TY  - THES
A1  - Schwedhelm, Ivo Peter
T1  - A non-invasive microscopy platform for the online monitoring of hiPSC aggregation in suspension cultures in small-scale stirred tank bioreactors
T1  - Entwicklung und Etablierung einer Mikroskopieplattform zur zerstörungsfreien Messung der Aggregierung von hiPSCs in kleinmaßstäbigen Bioreaktor-Suspensionskulturen
N2  - The culture of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) at large-scale becomes feasible with the aid of scalable suspension setups in continuously stirred tank reactors (CSTRs). Suspension cul- tures of hiPSCs are characterized by the self-aggregation of single cells into macroscopic cell aggre- gates that increase in size over time. The development of these free-floating aggregates is dependent on the culture vessel and thus represents a novel process parameter that is of particular interest for hiPSC suspension culture scaling. Further, aggregates surpassing a critical size are prone to spon- taneous differentiation or cell viability loss. In this regard, and, for the first time, a hiPSC-specific suspension culture unit was developed that utilizes in situ microscope imaging to monitor and to characterize hiPSC aggregation in one specific CSTR setup to a statistically significant degree while omitting the need for error-prone and time-intensive sampling. For this purpose, a small-scale CSTR system was designed and fabricated by fused deposition modeling (FDM) using an in-house 3D- printer. To provide a suitable cell culture environment for the CSTR system and in situ microscope, a custom-built incubator was constructed to accommodate all culture vessels and process control devices. Prior to manufacture, the CSTR design was characterized in silico for standard engineering parameters such as the specific power input, mixing time, and shear stress using computational fluid dynamics (CFD) simulations. The established computational model was successfully validated by comparing CFD-derived mixing time data to manual measurements. Proof for system functionality was provided in the context of long-term expansion (4 passages) of hiPSCs. Thereby, hiPSC aggregate size development was successfully tracked by in situ imaging of CSTR suspensions and subsequent automated image processing. Further, the suitability of the developed hiPSC culture unit was proven by demonstrating the preservation of CSTR-cultured hiPSC pluripotency on RNA level by qRT-PCR and PluriTest, and on protein level by flow cytometry.
N2  - Die Vermehrung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) im Indus- triemaßstab wird durch skalierbare Bioprozesse in aktiv durchmischten Rührkessel-Bioreaktoren (CSTRs) ermöglicht. Hierbei zeichnet sich das Wachstum von hiPSCs durch die charakteristische Bildung von sphäroidischen Zellaggregaten aus, deren Durchmesser sich im Laufe der Kultivierung vergrößert. Die Agglomeration von hiPSCs ist sowohl abhängig vom Grad der Durchmischung als auch vom jeweiligen Kulturgefäß, und stellt somit einen wichtigen Prozessparameter dar, welcher während der Prozessskalierung berücksichtigt werden muss. Weiterhin weisen hiPSCs in Aggregaten, welche eine kritische Größe überschreiten, eine erhöhte Wahrscheinlichkeit auf, ihre Pluripotenz zu verlieren oder hinsichtlich ihrer Viabilität beeinträchtigt zu werden. Auf Grundlage dessen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Plattform für die Durchführung von hiPSCs-Suspensionskulturen en- twickelt, welche die zerstörungsfreie Überwachung des hiPSC-Aggregatwachstums in Echtzeit durch den Einsatz von in situ-Mikroskopie ermöglicht. Neben den eigens entworfenen Bioreaktoren, welche zum Großteil aus 3D-gedruckten Komponenten bestehen, wurde eine Peripherie in Form eines Inkubator-Prototyps entwickelt und konstruiert, welcher die Unterbringung der Bioreaktoren, der Systemkomponenten zur Erzeugung von Zellkulturbedingungen sowie einer in situ-Mikroskop- Spezialanfertigung gewährleistet. Als Ausgangspunkt der Entwicklung des CSTR Systems diente ein Strömungssimulationsmodell, welches dazu verwendet wurde, prozesstechnische Kennzahlen zu er- mitteln um das CSTR System hinsichtlich des spezifischen Leistungseintrags, der Mischzeit und der Scherbelastung zu charakterisieren. Das erstellte Simulationsmodell wurde zudem erfolgreich an- hand eines Messdatenabgleichs der Mischzeit hinsichtlich seiner Aussagekraft validiert. Des Weit- eren wurde die Funktionsfähigkeit des gesamten Systems durch Langzeitversuche belegt. Hierbei wurden hiPSCs in den entwickelten Bioreaktoren über einen Zeitraum von vier Passagen expandiert und das Aggregatwachstum mittels in situ-Mikroskopie in Kombination mit einer automatisierten Bildauswertung beschrieben. Überdies hinaus wurde die Qualität der kultivierten hiPSCs hinsichtlich ihrer Differenzierungskapazität durch den Nachweis von Pluripotenzmarkern auf RNA (qRT-PCR und PluriTest) sowie Proteinebene (Durchflusszytometrie) untersucht.
KW  - Induzierte pluripotente Stammzelle
KW  - Mikroskopie
KW  - Suspensionskultur
KW  - Aggregation
KW  - in situ microscopy
KW  - bioreactor
KW  - hiPSC aggregation
KW  - Bioreaktor
KW  - iPSC
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192989
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tiffe, Theresa
T1  - Prävalenz und Determinanten für die Einhaltung der leitliniengerechten Therapie kardiovaskulärer Risikofaktoren in der Primär- und Sekundärprävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Deutschland
T1  - Prevalence and determinants for compliance to guidelines recommendations for therapy of cardiovascular risk factors in primary and secondary prevention of cardiovascular diseases in Germany
N2  - Die Einhaltung eines gesunden Lebensstils, einschließlich der Behandlung modifizierbarer kardiovaskulärer Risikofaktoren, beeinflusst maßgeblich die Entstehung und Progression von Herz-Kreislauf-Erkrankungen (HKE). So reduziert eine ausgewogene Ernährungsweise, ausreichend körperliche Aktivität, Tabakverzicht, das Halten des Normalgewichtes sowie die Behandlung einer Hypertonie, Hyperlipidämie und Diabetes mellitus, die kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität. 
Die vorliegende Arbeit widmet sich (a) der Prävalenz und leitliniengerechten Kontrolle kardiovaskulärer Risikofaktoren von Teilnehmern aus der Allgemeinbevölkerung der STAAB Kohortenstudie („Häufigkeit und Einflussfaktoren auf frühe Stadien A und B der Herzinsuffizienz in der Bevölkerung“) sowie der Schätzung des 10-Jahres Risikos für tödliche HKE in diesem Kollektiv. Weiterhin wurde (b) der Einfluss von medikamentenbezogenen Überzeugungen auf die Blutdruckkontrolle von Teilnehmern der STAAB Kohortenstudie untersucht. Schließlich wurde (c) der Erhalt von ärztlichen Lebensstilempfehlungen sowie deren Determinanten bei Teilnehmern der STAAB Kohortenstudie sowie der EUROASPIRE IV Studie („European Action on Secondary and Primary Prevention by Intervention to Reduce 
Events“) in Deutschland betrachtet. 
Die STAAB Kohortenstudie untersucht die frühen asymptomatischen Formen der Herzinsuffizienz-Stadien A und B in einer repräsentativen Stichprobe von 5.000 Personen 
ohne symptomatische Herzinsuffizienz im Alter von 30 bis 79 Jahren aus der Allgemeinbevölkerung mit Wohnsitz in der Stadt Würzburg.  
Die EUROASPIRE IV Studie untersuchte bei 7.998 Koronarpatienten im Alter von 18 bis 79 
Jahren aus insgesamt 24 Europäischen Ländern (536 Patienten aus Deutschland) im Zeitraum 2012 bis 2013 die Risikofaktoren sowie die Umsetzung der leitliniengerechten Versorgung und Prävention von HKE im europäischen Vergleich.  Die Datenerhebung beider Studien erfolgte durch ein geschultes Studienpersonal nach standardisierten Vorgaben.
Die Prävalenz und Kontrolle kardiovaskulärer Risikofaktoren nach den aktuellen Vorgaben der „European Society of Cardiology“ (ESC) wurde bei insgesamt 1.379 Teilnehmern, die zwischen Dezember 2013 und April 2015 an der STAAB Kohortenstudie teilgenommen haben, untersucht. Es zeigte sich eine hohe Prävalenz der kardiovaskulären Risikofaktoren Hypertonie (31.8%), Hyperlipidämie (57.6%) und Diabetes mellitus (3.5%). Hierbei erreichten 
trotz Pharmakotherapie über die Hälfte der Teilnehmer mit einem Bluthochdruck (52.7%) oder erhöhten LDL-Cholesterinwerten (56.7%) sowie 44.0% der Personen mit einem Diabetes mellitus die empfohlenen Grenzwerte nicht. Weiterhin wurde erstmalig zu Studienbesuch eine Hypertonie (36.0%), Hyperlipidämie (54.2%) oder ein Langzeitzuckerwert (HbA1c) >6.5% (23.3%) detektiert. In der jüngsten Altersgruppe (30-39 Jahre) fand sich der höchste Anteil von unbekanntem Bluthochdruck (76.5%) sowie hohem LDL-Cholesterin (78.0%) und die Altersgruppe 60-69 Jahren wies mit 43.5% die höchste Prävalenz für einen bislang nicht detektierten HbA1c >6.5% auf. Die Akkumulation von drei oder mehr kardiovaskulären Risikofaktoren war mit dem männlichen Geschlecht, einem höheren Alter und einem niedrigeren Bildungsgrad assoziiert. Von 980 mittels SCORE („Systematic Coronary Risk Evaluation“) Risiko-Chart untersuchten Teilnehmern befanden sich jeweils 56.6%, 35.8% und 7.5% in der niedrigen, mittleren und hohen bis sehr hohen SCORE-Risikogruppe für tödliche HKE. Das Hochrisiko-Kollektiv für tödliche HKE war vorwiegend männlich und wies häufiger eine Hypertonie oder ein hohes LDL-Cholesterin auf. 
Der Einfluss von Überzeugungen gegenüber antihypertensiver Medikation auf die Blutdruckkontrolle wurde an 293 Teilnehmern, die von Oktober 2014 bis März 2017 an der STAAB Kohortenstudie teilgenommen haben, untersucht. Auf ihre Medikamente gesundheitlich angewiesen zu sein gaben 87% der Teilnehmer an, 78.1% stimmten der Aussage zu, dass ihre Medikamente sie vor einer Verschlechterung ihrer Gesundheit schützen. Es zeigte sich ein inverser Zusammenhang zwischen einem höheren Maß an Bedenken gegenüber der verordneten blutdrucksenkenden Medikation und einer besseren Blutdruckkontrolle bei Frauen. Ein signifikanter Zusammenhang zwischen Bedenken gegenüber einer antihypertensiven Medikation und der Blutdruckkontrolle bei Männern ließ sich hingegen nicht feststellen. Es konnten keine statistisch signifikanten Assoziationen für die Notwendigkeit von Medikation in der vorliegen Untersuchung gezeigt werden. 
Die Häufigkeit und Determinanten für die Empfehlung eines ärztlichen Lebensstils wurde bei 665 Teilnehmern der STAAB Kohortenstudie ohne vorbestehende HKE (Primärprävention) und bei 536 Koronarpatienten der EUROASPIRE IV Studie (Sekundärprävention) untersucht. 
Mit Ausnahme der Empfehlung zum Rauchverzicht erhielten die Patienten der EUROASPIRE IV Studie häufiger ärztliche Lebensstilempfehlungen verglichen mit Teilnehmern der STAAB Kohortenstudie: (Rauchverzicht: STAAB 44.0%, EUROASPIRE 36.7%; Gewichtsreduktion: STAAB 43.9%, EUROASPIRE 69.2%; körperliche Aktivität steigern: STAAB 52.1%, EUROASPIRE 71.4%; gesundes Ernährungsverhalten: STAAB 43.9%, EUROASPIRE 73.1%). Die Chance für den Erhalt von mindestens 50% aufgrund der individuellen Risikofaktoren adäquaten ärztlichen Lebensstilempfehlungen war bei STAAB Teilnehmern mit offensichtlichen oder beobachtbaren kardiovaskulären Risikofaktoren signifikant erhöht (BMI >25kg/m2, Hypertonie, Hyperlipidämie und Diabetes mellitus). 
Hingegen erhielten Patienten mit einer vorbestehenden HKE signifikant häufiger eine ärztliche Lebensstilempfehlung bei einem Diabetes mellitus, wobei die Empfehlungshäufigkeit mit zunehmendem Alter abnahm. Die weitergehende nicht publizierte Analyse des Interaktions
Modells zeigte, dass der Zusammenhang zwischen dem Alter und der Empfehlungshäufigkeit bei Patienten mit bereits bestehender HKE stärker ausgeprägt war, als bei Teilnehmern der STAAB Kohortenstudie ohne koronare HKE. Weiterhin war der Zusammenhang zwischen einer adäquaten Lebensstilempfehlung und Hyperlipidämie bei Teilnehmern ohne koronares Ereignis signifikant stärker ausgeprägt, im Vergleich zu Patienten mit einer bereits bestehender HKE.  
Die Ergebnisse zeigten ein erhebliches Potenzial für eine verbesserte Umsetzung leitliniengerechter Behandlung modifizierbarer kardiovaskulärer Risikofaktoren in der Primär- und Sekundärprävention. Vor dem Hintergrund einer hohen Anzahl kardiovaskulärer Risikofaktoren bei jungen Erwachsenen sollte die Bedeutung der Langzeitfolgen im Arzt
Patienten-Gespräch hervorgehoben und bei der Erarbeitung von Präventionsstrategien, insbesondere für junge Altersgruppen, Beachtung finden. Geschlechtsspezifische 
Determinanten hinsichtlich der Kontrolle kardiovaskulärer Risikofaktoren sowie Befürchtungen gegenüber der Medikation sollten stärker im Arzt-Patientengespräch berücksichtigt werden. 
Zur Stärkung der Compliance des Patienten bei der Umsetzung eines gesunden Lebensstils, 
sollte der Arzt hinsichtlich der Bedeutung von Lebensstilintervention, aber auch im Umgang mit schwierigen Situationen, wie die Empfehlung einer Gewichtsreduktion, sensibilisiert und bei der richtigen Handhabung der Leitlinienempfehlung stärker unterstützt werden.
N2  - Maintaining a healthy lifestyle, including the treatment of modifiable cardiovascular risk factors,  has a significant impact on the development and progression of cardiovascular diseases (CVD). Thus, a healthy diet, adequate physical activity, tobacco control, maintaining normal weight and the treatment of hypertension, hyperlipidemia and diabetes mellitus, reduce cardiovascular morbidity and mortality.  
The present work focused on (a) the prevalence and guideline-recommended control of cardiovascular risk factors from the general population of the STAAB cohort study (Characteristics and Course of Heart Failure Stages A-B and Determinants of Progression) and their estimation of the 10-year risk of fatal CVD. Furthermore, we investigated, (b) the influence of medication-related beliefs on blood pressure control from participants of the 
STAAB cohort study. Finally, we considered (c) the maintenance of physicians-led lifestyle 
recommendations and their determinants in the STAAB cohort study compared to the EUROASPIRE IV study (European Action on Secondary and Primary Prevention by Intervention to Reduce Events) in Germany. 
The STAAB cohort study examines the early asymptomatic forms of heart failure stages A and B in a representative sample of 5.000 participants aged 30 to 79 years of the general population of the city of Würzburg. 
The EUROASPIRE IV study examined 7.998 patients with CVD aged 18 to 79 years from a total of 24 European countries between 2012 to 2013, including 536 patients from Germany. 
The Study investigated the prevalence of cardiovascular risk factors as well as the guideline recommended control care in coronary patients.  
The data collection of both studies was performed by trained staff according to standardized operating procedures. 
The prevalence and control of cardiovascular risk factors according to the current guidelines of the European Society of Cardiology (ESC) was investigated in 1.379 participants who participated in the STAAB cohort study between December 2013 and April 2015. 
A high prevalence of hypertension (31.8%), hyperlipidemia (57.6%) and diabetes mellitus (3.5%) was observed. Despite pharmacotherapy, more than half of the participants with high blood pressure (52.7%) or elevated LDL cholesterol levels (56.7%) as well as 44.0% of the persons with diabetes mellitus failed to reach the targets recommended in clincial guidelines. 
Furthermore, hypertension, hyperlipidemia and an HbA1c-level >6.5% was detected for the first time during study visit in 36.0%, 54.2% and 23.3%, respectively. The highest proportion of unknown cardiovascular risk factors was found in the youngest age group (30-39 years) for high blood pressure (76.5%), high LDL cholesterol (78.0%), and in the age group of 60-69 years for an undetected HbA1c-level of >6.5%. The accumulation of three or more cardiovascular risk factors was associated with male gender, higher age and educational level. 
Of 980 participants of the STAAB cohort study, 56.6%, 35.8%, and 7.5% were in the low, middle, and high to very high risk group for fatal CHD according to the SCORE risk chart. Participants with a high to very high SCORE risk group were predominantly male and demonstrated a higher prevalence of hypertension or high LDL cholesterol.  
The influence of medication-related beliefs on blood pressure control was investigated in 293 
participants who participated in the STAAB cohort study from October 2014 to March 2017. 
Eighty-seven percent of these participants stated that „I sometimes worry about becoming too dependent on my medicines“, followed by the statement „My medicines protect me from becoming worse“ worse (78.1%). There was an inverse association between a higher level of concern about the prescribed antihypertensive medication and a better blood pressure control in women. However, there was no statistically significant association between concerns about antihypertensive medication and blood pressure control in men. No statistically significant 
associations were found for the necessity of prescribed medication in any model. 
The prevalence and determinants for healthy lifestyle advices by physicians were investigated in 665 participants of the STAAB cohort study without previous CVD (primary prevention) and in 536 coronary patients of the EUROASPIRE IV study (secondary prevention). 
