratic age effect on experiencing empathy in real life emerged, indicating a midlife peak. Additionally, across all age groups, the link between an opportunity to empathize and age significantly predicted real-life prosocial behavior. This effect, indicating higher levels of prosocial behavior when there was a situation possibly evoking empathy, was most pronounced in midlife. Study 3 presented age differences in how older and younger adults integrate values related to monetary gains for self and others to make a potential prosocial decision. Younger individuals effectively combined both values in a multiplicative fashion, enhancing decision-making efficiency. Older adults showed an additive effect of values for self and other and displayed increased decision-making efficiency when considering the values separately. However, among older adults, individuals with better inhibitory control were better able to integrate information about both values in their decisions. Taken together, the findings of this dissertation offer new insights into the multi-faceted nature of prosociality across adulthood and the mechanisms that help explain these age-related disparities. While this dissertation observed increasing prosociality across the adult lifespan, it also questions the assumption that older adults are inherently more prosocial. The studies highlight midlife as a potential peak period in social development but also emphasize the importance of the (social) context and that different operationalizations might capture distinct facets of prosociality. This underpins the need for a comprehensive framework to understand age effects of prosociality better and guide potential interventions.
N2  - Menschliche Prosozialität beinhaltet Verhaltensweisen wie Großzügigkeit, Kooperation und freiwilliges Engagement und spielt eine entscheidende Rolle in unserem täglichen Leben. In den letzten Jahrzehnten hat die Frage, ob sich Prosozialität über die erwachsene Lebensspanne hinweg verändert, zunehmende Bedeutung in der Forschung erfahren. Frühere Studien zeigten eine erhöhte Prosozialität bei älteren im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen. Meta-Analysen zeigten jedoch, dass dieser Alterseffekt heterogen und geringfügig sein könnte. Zusätzlich sind die Faktoren und Mechanismen, die zu diesen altersbedingten Veränderungen beitragen, noch wenig verstanden. Um die altersbedingten Unterschiede in Prosozialität besser zu charakterisieren, wurde in der ersten Studie dieser Dissertation ein meta-analytischer Ansatz verfolgt, um vorhandene Forschungsergebnisse systematisch zusammenzufassen und Einblicke in die zugrundeliegende Heterogenität zu erhalten. Hierfür wurden lineare und quadratische Alterseffekte auf selbstberichtete und verhaltensbezogene Prosozialität untersucht. Zusätzlich untersuchten zwei empirische Studien, ob diese altersbedingten Unterschiede in prosozialem Verhalten auch im realen Leben durch „ecological momentary assessment“ (wiederholte Selbstberichte im Alltag; Studie 2) und in einer kontrollierten Laboruntersuchung mittels eines modifizierten Diktator-Spiels (Studie 3) beobachtbar sind. Im Rahmen dieser drei Studien wurden zudem potenzielle zugrundeliegende Verhaltens- und komputationale Mechanismen untersucht. Die Ergebnisse der Meta-Analyse (Studie 1) zeigten einen geringfügigen linearen Anstieg von Prosozialität über das erwachsene Alter hinweg und signifikante Unterschiede zwischen jüngeren und älteren Erwachsenen, wobei ältere Erwachsene prosozialer waren. Zusätzlich zeigte eine explorative Analyse einen quadratischen Effekt von Alter auf prosoziales Verhalten, mit den höchsten Werten im mittleren Erwachsenenalter. Darüber hinaus verhielten sich mittelalte Erwachsene prosozialer im Vergleich zu jüngeren Erwachsenen, während keine signifikanten Unterschiede zwischen mittelalten und älteren Erwachsenen gefunden wurden. Situative und kontextuelle Merkmale, wie beispielsweise das Setting der Studie und bestimmte Merkmale des Paradigmas, moderierten den Zusammenhang zwischen Alter und Prosozialität und heben damit die Bedeutung des (sozialen) Kontextes bei der Untersuchung von Prosozialität hervor. Studie 2 konnte keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Alter und prosozialem Verhalten im realen Leben finden. Es zeigte sich jedoch ein signifikanter linearer und quadratischer Alterseffekt auf das Erleben von Empathie im realen Leben, mit den höchsten Werten im mittelern Erwachsenenalter. Zudem zeigte sich, dass der Zusammenhang zwischen der Möglichkeit, in einer Situation Empathie zu empfinden, und dem Alter das Ausmaß an prosozialem Verhalten im realen Leben vorhersagte. Dieser Effekt, d.h. ein höheres Maß an prosozialem Verhalten in Situationen, die Empathie auslösen, war am stärksten im mittleren Erwachsenenalter ausgeprägt. In Studie 3 hingegen wurden Altersunterschiede in der Art und Weise beobachtet, wie ältere und jüngere Erwachsene die Werte potenzieller Gewinne für sich selbst versus für eine andere Person berücksichtigen, um eine mögliche prosoziale Entscheidung zu treffen. Jüngere Erwachsene kombinierten beide Werte auf multiplikative Weise, was zu einer erhöhten Entscheidungseffizienz führte. Ältere Erwachsene zeigten hingegen einen additiven Effekt der Werte für sich selbst und die andere Person auf ihre Entscheidungen und waren effizienter in ihrer Entscheidungsfindung, wenn sie die Werte separat betrachteten. Eine stärkere inhibitorische Kontrolle ermöglichte es älteren Erwachsenen, Informationen beider Werte in ihre Entscheidungsprozesse einzubeziehen. Die Ergebnisse dieser Dissertation liefern wertvolle Erkenntnisse zur vielschichtigen Natur der Prosozialität über die erwachsene Lebensspanne hinweg sowie zu den Mechanismen, die diese altersbedingten Unterschiede erklären können. Obwohl die Ergebnisse eine Zunahme an Prosozialität mit dem Alter stützen, hinterfragen sie auch die Annahme, dass ältere Erwachsene grundsätzlich prosozialer sind. Die einzelnen Studien setzen die Lebensmitte als möglichen Höhepunkt der sozialen Entwicklung in den Fokus, betonen aber auch die Bedeutung des (sozialen) Kontexts sowie die Tatsache, dass unterschiedliche Operationalisierungen möglicherweise unterschiedliche Facetten der Prosozialität erfassen. Dies hebt die Notwendigkeit einer umfassenden Übersichtsarbeit hervor, um Alterseffekte von Prosozialität besser verstehen und mögliche Interventionen erarbeiten zu können.
KW  - Altersunterschied
KW  - prosocial behavior
KW  - adult development
KW  - prosociality
KW  - older adults
KW  - Lebenslauf
KW  - Metaanalyse
KW  - prosocial
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-359445
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bakirci, Ezgi
T1  - Development of \(In\) \(vitro\) Models for Tissue Engineering Applications Using a High-Resolution 3D Printing Technology
T1  - Entwicklung von \(In\) \(vitro\)-Modellen für Tissue-Engineering-Anwendungen mithilfe einer hochauflösenden 3D-Drucktechnologie
N2  - In vitro models mimic the tissue-specific anatomy and play essential roles in personalized medicine and disease treatments. As a sophisticated manufacturing technology, 3D printing overcomes the limitations of traditional technologies and provides an excellent potential for developing in vitro models to mimic native tissue. This thesis aims to investigate the potential of a high-resolution 3D printing technology, melt electrowriting (MEW), for fabricating in vitro models. MEW has a distinct capacity for depositing micron size fibers with a defined design. In this thesis, three approaches were used, including 1) extending the MEW polymer library for different biomedical applications, 2) developing in vitro models for evaluation of cell growth and migration toward the different matrices, and 3) studying the effect of scaffold designs and biochemical cues of microenvironments on cells.

First, we introduce the MEW processability of (AB)n and (ABAC)n segmented copolymers, which have thermally reversible network formulation based on physical crosslinks. Bisurea segments are combined with hydrophobic poly(dimethylsiloxane) (PDMS) or hydrophilic poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) (PPO-PEG-PPO) segments to form the (AB)n segmented copolymers. (ABAC)n segmented copolymers contain all three segments: in addition to bisurea, both hydrophobic and hydrophilic segments are available in the same polymer chain, resulting in tunable mechanical and biological behaviors. MEW copolymers either support cells attachment or dissolve without cytotoxic side effects when in contact with the polymers at lower concentrations, indicating that this copolymer class has potential in biological applications. The unique biological and surface properties, transparency, adjustable hydrophilicity of these copolymers could be beneficial in several in vitro models. 

The second manuscript addresses the design and development of a melt electrowritten competitive 3D radial migration device. The approach differs from most of the previous literature, as MEW is not used here to produce cell invasive scaffolds but to fabricate an in vitro device. The device is utilized to systematically determine the matrix which promotes cell migration and growth of glioblastoma cells. The glioblastoma cell migration is tested on four different Matrigel concentrations using a melt electrowritten radial device. The glioblastoma U87 cell growth and migration increase at Matrigel concentrations 6 and 8 mg mL-1 In the development of this radial device, the accuracy, and precision of melt electrowritten circular shapes were investigated. The results show that the printing speed and design diameter are essential parameters for the accuracy of printed constructs. It is the first instance where MEW is used for the production of in vitro devices. 

The influence of biochemical cues and scaffold designs on astrocytes and glioblastoma is investigated in the last manuscript. A fiber comprising the box and triangle-shaped pores within MEW scaffolds are modified with biochemical cues, including RGD and IKVAV peptides using a reactive NCO-sP(EO-stat-PO) macromer. The results show that astrocytes and glioblastoma cells exhibit different phenotypes on scaffold designs and peptide-coated scaffolds.
N2  - In-vitro-Modelle sind Werkzeuge, die die gewebespezifische Anatomie nachbilden und eine wesentliche Rolle in der personalisierten Medizin und bei der Behandlung von Krankheiten spielen. Als hochentwickelte, multifunktionale Fertigungstechnologie überwindet der 3D-Druck die Grenzen herkömmlicher Technologien und bietet ein hervorragendes Potenzial für die Herstellung von In-vitro-Modellen. Der 3D-Druck ist eine der vielversprechendsten Techniken, um biologische Materialien in einer komplexen Anordnung zusammenzusetzen, die das natürliche Gewebe nachahmt. 

In dieser Arbeit soll das Potenzial der hochauflösenden 3D-Drucktechnologie melt electrowriting (MEW), für die Herstellung von In-vitro-Modellen untersucht werden. Wir konzentrieren uns auf drei Ansätze: 1) die Erweiterung der MEW-Polymerbibliothek für verschiedene biomedizinische Anwendungen, 2) die Entwicklung von In-vitro-Modellen zur Bewertung des Zellwachstums und der Zellmigration in Richtung der verschiedenen Matrizes und 3) die Untersuchung der Auswirkungen von MEW-Gerüstdesigns und biochemischen Faktoren der Mikroumgebung auf Zellen.

Zunächst haben wir die MEW-Verarbeitbarkeit von segmentierten (AB)n- und (ABAC)n-Copolymeren vorgestellt, die eine thermisch reversible Netzwerkformulierung auf der Grundlage physikalischer Vernetzungen aufweisen. Bisurea-Segmente werden mit hydrophoben hydrophobic poly(dimethyl siloxane) (PDMS) oder hydrophilen poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) (PPO-PEG-PPO) Segmenten kombiniert, um die (AB)n segmentierten Copolymere zu bilden. Segmentierte (ABAC)n-Copolymere enthalten alle drei Segmente: Zusätzlich zu den Bisurea-Segmenten sind sowohl hydrophobe als auch hydrophile Segmente in derselben Polymerkette vorhanden, was den segmentierten (ABAC)n-Copolymeren abstimmbare mechanische und biologische Eigenschaften verleiht. MEW-Copolymere unterstützten entweder die Anhaftung an Zellen oder lösten sich ohne zytotoxische Nebenwirkungen auf, wenn sie in niedrigeren Konzentrationen mit ihnen in Berührung kamen, was darauf hindeutet, dass diese Copolymerklasse über umfassende biologische Eigenschaften verfügt. Die einzigartigen biologischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften, die Transparenz und die einstellbare Hydrophilie dieser Copolymere könnten in verschiedenen In-vitro-Modellen von Vorteil sein. 