Except for smoking, patients in EUROASPIRE IV received more frequently healthy lifestyle advices than participants in the STAAB cohort study (smoking abstinence: STAAB 44.0%, 
EUROASPIRE 36.7%; weight reduction: STAAB 43.9%, EUROASPIRE 69.2%; physical activity: STAAB 52.1%, EUROASPIRE 71.4%; healthy diet: STAAB 43.9%, EUROASPIRE 73.1%). In addition, patients with a pre-existing CVD received significantly more lifestyle advices for diabetes mellitus, whereas the frequency of lifestyle recommendations decreased with advancing age. The analysis of the interaction model showed that the correlation between age and receiving adequate lifestyle advices was more pronounced in patients with existing CVD than in participants without coronary CVD in the STAAB cohort study. Furthermore, the relationship between receiving adequate lifestyle advices and hyperlipidemia was significantly stronger in participants without a coronary event compared to patients with existing CVD. 
Present results show a considerable potential for improved implementation of guideline recommended control of modifiable cardiovascular risk factors in primary and secondary prevention. Due to the high number of cardiovascular risk factors in young adults, the 
importance of long-term consequences of cardiovascular risk factors should be emphasized in physician-patient conversation and taken into account in the development of prevention strategies, especially for younger age groups. Gender-specific determinants regarding the 
control of cardiovascular risk factors as well as concerns about medication should be given greater consideration in the physician-patient interaction. In order to strengthen the patients compliance of a healthy lifestyle, physicians should be sensitized with regard to the importance of healthy lifestyle advices, but also in dealing with difficult situations, such as the recommendation of weight reduction. Also the correct handling of the guideline 
recommendations by physicians should be more supported.
KW  - Kardiovaskuläre Krankheit
KW  - Herz-Kreislauf-Erkrankung
KW  - kardiovaskuläre Risikofaktoren
KW  - Prävention
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192723
ER  - 
TY  - THES
A1  - Soares Machado, Jéssica
T1  - Dosimetry-based Assessment of Radiation-associated Cancer risk for \(^9\)\(^9\)\(^m\)Tc-MAG3 Scans in Infants and Optimization of Administered Activities for \(^6\)\(^8\)Ga-labelled Peptides in Children and Adolescents
T1  - Dosimetrie-basierte Abschätzung des strahlungsassoziierten Krebsrisikos für \(^9\)\(^9\)\(^m\)Tc-MAG3-Scans bei Säuglingen und Optimierung der verabreichten Aktivitäten für \(^6\)\(^8\)Ga-markierte Peptide bei Kindern und Jugendlichen
N2  - In 2006, 0.18 Mio pediatric nuclear medicine diagnostic exams were performed worldwide. However, for most of the radiopharmaceuticals used data on biokinetics and, as a consequence on dosimetry, are missing or have not been made publicly available. Therefore, most of the dosimetry assessments presented today for diagnostic agents in children and adolescents rely on the biokinetics data of adults. Even for one of the most common nuclear medicine exams for this patient group, renal scintigraphy with 99mTc-MAG3 for assessing renal function measured data on biokinetics is available only from a study performed on four children of different ages. In particular, renal scans are among the most frequent exams performed on infants and toddlers. Due to the young age, this patient group can be classified as a risk group with a higher probability of developing stochastic radiation effects compared to adults. As there are only limited data on biokinetics and dosimetry in this patient group, the aim of this study is to reassess the dosimetry and the associated radiation risk for a larger number of infants undergoing 99mTc-MAG3 renal scans based on a retrospective analysis of existing patient data. 
Data were collected retrospectively from 34 patients younger than 20 months with normal (20 patients) and abnormal renal function (14 patients) undergoing 99mTc-MAG3 scans. The patient-specific organ activity was estimated based on a retrospective calibration which was performed based on a set of two 3D-printed infant kidneys (newborns: 8.6 ml; 1-year-old: 23.4 ml) filled with known activities. Both phantoms were scanned at different positions along the anteroposterior axis inside a water phantom, providing depth- and size-dependent attenuation correction factors for planar imaging. Time-activity curves were determined by drawing kidney, bladder, and whole body regions-of-interest for each patient, and subsequently applying the calibration factor for conversion of counts to activity. Patient-specific time-integrated activity coefficients were obtained by integrating the organ-specific time-activity curves. Absorbed and effective dose coefficients for each patient were assessed with OLINDA/EXM for the provided newborn and 1-year-old phantom. Based on absorbed dose values, the radiation risk estimation was performed individually for each of the 34 patients with the National Cancer Institute’s Radiation Risk Assessment Tool.
The patients’ organ-specific mean absorbed dose coefficients for the patients with normal renal function were 0.04±0.03 mGy/MBq for the kidneys and 0.27±0.24 mGy/MBq for the bladder. This resulted in a mean effective dose coefficient of 0.02±0.02 mSv/MBq. Based on the dosimetry results, the evaluation of the excess lifetime risk (ELR) for the development of radiation-induced cancer showed that the group of newborns has an ELR of 16.8 per 100,000 persons, which is higher in comparison with the 1-year-old group with an ELR of 14.7 per 100,000 persons. With regard to the 14 patients with abnormal renal function, the mean values for the organ absorbed dose coefficients for the patients were: 0.40±0.34 mGy/MBq for the kidneys and 0.46±0.37 mGy/MBq for the bladder. The corresponding effective dose coefficients (mSv/MBq) was: 0.05±0.02 mSv/MBq. The mean ELR (per 100,000 persons) for developing cancer from radiation exposure for patients with abnormal renal function was 29.2±18.7 per 100,000 persons. 
As a result, the radiation-associated stochastic risk increases with the organ doses, taking age- and gender-specific influences into account. Overall, the lifetime radiation risk associated with the 99mTc-MAG3 scans is very low in comparison to the general population risk for developing cancer.
Furthermore, due to the increasing demand for PET-scans in children and adolescents with 68Ga-labelled peptides, in this work published data sets for those compounds were analyzed to derive recommendations for the administered activities in children and adolescents. The recommendation for the activities to be administered were based on the weight-independent effective dose model, proposed by the EANM Pediatric Dosage Card for application in pediatric nuclear medicine. The aim was to derive recommendations on administered activities for obtaining age-independent effective doses. Consequently, the corresponding weight-dependent effective dose coefficients were rescaled according to the formalism of the EANM dosage card, to determine the radiopharmaceutical class of 68Ga-labeled peptides (“multiples”), and to calculate the baseline activities based on the biokinetics of these compounds and an upper limit of the administered activity of 185 MBq for an adult. Analogous to 18F-fluoride, a minimum activity of 14 MBq is recommended. As a result, for those pediatric nuclear medicine applications involving 68Ga-labeled peptides, new values for the EANM dosage card were proposed and implemented based on the results derived in this work. 
Overall, despite the low additional radiation-related cancer risk, all efforts should be undertaken to optimize administered activities in children and adolescents for obtaining sufficient diagnostic information with minimal associated radiation risk.
N2  - Im Jahr 2006 wurden weltweit 0,18 Mio. nuklearmedizinische Diagnostikuntersuchungen bei Kindern durchgeführt. Für die meisten Radiopharmazeutika fehlen jedoch Daten zur Biokinetik und damit zur Dosimetrie oder diese wurden nicht öffentlich zugänglich gemacht. Daher basieren die meisten der heute vorgestellten Dosimetriedaten für Diagnostika bei Kindern und Jugendlichen auf den biokinetischen Daten von Erwachsenen. Selbst für eine der häufigsten nuklearmedizinischen Untersuchungen für diese Patientengruppe, die Nierenszintigraphie mit 99mTc-MAG3 für Bestimmung der Nierenfunktion, wurden Daten zur Biokinetik bisher nur für vier Kinder unterschiedlichen Alters erhoben. Insbesondere Nierenuntersuchungen gehören zu den häufigsten Untersuchungen bei Säuglingen und Kleinkindern. Aufgrund des jungen Alters kann diese Patientengruppe als Hochrisikogruppe mit einer höheren Wahrscheinlichkeit für das Eintreten stochastischer Strahlenwirkungen im Vergleich zu Erwachsenen eingestuft werden. Da es in dieser Patientengruppe nur begrenzte Daten zur Biokinetik und Dosimetrie gibt, ist das Ziel dieser Arbeit, die Dosimetrie und das damit verbundene Strahlenrisiko für eine größere Anzahl von Kleinkindern, die sich 99mTc-MAG3-Nierenscans unterziehen, auf der Grundlage einer retrospektiven Analyse bestehender Patientendaten neu zu bewerten. 
Die Daten wurden retrospektiv von 34 Patienten unter 20 Monaten mit normaler (20 Patienten) und eingeschränkter Nierenfunktion (14 Patienten) erhoben, bei denen 99mTc-MAG3-Scans durchgeführt wurden. Die patientenspezifische Organaktivität wurde basierend auf einer retrospektiven Kalibrierung abgeschätzt. Diese Kalibrierung basiert auf einem Satz von zwei 3D-gedruckten Säuglingsnieren, die mit bekannten Aktivitäten gefüllt wurden. Beide Phantome wurden an verschiedenen Positionen entlang der anteroposterioren Achse innerhalb eines Wasserphantoms gescannt und lieferten tiefen- und größenabhängige Schwächungskorrekturfaktoren für die planare Bildgebung. Die Zeit-Aktivitäts-Kurven wurden bestimmt, indem für jeden Patienten Nieren-, Blasen- und Ganzkörperregionen eingezeichnet und anschließend der entsprechende Kalibrierfaktor für die Umwandlung der Zählraten in Aktivität angewendet wurde. Patientenspezifische zeitintegrierte Aktivitätskoeffizienten wurden durch Integration der organspezifischen Zeit-Aktivitätskurven ermittelt. Die Energie- und effektiven Dosiskoeffizienten für jeden Patienten wurden mit OLINDA/EXM für das bereitgestellte Neugeborenen- und 1-Jahres-Phantom ermittelt. Basierend auf diesen Werten für die Energiedosen wurde eine individuelle Abschätzung des Strahlenrisikos für jeden der 34 Patienten mit dem Radiation Risk Assessment Tool des National Cancer Institute durchgeführt.
Die organspezifischen mittleren Energiedosiskoeffizienten der Patienten mit normaler Nierenfunktion lagen bei 0,04±0,03 mGy/MBq für die Nieren und 0,27±0,24 mGy/MBq für die Blase, was in einem mittleren effektiven Dosiskoeffizienten von 0,02±0,02 mSv/MBq resultiert. Basierend auf den  Ergebnissen der Dosimetrie, zeigte die Auswertung des zusätzlichen Lebenszeitrisikos ("excess lifetime risk", ELR) für die Entwicklung von strahleninduziertem Krebs, dass die Gruppe der Neugeborenen ein ELR von 16,8 pro 100.000 Personen aufweist, was höher ist als das der Gruppe der 1-jährigen mit 14,7 pro 100.000 Personen. Bei den 14 Patienten mit abnormaler Nierenfunktion waren die Mittelwerte für die Koeffizienten der organspezifischen Energiedosen für die Patienten: 0,40±0,34 mGy/MBq für die Nieren; 0,46±0,37 mGy/MBq für die Blase. Der effektivendosiskoeffizienten (mSv/MBq) waren: 0,05±0,02 mSv/MBq. Der mittlere ELR (pro 100.000 Personen) für die Entstehung von Krebs durch die Strahlenexposition von Patienten mit abnormaler Nierenfunktion betrug 29,2±18,7 pro 100.000 Personen. 
Das mit der Strahlung verbundene stochastische Risiko steigt mit den Organdosen unter Berücksichtigung alters- und geschlechtsspezifischer Einflüsse. Im Allgemeinen ist das mit den 99mTc-MAG3-Scans verbundene lebenslange Strahlenrisiko im Vergleich zum allgemeinen Bevölkerungsrisiko für die Entstehung von Krebs sehr gering.
Aufgrund der steigenden Nachfrage nach PET-Scans bei Kindern und Jugendlichen mit 68Ga-markierten Peptiden wurden zusätzlich publizierte Datensätze für diese Verbindungen analysiert, um Empfehlungen für zu verabreichende Aktivitäten bei Kindern und Jugendlichen abzuleiten. 
Die Dosisberechnungen dazu basierten auf dem Modell einer gewichtsunabhängigen effektiven Dosis, das von der EANM Pediatric Dosage Card für den Einsatz in der pädiatrischen Nuklearmedizin vorgeschlagen wurde. Ziel war es, Empfehlungen zu verabreichenden Aktivitäten so aufzuteilen, dass sich altersunabhängige effektive Dosen ergeben. Dazu wurden die entsprechenden gewichtsabhängigen effektiven Dosiskoeffizienten gemäß dem Formalismus der EANM-Dosierungsempfehlung neu berechnet, um die radiopharmazeutische Klasse der 68Ga-markierten Peptide ("Multiples") zu bestimmen und die Werte für Basisaktivität zu berechnen. Diese basierend auf den Biokinetiken dieser Verbindungen und einer Obergrenze der verabreichten Aktivität von 185 MBq für einen Erwachsenen. Analog zu 18F-Fluorid, wird eine Mindestaktivität von 14 MBq empfohlen. Darauf basierend wurden für die pädiatrischen nuklearmedizinischen Anwendungen mit 68Ga-markierten Peptiden neue Werte für die EANM-Dosierungsempfehlung vorgeschlagen. 
Insgesamt sollten, trotz des geringen zusätzlichen strahlenbedingten Krebsrisikos, alle Anstrengungen unternommen werden, um die verabreichten Aktivitäten bei Kindern und Jugendlichen zu optimieren, um ausreichende diagnostische Informationen bei minimalem zusätzlichem Strahlenrisiko zu erhalten.
KW  - Biokinetics
KW  - Absorbed Doses
KW  - Risk Assessment
KW  - Pediatric Patients
KW  - Dosimetry
KW  - Nuclear Medicine
KW  - Pediatric Nuclear Medicine
KW  - Diagnostic Imaging Exams
KW  - Radiation Protection
KW  - Administered Activities
KW  - Radiation-associated Cancer Risk
KW  - Ga-68-labelled Peptides
KW  - Tc-99m-MAG3 Scans
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192640
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TY  - THES
A1  - AL-Hijailan, Reem Saud
T1  - Establishment of endothelialized cardiac tissue using human induced pluripotent stem cells generated cardiomyocytes
T1  - Etablierung eines endothelialisierten kardialen Gewebes mittels Kardiomyozyten, differenziert aus induzierten pluripotenten Stammzellen
N2  - Cardiovascular diseases are considered the leading cause of death worldwide according to the World Health Organization. Heart failure is the last stage of most of these diseases, where loss of myocardium leads to architectural and functional decline. 
The definitive treatment option for patients with CVDs is organ or tissue transplantation, which relies on donor availability. Therefore, generating an autologous bioengineered myocardium or heart could overcome this limitation. In addition, generating cardiac patches will provide ventricular wall support and enable reparative stem cells delivery to damaged areas.  Although many hurdles still exist, a good number of researches have attempted to create an engineered cardiac tissue which can induce endogenous cardiac repair by replacing damaged myocardium. 
The present study provided cardiac patches in two models, one by a detergent coronary perfusion decellularization protocol that was optimized, and the other that resulted in a 3D cell-free extracellular matrix with intact architecture and preserved s-glycosaminoglycan and vasculature conduits.  Perfusion with 1% Sodium dodecyle sulfate (SDS) under constant pressure resulted in cell-free porcine scaffold within two and cell-free rat scaffold in 7 days, whereas scaffold perfused with 4% sodium deoxycholate (SDO) was not able to remove cells completely.  Re-reendothelialization of tissue vasculature was obtained by injecting human microvascular endothelial cell and human fibroblast in 2:1 ratio in a dynamic culture. One-week later, CD31 positive cells and endothelium markers were observed, indicating new blood lining. Moreover, functionality test of re-endothelialized tissue revealed improvement in clotting seen in decellularized tissues.  When the tissue was ready to be repopulated, porcine induced pluripotent stem cells (PiPSc) were generated by transfected reprogramming of porcine skin fibroblast and then differentiated to cardiac cells following a robust protocol, for an autologous cardiac tissue model. However, due to the limitation in the PiPSc cell number, alternatively, human induced pluripotent stem cells generated cardiac cells were used. 
For reseeding a coculture of human iPSc generated cardiac cells, human mesenchymal stem cells and human fibroblast in 2:1:1 ratio respectively were used in a dynamic culture for 6-8 weeks. Contractions at different areas of the tissue were recorded at an average beating rate of 67 beats/min.  In addition, positive cardiac markers (Troponin T), Fibroblast (vemintin), and mesenchymal stem cells (CD90) were detected.  Not only that, but by week 3, MSC started differentiating to cardiac cells progressively until few CD90 positive cells were very few by week 6 with increasing troponin t positive cells in parallel.  Electrophysiological and drug studies were difficult to obtain due to tissue thickness and limited assessment sources. However, the same construct was established using small intestine submucosa (SISer) scaffold, which recorded a spontaneous beating rate between 0.88 and 1.2 Hz, a conduction velocity of 23.9 ± 0.74 cm s−1, and a maximal contraction force of 0.453 ± 0.015 mN. Moreover, electrophysiological studies demonstrated a drug-dependent response on beating rate; a higher adrenalin frequency was revealed in comparison to the untreated tissue and isoproterenol administration, whereas a decrease in beating rate was observed with propranolol and untreated tissue. 
The present study demonstrated the establishment of vascularized cardiac tissue, which can be used for human clinical application.
N2  - Etablierung eines endothelialisierten kardialen Gewebes mittels Kardiomyozyten, differenziert aus induzierten pluripotenten Stammzellen
KW  - cardiac tissue
KW  - biological scaffolds
KW  - decellularization
KW  - induced pluripotent stem cells
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173979
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gorelashvili, Maximilian Georg
T1  - Investigation of megakaryopoiesis and the acute phase of ischemic stroke by advanced fluorescence microscopy
T1  - Untersuchungen der Megakaryopoese und der akuten Phase des ischämischen Schlaganfalls mit Hilfe von hochentwickelter Fluoreszenzmikroskopie
N2  - In mammals, anucleate platelets circulate in the blood flow and are primarily responsible for maintaining functional hemostasis. Platelets are generated in the bone marrow (BM) by megakaryocytes (MKs), which mainly reside directly next to the BM sinusoids to release proplatelets into the blood. MKs originate from hematopoietic stem cells and are thought to migrate from the endosteal to the vascular niche during their maturation, a process, which is, despite being intensively investigated, still not fully understood. 
Long-term intravital two photon microscopy (2PM) of MKs and vasculature in murine bone marrow was performed and mean squared displacement analysis of cell migration was performed. The MKs exhibited no migration, but wobbling-like movement on time scales of 3 h. Directed cell migration always results in non-random spatial distribution. Thus, a computational modelling algorithm simulating random MK distribution using real 3D light-sheet fluorescence microscopy data sets was developed. Direct comparison of real and simulated random MK distributions showed, that MKs exhibit a strong bias to vessel-contact. However, this bias is not caused by cell migration, as non-vessel-associated MKs were randomly distributed in the intervascular space. Furthermore, simulation studies revealed that MKs strongly impair migration of other cells in the bone marrow by acting as large-sized obstacles. MKs are thought to migrate from the regions close to the endosteum towards the vasculature during their maturation process. MK distribution as a function of their localization relative to the endosteal regions of the bones was investigated by light sheet fluorescence microscopy (LSFM). The results show no bone-region dependent distribution of MKs. Taken together, the newly established methods and obtained results refute the model of MK migration during their maturation.
Ischemia reperfusion (I/R) injury is a frequent complication of cerebral ischemic stroke, where brain tissue damage occurs despite successful recanalization. Platelets, endothelial cells and immune cells have been demonstrated to affect the progression of I/R injury in experimental mouse models 24 h after recanalization. However, the underlying Pathomechanisms, especially in the first hours after recanalization, are poorly understood.
Here, LSFM, 2PM and complemental advanced image analysis workflows were established for investigation of platelets, the vasculature and neutrophils in ischemic brains. Quantitative analysis of thrombus formation in the ipsilateral and contralateral hemispheres at different time points revealed that platelet aggregate formation is minimal during the first 8 h after recanalization and occurs in both hemispheres. Considering that maximal tissue damage already is present at this time point, it can be concluded that infarct progression and neurological damage do not result from platelet aggregated formation. Furthermore, LSFM allowed to confirm neutrophil infiltration into the infarcted hemisphere and, here, the levels of endothelial cell marker PECAM1 were strongly reduced. However, further investigations must be carried out to clearly identify the role of neutrophils and the endothelial cells in I/R injury.
N2  - In Säugetieren zirkulieren kernlose Thrombozyten im Blutstrom und sind primär für die Aufrechterhaltung der funktionellen Hämostase verantwortlich. Thrombozyten werden im Knochenmark durch Megakaryozyten gebildet, die sich hauptsächlich in direkter Nähe zu Knochenmarkssinusoiden befinden, um Proplättchen in das Blut freizusetzen. Megakaryo-zyten stammen von hämatopoetischen Stammzellen ab und man glaubt, dass sie während ihres Reifungspro¬zesses von der endostalen in die vaskuläre Nische wandern – ein Prozess, der trotz intensiver Forschung noch nicht vollständig verstanden ist. 
Langzeit-Zwei-Photonen-Mikroskopie von Megakaryozyten und des Gefäßbaums wurde in murinem Knochenmark von lebenden Tieren in Kombination mit der Analyse der mittleren quadratischen Verschiebung der Zellmigration durchgeführt. Die Megakaryozyten zeigten keine Migration, sondern eine wackelartige Bewegung auf Zeitskalen von 3 Stunden. Die gerichtete Zellmigration führt stets zu einer nicht zufälligen räumlichen Verteilung der Zellen. Daher wurde ein Computermodellierungsalgorithmus entwickelt, der eine zufällige Megakaryo¬zytenverteilung unter Verwendung von realen 3D-Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie-Datensätzen simuliert. Der direkte Vergleich realer und simuliert zufälliger Megakaryozyten¬verteilungen zeigte, dass MKs stark mit Knochenmarksgefäßen assoziiert sind. Dieses wird jedoch nicht durch Zellmigration verursacht, da nicht-Gefäß-assoziierte MKs zufällig im intervaskulären Raum verteilt waren. Darüber hinaus zeigten Simulationsstudien, dass Megakaryozyten die Migration anderer Zellen im Knochenmark stark beeinträchtigen, da sie als sterische Hindernisse wirken. Es wird angenommen, dass MKs während ihres Reife¬prozesses von den Regionen in der Nähe des Endosteums in Richtung des Gefäßsystems wandern. Die Megakaryozytenverteilung als Funktion ihrer Lokalisierung relativ zu den endo¬stalen Regionen des Knochens wurde durch Lichtblattmikroskopie untersucht. Die Ergebnisse zeigen keine knochenregionabhängige Verteilung von Megakaryozyten. Zusammenge¬nommen widerlegen die neu etablierten Methoden und erzielten Ergebnisse das Modell der Megakaryozyten¬migration während ihrer Reifung.
Ischämie-Reperfusionsschaden (I/R) ist eine häufige Komplikation des zerebralen ischämischen Schlaganfalls, bei dem trotz erfolgreicher Rekanalisierung eine Schädigung des Hirngewebes auftritt. Es wurde gezeigt, dass Thrombozyten, Endothelzellen und Immunzellen das Fortschreiten der I/R-Verletzung in experimentellen Mausmodellen 24 Stunden nach der Rekanalisierung beeinflussen. Die zugrundeliegenden Pathomechanismen, insbesondere in den ersten Stunden nach der Rekanalisierung, sind jedoch kaum verstanden.
Hier wurden Lichtblattmikroskopie, Zwei-Photonen-Mikroskopie und ergänzende hochkom-plexe Bildanalyse-Workflows zur Untersuchung von Thrombozyten, der Gefäße und Neutro-philen in ischämischen Gehirnen etabliert. Die quantitative Analyse der Thrombusbildung in der ipsilateralen und kontralateralen Hemisphäre zu verschiedenen Zeitpunkten zeigte, dass die Thrombozytenaggregationsbildung während der ersten 8 Stunden nach der Rekanalisierung minimal ist und in beiden Hemisphären auftritt. In Anbetracht dessen, dass zu diesem Zeitpunkt bereits eine maximale Gewebeschädigung vorliegt, kann geschlossen werden, dass die Infarkt¬progression und der neurologische Schaden nicht aus der Bildung von Thrombozytenaggre¬gaten resultieren. Darüber hinaus erlaubte Lichtblattmikroskopie die Neutrophileninfiltration in die infarzierte Hemisphäre zu bestätigen und hier waren die Spiegel des Endothelzellmarkers PECAM1 stark reduziert. Es müssen jedoch weitere Untersuchungen durchgeführt werden, um die Rolle von Neutrophilen und Endothelzellen bei I/R-Verletzungen klar zu identifizieren.
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Schlaganfall
KW  - Megakaryozyt
KW  - Computersimulation
KW  - Light sheet microscopy
KW  - ischemic stroke
KW  - megakaryopoiesis
KW  - multi-photon microscopy
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-186002
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mohammadi, Milad
T1  - Role of oxidized phospholipids in inflammatory pain
T1  - Rolle von oxidierten Phospholipiden bei entzündlichen Schmerzen
N2  - Introduction: During inflammation, reactive oxygen species (ROS) such as Hydrogen peroxide accumulate at the inflammation site and by oxidizing lipids, they produce metabolites such as 4-hydroxynonenal (4-HNE) and oxidized phospholipids (OxPLs). Transient receptor potential ankyrin 1 (TRPA1) and vanilloid 1 (TRPV1) are ligand gated ion channels that are expressed on nociceptors and their activation elicits pain. Hydrogen peroxide and 4-HNE are endogenous ligands for TRPA1 and their role in inflammatory pain conditions has been shown. OxPLs play a major pro-inflammatory role in many pathologies including atherosclerosis and multiple sclerosis. E06/T15 is a mouse IgM mAb that specifically binds oxidized phosphatidylcholine. D-4F is an apolipoprotein A-I mimetic peptide with a very high affinity for OxPLs and possess anti-inflammatory properties. E06 mAb and D-4F peptide protect against OxPLs-induced damage in atherosclerosis in vivo. 
Methods: To investigate the role of ROS and their metabolites in inflammatory pain, I utilized a combination of diverse and complex behavioral pain measurements and binding assays. I examined E06 mAb and D-4F as local treatment options for hypersensitivity evoked by endogenous and exogenous activators of TRPA1 and TRPV1 as well as in inflammatory and OxPL-induced pain models in vivo. 4-HNE, hydrogen peroxide as ROS source and mustard oil (AITC) were used to activate TRPA1, while capsaicin was used to activate TRPV1.
Results: Intraplantar injection of oxidized 1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) into rats’ hind paw elicited thermal and mechanical hypersensitivity. Genetic and pharmacological evidence in vivo confirmed the role of TRPA1 in OxPLs-induced hypersensitivity. OxPLs formation increased in complete Freund’s adjuvant (CFA)-induced inflamed rats’ paw. E06 mAb and D-4F prevented OxPAPC–induced mechanical and thermal hypersensitivity (hyperalgesia) as well as CFA-induced mechanical hypersensitivity. Also, all irritants induced thermal and mechanical hypersensitivity as well as affective-emotional responses and spontaneous nocifensive behaviors. E06 mAb blocked prolonged mechanical hypersensitivity by all but hydrogen peroxide. In parallel, D-4F prevented mechanical hypersensitivity induced by all irritants as well as thermal hypersensitivity induced by capsaicin and 4-HNE. In addition, competitive binding assays showed that all TRPA1/V1 agonists induced prolonged formation of OxPLs in the paw tissue explaining the anti-nociceptive properties of E06 mAb and D-4F. Finally, the potential of gait analysis as a readout for non-provoked pain behavioral measurements were examined.
Conclusion and implications: OxPLs were characterized as novel targets in inflammatory pain. Treatment with the monoclonal antibody E06 or apolipoprotein A-I mimetic peptide D-4F are suggested as potential inflammatory pain medications. OxPLs’ role in neuropathic pain is yet to be investigated.
N2  - Im entzündeten Gewebe akkumulieren reaktive Sauerstoffspezies (ROS) sowie oxidierte Phospholipide (OxPLs). ROS und in der Reaktionskette nachgeschaltete Verbindungen, wie 4- Hydroxynonenal (4-HNE) aktivieren Transiente Rezeptor Potential (TRP) Ionenkanäle: Ankyrin 1 (TRPA1) und Vanilloid 1 (TRPV1). Diese TRP-Kanäle werden auf Nozizeptoren exprimiert und rufen Schmerz z.B. bei Entzündung hervor. OxPLs sind an vielen entzündungsfördernden Prozessen maßgebend beteiligt und spielen eine Schlüsselrolle bei Pathologie von Atherosklerose und Multipler Sklerose. E06/T15 ist ein Maus IgM-mAb, welcher spezifisch an oxidierte Phosphatidylcholine bindet. D-4F ist ein Apolipoprotein A-I (ApoA-I) mimetisches Peptid, das eine sehr hohe Affinität für OxPLs aufweist und auch entzündungshemmende Eigenschaften besitzt. E06 mAb und D-4F schützen vor Atherosklerose in vivo. Um die mögliche Rolle von OxPLs beim Entzündungsschmerz zu untersuchen, verwendete ich eine Kombination von verschiedenen und komplexen Schmerzverhaltensmessungen, Bindungsassays und immunhistologische Färbungen. ...
KW  - Inflammatory pain
KW  - Oxidized phospholipids
KW  - reactive oxygen species
KW  - ROS
KW  - 4-HNE
KW  - HNE
KW  - OxPL
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nelke, Lena
T1  - Establishment and optimization of 3-dimensional mamma carcinoma models for therapy simulation and drug testing
T1  - Etablierung und Optimierung 3-dimensionaler Mammakarzinommodelle für die Therapiesimulation und die Wirkstofftestung
N2  - Breast cancer is the most common cancer among women worldwide and the second most common cause of cancer death in the developed countries. As the current state of the art in first-line drug screenings is highly ineffective, there is an urgent need for novel test systems that allow for reliable predictions of drug sensitivity.
In this study, a tissue engineering approach was used to successfully establish and standardize a 3-dimensional (3D) mamma carcinoma test system that was optimized for the testing of anti-tumour therapies as well as for the investigation of tumour biological issues. This 3D test system is based on the decellularised scaffold of a porcine small intestinal segment and represents the three molecular subsets of oestrogen receptor-positive, HER2/Neu-overexpressing and triple negative breast cancer (TNBC). The characterization of the test system with respect to morphology as well as the expression of markers for epithelial-mesenchymal transition (EMT) and differentiation indicate that the 3D tumour models cultured under static and dynamic conditions reflect tumour relevant features and have a good correlation with in vivo tumour tissue from the corresponding xenograft models. In this respect, the dynamic culture in a flow bioreactor resulted in the generation of tumour models that exhibited best reflection of the morphology of the xenograft material. Furthermore, the proliferation indices of 3D models were significantly reduced compared to 2-dimensional (2D) cell culture and therefore better reflect the in vivo situation. As this more physiological proliferation index prevents an overestimation of the therapeutic effect of cytostatic compounds, this is a crucial advantage of the test system compared to 2D culture. Moreover, it could be shown that the 3D models can recapitulate different tumour stages with respect to tumour cell invasion. The scaffold SISmuc with the preserved basement membrane structure allowed the investigation of invasion over this barrier which tumour cells of epithelial origin have to cross in in vivo conditions during the process of metastasis formation. Additionally, the data obtained from ultrastructural analysis and in situ zymography indicate that the invasion observed is connected to a tumour cell-associated change in the basement membrane in which matrix metalloproteinases (MMPs) are also involved. This features of the model in combination with the mentioned methods of analysis could be used in the future to mechanistically investigate invasive processes and to test anti-metastatic therapy strategies.
The validation of the 3D models as a test system with respect to the predictability of therapeutic effects was achieved by the clinically relevant targeted therapy with the monoclonal antibody trastuzumab which induces therapeutic response only in patients with HER2/Neu-overexpressing mamma carcinomas due to its specificity for HER2. While neither in 2D nor in 3D models of all molecular subsets a clear reduction of cell viability or an increase in apoptosis could be observed, a distinct increase in antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC) was detected only in the HER2/NEU-overexpressing 3D model with the help of an ADCC reporter gene assay that had been adapted for the application in the 3D model in the here presented work. This correlates with the clinical observations and underlines the relevance of ADCC as a mechanism of action (MOA) of trastuzumab. In order to measure the effects of ADCC on the tumour cells in a direct way without the indirect measurement via a reporter gene, the introduction of an immunological component into the models was required. This was achieved by the integration of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), thereby allowing the measurement of the induction of tumour cell apoptosis in the HER2/Neu-overexpressing model. Hence, in this study an immunocompetent model could be established that holds the potential for further testing of therapies from the emergent field of cancer immunotherapies.
Subsequently, the established test system was used for the investigation of scientific issues from different areas of application. By the comparison of the sensitivity of the 2D and 3D model of TNBC towards the water-insoluble compound curcumin that was applied in a novel nanoformulation or in a DMSO-based formulation, the 3D test system was successfully applied for the evaluation of an innovative formulation strategy for poorly soluble drugs in order to achieve cancer therapy-relevant concentrations. Moreover, due to the lack of targeted therapies for TNBC, the TNBC model was applied for testing novel treatment strategies. On the one hand, therapy with the WEE1 kinase inhibitor MK 1775 was evaluated as a single agent as well as in combination with the chemotherapeutic agent doxorubicin. This therapy approach did not reveal any distinct benefits in the 3D test system in contrast to testing in 2D culture. On the other hand, a novel therapy approach from the field of cellular immunotherapies was successfully applied in the TNBC 3D model. The treatment with T cells that express a chimeric antigen receptor (CAR) against ROR1 revealed in the static as well as in the dynamic model a migration of T cells into the tumour tissue, an enhanced proliferation of T cells as well as an efficient lysis of the tumour cells via apoptosis and therefore a specific anti-cancer effect of CAR-transduced T cells compared to control T cells. These results illustrate that the therapeutic application of CAR T cells is a promising strategy for the treatment of solid tumours like TNBC and that the here presented 3D models are suitable for the evaluation and optimization of cellular immunotherapies.
In the last part of this work, the 3D models were expanded by components of the tumour stroma for future applications. By coculture with fibroblasts, the natural structures of the intestinal scaffold comprising crypts and villi were remodelled and the tumour cells formed tumour-like structures together with the fibroblasts. This tissue model displayed a strong correlation with xenograft models with respect to morphology, marker expression as well as the activation of dermal fibroblasts towards a cancer-associated fibroblast (CAF) phenotype. For the integration of adipocytes which are an essential component of the breast stroma, a coculture with human adipose-derived stromal/stem cells (hASCs) which could be successfully differentiated along the adipose lineage in 3D static as well as dynamic models was established. These models are suitable especially for the mechanistic analysis of the reciprocal interaction between tumour cells and adipocytes due to the complex differentiation process.
Taken together, in this study a human 3D mamma carcinoma test system for application in the preclinical development and testing of anti-tumour therapies as well as in basic research in the field of tumour biology was successfully established. With the help of this modular test system, relevant data can be obtained concerning the efficacy of therapies in tumours of different molecular subsets and different tumour stages as well as for the optimization of novel therapy strategies like immunotherapies. In the future this can contribute to improve the preclinical screening and thereby to reduce the high attrition rates in pharmaceutical industry as well as the amount of animal experiments.
N2  - Brustkrebs ist die häufigste Krebsart bei Frauen und die zweithäufigste Todesursache bei Krebserkrankungen in den Industrienationen. Aufgrund der Ineffizienz der derzeit verwendeten Modelle für die Identifizierung neuer Therapeutika herrscht ein hoher Bedarf an neuartigen Testsystemen, welche aussagekräftige Vorhersagen über die Wirksamkeit ermöglichen.