Das zweite Manuskript befasst sich mit einem durch MEW hergestellten wettbewerbsfähigen 3D-Radialmigrationsdesign. Der Ansatz unterscheidet sich vom Großteil der MEW-Literatur, da MEW nicht zur Herstellung von invasiven Zellgerüsten verwendet wurde, sondern zur Herstellung eines In-vitro-Designs diente. Das Design wurde verwendet, um systematisch die Matrix zu bestimmen, die die Zellmigration und das Wachstum von Glioblastomzellen fördert. Die Migration der Glioblastomzellen wurde auf vier verschiedenen Matrigel-Konzentrationen unter Verwendung einer durch MEW hergestellten Radialvorrichtung getestet. Das Wachstum und die Migration der Glioblastomzellen U87 nahmen bei Matrigelkonzentrationen von 6 und 8 mg mL-1 zu. Wir untersuchten auch die Genauigkeit und Präzision der durch MEW erzeugten Kreisformen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Druckgeschwindigkeit und der Designdurchmesser wesentliche Parameter für die Genauigkeit der gedruckten Konstrukte sind. Die Arbeit ist die erste Studie, die MEW für die Herstellung von In-vitro-Modellen verwendet. 

Im letzten Manuskript wurde der Einfluss von biochemische Funktionalisierung in Kombination mit Gerüstdesigns auf Astrozyten und Glioblastome untersucht. Die kastenförmigen und achteckigen MEW-Gerüste wurden mit biochemischen Wirkstoffen modifiziert, darunter RGD- und IKVAV-Peptide unter Verwendung von reaktivem NCO-sP(EO-stat-PO). Wir fanden heraus, dass Astrozyten und Glioblastomzellen unterschiedliche Phänotypen auf den verschiedenen Designs und mit Peptiden beschichteten Gerüsten aufweisen.
KW  - Melt electrowriting
KW  - 3D-Druck
KW  - 3D printing
KW  - In vitro model
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-251645
ER  - 
TY  - THES
A1  - Adhikari, Bikash
T1  - Targeted degradation of Myc-interacting oncoproteins
T1  - Gezielte Degradation von mit Myc interagierenden Onkoproteinen
N2  - The hallmark oncoprotein Myc is a major driver of tumorigenesis in various human cancer entities. However, Myc’s structural features make it challenging to develop small molecules against it. A promising strategy to indirectly inhibit the function of Myc is by targeting its interactors. Many Myc-interacting proteins have reported scaffolding functions which are difficult to target using conventional occupancy- driven inhibitors. Thus, in this thesis, the proteolysis targeting chimera (PROTAC) approach was used to target two oncoproteins interacting with Myc which promote the oncogenicity of Myc, Aurora-A and WDR5. PROTACs are bifunctional small molecules that bind to the target protein with one ligand and recruit a cellular E3- ligase with the other ligand to induce target degradation via the ubiquitin- proteasome system. So far, the most widely used E3-ligases for PROTAC development are Cereblon (CRBN) and von Hippel–Lindau tumor suppressor (VHL). Furthermore, there are cases of incompatibility between some E3-ligases and proteins to bring about degradation. Hence there is a need to explore new E3- ligases and a demand for a tool to predict degradative E3-ligases for the target protein in the PROTAC field.

In the first part, a highly specific mitotic kinase Aurora-A degrader, JB170, was developed. This compound utilized Aurora-A inhibitor alisertib as the target ligand and thalidomide as the E3-ligase CRBN harness. The specificity of JB170 and the ternary complex formation was supported by the interactions between Aurora-A and CRBN. The PROTAC-mediated degradation of Aurora-A induced a distinct S- phase defect rather than mitotic arrest, shown by its catalytic inhibition. The finding demonstrates that Aurora-A has a non-catalytic role in the S-phase. Furthermore, the degradation of Aurora-A led to apoptosis in various cancer cell lines.

In the second part, two different series of WDR5 PROTACs based on two protein- protein inhibitors of WDR5 were evaluated. The most efficient degraders from both series recruited VHL as a E3-ligase and showed partial degradation of WDR5. In addition, the degradation efficiency of the PROTACs was significantly affected by the linker nature and length, highlighting the importance of linker length and composition in PROTAC design. The degraders showed modest proliferation defects at best in cancer cell lines. However, overexpression of VHL increased the degradation efficiency and the antiproliferative effect of the PROTACs.

In the last part, a rapamycin-based assay was developed to predict the degradative E3-ligase for a target. The assay was validated using the WDR5/VHL and Aurora- A/CRBN pairs. The result that WDR5 is degraded by VHL but not CRBN and Aurora-A is degraded by CRBN, matches observations made with PROTACs. This technique will be used in the future to find effective tissue-specific and essential E3-ligases for targeted degradation of oncoproteins using PROTACs.
Collectively, the work presented here provides a strategy to improve PROTAC development and a starting point for developing Aurora-A and WDR5 PROTACs for cancer therapy.
N2  - Das Onkoprotein Myc ist ein wichtiger Faktor bei der Tumorentstehung in verschiedenen menschlichen Krebsarten. Die strukturellen Merkmale von Myc machen es jedoch schwierig, kleine Moleküle gegen dieses Protein zu entwickeln. Eine vielversprechende Strategie zur indirekten Hemmung der Funktion von Myc besteht darin, auf seine Interaktoren abzuzielen. Viele Proteine, die mit Myc interagieren, haben Gerüstfunktionen, die mit herkömmlichen Inhibitoren nur schwer zu hemmen sind. Daher wurde in dieser Arbeit der PROTAC-Ansatz (Proteolysis Targeting Chimera) verwendet, um zwei Onkoproteine, die mit Myc interagieren und die Onkogenität von Myc fördern, ins Visier zu nehmen: Aurora-A und WDR5. PROTACs sind bifunktionale kleine Moleküle, die mit einem Liganden an das Zielprotein binden und mit dem anderen Liganden eine zelluläre E3-Ligase rekrutieren, um den Abbau des Zielproteins über das Ubiquitin-Proteasom-System einzuleiten. Die bisher am häufigsten verwendeten E3-Ligasen für die Entwicklung von PROTACs sind Cereblon (CRBN) und der von Hippel-Lindau-Tumorsuppressor (VHL). Außerdem gibt es Fälle von Inkompatibilität zwischen einigen E3-Ligasen und Proteinen, die abgebaut werden sollen. Daher besteht die Notwendigkeit, neue E3-Ligasen zu erforschen und Werkzeuge zur Vorhersage abbauender E3-Ligasen für das Zielprotein zu entwickeln.