In dieser Arbeit wurde mit Hilfe des Tissue Engineerings erfolgreich ein 3-dimensionales (3D) Mammakarzinom-Testsystem etabliert, standardisiert und für die Testung von anti-tumoralen Therapien sowie weitere tumorbiologische Fragestellungen optimiert. Dieses 3D Testsystem basiert auf der dezellularisierten Gerüststruktur eines porcinen Dünndarmsegments und repräsentiert die drei molekularen Subtypen des Östrogen-Rezeptor-positiven, HER2/Neu-überexprimierenden sowie des tripel-negativen Brustkrebses (TNBC). Die Charakterisierung des Testsystems anhand der Morphologie sowie der Expression von Markern zur Bestimmung der epithelialen-mesenchymalen Transition (EMT) und der Differenzierung zeigte, dass die statisch und dynamisch kultivierten 3D Modelle Tumor-relevante Charakteristika widerspiegeln und eine deutliche Ähnlichkeit zu in vivo Tumormaterial aus entsprechenden Xenograft-Modellen aufweisen, wobei die dynamische Kultivierung in einem Flussreaktor zur Generierung von Tumormodellen führte, welche die Morphologie des Tumorgewebes aus Xenograft-Modellen am besten repräsentierten. Des Weiteren war die Proliferationsrate in den 3D Modellen im Vergleich zu 2-dimensionalen (2D) Zellkulturen signifikant reduziert und entspricht daher eher der Situation in vivo. Dies ist ein entscheidender Vorteil des Testsystems gegenüber der 2D Zellkultur, da durch die physiologischere Proliferationsrate eine Überschätzung des Therapieeffekts zytostatischer Medikamente vermieden wird. Zudem konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe der 3D Modelle unterschiedliche Tumorstadien in Bezug auf die Tumorzellinvasion abgebildet werden können. Die Gerüststruktur SISmuc mit erhaltener Basalmembranstruktur ermöglichte eine Untersuchung der Invasion über diese Barriere, welche Tumorzellen epithelialen Ursprungs unter in vivo-Bedingungen beim Prozess der Metastasierung überwinden müssen. Zudem deuten die durch ultrastrukturelle Analysen und in situ Zymographie gewonnenen Daten darauf hin, dass die beobachtete Invasion mit einer Tumorzell-assoziierten Veränderung der Basalmembran, an der auch Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) beteiligt sind, einhergeht. Diese Eigenschaften des Modells in Kombination mit den erwähnten Untersuchungsmethoden könnten in Zukunft dazu eingesetzt werden, Invasionsprozesse mechanistisch zu untersuchen sowie neue anti-metastatisch wirkende Therapiestrategien zu testen. 
Die Validierung der 3D Modelle als Testsystem bezüglich der Vorhersagbarkeit von Therapieeffekten erfolgte mit Hilfe der klinisch relevanten, zielgerichteten Therapie mit dem monoklonalen Antikörper Trastuzumab, welcher aufgrund seiner Spezifität für HER2/Neu nur in Patienten mit HER2/Neu-überexprimierendem Mammakarzinom einen Therapieerfolg erzielt. Während weder in 2D noch in den 3D Modellen aller molekularer Subtypen eine eindeutige Reduktion der Zellviabilität oder ein Anstieg der Apoptose gemessen werden konnte, zeigte sich mit Hilfe eines ADCC-Reportergenassays, der in dieser Arbeit für die Anwendung im 3D Modell angepasst wurde, ein deutlicher Anstieg der Antikörper-abhängigen zellvermittelten Zytotoxizität (ADCC) lediglich für das HER2/Neu-überexprimierende Modell. Dies entspricht den klinischen Beobachtungen und unterstreicht die Relevanz der ADCC als Wirkmechanismus des Antikörpers. Um die direkten Effekte einer ADCC auf die Tumorzellen im 3D Testsystem direkt – ohne den Umweg über ein Reportergen – messbar zu machen, war die Einführung einer immunologischen Komponente notwendig. Dies gelang mit Hilfe der Integration von mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs), wodurch die Induktion der Apoptose im HER2/Neu-überexprimierenden Modell messbar war. Somit konnte im Rahmen dieser Arbeit ein immunkompetentes Modell etabliert werden, welche das Potenzial für weitere Testungen aus dem aufstrebenden Bereich der Krebsimmuntherapien bietet. 
Anschließend wurde das etablierte Testsystem zur Untersuchung von Fragestellungen aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen eingesetzt. Durch den Vergleich der Sensitivität von Tumorzellen in 2D und im 3D Modell des TNBC gegenüber des wasserunlöslichen Wirkstoffs Curcumin, welcher in einer neuartigen Nanoformulierung bzw. in einer DMSO-basierten Formulierung appliziert wurde, konnte das 3D Testsystem für die Evaluation einer innovativen Formulierungsstrategie für unlösliche Wirkstoffe angewendet werden, um für die Krebstherapie relevante Dosierungen zu erreichen. Weiterhin wurden aufgrund des Mangels an zielgerichteten Therapien für das tripel-negative Mammakarzinom neuartige Therapiestrategien anhand des 3D Modells getestet. Zum einen wurde die Therapie mit dem WEE1-Kinase Inhibitor MK 1775 als Monotherapie sowie in Kombination mit dem Chemotherapeutikum Doxorubicin evaluiert. Diese zeigte im Gegensatz zu Testungen in 2D Kultur keinen eindeutigen Therapieeffekt im 3D Testsystem. Zum anderen wurde eine neuartige Behandlung aus dem Bereich der zellulären Immuntherapie erfolgreich im TNBC 3D Modell angewendet. Die Behandlung mit T-Zellen, welche einen chimären Antigen-Rezeptor (CAR) gegen ROR1 tragen, zeigte sowohl im statischen als auch im dynamischen Modell eine Migration der T-Zellen in das Tumorgewebe, eine erhöhte Proliferation der T-Zellen sowie eine effiziente Lyse der Tumorzellen mittels Apoptose und damit eine spezifische anti-tumorale Wirkung der CAR-transduzierten T-Zellen im Vergleich zu Kontroll-T-Zellen. Diese Ergebnisse verdeutlichen einerseits, dass die therapeutische Anwendung von CAR-T-Zellen eine vielversprechende Strategie für die Behandlung von soliden Tumoren wie des TNBC ist, zum anderen, dass die hier vorgestellten 3D Modelle als Testsystem für die Evaluierung und Optimierung von zellulären Immuntherapien geeignet sind.
Im letzten Teil der Arbeit wurde das 3D Modell für die zukünftige Anwendung um Komponenten des Tumorstromas erweitert. Durch die Kokultur mit Fibroblasten wurden die natürlichen Strukturen der Darmmatrix, bestehend aus Krypten und Villi, umgebaut und die Krebszellen bildeten zusammen mit den Fibroblasten tumorartige Strukturen aus. Das so erzeugte Gewebemodell zeigte sowohl in morphologischer Hinsicht als auch bezogen auf die Markerexpression und die Aktivierung der dermalen Fibroblasten hin zu Krebs-assoziierten Fibroblasten (CAFs) starke Ähnlichkeit mit Xenograft-Modellen. Für die Integration von Adipozyten, welche ein wichtiger Bestandteil des Stromas in der Brust sind, wurde eine Kokultur mit humanen, aus dem Fettgewebe stammenden Stroma-/Stammzellen (hASCs) etabliert, welche sowohl im statischen als auch im dynamischen 3D Modell erfolgreich adipogen differenziert werden konnten. Diese Modelle eignen sich aufgrund des komplexen Differenzierungsprozesses vor allem für die mechanistische Untersuchung der Interaktionen zwischen Tumorzellen und Adipozyten.
Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, ein humanes 3D Mammakarzinom-Testsystem zur Anwendung in der präklinischen Entwicklung und Testung anti-tumoraler Therapien sowie der Grundlagenforschung im Bereich der Tumorbiologie zu etablieren. Mit Hilfe dieses modularen Testsystems können relevante Daten zur Wirksamkeit von Therapien in Tumoren unterschiedlicher molekularer Subtypen sowie unterschiedlich fortgeschrittener Tumorstadien und zur Optimierung neuartiger Therapiestrategien wie Immuntherapien gewonnen werden. Dies kann in Zukunft dazu beitragen das präklinische Screening zu verbessern und somit die hohen klinischen Ausfallraten in der pharmazeutischen Industrie und die Zahl von Tierversuchen zu reduzieren.
KW  - Brustkrebs
KW  - Mamma carcinoma
KW  - Tissue Engineering
KW  - Drug testing
KW  - 3D model
KW  - therapy simulation
KW  - Mammakarzinom
KW  - Wirkstofftestung
KW  - 3D Modell
KW  - Therapiesimulation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-172280
ER  - 
TY  - THES
A1  - Anany, Mohamed Ahmed Mohamed Mohamed
T1  - Enhancement of Toll-like receptor3 (TLR3)-induced death signaling by TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)
T1  - Verstärkung der Toll-like receptor3 (TLR3)-induzierten Todessignalisierung durch TNF-like weak inducer of apoptosis (TWEAK)
N2  - Tumor necrosis factor (TNF)-like weak inducer of apoptosis (TWEAK) is a member of the TNF superfamily (TNFSF) and is as such initially expressed as type II class transmembrane glycoprotein from which a soluble ligand form can be released by proteolytic processing. While the expression of TWEAK has been detected at the mRNA level in various cell lines and cell types, its cell surface expression has so far only been documented for dendritic cells, monocytes and interferon-γ stimulated NK cells. The fibroblast growth factor-inducible-14 (Fn14) is a TRAF2-interacting receptor of the TNF receptor superfamily (TNFRSF) and is the only receptor for TWEAK. The expression of Fn14 is strongly induced in a variety of non-hematopoietic cell types after tissue injury. The TWEAK/Fn14 system induces pleiotropic cellular activities such as induction of proinflammatory genes, stimulation of cellular angiogenesis, proliferation, differentiation, migration and in rare cases induction of apoptosis. On the other side, Toll-like receptor3 (TLR3) is one of DNA- and RNA-sensing pattern recognition receptors (PRRs), plays a crucial role in the first line of defense against virus and invading foreign pathogens and cancer cells. Polyinosinic-polycytidylic acid poly(I:C) is a synthetic analog of dsRNA, binds to TLR3 which acts through the adapter TRIF/TICAM1, leading to cytokine secretion, NF-B activation, IRF3 nuclear translocation, inflammatory response and may also elicit the cell death. TWEAK sensitizes cells for TNFR1-induced apoptosis and necroptosis by limiting the availability of protective TRAF2-cIAP1 and TRAF2-cIAP2 complexes, which interact with the TNFR1-binding proteins TRADD and RIPK1. In accordance with the fact that poly(I:C)-induced signaling also involves these proteins, we found enhanced necroptosis-induction in HaCaT and HeLa-RIPK3 by poly(I:C) in the presence of TWEAK (Figure 24). Analysis of a panel of TRADD, FADD, RIPK1 and caspase-8 knockout cells revealed furthermore similarities and differences in the way how these molecules act in cell death signaling by poly(I:C)/TWEAK and TNF and TRAIL. RIPK1 turned out to be essential for poly(I:C)/TWEAK-induced caspase-8-mediated apoptosis but was dispensable for these responses in TNF and TRAIL signaling. Lack of FADD protein abrogated TRAIL- but not TNF- and poly(I:C)-induced necroptosis. Moreover, we observed that both long and short FLIP rescued HaCaT and HeLa-RIPK3 cells from poly(I:C)-induced apoptosis or necroptosis.
To sum up, our results demonstrate that TWEAK, which is produced by interferon stimulated myeloid cells, controls the induction of apoptosis and necroptosis by the TLR3 ligand poly(I:C) and may thus contribute to cancer or anti-viral immunity treatment.
N2  - Tumor necrosis factor (TNF)-like weak inducer of apoptosis (TWEAK) ist ein Mitglied der TNF-Superfamilie (TNFSF) und wird als solches anfänglich als Transmembranglykoprotein der Klasse II exprimiert, aus dem eine lösliche Ligandenform durch proteolytische Prozessierung freigesetzt werden kann. Während die Expression von TWEAK auf mRNA-Ebene in verschiedenen Zelllinien und Zelltypen nachgewiesen wurde, konnte ihre Zelloberflächenexpression bisher nur für dendritische Zellen, Monozyten und Interferon-γ-stimulierte NK-Zellen dokumentiert werden.  Fibroblast growth factor-inducible-14 (Fn14) ist ein TRAF2-wechselwirkender Rezeptor der TNF-Rezeptor-Superfamilie (TNFRSF) und der einzige Rezeptor für TWEAK. Die Expression von Fn14 wird nach Gewebeverletzung in einer Vielzahl von nicht hämatopoetischen Zelltypen stark induziert. Das TWEAK / Fn14-System induziert pleiotrope zelluläre Aktivitäten, die von der proinflammatorischen Geninduktion über die Stimulierung der Angiogenese, Proliferation und Zelldifferenzierung bis hin zur Zellmigration und in seltenen Fällen zur Induktion von Apoptose reichen. Auf der anderen Seite spielt der Toll-like Rezeptor3 (TLR3), einer der DNA- and RNA-sensing pattern recognition receptors (PRRs), eine entscheidende Rolle in der ersten Verteidigungslinie gegen Viren und eindringende fremde Krankheitserreger und Krebszellen. Polyinosin-Polycytidylsäure-Poly (I: C) ist ein synthetisches Analogon von dsRNA, das an TLR3 bindet, das über den Adapter TRIF / TICAM1 wirkt und zu Zytokinsekretion, NF-B-Aktivierung, IRF3-Kerntranslokation und Entzündungsreaktion führt der Zelltod.
TWEAK sensibilisiert Zellen für TNFR1-induzierte Apoptose und Nekroptose, indem es die Verfügbarkeit von schützenden TRAF2-cIAP1- und TRAF2-cIAP2-Komplexen begrenzt, die mit den TNFR1-bindenden Proteinen TRADD und RIPK1 interagieren. Entsprechend der Tatsache, dass diese Proteine auch von Poly (I: C) induziert werden, fanden wir eine verstärkte Nekroptose-Induktion in HaCaT und HeLa-RIPK3 durch Poly (I: C) in Gegenwart von TWEAK (Figure 24). Die Analyse eines Panels von TRADD-, FADD-, RIPK1- und Caspase-8-Knockout-Zellen ergab außerdem Ähnlichkeiten und Unterschiede in der Art und Weise, wie diese Moleküle bei der Zelltodsignalisierung durch Poly (I: C) / TWEAK und TNF und TRAIL wirken. RIPK1 erwies sich als essentiell für die Poly (I: C) / TWEAK-induzierte Caspase-8-vermittelte Apoptose, war jedoch für diese Reaktionen bei TNF- und TRAIL-Signalen entbehrlich. Das Fehlen von FADD-Protein hob TRAIL-, aber nicht TNF- und Poly (I: C) -induzierte Nekroptose auf. Darüber hinaus beobachteten wir, dass sowohl langes als auch kurzes FLIP HaCaT- und HeLa-RIPK3-Zellen vor Poly (I: C) -induzierter Apoptose oder Nekroptose retteten.
Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass TWEAK, das von Interferon-stimulierten myeloischen Zellen produziert wird, die Induktion von Apoptose und Nekroptose durch den TLR3-Liganden Poly(I: C) steuert und somit zur Krebsbehandlung oder antiviralen Immunität beitragen kann.
KW  - Immunologe
KW  - TLR3
KW  - TWEAK
KW  - Krebs
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189757
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TY  - THES
A1  - Schiele, Miriam
T1  - Interaction of 5-HTT/NPSR1 variants with distal and acute stress on dimensional and neuroendocrine anxiety endophenotypes – A multi-dimensional model of anxiety risk
T1  - Interaktion von 5-HTT/NPSR1 Varianten mit distalem und akutem Stress bei dimensionalen und neuroendokrinen Endophänotypen von Angst – Ein multidimensionales Modell der Angstentstehung
N2  - The etiology of anxiety disorders is multifactorial with contributions from both
genetic and environmental factors. Several susceptibility genes of anxiety disorders or
anxiety-related intermediate phenotypes have been identified, including the
serotonin transporter gene (5-HTT) and the neuropeptide S receptor gene (NPSR1),
which have been shown to modulate responses to distal and acute stress experiences.
For instance, gene-environment interaction (GxE) studies have provided evidence
that both 5-HTT and NPSR1 interact with environmental stress, particularly
traumatic experiences during childhood, in the moderation of anxiety traits, and
both 5-HTT and NPSR1 have been implicated in hypothalamic-pituitary-adrenal
(HPA) axis reactivity – an intermediate phenotype of mental disorders – in response
to acute stress exposure. The first part of this thesis aimed to address the interplay of
variations in both 5-HTT and NPSR1 genes and distal stress experiences, i.e.
childhood trauma, in the moderation of anxiety-related traits, extended by
investigation of the potentially protective effect of positive influences, i.e. elements of
successful coping such as general self-efficacy (GSE), on a GxE risk constellation by
introducing GSE as an indicator of coping ability (“C”) as an additional dimension in
a GxExC approach conferring – or buffering – vulnerability to anxiety. Increased
anxiety was observed in 5-HTTLPR/rs25531 LALA genotype and NSPR1 rs324981 AA
genotype carriers, respectively, with a history of childhood maltreatment but only in
the absence of a person’s ability to cope with adversity, whereas a dose-dependent
effect on anxiety traits as a function of maltreatment experiences irrespective of
coping characteristics was observed in the presence of at least one 5-HTT S/LG or
NSPR1 T allele, respectively. The second part of this thesis addressed the respective
impact of 5-HTT and NPSR1 variants on the neuroendocrine, i.e. salivary cortisol
response to acute psychosocial stress by applying the Maastricht Acute Stress Test
(MAST). A direct effect of NPSR1 – but not 5-HTT – on the modulation of acute
stress reactivity could be discerned, with carriers of the more active NPSR1 T allele
Summary
III
displaying significantly higher overall salivary cortisol levels in response to the MAST
compared to AA genotype carriers.
In summary, study 1 observed a moderating effect of GSE in interaction with
childhood maltreatment and 5-HTT and NPSR1, respectively, in an extended GxExC
model of anxiety risk, which may serve to inform targeted preventive interventions
mitigating GxE risk constellations and to improve therapeutic interventions by
strengthening coping ability as a protective mechanism to promote resilient
functioning. In study 2, a modulation of HPA axis function, considered to be an
endophenotype of stress-related mental disorders, by NPSR1 gene variation could be
discerned, suggesting neuroendocrine stress reactivity as an important potential
intermediate phenotype of anxiety given findings linking NPSR1 to dimensional and
categorical anxiety. Results from both studies may converge within the framework of
a multi-level model of anxiety risk, integrating neurobiological, neuroendocrine,
environmental, and psychological factors that act together in a highly complex
manner towards increasing or decreasing anxiety risk.