Im ersten Teil wurde ein hochspezifischer Degrader der mitotischen Kinase Aurora-A, JB170, entwickelt. Bei dieser Verbindung wurde der Aurora-A-Inhibitor Alisertib als Zielligand und Thalidomid als Binder für die E3-Ligase CRBN verwendet. Die Spezifität von JB170 und die ternäre Komplexbildung wurden durch die Wechselwirkungen zwischen Aurora-A und CRBN unterstützt. Der durch PROTAC vermittelte Abbau von Aurora-A führte zu einem deutlichen Defekt in der S-Phase und nicht zu einem mitotischen Stillstand, wie es für dessen katalytische Hemmung beobachtet wurde. Dies zeigt, dass Aurora-A eine nicht-katalytische Funktion in der S-Phase hat. Außerdem führte der Abbau von Aurora-A in verschiedenen Krebszelllinien zur Apoptose.
Im zweiten Teil wurden zwei verschiedene Serien von WDR5 PROTACs auf der Grundlage von zwei Protein-Protein-Inhibitoren von WDR5 untersucht. Die effizientesten Degrader aus beiden Serien rekrutierten VHL als E3-Ligase und zeigten einen teilweisen Abbau von WDR5. Darüber hinaus wurde die Abbaueffizienz der PROTACs erheblich von der Art und Länge des Linkers beeinflusst, was die Bedeutung der Linkerlänge und -zusammensetzung bei der Entwicklung von PROTACs unterstreicht. Die Abbauprodukte zeigten bestenfalls bescheidene Proliferationsdefekte in Krebszelllinien. Eine Überexpression von VHL erhöhte jedoch die Abbaueffizienz und den antiproliferativen Effekt der PROTACs.
Im letzten Teil wurde ein auf Rapamycin basierender Assay entwickelt, um die abbauende E3-Ligase für ein Target vorherzusagen. Der Assay wurde anhand der Paare WDR5/VHL und Aurora-A/CRBN validiert. Das Ergebnis, dass WDR5 von VHL, aber nicht von CRBN abgebaut wird und Aurora-A von CRBN abgebaut wird, stimmt mit den Beobachtungen überein, die mit PROTACs gemacht wurden. Diese Technik wird in Zukunft eingesetzt werden, um wirksame gewebespezifische und essentielle E3-Ligasen für den gezielten Abbau von Onkoproteinen mit Hilfe von PROTACs zu finden.
Insgesamt bieten die hier vorgestellten Arbeiten eine Strategie zur Verbesserung der PROTAC-Entwicklung und einen Ausgangspunkt für die Entwicklung von Aurora-A- und WDR5-PROTACs für die Krebstherapie.
KW  - Degradation
KW  - PROTACs
KW  - Oncoprotein
KW  - Cancer
KW  - Onkoprotein
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317326
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dekant, Raphael H.
T1  - Species-differences in the \(in\) \(vitro\) biotransformation of trifluoroethene (HFO-1123)
T1  - Speziesunterschiede in der \(in\) \(vitro\) Biotransformation von Trifluorethen (HFO-1123)
N2  - 1,1,2-trifluoroethene (HFO-1123) is intended for use as a refrigerant. Inhalation studies on HFO-1123 in rats suggested a low potential for toxicity, with no-observed-adverse-effect levels greater then 20,000 ppm. However, single inhalation exposure of Goettingen Minipigs  and New Zealand White Rabbits resulted in mortality. It was assumed that conjugation of HFO-1123 with glutathione, via glutathione S-transferase, gives rise to S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-glutathione (1123-GSH), which is then transformed to the corresponding cysteine S-conjugate (S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-cysteine, 1123-CYS). Subsequent beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS may result in monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase. Species-differences in 1123-GSH formation and 1123-CYS cleavage to MFA may explain species-differences in HFO-1123 toxicity.
This study was designed to test the hypothesis, that GSH-dependent biotransformation and subsequent beta-lyase mediated formation of monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase in the citric acid cycle, may play a key role in HFO-1123 toxicity and to evaluate if species-differences in the extent of MFA formation may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. The overall objective was to determine species-differences in HFO-1123 biotransformation in susceptible vs. less susceptible species and humans as a basis for human risk assessment.
To this end, in vitro biotransformation of HFO-1123 and 1123-CYS was investigated in renal and hepatic subcellular fractions of mice, rats, humans, Goettingen Minipigs and NZW Rabbits. Furthermore, cytotoxicity and metabolism of 1123-CYS was assessed in cultured renal epithelial cells. Enzyme kinetic parameters for beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS in renal and hepatic cytosolic fractions were determined, and 19F-NMR was used to identify fluorine containing metabolites arising from 1123-CYS cleavage. Quantification of 1123-GSH formation in hepatic S9 fractions after incubation with HFO-1123 was performed by LC-MS/MS and hepatic metabolism of HFO-1123 was monitored by 19F-NMR.
Rates of 1123-GSH formation were increased in rat, mouse and NZW Rabbit compared to human and Goettingen hepatic S9, indicating increased GSH dependent biotransformation in rats, mouse and NZW Rabbits. NZW Rabbit hepatic S9 exhibited increased 1123-GSH formation in the presence compared to the absence of acivicin, a specific gamma-GT inhibitor. This indicates increased gamma-GT mediated cleavage of 1123-GSH in NZW Rabbit hepatic S9 compared to the other species. 19F-NMR confirmed formation of 1123-GSH as the main metabolite of GSH mediated biotransformation of HFO-1123 in hepatic S9 fractions next to F-. Increased F- formation was detected in NZW Rabbit and Goettingen Minipig hepatic S9 in the presence of an NADPH regenerating system, indicating a higher rate of CYP-450 mediated metabolism in these species. Based on these findings, it is possible that CYP-450 mediated metabolism may contribute to HFO-1123 toxicity.
In contrast to the increased formation of 1123-GSH in rat, mouse and NZW Rabbit hepatic S9 (compared to human and Goettingen Minipig), enzyme kinetic studies revealed a significantly higher beta-lyase activity towards 1123-CYS in renal cytosol of Goettingen Minipigs compared to cytosol from rats, mice, humans and NZW Rabbits. However, beta-lyase cleavage in renal NZW Rabbit cytosol was slightly increased compared to rat, mouse and human renal cytosols. 19F-NMR analysis confirmed increased time-dependent formation of MFA in renal Goettingen Minipig cytosol and NZW Rabbit (compared to human and rat cytosolic fractions). Three structurally not defined MFA-derivatives were detected exclusively in NZW Rabbit and Goettingen Minipig cytosols. Also, porcine kidney cells were more sensitive to cytotoxicity of 1123-CYS compared to rat and human kidney cells. 
Overall, increased beta-lyase mediate cleavage of 1123-CYS to MFA in Goettingen Minipig and NZW Rabbit kidney (compared to human and rat) may support the hypothesis that enzymatic cleavage by beta-lyases may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. However, the extent of GST mediated biotransformation in the liver as the initial step in HFO-1123 metabolism does not fully agree with this hypothesis, since 1123-GSH formation occurs at higher rates in rat, mouse and NZW Rabbit S9 as compared to the Goettingen Minipig.
Based on the inconsistencies between the extent of GST and beta-lyase mediated biotransformation of HFO-1123 obtained by this study, a decisive statement about an increased biotransformation of HFO-1123 in susceptible species with a direct linkage to the species-specific toxicity cannot be drawn. Resulting from this, a clear and reliable conclusion regarding the risk for human health originating from HFO-1123 cannot be made. However, considering the death of Goettingen Minipigs and NZW Rabbits after inhalation exposure of HFO-1123 at concentrations great than 500 ppm and greater than 1250 ppm, respectively, this indicates a health concern for humans under peak exposure conditions. For a successful registration of HFO-1123 and its use as a refrigerant, further in vitro and in vivo investigations addressing uncertainties in the species-specific toxicity of HFO-1123 are urgently needed.
N2  - 1,1,2-Trifluorethen (HFO-1123) besitzt hervorragende klimatische und thermische Eigenschaften für den Einsatz als Kühlmittel. In Inhalationsstudien an Ratten, Kaninchen und Schweinen, die im Rahmen der regulatorischen Toxizitätsprüfung durchgeführt wurden, konnten ausgeprägte Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 nachgewiesen werden. In Ratten zeigte HFO-1123 ein geringes Potential für akute und chronische Toxizität, mit NOAELs („No-Observed-Adverse-Effect Level“) größer als 20.000 ppm. Im Gegensatz dazu führte die einmalige HFO-1123 Exposition von Goettingen Minischweinen und Weißen Neuseeländer Kaninchen zum Tod von Versuchstieren. Bereits die niedrigste verwendete Raumkonzentrationen von 65 ppm führten bei Goettingen Minischweinen zu ausgeprägter Toxizität (Kardiotoxizität, Neurotoxizität). Auf Grundlage der inhalativen Toxizität, sowie detaillierter Kenntnis der Biotransformation strukturverwandten Substanzen wurde vermutet, dass Speziesunterschiede in der Toxizität auf einer speziesspezifischen Biotransformation von HFO-1123 beruhen. Der erste Schritt in der vermuteten Bioaktivierung von HFO-1123 könnte demnach eine Glutathion S-transferase abhänge Konjugation mit Glutathion beinhalten und zur Bildung von S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Glutathion (1123-GSH) führen. Das gebildete Glutathion-Konjugat könnte gamma-Glutamyltransferase, sowie Dipeptidase und Aminotransferase abhängig zu seinem korrespondierenden Cystein S-Konjugat, S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Cysteine (1123-CYS) abgebaut werden. Wie andere Cystein S-Konjugate mit elektronegativen Substituenten am Schwefelatom, könnte dieses mittels Cysteinkonjugat-beta-Lyasen (beta-Lyasen) zu einem Thionoacylfluorid- Intermediat umgewandelt werden. Nach Hydrolyse entsteht voraussichtlich Monofluoressigsäure (MFA) als stabiler Metabolit. MFA greift in den Zitronensäurezyklus ein, indem das Enzym Aconitase irreversible gehemmt wird. Die Hemmung der Aconitase führt zu einem Abbruch des Zitronensäurezyklus und somit zu einem erheblichen Eingriff in die Energiegewinnung des Organismus. Speziesunterschiede in der Bildung von 1123-GSH sowie der Spaltung von 1123-CYS zu MFA könnten die speziespezifische Toxizität von HFO-1123 erklären.
Ziel dieser Arbeit war es die im vorherigen Absatz aufgestellte Arbeitshypothese, einer Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123, gefolgt von einer beta-Lyase vermittelten Bildung von MFA zu überprüfen um deren Beitrag in der speziesspezifischen Toxizität von HFO-1123 einzuschätzen. Unterschiede im Ausmaß der Bildung von MFA könnten ursächlich für die Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 sein. Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen als Grundlage für die Risikobewertung von HFO-1123 im Menschen dienen.
Im Rahmen dieser Arbeit, wurde die in vitro Biotransformation von HFO-1123 und 1123-CYS in subzellulären Fraktionen von Leber und Niere der Spezies Ratte, Maus, Goettingen Minischwein, Kaninchen und Mensch untersucht. Zusätzlich wurde die Zytotoxizität und der Metabolismus von 1123-CYS in Nierenepithelzellen überprüft. Die Bildung von 1123-GSH wurde mittel LC-MS/MS in hepatischen S9 Fraktionen quantitativ bestimmt und die Entstehung weiterer Metabolite mittels 19F-NMR analysiert. Weiterhin wurde die Enzymkinetik der beta-Lyase vermittelten Spaltung von 1123-CYS in cytosolischen Leberfraktionen bestimmt und fluorhaltige Metabolite dieser Spaltung mittels 19F-NMR aufgezeichnet.
In Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und WN Kaninchen wurde eine gesteigerte Bildung von 1123-GSH im Vergleich zu S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen beobachtet. Dies deutet auf eine gesteigerte Glutathion-abhängige Biotransformation in Ratten, Mäusen und WN Kaninchen hin. Zusätzlich zeigten Leber S9 Fraktionen von WN Kaninchen eine erhöhte Bildung von 1123-GSH in Anwesenheit von Acivicin, einem spezifischen gamma-GT Inhibitor. Dies deutet auf eine gesteigerte gamma-GT abhängige Spaltung von 1123-GSH in hepatischen S9 Fraktionen von WN Kaninchen hin. Zusätzlich bestätigten 19F-NMR Untersuchungen - neben anorganischem Fluorid (F-) - 1123-GSH als Hauptmetaboliten der Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123. Die erhöhte Bildung von F- in Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen in Anwesenheit eines NADPH regenerierenden Systems, deutet weiterhin auf eine gesteigerte CYP-450 vermittelte Biotransformation in diesen Spezies hin. Jedoch ist der Beitrag der CYP-450 vermittelten Biotransformation von HFO-1123 zur speziesspezifischen Toxizität nicht geklärt.