N2  - Die Entstehung von Angsterkrankungen ist multifaktoriell bedingt durch
sowohl genetische als auch umweltbezogene Faktoren. Verschiedene
Suszeptibilitätsgene von Angsterkrankungen und angstbezogenen Phänotypen
konnten identifiziert werden, darunter das Serotonintransportergen (5-HTT) und
das Neuropeptid S Rezeptorgen (NPSR1). Für beide Gene konnte gezeigt werden,
dass sie die Reaktion auf sowohl distale als auch akute Stresserlebnisse beeinflussen
können. Unter anderem legen Befunde aus Gen-Umwelt-Interaktionsstudien (GxE)
nahe, dass sowohl 5-HTT also auch NPSR1 mit Umwelteinflüssen interagieren,
insbesondere mit traumatischen Kindheitserlebnissen, und somit unterschiedliche
Ausprägungen der Angst mitbedingen. Weiterhin konnten sowohl 5-HTT als auch
NPSR1 in Bezug zu veränderter Reaktivität der Hypothalamus-Hypophysen-
Nebennierenrinden-Achse (HPA-Achse) auf psychosozialen Stress hin gebracht
werden, deren Funktion einen intermediären Phänotyp von psychischen
Erkrankungen darstellt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das Zusammenwirken
von Varianten in sowohl dem 5-HTT als auch dem NPSR1 Gen mit distalen
Stresserlebnissen, d.h. Kindheitstraumata, unter Einbezug der möglicherweise
protektiven Funktion von positiven Einflussfaktoren im Sinne von erfolgreichen
Bewältigungsstrategien (engl. Coping) wie der generellen
Selbstwirksamkeitserwartung (GSE) untersucht. Dazu wurde GSE als Indikator für
Coping-Eigenschaften („C“) als zusätzliche Ebene in einem erweiterten GxExCAnsatz
eingeführt, welche je nach Ausprägung die Vulnerabilität für Angst zusätzlich
mitbedingen oder aber abschwächen kann. Es zeigten sich jeweils erhöhte
Angstwerte in Trägern des 5-HTTLPR/rs25531 LALA Genotyps sowie des NPSR1
rs324981 AA Genotyps, welche traumatische Ereignisse während der Kindheit erlebt
hatten, aber nur bei gleichzeitig vorliegender niedriger Coping-Fähigkeit. Das
Vorliegen von mindestens einem 5-HTT S/LG-Allel beziehungsweise einem NSPR1
T-Allel war hingegen mit einem Anstieg der Angstmaße mit steigender Zahl erlebter
Zusammenfassung
V
Kindheitstraumata assoziiert unabhängig von der Ausprägung von
Bewältigungsmöglichkeiten. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelte den jeweiligen
Einfluss von 5-HTT beziehungsweise NPSR1 Varianten bezüglich der
neuroendokrinen, d.h. Speichelkortisol-Stressantwort auf einen akuten
psychosozialen Stressor im Rahmen des Maastricht Acute Stress Tests (MAST). Es
konnte ein direkter Einfluss von NPSR1, aber nicht von 5-HTT, auf die Veränderung
der akuten Stressreaktivität gezeigt werden. Träger des höher aktiven NPSR1 T-Allels
waren gekennzeichnet durch höhere Speichelkortisollevel in Reaktion auf den MAST
im Vergleich zu Trägern des AA Genotyps.
Zusammenfassend konnte in der ersten Studie ein moderierender Einfluss von
GSE in Interaktion mit Kindheitstrauma und 5-HTT beziehungsweise NPSR1 im
Sinne eines erweiterten GxExC-Modells des Angstrisikos gezeigt werden. Dies kann
zum einen zur Entwicklung gezielter präventiver Maßnahmen und zum anderen zur
Verbesserung therapeutischer Interventionen beitragen, durch welche jeweils
Bewältigungsfähigkeiten im Sinne eines protektiven, resilienzfördernden
Mechanismus gestärkt werden. In der zweiten Studie zeigte sich eine veränderte
Funktion der HPA-Achse, welche einen Endophänotyp von stressbezogenen
psychischen Erkrankungen darstellt, in Abhängigkeit von einer NPSR1 Genvariante,
was die neuroendokrine Stressreaktivität als möglichen intermediären
Angstphänotyp im Zusammenhang von NPSR1 Variation und dimensionaler bzw.
kategorialer Angst nahelegt. Ausblickend können die Ergebnisse aus beiden Studien
im Rahmen eines Mehrebenenmodells des Angstrisikos zusammenfließen, welches
neurobiologische, neuroendokrine, umweltbezogene und psychologische Faktoren
integriert, die auf hochkomplexe Art zusammenwirken und somit das Angstrisiko
erhöhen oder herabsetzen können.
KW  - Angst
KW  - Genetik
KW  - Gen-Umwelt Interaktion
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-148600
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TY  - THES
A1  - Agnetta, Luca
T1  - Novel Photoswitchable and Dualsteric Ligands Acting on Muscarinic Acetylcholine Receptors for Receptor Function Investigation
T1  - Neue lichtschaltbare und dualstere Liganden für die muskarinischen Acetylcholin Rezeptoren zur Untersuchung der Rezeptorfunktion
N2  - G protein-coupled receptor research looks out for new technologies to elucidate the complex
processes of receptor activation, function and downstream signaling with spatiotemporal
resolution, preferably in living cells and organisms. A thriving approach consists in making use
of the unsurpassed properties of light, including its high precision in space and time, noninvasiveness
and high degree of orthogonality regarding biological processes. This is realized
by the incorporation of molecular photoswitches, which are able to effectively respond to light,
such as azobenzene, into the structure of a ligand of a given receptor. The muscarinic
acetylcholine receptors belong to class A GPCRs and have received special attention in this
regard due to their role as a prototypic pharmacological system and their therapeutic potential.
They mediate the excitatory and inhibitory effects of the neurotransmitter acetylcholine and
thus regulate diverse important biological processes, especially many neurological functions in
our brain.
In this work, the application of photopharmacological tool compounds to muscarinic receptors
is presented, consisting of pharmacophores extended with azobenzene as light-responsive
motif. Making use of the dualsteric concept, such photochromic ligands can be designed to bind
concomitantly to the orthosteric and allosteric binding site of the receptor, which is
demonstrated for BQCAAI (M1) and PAI (M2) and may lead to subtype- and functionalselective
photoswitchable ligands, suitable for further ex vivo and in vivo studies.
Moreover, photoswitchable ligands based on the synthetic agonist iperoxo were investigated
extensively with regard to their photochemical behavior and pharmacological profile, outlining
the advantages and challenges of using red-shifted molecular photoswitches, such as tetraortho-
fluoro azobenzene. For the first time on a GPCR it was examined, which impact the
different substitution pattern has on both the binding and the activity on the M1 receptor. Results
show that substituted azobenzenes in photopharmacological compounds (F4-photoiperoxo and
F4-iper-azo-iper) not just represent analogs with other photophysical properties but can exhibit
a considerably different biological profile that has to be investigated carefully.
The achievements gained in this study can give important new insights into the binding mode
and time course of activation processes, enabling precise spatial and temporal resolution of the
complex signaling pathway of muscarinic receptors. Due to their role as exemplary model
system, these findings may be useful for the investigation into other therapeutically relevant
GPCRs.
N2  - Die Forschung an G-Protein-gekoppelten Rezeptoren verlangt nach neuen Technologien zur
Aufklärung der komplexen Prozesse der Rezeptoraktivierung, -funktion und ihrer
nachgeschalteten Signalwege mit räumlicher und zeitlicher Auflösung, vorzugsweise in
lebenden Zellen und Organismen. Ein erfolgreicher Ansatz besteht darin, die unübertroffenen
Eigenschaften des Lichts zu nutzen, welche die hohe Präzision in Raum und Zeit, die Nicht-
Invasivität und die hohe Orthogonalität in Bezug auf biologische Prozesse einschließt. Dies
wird durch den Einbau von molekularen Photoschaltern, wie z. B. Azobenzolen, in die Struktur
eines Liganden eines bestimmten Rezeptors realisiert, welche effektiv auf Licht reagieren. Die
muskarinischen Acetylcholin Rezeptoren gehören zur Klasse A der GPCRs und haben aufgrund
ihrer Rolle als prototypisches pharmakologisches System und ihres therapeutischen Potenzials
diesbezüglich besondere Beachtung gefunden. Sie vermitteln die stimulierenden und
hemmenden Wirkungen des Neurotransmitters Acetylcholin und regulieren somit verschiedene
wichtige biologische Prozesse, insbesondere viele neurologische Funktionen in unserem
Gehirn.
In dieser Arbeit wird die Anwendung photopharmakologischer „Tool“-Verbindungen auf die
muskarinischen Rezeptoren vorgestellt, die aus Pharmakophoren bestehen, welche mit
Azobenzol als lichtempfindlichem Motiv modifiziert wurden. Mit Hilfe des Konzepts der
Dualsterie können solche photochromen Liganden so gestaltet werden, dass sie gleichzeitig an
die orthosterische und allosterische Bindungsstelle des Rezeptors binden, was für BQCAAI
(M1) und PAI (M2) gezeigt wurde und zu subtypen- und funktionsselektiven photoschaltbaren
Liganden führen kann, die für weitere Ex- und In-Vivo-Studien geeignet sind.
Darüber hinaus wurden photoschaltbare Liganden auf Basis des synthetischen Agonisten
Iperoxo hinsichtlich ihres photochemischen Verhaltens und ihres pharmakologischen Profils
ausführlich untersucht, um die Vorteile und Herausforderungen der Verwendung
rotverschobener molekularer Photoschalter wie tetra-ortho-Fluor-azobenzol zu erläutern. Es
wurde erstmals an einem GPCR untersucht, welche Auswirkungen das unterschiedliche
Substitutionsmuster sowohl auf die Bindung, als auch auf die Aktivität am M1-Rezeptor hat.
Diese Ergebnisse zeigen, dass substituierte Azobenzole in photopharmakologischen
Verbindungen (F4-Photoiperoxo und F4-Iper-azo-iper) nicht nur Analoga mit anderen
photophysikalischen Eigenschaften darstellen, sondern auch ein deutlich unterschiedliches
biologisches Profil aufweisen können, das sorgfältig untersucht werden muss. Die in dieser
Studie erzielten Ergebnisse geben neue und wichtige Einblicke in den Bindungsmodus und den zeitlichen Verlauf von Aktivierungsprozessen und ermöglichen eine präzise räumliche und
zeitliche Auflösung der komplexen Signalwege von muskarinischen Rezeptoren. Aufgrund
ihrer Rolle als exemplarisches Modellsystem können diese Befunde für die Untersuchung
anderer therapeutisch relevanter GPCRs sehr nützlich sein.
KW  - Muscarinrezeptor
KW  - G-Protein gekoppelte Rezeptor
KW  - G Protein-coupled receptor
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187170
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TY  - THES
A1  - Lotz, Christian
T1  - Entwicklung eines Augenirritationstests zur Identifikation aller GHS-Kategorien für den Endpunkt Augenreizung
T1  - Development of an eye irritation test to identify all GHS categories of eye irritation
N2  - Die Risikobewertung von Chemikalien ist für die öffentliche Gesundheit von entschei-dender Bedeutung, weshalb strenge Testverfahren zu deren toxikologischer Begutach-tung angewandt werden. Die ursprünglich tierbasierten Testverfahren werden aufgrund von neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und wegen ökonomischer Ineffizienz sowie ethischer Fragwürdigkeit immer mehr durch alternative Methoden ohne Tiermodelle ersetzt. Für den toxikologischen Endpunkt der Augenreizung wurden bereits die ersten alternativen Testsysteme auf der Basis von ex vivo- oder in vitro-Modellen entwickelt. Jedoch ist bis dato kein alternatives Testsystem in der Lage, das gesamte Spektrum der verschiedenen Kategorien der Augenreizungen nach dem global harmonisierten System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien (GHS) vorherzusagen und damit den tierbasierten Draize-Augenreizungstest vollends zu ersetzen. Gründe hierfür sind fehlende physiologische Merkmale im Modell sowie eine destruktive Analysemethode. 
Aufgrund dessen wurden in dieser Studie die Hypothesen getestet, ob ein verbessertes In-vitro-Modell oder eine zerstörungsfreie, hochsensitive Analysemethode die Vorher-sagekraft des Augenreizungstests verbessern können. Dafür wurden zunächst neue Mo-delle aus humanen Hornhaut- und Hautepithelzellen entwickelt. Die Modelle aus pri-mären cornealen Zellen zeigten eine gewebespezifische Expression der Marker Zytokera-tin 3 und 12 sowie Loricrin. In beiden Modellen konnte durch die Verkürzung der Kul-turdauer die Ausbildung einer Hornschicht verhindert werden. Die Modelle wiesen dadurch eine sensiblere Barriere vergleichbar der nativen Cornea auf. Darüber hinaus konnte durch die chemische Quervernetzung mit Polyethylenglykolsuccinimidylglutara-tester ein transparentes, nicht kontrahierendes Stroma-Äquivalent etabliert werden. Der Stroma-Ersatz konnte zur Generierung von Hemi- und Voll-Cornea-Äquivalenten einge-setzt werden und lieferte somit erste Ansatzpunkte für die Rekonstruktion der nativen Hornhaut. 
Parallel dazu konnte ein zerstörungsfreies Analyseverfahren basierend auf der Impe-danzspektroskopie entwickelt werden, das wiederholte Messungen der Gewebeintegri-tät zulässt. Zur verbesserten Messung der Barriere in dreidimensionalen Modelle wurde hierfür ein neuer Parameter, der transepitheliale elektrische Widerstand (TEER) bei der Frequenz von 1000 Hz, der TEER1000 Hz definiert, der eine genauere Aussage über die Integrität der Modelle zulässt. Durch die Kombination der entwickelten cornealen Epithelzellmodelle mit der TEER1000 Hz-Messung konnte die Prädikitivität des Augenrei-zungstests auf 78 - 100 % erhöht werden. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die nicht destruktive Messung des TEER1000 Hz zum ersten Mal erlaubte, die Persistenz von Irritationen durch wiederholte Messungen in einem in vitro-Modell zu erkennen und somit die GHS-Kategorie 1 von GHS-Kategorie 2 zu unterscheiden. Der wissenschaftli-che Gewinn dieser Forschungsarbeit ist ein neues Testverfahren, das alle GHS-Kategorien in einem einzigen in vitro-Test nachweisen und den Draize-Augenreizungstest gänzlich ersetzen kann.
N2  - The assessment of the risk of chemicals is of crucial importance for public health. Hence, strict test procedures have been developed for toxicological evaluation of consumer products. The original animal-based test methods are being replaced by alternative methods due to new scientific findings, economic inefficiency and ethical doubts. For the toxicological endpoint of eye irritation, the first alternative test systems based on ex vivo or in vitro models have been developed. However, to date no alternative test meth-od has been able to predict the entire spectrum of eye irritation categories specified in the globally harmonized system for the classification and labelling of chemicals (GHS). Thus, no stand-alone test methods can replace the animal-based Draize eye irritation test resulting in the need of complex integrated testing strategies. Reasons for this are the lack of key physiological characteristics of the implemented models, species specific differences and the employed destructive analysis method. 
Therefore, this study tested whether a refinement of the used models or a more sensitive analytical method could improve the predictive power of the eye irritation test. First, new models of human corneal and skin epithelial cells were developed. Since a key fea-ture of the human cornea is a lack of cornification, several parameters such as calcium and retinoic acid to reduce the cornification were investigated. In both models the for-mation of a stratum corneum could be prevented most effectively by shortening the cul-ture time. Hence, the models had a more sensitive barrier comparable to the native cor-nea. However, only the model based on primary cornea cells showed a cornea-specific expression of the markers cytokeratin 3 and 12 as well as loricrin. Models based on skin keratinocytes retained a skin-specific phenotype. In addition, a stromal matrix was de-veloped to allow for the generation of a full-thickness cornea model. For this a cell-seeded collagen hydrogel was chemically cross-linkined via a polyethylene glycol suc-cinimidyl glutarate generating a transparent, non-contracting stroma equivalent. 
In parallel, a non-destructive highly sensitive analysis method based on impedance spec-troscopy was developed that allows repeated measurements of the tissue integrity. To improve the measurement of the barrier in three-dimensional models, a new parameter, the transepithelial electrical resistance (TEER) at the frequency of 1000 Hz, the TEER1000 Hz was defined. By combining the developed corneal epithelial cell models with the TEER1000 Hz measurement, the predictivity of the eye irritation test could be increased to 78 - 100 %. Moreover, the TEER1000 Hz allowed for the first time to detect the persistence of irritative effects by repeated measurements in an in vitro model and thus to distinguish between all GHS categories. The scientific yield of this research work is therefore a new test method that can detect all GHS categories in a single in vitro test and holds the possibility to completely replace the Draize eye irritation test.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Eye irritation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170126
ER  - 
TY  - THES
A1  - Derakhshani, Shaghayegh
T1  - Measles virus infection enhances dendritic cell migration in a 3D environment
T1  - Die Masernvirusinfektion verstärkt die Migration dendritischer Zellen in einer 3D-Umgebung
N2  - The respiratory system is amongst the most important compartments in the human body. Due to its connection to the external environment, it is one of the most common portals of pathogen entry. Airborne pathogens like measles virus (MV) carried in liquid droplets exhaled from the infected individuals via a cough or sneeze enter the body from the upper respiratory tract and travel down to the lower respiratory tract and reach the alveoli. There, pathogens are captured by the resident dendritic cells (DCs) or macrophages and brought to the lymph node where immune responses or, as in case of MV, dissemination via the hematopoietic cell compartment are initiated. Basic mechanisms governing MV exit from the respiratory tract, especially virus transmission from infected immune cells to the epithelial cells have not been fully addressed before. Considering the importance of these factors in the viral spread, a complex close-to-in-vivo 3D human respiratory tract model was generated. This model was established using de-cellularized porcine intestine tissue as a biological scaffold and H358 cells as targets for infection. The scaffold was embedded with fibroblast cells, and later on, an endothelial cell layer seeded at the basolateral side. This provided an environment resembling the respiratory tract where MV infected DCs had to transmigrate through the collagen scaffold and transmit the virus to epithelial cells in a Nectin-4 dependent manner. For viral transmission, the access of infected DCs to the recipient epithelial cells is an essential prerequisite and therefore, this important factor which is reflected by cell migration was analyzed in this 3D system.