Im Gegensatz zur gesteigerten Bildung von 1123-GSH in Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und Kaninchen (verglichen mit Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen), wurde in enzymkinetischen Untersuchungen eine erhöhte beta-Lyase Aktivität gegenüber 1123-CYS in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Ratten, Mäusen, Menschen und WN Kaninchen beobachtet. Trotz der niedrigeren beta-Lyase Aktivität in WN Kaninchen (verglichen mit Goettingen Minischwein), zeigte diese zytosolische Fraktion eine leicht erhöhte Aktivität im Vergleich zu Nierenzytosol von Ratten, Mäusen und Menschen. Im Einklang damit wurde eine erhöhte Bildung von MFA in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen (im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Menschen und Ratten) mittels 19F-NMR beobachtet. Interessanterweise wurde ausschließlich im Zytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Bildung von drei strukturell nicht charakterisierten MFA-Derivaten nachgewiesen. Unterstützt wird die erhöhte beta-Lyase Aktivität in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen durch eine erhöhte Zytotoxizität von 1123-CYS in Nierenepithelzellen von Schweinen (Verglichen mit humanen und Ratten Nierenzellen).
Grundsätzlich bestätigt die erhöhte beta-Lyase abhängige Spaltung von 1123-CYS zu MFA in Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Annahme, dass eine beta-Lyase vermittelte Spaltung von 1123-CYS einen wichtigen Beitrag zur Toxizität von HFO-1123 leistet. Jedoch steht dem eine verminderte GST vermittelte Bildung von 1123-GSH in Goettingen Minischwein Leber S9 Fraktionen im Vergleich zu Ratten, Maus und WN Kaninchen entgegen.
Auf Basis der bisher erhobenen Daten ist der Beitrag der Glutathion-abhängigen und beta-Lyase vermittelten Biotransformation zur Toxizität von HFO-1123 nicht abschließend geklärt und lässt eine eindeutige Aussage über eine vermehrte Biotransformation von HFO-1123 zu toxischen Metaboliten in empfindlichen Spezies im Zusammenhang mit der speziesspezifischen Toxizität nicht zu. Diese Unsicherheiten lassen keine Rückschlüsse über das Ausmaß der Biotransformation und Toxizität im Menschen zu. Für die Registrierung von HFO-1123 und seiner zukünftigen Verwendung als Kühlmittel sind weiter in vitro und in vivo Untersuchungen nötig, um die Sicherheit bei der Verwendung von HFO-1123 für die menschliche Gesundheit zu gewährleisten.
KW  - Biotransformation
KW  - Risikoanalyse
KW  - 19F-NMR
KW  - LC-MS/MS
KW  - Mercapturic acid pathway
KW  - Trifluoroethene
KW  - HFO-1123
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-314035
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chen, Xinyu
T1  - How natural walking changes occipital alpha oscillations and concurrently modulates cognitive processes
T1  - Die Auswirkungen natürlichen Gehens auf okzipitale Alpha-Oszillationen bei gleichzeitiger Modulation kognitiver Prozesse
N2  - Humans actively interact with the world through a wide range of body movements. To understand human cognition in its natural state, we need to incorporate ecologically relevant body movement into our account. One fundamental body movement during daily life is natural walking. Despite its ubiquity, the impact of natural walking on brain activity and cognition has remained a realm underexplored.
In electrophysiology, previous studies have shown a robust reduction of ongoing alpha power in the parieto-occipital cortex during body movements. However, what causes the reduction of ongoing alpha, namely whether this is due to body movement or prevalent sensory input changes, was unknown. To clarify this, study 1 was performed to test if the alpha reduction is dependent on visual input. I compared the resting state alpha power during natural walking and standing, in both light and darkness. The results showed that natural walking led to decreased alpha activity over the occipital cortex compared to standing, regardless of the lighting condition. This suggests that the movement-induced modulation of occipital alpha activity is not driven by visual input changes during walking. I argue that the observed alpha power reduction reflects a change in the state of the subject based on disinhibition induced by walking. Accordingly, natural walking might enhance visual processing and other cognitive processes that involve occipital cortical activity.
I first tested this hypothesis in vision. Study 2 was performed to examine the possible effects of natural walking across visual processing stages by assessing various neural markers during different movement states. The findings revealed an amplified early visual response, while a later visual response remain unaffected. A follow-up study 3 replicated the walking-induced enhancement of the early visual evoked potential and showed that the enhancement was dependent on specific stimulus-related parameters (eccentricity, laterality, distractor presence). Importantly, the results provided evidence that the enhanced early visual responses are indeed linked to the modulation of ongoing occipital alpha power. Walking also modulated the stimulus-induced alpha power. Specifically, it showed that when the target appeared in the fovea area without a distractor, walking exhibited a significantly reduced modulation of alpha power, and showed the largest difference to standing condition. This effect of eccentricity indicates that during later visual processing stages, the visual input in the fovea area is less processed than in peripheral areas while walking.
The two visual studies showed that walking leads to an enhancement in temporally early visual processes which can be predicted by the walking-induced change in ongoing alpha oscillation likely marking disinhibition. However, while walking affects neural markers of early sensory processes, it does not necessarily lead to a change in the behavioural outcome of a sensory task. The two visual studies suggested that the behavioural outcome seems to be mainly based on later processing stages.
To test the effects of walking outside the visual domain, I turned to audition in study 4. I investigated the influence of walking in a particular path vs. simply stepping on auditory processing. Specifically, the study tested whether enhanced processing due to natural walking can be found in primary auditory brain activity and whether the processing preferences are dependent on the walking path. In addition, I tested whether the changed spatial processing that was reported in previous visual studies can be seen in the auditory domain. The results showed enhanced sensory processing due to walking in the auditory domain, which was again linked to the modulation of occipital alpha oscillation. The auditory processing was further dependent on the walking path. Additionally, enhanced peripheral sensory processing, as found in vision, was also present in audition.
The findings outside vision supported the idea of natural walking affecting cognition in a rather general way. Therefore in my study 5, I examined the effect of natural walking on higher cognitive processing, namely divergent thinking, and its correlation with the modulation of ongoing alpha oscillation. I analyzed alpha oscillations and behavioural performance during restricted and unrestricted movement conditions while subjects completed a Guilford's alternate uses test. The results showed that natural walking, as well as missing body restriction, reduces the occipital alpha ongoing power independent of the task phase which goes along with higher test scores. The occipital alpha power reduction can therefore be an indicator of a changed state that allows improved higher cognitive processes.
In summary, the research presented in this thesis highlights that natural walking can change different processes in the visual and auditory domain as well as higher cognitive processes. The effect can be attributed to the movement of natural walking itself rather than to changes in sensory input during walking. The results further indicate that the walking-induced modulation of ongoing occipital alpha oscillations drives the cognitive effects. We therefore suggest that walking changes the inhibitory state which can influence awareness and attention. Such a mechanism could facilitate an adaptive enhancement in cognitive processes and thereby optimize movement-related behaviour such as navigation.
N2  - Menschen interagieren aktiv mit der Welt durch eine breite Palette von Körperbewegungen. Um die menschliche Kognition in ihrem natürlichen Zustand zu verstehen, müssen wir ökologisch relevante Körperbewegungen in unsere Betrachtung einbeziehen. Eine grundlegende Körperbewegung im täglichen Leben ist das natürliche Gehen. Trotz seiner Allgegenwärtigkeit ist die Auswirkung des natürlichen Gehens auf die Gehirnaktivität und die Kognition weitgehend unerforscht geblieben.
In der Elektrophysiologie haben frühere Studien eine robuste Reduktion der laufenden Alpha-Leistung im parieto-okzipitalen Cortex während Körperbewegungen gezeigt. Es war jedoch unbekannt, was die Reduktion des laufenden Alpha verursacht, nämlich ob dies auf Körperbewegung oder vorherrschende sensorische Eingangsänderungen zurückzuführen ist. Um dies zu klären, wurde Studie 1 durchgeführt, um zu testen, ob die Alpha-Reduktion von visuellem Input abhängig ist. Ich verglich die Alpha-Leistung im Ruhezustand beim natürlichen Gehen und Stehen, sowohl bei Licht als auch im Dunkeln. Die Ergebnisse zeigten, dass natürliches Gehen zu einer verminderten Alpha-Aktivität über dem okzipitalen Cortex im Vergleich zum Stehen führte, unabhängig von den Lichtverhältnissen. Dies legt nahe, dass die bewegungsinduzierte Modulation der okzipitalen Alpha-Aktivität nicht durch visuelle Veränderungen während des Gehens verursacht wird. Ich argumentiere, dass die beobachtete Reduktion der Alpha-Leistung eine Veränderung des Zustands der Versuchsperson aufgrund der durch das Gehen induzierten Hemmung widerspiegelt. Natürliches Gehen könnte daher die visuelle Verarbeitung und andere kognitive Prozesse, die die Aktivität des okzipitalen Cortex umfassen, verstärken.
Ich habe diese Hypothese zuerst im Bereich der Vision getestet. Studie 2 wurde durchgeführt, um die möglichen Auswirkungen des natürlichen Gehens auf verschiedene neurale Marker in verschiedenen Bewegungszuständen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten eine verstärkte frühe visuelle Reaktion, während eine spätere visuelle Reaktion unverändert blieb. Eine Nachfolgestudie 3 replizierte die durch das Gehen induzierte Verstärkung des frühen visuellen ereigniskorrelierten Potenzials und zeigte, dass die Verstärkung von spezifischen stimuliabhängigen Parametern abhängig war (Exzentrizität, Lateralität, Vorhandensein von Störreizen). Die Ergebnisse lieferten wichtige Hinweise darauf,dass die verstärkten frühen visuellen Reaktionen tatsächlich mit der Modulation der laufenden Alpha-Leistung im okzipitalen Cortex zusammenhängen. Das Gehen modulierte auch die stimuliinduzierte Alpha-Leistung. Insbesondere zeigte sich, dass bei Erscheinen des Ziels im fovealen Bereich ohne Störreiz das Gehen eine signifikant reduzierte Modulation der Alpha-Leistung aufwies und den größten Unterschied zum Stehzustand zeigte. Dieser Exzentrizitätseffekt deutet darauf hin, dass während späterer visueller Verarbeitungsstadien die visuelle Eingabe im Fovealbereich weniger verarbeitet wird als in peripheren Bereichen während des Gehens.
Die beiden visuellen Studien zeigten, dass Gehen zu einer Verstärkung früher visueller Prozesse führt, die durch die durch das Gehen verursachte Veränderung der laufenden Alpha-Oszillation wahrscheinlich markiert werden. Allerdings beeinflusst Gehen zwar neuronale Marker früher sensorischer Prozesse, führt aber nicht zwangsläufig zu einer Veränderung des Verhaltensergebnisses einer sensorischen Aufgabe. Die beiden visuellen Studien legen nahe, dass das Verhaltensergebnis hauptsächlich auf späteren Verarbeitungsstadien beruht.
Um die Auswirkungen des Gehens außerhalb des visuellen Bereichs zu testen, wandte ich mich in Studie 4 der Auditierung zu. Ich untersuchte den Einfluss des Gehens auf einen bestimmten Pfad im Vergleich zum einfachen Schritt auf die auditive Verarbeitung. Die Studie testete speziell, ob eine verbesserte Verarbeitung aufgrund des natürlichen Gehens in der primären auditorischen Hirnaktivität gefunden werden kann und ob die Verarbeitungspräferenzen vom Gehpfad abhängen. Darüber hinaus habe ich getestet, ob die in früheren visuellen Studien berichtete veränderte räumliche Verarbeitung auch im auditiven Bereich beobachtet werden kann. Die Ergebnisse zeigten eine verbesserte sensorische Verarbeitung aufgrund des Gehens im auditiven Bereich, die erneut mit der Modulation der okzipitalen Alpha-Oszillation in Verbindung stand. Die auditive Verarbeitung war auch vom Gehpfad abhängig. Darüber hinaus wurde eine verbesserte periphere sensorische Verarbeitung, wie sie in der Vision gefunden wurde, auch in der Auditierung beobachtet.
Die außerhalb des visuellen Bereichs gefundenen Ergebnisse unterstützen die Idee, dass natürliches Gehen die Kognition auf eher allgemeine Weise beeinflusst. Daher habe ich in meiner Studie 5 die Wirkung des natürlichen Gehens auf höhere kognitive Prozesse untersucht, nämlich das divergente Denken, und seine Korrelation mit der Modulation der laufenden Alpha-Oszillation. Ich analysierte Alpha-Oszillationen und Verhaltensleistungen während eingeschränkter und uneingeschränkter Bewegungsbedingungen, während Versuchspersonen einen Guilford-Test für alternative Verwendungsmöglichkeiten absolvierten. Die Ergebnisse zeigten, dass natürliches Gehen sowie das Fehlen von Körperbeschränkungen die laufende Alpha-Leistung im okzipitalen Bereich unabhängig von der Aufgabenphase reduziert, was mit höheren Testergebnissen einhergeht. Die Reduktion der okzipitalen Alpha-Leistung kann daher ein Indikator für einen veränderten Zustand sein, der eine Verbesserung der höheren kognitiven Prozesse ermöglicht.