The enhanced motility of specifically MV-infected DCs in the 3D models was observed, which occurred independently of factors released from the other cell types in the models. Enhanced motility of infected DCs in 3D collagen matrices suggested infection-induced cytoskeletal remodeling, as also verified by detection of cytoskeletal polarization, uropod formation. This enforced migration was sensitive to ROCK inhibition revealing that MV infection induces an amoeboid migration mode in DCs. In support of this, the formation of podosome structures and filopodia, as well as their activity, were reduced in infected DCs and retained in their uninfected siblings. Differential migration modes of uninfected and infected DCs did not cause differential maturation, which was found to be identical for both populations. As an underlying mechanism driving this enforced migration, the role of sphingosine kinase (SphK) and sphingosine-1-phosphate (S1P) was studied in MV-exposed cultures. It was shown in this thesis that MV-infection increased S1P production, and this was identified as a contributing factor as inhibition sphingosine kinase activity abolished enforced migration of MV-infected DCs. These findings revealed that MV infection induces a fast push-and-squeeze amoeboid mode of migration, which is supported by SphK/S1P axis. However, this push-and-squeeze amoeboid migration mode did not prevent the transendothelial migration of MV-infected DCs.
Altogether, this 3D system has been proven to be a suitable model to study specific parameters of mechanisms involved in infections in an in vivo-like conditions.
N2  - Die respiratorische System ist ein wesentlicher physiologischer Bestandteil. Durch die direkte und konstante Verbindung der Atemwege mit der äußeren Umgebung sind sie einer der häufigsten Pfade für den Eintritt von Krankheitserregern in den Körper. Luftübertragene Krankheitserreger wie das Masern-Virus (MV), das in Flüssigkeitströpfchen mitgeführt und von Patienten durch Husten oder Niesen ausgeatmet wird, können über die oberen Atemwege in den Körper gelangen und sich bis in die unteren Atemwege und bis zu den Alveolen ausbreiten. Dort werden diese Krankheitserreger von den dort residenten dendritischen Zellen (DC) oder Makrophagen erworben und zu sekundären lymphatischen Organen transportiert, in denen sowohl virus-spezifische Immunantworten, aber auch – wie im Falle von MV – die hämatogene Dissemination initiiert wird.  Der Austrittsmechanismus des MV aus den Atemwegen, insbesondere dessen Übertragung von infizierten Immunzellen auf die Epithelzellen und die Faktoren, die diesen Ablauf bestimmen, wurden jedoch bisher unzureichend untersucht. In Anbetracht der Bedeutung dieser Faktoren für die Virusausbreitung wurde ein komplexes, realitätsnahes in-vivo 3D-Modell der menschlichen Atemwege erstellt. Dieses Modell wurde unter Verwendung von de-zellularisiertem Schweinedarmgewebe als biologischem Gerüst und H358 Epithelzellen als Empfänger etabliert. Dieses Grundgerüst wurde mit Fibroblastenzellen eingebettet.  Später wurde auf der basolateralen Seite der Modelle eine Endothelzellschicht eingebracht, um eine Umgebung zu schaffen, die der der Atemwege ähnelt. Somit mussten die Virus-Donoren, MV-infizierte DC durch das Kollagengerüst wandern und das Virus auf Epithelzellen in einer Nektin-4 abhängigen Weise übertragen. Für die Virusübertragung ist der Zugang infizierter DC zu den Empfänger-Epithelzellen eine wesentliche Voraussetzung, weshalb dieser wichtige Faktor, der sich in der Zellmigration widerspiegelt, in diesem 3D-System analysiert wurde.
Eine erhöhte Beweglichkeit spezifisch MV-infizierter DCs wurde in den 3D-Modellen beobachtet. Dies erwies sich als unabhängig von löslichen Faktoren der anderen Zelltypen in den Modellen. Erhöhte Beweglichkeit infizierten DCs wurde auch in 3D-Kollagenmatrizes gesehen, was auf einen infektionsvermittelten zytoskelettalen Umbau hindeutete, der auch anhand von Zytoskelettpolarisation und Uropodbildung bestätigt wurde. Die MV-Infektion induzierte einen schnellen amöboiden Migrationsmodus in den DCs, der sich als sensitiv gegenüber ROCK-Hemmung erwies. Im Gegensatz zu uninfizierten DCs gleichen Reifungsstadiums waren in infizierten DCs  Podosomenstrukturen und Filopodien sowie deren Aktivität stark reduziert. Als potentiell zur verstärkten Motilität infizierter DCs beitragender Faktor wurde die Rolle der Sphingosinkinase (SphK) und des Sphingosin-1-phosphats (S1P) in MV-exponierten Kulturen untersucht. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die S1P-Produktion durch eine MV-Infektion erhöht wurde, und in der Tat zur für infizierte DCs beobachteten erhöhten Geschwindigkeit beitrug, da diese sensitiv gegenüber  Hemmung der Sphingosinkinase-Aktivität war. Diese Ergebnisse zeigen, dass die MV-Infektion einen schnellen amöboid-artigen Migrationsmodus induziert, der von der SphK/S1P-Achse unterstützt wird. Dieser Push-and-Squeeze-Amoeboid-Migrationsmodus verhinderte jedoch nicht die transendotheliale Migration von MV-infizierten DCs.
Insgesamt hat sich dieses 3D-System als geeignetes Modell erwiesen, um die spezifische Parameter von Mechanismen von Infektionen in einem in-vivo-ähnlichen Zustand zu untersuchen.
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Zell Migration
KW  - Masern-Virus
KW  - 3D-Modell
KW  - Sphingosine-1-phosphats
KW  - Dendritic cell
KW  - Cell migration
KW  - Measles virus
KW  - 3D tissue model
KW  - Tissue engineering
KW  - Sphingosine-1-phosphate
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189182
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TY  - THES
A1  - Tshitenge Tshitenge, Dieudonné
T1  - Isolation and Structural Elucidation of Novel Anti-Infective Naphthylisoquinoline Alkaloids from Ancistrocladus ealaensis, and Phytochemical Analysis of Two Congolese Medicinal Plants
T1  - Isolierung und Strukturaufklärung von neuen anti-infektiven Naphthylisochinolin-Alkaloiden aus Ancistrocladus ealaensis und phytochemische Analyse von zwei kongolesischen Heilpflanzen
N2  - Herein described are the isolation, structural elucidation, and biological evaluation of highly thrilling monomeric and dimeric new naphthylisoquinoline alkaloids from A. ealaensis. The separation, chiral resolution, and characterization of a series of stereoisomeric 2,3-dihydrobenzofuran neolignans are also reported. The analytical and phytochemical analysis on two Congolese antimalarial herbal drugs is part of the last chapter of the results. In this last case, major concerns on widely used Congolese herbal drugs are discussed.
N2  - Im Rahmen dieser Dissertation werden Einblicke in die strukturelle Vielfalt und das therapeutische Potenzial von pflanzlichen Sekundärmetaboliten gewährt
KW  - Isolation
KW  - Structural elucidation
KW  - Alkaloid
KW  - Naphthylisoquinoline
KW  - Anti-infective
KW  - Naphthylisochinolinalkaloide
KW  - Ancistrocladaceae
KW  - Kongo
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-154175
ER  - 
TY  - THES
A1  - Katzorke, Andrea
T1  - Der Einfluss von APOE4, MCI und tDCS-augmentiertem kognitiven Training auf die Leistung und hämodynamische Reaktion während Wortflüssigkeitsaufgaben
T1  - The impact of APOE4, MCI and tDCS-augmented cognitive training on performance and hemodynamic response during verbal fluency tasks
N2  - Jeder Zwanzigste im Alter von über 60 Jahren ist von einer Demenzerkrankung betroffen. Mit zunehmendem Alter steigt der Anteil Betroffener drastisch. Hierbei ist die Alzheimer-Demenz (AD) der häufigste Subtyp der Demenzerkrankungen. Symptomatisch ist diese Erkrankung vorwiegend charakterisiert durch ein Nachlassen der Gedächtnisfunktionen; neuropathologisch weisen Patienten mit AD neurofibrilläre Bündel von Tau-Protein-Ablagerungen, Amyloid-β (Aβ) Plaques sowie einen verringerten zerebralen Blutfluss auf.
Aktuell gibt es noch keine Behandlungsmöglichkeit, um die Erkrankung deutlich zu verlangsamen oder zu stoppen. Bereits Jahrzehnte vor Diagnosestellung der AD beginnen die pathologischen Mechanismen. Aktuelle Behandlungsmethoden setzen jedoch häufig erst nach Diagnosestellung einer AD an, also zu einem Zeitpunkt, an dem das Gehirn schon eine deutliche Neurodegeneration aufweist. Die Untersuchung von Risikogruppen zur Identifikation von frühen Biomarkern und nebenwirkungsarmen Behandlungsmethoden bietet ein großes Potential, um die Erkrankung möglichst früh entdecken und verlangsamen oder vielleicht sogar stoppen zu können. Risikogruppen im späteren Lebensabschnitt sind beispielsweise Träger des genetischen Hauptrisikofaktors Apolipoprotein-E4 (APOE4), Patienten mit einer subjektiven kognitiven Beeinträchtigung sowie Patienten mit einer objektiven leichten kognitiven Beeinträchtigung (engl. mild cognitive impairment; MCI).
Die Untersuchung der hämodynamischen Reaktion mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist aufgrund der einfachen und kostengünstigen Einsetzbarkeit dieser Methodik besonders praktikabel. Auch der wiederholte Befund einer reduzierten hämodynamischen Reaktion bei Patienten mit AD scheint vielversprechend. Untersuchungen mit AD-Risikogruppen gibt es bisher jedoch nur wenige; zudem weisen diese uneindeutige Befunde auf.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Untersuchung der hämodynamischen Reaktion bei den Risikogruppen ‚APOE4‘ und ‚MCI‘ im Vergleich zu gesunden Kontrollen während Wortflüssigkeitsaufgaben, die mittels fNIRS bereits gut etablierte Aufgaben darstellen. Des Weiteren wird in der vorliegenden Arbeit die Wirkung einer nebenwirkungsarmen Behandlungsmethode im Vergleich zu einer sham-Behandlung bei der Risikogruppe ‚subjektive kognitive Beeinträchtigung‘ untersucht. Bei dieser Behandlungsmethode handelt es sich um ein mittels transkranieller Gleichstromstimulation (engl. transcranial direct current stimulation; tDCS) augmentiertes kognitives Training.
Es zeigt sich für die Risikogruppe APOE4 bei gleicher Leistung im Vergleich zu Trägern anderer Allelvarianten eine verminderte hämodynamische Reaktion im typischerweise aufgabenspezifisch genutzten inferioren frontalen Gyrus. Parallel dazu weist der mediale frontale Gyrus, ein Teil des frontoparietalen Kontrollsystems, eine verstärkte hämodynamische Reaktion auf. Bei der Risikogruppe MCI zeigt sich neben einer schlechteren Testleistung eine verminderte hämodynamische Reaktion des infe-rioren frontotemporalen Kortex, welcher den inferioren frontalen Gyrus umfasst. Das tDCS-augmentierte kognitive Training bewirkt nicht nur einen gruppenunspezifischen Anstieg der hämodynamischen Reaktion im inferioren frontotemporalen Kortex, die tDCS verstärkt diesen Effekt im Vergleich zur sham-Stimulation noch zusätzlich. Dies geht jedoch nicht mit einer Veränderung der Testleistung einher.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass eine reduzierte hämodyna-mische Reaktion bereits in frühen Krankheitsstadien der AD detektierbar ist und dies möglicherweise als Biomarker für eine frühzeitige Detektion und Behandlung genutzt werden könnte. Des Weiteren bietet die tDCS für frühe Krankheitsstadien der AD das Potential einer nebenwirkungsarmen Behandlungsmethode.
N2  - At least one in 20 people aged 60 or older are affected by dementia; the proportion affected increases dramatically with age. Alzheimer´s disease (AD) is the most common subtype of dementia disorders and is symptomatically mainly characterized by a deteriorating memory. Neuropathologically, AD patients exhibit neurofibrillary tangles consisting of tau proteins, amyloid plaques and a decreased cerebral blood flow. To date, there is no treatment option to slow down or stop the disease considerably. The pathological mechanisms already begins 10 to 25 years before patients are diagnosed. However, current treatment methods are not implemented until after diagnosis, at which point the brain is already considerably damaged. Hence, the investigation of risk groups has great potential to identify early biomarkers and treatment methods in order to detect the disease as early as possible and slow down or stop it. Risk factors for the development of AD include the presence of the genetic major risk factor Apolipoprotein-E4 (APOE4), the presence of a subjective cognitive impairment and the presence of an objective mild cognitive impairment (MCI).
Investigating the hemodynamic response by using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is easy and cost-effective. The repeated result of a decreased hemodynamic response in patients with AD by using fNIRS is promising. However, investigations using fNIRS in risk groups of AD are few and inconclusive.
The present dissertation aims to investigate the hemodynamic response of the risk groups “APOE” and “MCI” in comparison to healthy controls during verbal fluency tasks, which are well-established tasks for fNIRS. Furthermore, the effect of a treatment option compared to a sham-treatment was investigated in the risk group “subjec-tive cognitive impairment.” The treatment option of choice was transcranial direct current stimulation (tDCS) augmented cognitive training, which is poor in side-effects.
The data analysis reveals a decreased hemodynamic response in the inferior frontal gyrus and an increased hemodynamic response in the medial frontal gyrus for the risk group APOE4 in comparison with carriers of other allelic variants. The groups did not differ regarding test performance. While having a decreased test performance, the MCI-group had a similarly decreased hemodynamic response in the inferior frontotemporal cortex compared to the healthy controls. The tDCS-augmented cognitive training led to an increase of the hemodynamic response of the inferior frontotemporal cortex for the verum- as well as sham-group. Verum-tDCS further enhanced this effect.
All in all, our results suggest that a decreased hemodynamic response is detectable in early phases of AD and could be useful as a biomarker for early detection and treatment. Furthermore, transcranial direct current stimulation has potential as a treatment method for AD.
KW  - Alzheimerkrankheit
KW  - Frühdiagnostik
KW  - Therapie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169672
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TY  - THES
A1  - Ramirez Pasos, Uri Eduardo
T1  - Subthalamic Nucleus Neural Synchronization and Connectivity during Limbic Processing of Emotional Pictures: Evidence from Invasive Recordings in Patients with Parkinson's Disease
T1  - Synchronisierung und Konnektivität des Nucleus subthalamicus während limbischer Bearbeitung affektiver Bilder: Evidenz aus invasiven Aufzeichnungen in Patienten mit Morbus Parkinson
N2  - In addition to bradykinesia and tremor, patients with Parkinson’s disease (PD) are known to exhibit non-motor symptoms such as apathy and hypomimia but also impulsivity in response to dopaminergic replacement therapy. Moreover, a plethora of studies observe differences in electrocortical and autonomic responses to both visual and acoustic affective stimuli in PD subjects compared to healthy controls. This suggests that the basal ganglia (BG), as well as the hyperdirect pathway and BG thalamocortical circuits, are involved in affective processing. Recent studies have shown valence and dopamine-dependent changes in synchronization in the subthalamic nucleus (STN) in PD patients during affective tasks. This thesis investigates the role of dopamine, valence, and laterality in STN electrophysiology by analyzing event-related potentials (ERP), synchronization, and inter-hemispheric STN connectivity. STN recordings were obtained from PD patients with chronically implanted electrodes for deep brain stimulation during a passive affective picture presentation task. The STN exhibited valence-dependent ERP latencies and lateralized ‘high beta’ (28–40 Hz) event-related desynchronization. This thesis also examines the role of dopamine, valence, and laterality on STN functional connectivity with the anterior cingulate cortex (ACC) and the amygdala. The activity of these limbic structures was reconstructed using simultaneously recorded electroencephalographic signals. While the STN was found to establish early coupling with both structures, STN-ACC coupling in the ‘alpha’ range (7–11 Hz) and uncoupling in the ‘low beta’ range (14–21 Hz) were lateralized. Lateralization was also observed at the level of synchrony in both reconstructed sources and for ACC ERP amplitude, whereas dopamine modulated ERP latency in the amygdala. These results may deepen our current understanding of the STN as a limbic node within larger emotional-motor networks in the brain.

N2  - Neben Bradykinese und Tremor weisen Patienten mit Morbus Parkinson (PD) bekannterweise nicht-motorische Symptome auf wie Apathie und Hypomimie, aber auch Impulsivität, welche durch Dopaminersatztherapien bedingt ist. Viele Studien belegen außerdem Unterschiede von kortikalen und autonomen Reaktionen auf sowohl visuelle als auch akustische Reize bei Patienten mit PD im Vergleich zu gesunden Kontrollgruppen. Dies legt nahe, dass sich die Basalganglien (BG), und auch die hyperdirekte Verbindung sowie die BG-thalamokortikalen Schleifen, an der Affektbearbeitung beteiligen. Jüngere Studien haben Valenz- und Dopamin-bedingte Veränderungen der Synchronisierung im Nucleus subthalamicus (STN) von Parkinson-Patienten bei affektiven Aufgaben belegt. Diese Promotionsarbeit untersucht die Rolle von Dopamin, Valenz und Lateralität in der STN-Elektrophysiologie mittels Analysen von ereigniskorrelierten Potentialen (ERP), Synchronisierung und interhemisphärischer funktioneller Konnektivität. STN-Aufzeichnungen wurden von Patienten mit dauerhaft implantierten Elektroden für die Tiefenhirnstimulation während einer passiven Aufgabe abgeleitet, bei den ihnen Bilder mit emotionalen Inhalten gezeigt wurden. Der STN wies Valenz-bedingte ERP-Latenz und lateralisierte ereigniskorrelierte Desynchronisierung in ‘hohem Beta’ (28–40 Hz) auf. Diese Dissertation untersucht auch die Rolle von Dopamin, Valenz und Lateralität bezüglich der funktionellen Konnektivität zwischen dem STN und dem Gyrus cinguli pars anterior (ACC) sowie der Amygdala. Die Aktivität dieser Strukturen wurde aus simultanen elektroenzephalographischen Aufzeichnungen rekonstruiert. Obwohl eine STN-Kopplung mit beiden Strukturen auftritt, war die STN-ACC-Kopplung im ‘Alpha’- Bereich (7–11 Hz) und die Entkopplung im ‘niedrigen Beta’-Bereich (14–21 Hz) lateralisiert. Lateralisierung wurde auch an der Synchronisierung in beiden rekonstruierten Quellen und an der ACC-ERP-Amplitude festgestellt, wohingegen Dopamin die ERP-Latenz in der Amygdala modulierte. Diese Ergebnisse mögen das gegenwärtige Wissen vom STN als limbischem Knoten innerhalb größerer affektiv-motorischer Schleifen im Gehirn vertiefen.