Zusammenfassend hebt die in dieser Arbeit präsentierte Forschung hervor, dass natürliches Gehen verschiedene Prozesse im visuellen und auditiven Bereich sowie höhere kognitive Prozesse verändern kann. Die Wirkung kann auf die Bewegung des natürlichen Gehens selbst zurückgeführt werden, und nicht auf Veränderungen im sensorischen Input während des Gehens. Die Ergebnisse deuten weiterhin darauf hin, dass die durch das Gehen verursachte Modulation laufender Alpha-Oszillationen im okzipitalen Bereich die kognitiven Effekte antreibt. Daher schlagen wir vor, dass Gehen den hemmenden Zustand verändert, der das Bewusstsein und die Aufmerksamkeit beeinflussen kann. Ein solcher Mechanismus könnte eine adaptive Verbesserung in kognitiven Prozessen fördern und somit verhaltensbezogene Bewegungen wie die Navigation optimieren.
KW  - Walking
KW  - Alpha power
KW  - Mobie EEG
KW  - Body movement
KW  - Cognitive processing
KW  - Natural walking
KW  - Kognition
KW  - Cognition
KW  - Alpha
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-352958
ER  - 
TY  - THES
A1  - Karwen, Till
T1  - Platelets promote insulin secretion of pancreatic β-cells
T1  - Thrombozyten fördern die Insulinsekretion von pankreatischen β-Zellen
N2  - The pancreas is the key organ for the maintenance of euglycemia. This is regulated in particular by α-cell-derived glucagon and β-cell-derived insulin, which are released in response to nutrient deficiency and elevated glucose levels, respectively. Although glucose is the main regulator of insulin secretion, it is significantly enhanced by various potentiators.
Platelets are anucleate cell fragments in the bloodstream that are essential for hemostasis to prevent and stop bleeding events. Besides their classical role, platelets were implemented to be crucial for other physiological and pathophysiological processes, such as cancer progression, immune defense, and angiogenesis. Platelets from diabetic patients often present increased reactivity and basal activation. Interestingly, platelets store and release several substances that have been reported to potentiate insulin secretion by β-cells. For these reasons, the impact of platelets on β-cell functioning was investigated in this thesis.
Here it was shown that both glucose and a β-cell-derived substance/s promote platelet activation and binding to collagen. Additionally, platelet adhesion specifically to the microvasculature of pancreatic islets was revealed, supporting the hypothesis of their influence on glucose homeostasis. Genetic or pharmacological ablation of platelet functioning and platelet depletion consistently resulted in reduced insulin secretion and associated glucose intolerance. Further, the platelet-derived lipid fraction was found to enhance glucose-stimulated insulin secretion, with 20-hydroxyeicosatetraenoic acid (20-HETE) and possibly also lyso-precursor of platelet-activating factor (lysoPAF) being identified as crucial factors. However, the acute platelet-stimulated insulin secretion was found to decline with age, as did the levels of platelet-derived 20-HETE. In addition to their direct stimulatory effect on insulin secretion, specific defects in platelet activation have also been shown to affect glucose homeostasis by potentially influencing islet vascular development. Taking together, the results of this thesis suggest a direct and indirect mechanism of platelets in the regulation of insulin secretion that ensures glucose homeostasis, especially in young individuals.
N2  - Der Pankreas ist das Schlüsselorgan für die Aufrechterhaltung der Glukosehomöostase. Diese wird insbesondere durch das von α-Zellen stammende Glukagon und von β-Zellen stammende Insulin reguliert, die als Reaktion auf Nährstoffmangel beziehungsweise erhöhte Glukosespiegel freigesetzt werden. Obwohl Glukose der Hauptregulator der Insulinsekretion ist, wird sie durch verschiedene Potentiatoren erheblich gesteigert.
Thrombozyten sind kernlose Zellfragmente im Blutkreislauf, die für die Hämostase unerlässlich sind. Neben ihrer klassischen Funktion sind sie auch an anderen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt, etwa an der Tumorentwicklung, der Immunabwehr und der Angiogenese. Thrombozyten von Diabetikern weisen häufig eine erhöhte Reaktivität und basale Aktivierung auf. Außerdem speichern und sekretieren sie Substanzen, von denen bekannt ist, dass sie die Insulinsekretion durch β-Zellen verstärken. Aus diesen Gründen wurde in dieser Arbeit der Einfluss von Thrombozyten auf die Funktion von β-Zellen untersucht.
Es konnte gezeigt werden, dass sowohl Glukose als auch eine aus β-Zellen stammende Substanz/en die Thrombozytenaktivierung und die Bindung an Kollagen fördern. Darüber hinaus wurde eine spezifische Thrombozytenadhäsion an der Mikrovaskulatur der pankreatischen Inseln festgestellt, was die Hypothese ihres Einflusses auf die Glukosehomöostase unterstützt. Eine genetische oder pharmakologische Ablation der Thrombozytenfunktion sowie eine Depletion von Thrombozyten führten zu einer verminderten Insulinsekretion und einer damit verbundenen Glukoseintoleranz. Hierbei erwies sich die Lipidfraktion von Thrombozyten als essentieller Potentiator für die glukosestimulierte Insulinsekretion, wobei 20-Hydroxyeicosatetraensäure (20-HETE) und die Lyso-Vorstufe des Plättchen-Aktivierenden Faktors (LysoPAF) als entscheidende Faktoren identifiziert werden konnten. Weiterhin wurde festgestellt, dass sowohl der direkte stimulierende Effekt von Thrombozyten auf die Insulinsekretion, als auch deren 20-HETE Sekretion mit zunehmendem Alter abnimmt. Thrombozyten beeinflussten außerdem die Inselvaskularisierung, welche mutmaßlich zusätzlich zu Glukoseintoleranz führt. Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Arbeit auf einen direkten und indirekten Mechanismus der Thrombozyten bei der Regulierung der Insulinsekretion hin, der die Glukosehomöostase insbesondere bei jungen Menschen gewährleistet.
KW  - platelet
KW  - β cell
KW  - insulin
KW  - pancreas
KW  - diabetes
KW  - Thrombozyt
KW  - Insulinsekretion
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313933
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