KW  - Nucleus subthalamicus
KW  - subthalamic nucleus
KW  - Emotionales Verhalten
KW  - functional connectivity
KW  - oscillations
KW  - emotion
KW  - Affekt
KW  - Elektrophysiologie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169850
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TY  - THES
A1  - Löffler, Mona Christina
T1  - Protein kinase D1 deletion in adipocytes enhances energy dissipation and protects against adiposity
T1  - Deletion der Protein Kinase D1 in Adipocyten fördert den Energieumsatz und schützt dadurch vor Adipositas
N2  - Adaptation to alterations in nutrient availability ensures the survival of organisms. In vertebrates, adipocytes play a decisive role in this process due to their ability to store large amounts of excess nutrients and release them in times of food deprivation. In todays western world, a rather unlimited excess of nutrients leads to high-caloric food consumption in humans. Nutrient overload together with a decreased energy dissipation result in obesity as well as associated diseases such as insulin resistance, diabetes, and liver steatosis. Obesity causes a hormonal imbalance, which in combination with altered nutrient levels can aberrantly activate G-protein coupled receptors utilizing diacylglycerol (DAG) as secondary messenger. Protein kinase D (PKD) 1 is a DAG effector integrating multiple hormonal and nutritional inputs. Nevertheless, its physiological role in adipocytes has not been investigated so far. In this thesis, evidence is provided that the deletion of PKD1 in adipocytes suppresses lipogenesis as well as the accumulation of triglycerides. Furthermore, PKD1 depletion results in increased mitochondrial biogenesis as well as decoupling activity. Moreover, PKD1 deletion promotes the expression of the β3-adrenergic receptor (ADRB3) in a CCAAT/enhancer-binding protein (C/EBP)-α and δ-dependent manner. This results in elevated expression levels of beige markers in adipocytes in the presence of a β-agonist. Contrarily, adipocytes expressing a constitutive active form of PKD1 present a reversed phenotype. Additionally, PKD1 regulates adipocyte metabolism in an AMP-activated protein kinase (AMPK)-dependent manner by suppressing its activity through phosphorylation of AMPK α1/α2 subunits. Thus, PKD1 deletion results in an enhanced activity of the AMPK complex. Consistent with the in vitro findings, mice lacking PKD1 in adipocytes demonstrate a resistance to high-fat diet-induced obesity due to an elevated energy expenditure caused by trans-differentiation of white into beige adipocytes. Moreover, deletion of PKD1 in murine adipocytes improves systemic insulin sensitivity and ameliorates liver steatosis. Finally, PKD1 levels positively correlate with HOMA-IR as well as insulin levels in human subjects. Furthermore, inhibition of PKD1 in human adipocytes leads to metabolic alterations, which are comparable to the alterations seen in their murine counterparts. Taken together, these data demonstrate that PKD1 suppresses energy dissipation, drives lipogenesis, and adiposity. Therefore, increased energy dissipation induced by several complementary mechanisms upon PKD1 deletion might represent an attractive strategy to treat obesity and its related complications.
N2  - Die Anpassung an veränderte Nährstoffverfügbarkeiten sichert das Überleben eines jeden Organismus. Dabei spielen in Vertebraten vorallem Adipozyten eine entscheidende Rolle. Sie haben die Fähigkeit, große Mengen überschüssiger Nährstoffe zu speichern und diese in Zeiten des Mangels wieder freizusetzen. Heutzutage herrscht jedoch besonders in Industrieländern ein ausreichendes Angebot an Nahrungsmitteln, was zu einer übermäßigen Kalorienzufuhr einzelner Individuen führt. Durch überschüssige Energiezufuhr in Verbindung mit einem verringerten Energieverbrauch kommt es zu Fettleibigkeit und damit verbundenen Erkrankungen wie Insulinresistenz, Diabetes und nichtalkoholischer Fettleber. Übergewicht führt zu einem hormonellen Ungleichgewicht, das im Zusammenhang mit veränderten Nährstoffgehalten, unter Verwendung von Diacylglycerol (DAG) als sekundären Botenstoff, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren unkontrollierten aktiviert. Protein Kinase D (PKD) 1 ist ein DAG Effektor, der an unterschiedlichsten hormonellen und ernährungsphysiologischen Vorgängen beteiligt ist. Die zugrunde liegende physiologische Rolle von PKD1 in Adipozyten ist jedoch weitgehend unverstanden. In dieser Doktorarbeit wird gezeigt, dass eine Adipozyten spezifische PKD1 Defizienz sowohl Lipogenese als auch die Akkumulation von Triglyceriden unterdrückt. Darüber hinaus wird durch die Deletion von PKD1 sowohl der Mitochondriengehalt als auch die Dynamik erhöht und die Entkopplungsaktivität gesteigert. Zudem wird die Expression des β3-adrenergen Rezeptors (ADRB3) durch die PKD1 Defizienz in einer CCAAT/Enhancer-Bindungsprotein (C/EBP) -α und δ-abhängigen Weise gefördert. In Gegenwart eines β-Agonisten kommt es dadurch zu einer erhöhten Expression von Genen, die auf beige Fettzellen hindeuten. Im Gegensatz dazu weisen Adipozyten, die eine konstitutiv aktive Form von PKD1 exprimieren, einen umgekehrten Phänotyp auf. Zusätzlich reguliert PKD1 den Adipozytenmetabolismus abhängig von AMP-aktivierter Proteinkinase (AMPK). PKD1 unterdrückt die AMPK-Aktivität durch Phosphorylierung von AMPK-α1/α2-Untereinheiten. Daher steigert die PKD1-Deletion die Tätigkeit des AMPK-Komplexes. In Übereinstimmung mit den In-vitro-Daten zeigen Mäuse, denen PKD1 in Adipozyten fehlt, eine Resistenz gegen nahrungsinduzierte Fettleibigkeit. Dies lässt sich durch eine gesteigerte Transdifferenzierung von weißen zu beigen Fettzellen erklären, die einen erhöhten Energieumsatz aufweisen. Weiterhin verbessert die Deletion von PKD1 in Adipozyten der Maus die systemische Insulinsensitivität und schützt vor einer Lebersteatose. In humanen Fettzellen zeigen sich ähnliche Veränderungen im Metabolismus, wie bereits in den Adipozyten der Maus beobachtet wurden. Des Weiteren korreliert die Expression von PKD1 in humanem Fettgewebe positiv mit HOMA-IR, einem Marker für Insulin-Resistenz sowie den Insulinwerten beim Menschen. Zusammengefasst weisen die Daten dieser Thesis auf, dass PKD1 den Energieverbrauch unterdrückt und sowohl Lipogenese als auch Adipositas fördert. Adipozyten, denen PKD1 fehlt, zeigen demnach einen erhöhten Energieumsatz, der durch unterschiedliche komplementäre Mechanismen verursacht wird. Dadurch könnte sich eine attraktive Strategie zur Behandlung von Fettleibigkeit und den damit verbundenen Komplikationen ergeben.
KW  - Proteinkinase D
KW  - Adipositas
KW  - protein kinase D1
KW  - beige adipocytes
KW  - AMP‐activated protein kinase
KW  - C/EBP
KW  - β3 adrenergic receptor
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188593
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gomes, Sara Ferreira Martins
T1  - Induced Pluripotent Stem Cell-derived Brain Endothelial Cells as a Cellular Model to Study Neisseria meningitidis Infection
T1  - Induziert pluripotente Stammzellen-basierte Hirnendothelzellen als zelluläres Modell zur Untersuchung der Infektion mit Neisseria meningitidis
N2  - Bacterial meningitis occurs when blood-borne bacteria are able to penetrate highly specialized brain endothelial cells (BECs) and gain access to the meninges. Neisseria meningitidis (Nm) is a human-exclusive pathogen for which suitable in vitro models are severely lacking. Until recently, modeling BEC-Nm interactions has been almost exclusively limited to immortalized human cells that lack proper BEC phenotypes. Specifically, these in vitro models lack barrier properties, and continuous tight junctions. Alternatively, humanized mice have been used, but these must rely on known interactions and have limited translatability. This motivates the need to establish novel human-based in vitro BEC models that have barrier phenotypes to research Nm-BEC interactions. Recently, a human induced pluripotent stem cell (iPSC) model of BECs has been developed that possesses superior BEC phenotypes and closely mimics the in vivo blood vessels present at the blood-meningeal barrier.
Here, iPSC-BECs were tested as a novel cellular model to study Nm-host pathogen interactions, with focus on host responses to Nm infection. Two wild type strains and three mutant strains of Nm were used to confirm that these followed similar phenotypes to previously described models. Importantly, the recruitment of the recently published pilus adhesin receptor CD147 underneath meningococcal microcolonies could be verified in iPSC-BECs. Nm was also observed to significantly increase the expression of pro-inflammatory and neutrophil-specific chemokines IL6, CXCL1, CXCL2, CXCL8, and CCL20, at distinct time points of infection, and the secretion of IFN γ and RANTES by iPSC-BECs. Nm was directly observed to disrupt tight junction proteins ZO-1, Occludin, and Claudin-5 at late time points of infection, which became frayed and/or discontinuous upon infection. This destruction is preceded by, and might be dependent on, SNAI1 activation (a transcriptional repressor of tight junction proteins). In accordance with tight junction loss, a sharp loss in trans-endothelial electrical resistance, and an increase in sodium fluorescein permeability was observed at late infection time points. Notably, bacterial transmigration correlated with junctional disruption, indicating that the paracellular route contributes for bacterial crossing of BECs. Finally, RNA-Sequencing (RNA-Seq) of sorted, infected iPSC-BECs was established through the use of fluorescence-activated cell sorting (FACS) techniques following infection. This allowed the detection of expression data of Nm-responsive host genes not previously described thus far to play a role during meningitidis. 
In conclusion, here the utility of iPSC-BECs in vitro to study Nm infection could be demonstrated. This is the first BEC in vitro model to express all major BEC tight junctions and to display high barrier potential. Altogether, here this model provides novel insights into Nm pathogenesis, including an impact of Nm on barrier properties and tight junction complexes and suggests that the paracellular route contributes to Nm traversal of BECs.
N2  - Eine bakterielle Meningitis tritt auf, wenn durch Blut übertragene Bakterien hochspezialisierte Hirnendothelzellen (BEC) durchdringen und Zugang zu den Meningen erhalten. Neisseria meningitidis (Nm) ist ein human-exklusiver Erreger, für dessen Untersuchung es an geeigneten In-vitro-Modellen mangelt. Bis vor kurzem war die Modellierung von BEC-Nm-Wechselwirkungen fast ausschließlich auf immortalisierte humane Zellen beschränkt, denen wichtige BEC-Phänotypen fehlen. Besonders hervorzuheben sind das Fehlen physiologischer Barriereeigenschaften durch unkontinuierliche dichte Zell-Zell-Verbindungen. Als alternative Modellorganismen können humanisierte Mäuse verwendet werden, die sich jedoch auf bekannte Wirt-Erreger-Wechselwirkungen stützen und durch Speziesunterschiede eine eingeschränkte Übersetzbarkeit aufweisen. Dies begründet die Notwendigkeit, neuartige humane In-vitro-BEC-Modelle zu etablieren, die physiologische Barrierephänotypen aufweisen, um Nm-BEC-Wechselwirkungen zu untersuchen. Kürzlich wurde ein humanes Modell entwickelt, welches auf aus induziert pluripotenten Stammzellen (iPSCs) abgeleiteten humanen BECs basiert und sich durch einen physiologischen Blut-Hirn-Schranken-Phänotyp auszeichnet.
Die iPSC-BECs wurden in dieser Arbeit als neuartiges zelluläres Modell getestet, um Nm-Wirt-Pathogen-Wechselwirkungen zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Wirtsreaktionen auf Nm-Infektionen lag. Zwei Wildtypstämme und drei Mutantenstämme von Nm wurden verwendet, um zu bestätigen, dass diese ähnlichen Phänotypen wie in zuvor beschriebenen Modellen folgten. Hervorzuheben ist, dass die Rekrutierung des kürzlich veröffentlichten Pilus-Adhäsin-Rezeptors CD147 unter Meningokokken-Mikrokolonien in iPSC-BECs verifiziert werden konnte. Es wurde auch beobachtet, dass Nm die Expression der entzündungsfördernden und neutrophilen spezifischen Chemokine IL6, CXCL1, CXCL2, CXCL8 und CCL20 zu bestimmten Zeitpunkten der Infektion sowie die Sekretion von IFN-γ und RANTES durch iPSC-BECs signifikant erhöht. Es wurde zudem beobachtet, dass Nm die Tight Junction-Proteine ZO-1, Occludin und Claudin-5 zu späten Zeitpunkten der Infektion zerstört, verursacht durch die Infektion wurde ein ausgefranster und/oder diskontinuierlicher Tight Junction-Phänotyp beobachtet. Dieser Zerstörung geht die SNAI1-Aktivierung (ein Transkriptionsrepressor für Tight Junction-Proteine) voraus und könnte von ihr abhängig sein. In Übereinstimmung mit dem Verlust der Tight Junctions wurde zu späten Infektionszeitpunkten ein starker Verlust des transendothelialen elektrischen Widerstands und eine Zunahme der Natriumfluoreszein-Permeabilität beobachtet. Bemerkenswerterweise korrelierte die bakterielle Transmigration mit dem Verlust der Tight Junctions, was darauf hinweist, dass der parazelluläre Weg zur bakteriellen Überwindung von BECs eine entscheidende Rolle spielt. Schließlich wurde die RNA-Sequencing (RNA-Seq) von sortierten, infizierten iPSC-BECs durch die Verwendung von fluoreszenzaktivierten Zellsortiertechniken (FACS) nach der Infektion durchgeführt. Dies ermöglichte erstmalig den Nachweis von Expressionsdaten von Nm-responsiven Wirtsgenen, welche bei der Meningitidis eine Rolle zu spielen scheinen.
Zusammenfassend konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit der Nutzen von iPSC-BECs In-Vitro-Modellen zur Untersuchung von Nm-Infektionen gezeigt werden. Dies ist das erste BEC-In-vitro-Modell, das alle wichtigen BEC-Tight Junctions exprimiert und ein hohes Barrierepotential aufweist. Insgesamt liefert das eingesetzte Modell neue Einblicke in die Nm-Pathogenese, einschließlich der Beeinflussung der Barriereeigenschaften und der Tight Junction-Komplexe durch Nm, und gibt erste Hinweise darauf, dass die parazelluläre Route zum Nm-Übertritt von BEC-Barrieren eine entscheidende Rolle spielt.
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - endothelial cells
KW  - blood brain barrier
KW  - blood cerebrospinal fluid barrier
KW  - cellular model
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - endothelial cells
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188550
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jannasch, Maren Annika
T1  - In vitro Fremdkörpermodellsysteme zur Vorhersage von biomaterialinduzierten Immunreaktionen
T1  - In vitro foreign body model systems for prediction of immune reactions to biomaterials
N2  - Die Implantation eines Medizinprodukts in den menschlichen Körper ruft eine Immunreaktion hervor, die zur fibrösen Einkapselung führen kann. Makrophagen in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Implantats erfassen sensorisch den Fremdkörper und übersetzten das Signal in die Freisetzung zahlreicher löslicher Mediatoren. Das generierte Entzündungsmilieu moduliert die Heilungsreaktion und kann zur Anreicherung von Fibroblasten sowie zur Erhöhung der Matrixsyntheserate in der Wundumgebung führen. Eine dichte fibröse Kapsel um ein Medizinprodukt beeinträchtigt den Ersatz von Körperstrukturen, das Unterstützen physiologischer Körperfunktionen sowie die Effizienz einer medizinischen Therapie. Zur Identifizierung potenzieller Biomaterialkandidaten mit optimalen Eigenschaften ist jedoch eine evidenzbasierte Entscheidungsfindung notwendig und diese wiederum muss durch geeignete Testmethoden unterstützt werden.
Zur Erfassung lokaler Effekte nach Implantation eines Biomaterials begründet die Komplexi-tät der ablaufenden Fremdkörperreaktion die Anwendung von Tiermodellen als Goldstandard. Die Eingliederung von in vitro Modellsystemen in standardisierte Testverfahren scheitert oft an der Verfügbarkeit validierter, verlässlicher und reproduzierbarer Methoden. Demnach ist kein standardisiertes in vitro Testverfahren beschrieben, das die komplexen dreidimensionalen Gewebsstrukturen während einer Fremdkörperreaktion abbildet und sich zur Testung über längere Kontaktphasen zwischen Blutkomponenten und Biomaterialien eignet. Jedoch können in vitro Testungen kosten- und zeiteffizienter sein und durch die Anwendung humaner Zellen eine höhere Übertragbarkeit auf den Menschen aufweisen. Zusätzlich adressiert die Präferenz zu in vitro Testmethoden den Aspekt „Reduzierung“ der 3R-Prinzipien „Replacement, Reduction, Refinement“ (Ersatz, Reduzierung, Verbesserung) von Russel und Burch (1959) zu einer bewussten und begründeten Anwendung von Tiermodellen in der Wissenschaft. Ziel von diesem Forschungsvorhaben war die Entwicklung von humanen in vitro Modellsystemen, die den Kontakt zu Blutkomponenten sowie die Reaktion des umliegenden Bindegewebes bei lokaler Implantation eines Biomaterials abbilden. Referenzmaterialien, deren Gewebsantwort nach Implantation in Tiere oder den Menschen bekannt ist, dienten als Validierungskriterium für die entwickelten Modellsysteme. Die Anreicherung von Zellen sowie die Bildung extrazellulärer Matrix in der Wundumgebung stellen wichtige Teilprozesse während einer Fremdkörperreaktion dar. Für beide Teilprozesse konnte in einem indirekten zellbasierten Modellsystem der Einfluss einer zellvermittelten Konditionierung wie die Freisetzung von löslichen Mediatoren durch materialadhärente Makrophagen auf die gerichtete Wanderung von Fibroblasten sowie den Umbau eines dreidimensionalen Bindegewebsmodells aufgezeigt werden. 
Des Weiteren ließ sich das Freisetzungsprofil von Zytokinen durch materialständige Makrophagen unter verschiedenen Testbedingungen wie der Kontamination mit LPS, der Oberflächenbehandlung mit humanem Blutplasma und der Gegenwart von IL-4 bestimmen. Die anschließende vergleichende statistische Modellierung der generierten komplexen multifaktoriellen Datenmatrix ermöglichte die Übersetzung in eine Biomaterialbewertung. Dieses entwickelte Testverfahren eignete sich einerseits zur Validierung von in vitro Testbedingungen sowie andererseits zur Bewertung von Biomaterialien. Darüber hinaus konnte in einem dreidimensionalen Fremdkörpermodell die komplexe dreidimensionale Struktur der extrazellulären Matrix in einer Wunde durch die Kombination unterschiedlicher Zell- und Matrixkomponenten biomimetisch nachgebaut werden. Diese neuartigen dreidimensionalen Fremdkörpermodelle ermöglichten die Testung von Biomaterialien über längere Testphasen und können in anschließenden Studien angewandt werden, um dynamische Prozesse zu untersuchen. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit drei unterschiedliche Teststrategien entwickelt werden, die (I) die Bewertung von Teilprozessen ermöglichen, (II) die Identifizierung verlässlicher Testbedingungen unterstützen und (III) biomimetisch ein Wundgewebe abbilden. Wesentlich ist, dass biomimetisch ein dreidimensionales Gewebemodell entwickelt werden konnte, das eine verlässliche Unterscheidungskapazität zwischen Biomaterialien aufweist.
N2  - The implantation of a medical product into the human body induces an immune reaction, which may lead to its fibrous encapsulation. Macrophages in direct contact to the surface sense the foreign body and translate the signal in the secretion of multiple soluble mediators. This generated inflammatory milieu modulates the healing reaction, may induce the accumulation of fibroblasts and lead in the wound microenvironment to an increased matrix synthesis rate. A dense fibrous capsule surrounding a medical product is able to impair the replacement of body structures, the support of physiological body functions as well as the efficiency of a medical therapy. To identify potential biomaterial candidates with optimal characteristics an evidence-based decision making process is necessary and furthermore affords the support by appropriate test procedures. 
To study local effects after implantation of biomaterials, the complexity of the foreign body reaction justifies the application of animal models as gold standard. The integration of in vitro test procedures into standardized test strategies often fails by the availability of validated, reliable and reproducible methods. According to that there is no standardized test procedure, which resembles the three-dimensional tissue structures during a foreign body reaction and is suited for longer contact phases in between blood components and biomaterials. In vitro tests are often more cost and time efficient and show as well by applying human cells a high transferability on human beings. Additionally the preference to in vitro test procedures addresses the “reduction” aspect of the Russel and Burch’s (1959) 3R-principles “replace-ment, reduction and refinement” to a conscious and reasoned use of animal models in science. Aim of this research project was the development of human in vitro model systems, which resemble the contact to blood components and the reaction of the surrounding soft tissue following implantation of a biomaterial. Reference materials, whose tissue integration after implantation in animals or humans is described, were applied for the developed model systems as validation criterion. The accumulation of cells and the synthesis of extracellular matrix in the surrounding wound are relevant sub processes during a foreign body reaction. In an indirect cell-based model system the influence of the cell-mediated conditioning initiated by the material-induced and macrophage-mediated liberation of soluble mediators was shown on both sub processes the aligned migration of fibroblasts as well as the remodeling of a three-dimensional tissue model. Additionally, the cytokine secretion profile by material-adherent macrophages was characterized under different test conditions such as the contamination with LPS, the surface treatment with human plasma and the presence of IL-4. The following comparative statistical modelling allowed a transformation of the generated complex multi-factorial data matrix to a biomaterial ranking. The here developed test procedure was suitable for the validation of in vitro test conditions as well as the evaluation of the reference biomaterials. Last, by the combination of different cells and matrix structures the complex three-dimensional structure of the extracellular matrix in a wound was biomimetically reconstructed. Those novel three-dimensional foreign body models enabled the testing of biomaterials over longer test phases and might be applied in following studies to investigate dynamic processes. Summarizing in this research project three different test strategies were developed, which (I) enable the evaluation of sub processes, (II) support the identification of reliable test conditions and (III) biomimetically reconstruct a wound tissue. Most important is, that a three-dimensional tissue model was biomimetically developed, which showed a reliable discriminatory capacity in between biomaterials.
KW  - Biomaterial
KW  - Zellkultur
KW  - In vitro
KW  - Fremdkörpermodell
KW  - Gewebemodell
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162893
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gerner, Frank
T1  - Functional analysis of polarization and podosome formation of murine and human megakaryocytes
T1  - Funktionale Untersuchungen der Polarisation und Podosomenbildung muriner und humaner Megakaryozyten
N2  - In mammals, blood platelets are produced by large bone marrow (BM) precursor cells, megakaryocytes (MK) that extend polarized cell protrusions (proplateles) into BM sinusoids. Proplatelet formation (PPF) requires substantial cytoskeletal rearrangements that have been shown to involve the formation of podosomes, filamentous actin (F-actin) and integrin-rich structures. However, the exact molecular mechanisms regulating MK podosome formation, polarization and migration within the BM are poorly defined. According to current knowledge obtained from studies with other cell types, these processes are regulated by Rho GTPase proteins like RhoA and Cdc42.
In this thesis, polarization and podosome formation were investigated in MKs from genetically modified mice, as well as the cell lines K562 and Meg01 by pharmacological modulation of signaling pathways.
The first part of this thesis describes establishment of the basic assays for investigation of MK polarization. Initial data on polarization of the MK-like erythroleukemia cell line K562 revealed first insights into actin and tubulin dynamics of wild type (WT) and RhoA knock-out (RhoA-/-) K562 cells. Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)-induction of K562 cells led to the expected MK-receptor upregulation but also RhoA depletion and altered polarization patterns.
The second part of this thesis focuses on podosome formation of MKs. RhoA is shown to be dispensable for podosome formation. Cdc42 is revealed as an important, but not essential regulator of MK spreading and podosome formation. Studies of signaling pathways of podosome formation reveal the importance of the tyrosine kinases Src, Syk, as well as glycoprotein (GP)VI in MK spreading and podosome formation.
This thesis provides novel insights into the mechanisms underlying polarization and podosome formation of MKs and reveals new, important information about cytoskeletal dynamics of MKs and potentially also platelets.
N2  - Bei Säugetieren entstehen Blutplättchen aus großen Knochenmark-vorläuferzellen, Megakaryozyten, die lange, polarisierte Zellprotrusionen (Proplättchen) in Knochenmarkssinusoide ausstülpen. Die Bildung von Proplättchen erfordert eine umfangreiche Reorganisation des Zytoskeletts, die die Bildung von Podosomen, F-Aktin- und Integrinreichen Strukturen beinhaltet. Die genauen molekularen Mechanismen, die megakaryozytäre Podosomenbildung, Polarisation und Migration im Knochenmark regulieren, sind jedoch bisher unzureichend erforscht. Rho GTPasen wie beispielsweise RhoA und Cdc42 sind nachgewiesenermaßen beteiligt an der klassischen Zytoskelettregulierung.
In dieser Dissertation wurden die obengenannten Reifungsprozesse mithilfe von Megakaryozyten von genetisch modifizierten Mäusen sowie den Zelllinien K562 und Meg01 durch pharmakologische Beeinflussung zellulärer Signaltransmitter erforscht.
Im ersten Teil der Dissertation wurden Experimente zur Untersuchung megakaryozytärer Polarisation etabliert. Initiale Daten über die Polarisation der megakaryozytären, erythroleukämischen Zelllinie K562 erlaubten Einblicke in Aktin- und Tubulindynamik von Wildtyp- und RhoA-defizienten K562 Zellen. Phorbol-12-myristat-13-acetat (PMA)-induzierte K562-Differenzierung verursachte die erwartete Hochregulierung megakaryozytärer Rezeptoren, aber auch eine unerwartete RhoA-Depletion und bisher unbeobachtete Polarisationsmuster. Der zweite Teil dieser Dissertation galt der Untersuchung der Podosomenbildung von Megakaryozyten. RhoA zeigte sich als entbehrlich für die Podosomenbildung, während Cdc42 sich als wichtiger, dennoch nicht essentieller Regulator der podosomenbildenden Zytoskelettdynamik erwies. Untersuchungen von Signalwegen in der Podosomenbildung von Megakaryozyten offenbarten die Bedeutung von Tyrosinkinasen Src, Syk sowie Glykoprotein VI bei der MK-Adhäsion und der Bildung von Podosomen.
Somit liefert diese Dissertation neue Einblicke in die Signalwege der dynamischen Regulation des Zytoskeletts in Megakaryozyten.
KW  - Megakaryozyt
KW  - megakaryocyte
KW  - polarization
KW  - RhoA
KW  - CDC42
KW  - podosome formation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-160508
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TY  - THES
A1  - Zugelder, Laurens
T1  - Etablierung eines stabilen induzierbaren Multikassetten-Systems für shRNA-Knockdown-Konstrukte in Myelom Zelllinien und Anwendung zur Analyse des NFκB-Signalwegs
T1  - Establishment of a stable and inducible Multicassette-shRNA-Knockdown System in Myeloma Cell Lines and Adaption to the Evaluation of the NFκB-Pathway in Multiple Myeloms
N2  - Das Multiple Myelom muss trotz stetiger Fortschritte im Hinblick auf die verfügbaren Therapieoptionen und die Krankheitsprognose weiterhin im Wesentlichen als eine unheilbare Erkrankung angesehen werden. Dies kann vor allem auf die große inter- und intraindividuelle Heterogenität des MM zurückgeführt werden, welche die Entwicklung gezielter molekularer Therapiestrategien erheblich erschwert. Hierbei stellen loss-of-function- Experimente, welche die Identifikation einzelner oder mehrerer potenziell therapeutisch relevanter Zielstrukturen durch die (kombinierte) Depletion von Proteinen ermöglichen, eine wichtige Säule dar, für deren Durchführung verschiedene Systeme mit jeweils eigenen Vor- und Nachteilen zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Etablierung eines auf RNA-Interferenz basierenden stabilen und induzierbaren Knockdownsystems durch Elektroporation von MM Zelllinien mit Einzel- und Mehrfach-shRNA-Vektoren abgeschlossen werden. Die Transfektion von tet-Repressor-exprimierenden Zellinien mit einer oder mehreren shRNAExpressionskassetten innerhalb eines Plasmidvektors ermöglicht durch die vollständige Repression der shRNA-Transkription im nicht-induzierten Zustand die Selektion erfolgreich transponierter Zellen ohne Effekt-vermittelte Bias und die Generierung großer Zellmengen für Versuchsreihen in vergleichsweise kurzer Zeit. Die Induktion der verschiedenen in dieser Arbeit evaluierten Einzel- und Mehrfach-shRNA-Konstrukte gegen (Kombinationen von) Zielstrukturen im Ras/MAPK- sowie im NFκB-Signalsystem mittels Doxyzyklin als Induktionsagens zeigte durchweg deutliche und den Erwartungen aus transienten Experimenten entsprechende Knockdownergebnisse. Auch die Resultate hinsichtlich funktioneller Readouts und zellphysiologischer Effekte der induzierten Knockouts stehen im Einklang mit vorangegangenen Experimenten und bestätigen somit die Äquivalenz des stabilen induzierbaren Systems zu transienten Ansätzen auf RNAi-Basis oder zu pharmakologischen Inhibitoren. Der hierbei erzielte hypomorphe Phänotyp innerhalb einer polyklonalen Zellpopulation bildet die Realität einer medikamentösen Blockade einer oder weniger Zielstrukturen einer heterogenen MM Tumorpopulation näherungsweise ab, weshalb das vorgestellte System ein hilfreiches, kosteneffizientes und leicht zu handhabendes Werkzeug für die Identifikation potenziell relevanter Zielstrukturen für molekulare Therapieansätze im Multiplen Myelom darstellt
N2  - Despite steady progress concerning the therapeutic arsenal available to and the improved prognosis for newly diagnosed patients, multiple myeloma still has to be regarded as an incurable malignancy in the overwhelming majority of cases. This is mainly due to the disease’s high grade of inter- and intraindividual heterogeneity, which greatly complicates the development of molecular therapies. Loss-of-function studies, which enable researchers to identify individual or combinations of drug targets with a potential for clinical relevance by correlating the (combined) depletion of proteins with the resulting phenotype, represent an important cornerstone in the process of developing new molecular therapies, for the execution of which a broad variety of systems with their individual advantages and disadvantages is available.
During this thesis project, the establishment of a stable and inducible knockdown system by way of electroporation of myeloma cell lines with single- and multiple-shRNA- expression vectors was successfully completed. Transfecting cell lines which constitutively express the tet-repressor protein with a single plasmid vector carrying one or multiple shRNA expression cassettes allows for the selection of successfully transposed cells without any effect mediated bias and the creation of large amounts of cells for experiments in a comparatively short time, thanks to the full repression of the transcription of the transfected shRNA genes in an un-induced state. Inducing their transcription by adding doxycycline to the cell suspension resulted in strong and specific knockdowns for all single and multiple constructs against different (combinations of) targets in the Ras/MAPK- and the NFκB-pathway which were tested in the experiments shown in this thesis. Results regarding knockdowns, functional readouts and alterations in cellular metabolism mirrored with experiments conducted previously with both transiently expressed shRNAs and pharmacological inhibitors and therefore attest to the universal applicability of the system.
The resulting polyclonal cell population with a hypomorphic phenotype depicts the reality conveyed by a pharmacological inhibition of one or more targets within a heterogenic myeloma tumour rather well and therefore this stable and inducible system represents a useful, economical and easily applicable tool for the identification of potentially relevant targets for the development of new molecular therapies in multiple myeloma.
KW  - Plasmozytom
KW  - Multiples Myelom
KW  - shRNA
KW  - reverse genetics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188377
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TY  - THES
A1  - Bathon, Kerstin
T1  - Mutations in protein kinase A catalytic subunit as a cause of adrenal Cushing's syndrome: mechanisms and functional consequences
T1  - Mutationen in der katalytischen Untereinheit von Proteinkinase A als Ursache des adrenalen Cushing Syndroms: Mechanismen und funktionelle Konsequenzen
N2  - Protein kinase A (PKA) is the main effector of cyclic-adenosine monophosphate (cAMP) and plays an important role in steroidogenesis and proliferation of adrenal cells. In a previous study we found two mutations (L206R, 199_200insW) in the main catalytic subunit of protein kinase A (PKA C) to be responsible for cortisol-producing adrenocortical adenomas (CPAs). These mutations interfere with the formation of a stable holoenzyme, thus causing constitutive PKA activation. More recently, we identified additional mutations affecting PKA C in CPAs associated with overt Cushing syndrome: S213R+insIILR, 200_201insV, W197R, d244 248+E249Q, E32V. 
This study reports a functional characterization of those PKA Cmutations linked to CPAs of Cushing’s patients. All analyzed mutations except for E32V showed a reduced interaction with at least one tested regulatory (R) subunit. Interestingly the results of the activity differed among the mutants and between the assays employed. For three mutants (L206R, 199_200insW, S213R+insIILR), the results showed enhanced translocation to the nucleus. This was also observed in CRISPR/Cas9 generated PRKACA L206R mutated HEK293T cells. The enhanced nuclear translocation of this mutants could be due to the lack of R subunit binding, but also other mechanisms could be at play. Additionally, I used an algorithm, which predicted an effect of the mutation on substrate specificity for four mutants (L206R, 199_200insW, 200_201insV, d244 248+E249Q). This was proven using phosphoproteomics for three mutants (L206R, 200_201insV, d244 248+E249Q). In PRKACA L206R mutated CPAs this change in substrate specificity also caused hyperphosphorylation of H1.4 on serine 36, which has been reported to be implicated in mitosis. Due to these observations, I hypothesized, that there are several mechanisms of action of PRKACA mutations leading to increased cortisol secretion and cell proliferation in adrenal cells: interference with the formation of a stable holoenzyme, altered subcellular localization and a change in substrate specificity. My data indicate that some PKA C mutants might act via just one, others by a combination of these mechanisms. Altogether, these findings indicate that several mechanisms contribute to the development of CPAs caused by PRKACA mutations. Moreover, these findings provide a highly illustrative example of how alterations in a protein kinase can cause a human disease.
N2  - Proteinkinase A (PKA) ist der Haupteffektor von cyclischem Adenosinmonophosphat (cAMP) und spielt eine wichtige Rolle bei der Synthese von Steroiden und der Proliferation von Nebennierenzellen. In einer vorangegangenen Studie fanden wir zwei Mutationen (L206R, 199_200insW) der wichtigsten katalytischen Untereinheit von PKA (PKA C), die für Kortisol sekretierende Nebennierenrindenadenome (CPAs) verantwortlich sind. Diese Mutationen stören die Bildung eines stabilen Holoenzyms und verursachen somit eine dauerhafte PKA Aktivierung. Vor Kurzem fanden wir weitere Mutationen der PKA C in CPAs von Patienten mit Cushing Syndrom: S213R+insIILR, 200_201insV, W197R, d244 248+E249Q, E32V.
In dieser Arbeit wurde eine funktionelle Charakterisierung dieser PKA C Mutanten, die im Zusammenhang mit CPAs von Cushing Patienten stehen, durchgeführt. Alle PKA Mutanten, mit Ausnahme von E32V, zeigten eine reduzierte Interaktion mit mindestens einer getesteten regulatorischen (R) Untereinheit. Interessanterweise hatten die Mutanten unterschiedliche Effekte auf die Aktivität der Kinase. Zusätzlich hatte die Analysemethode ebenfalls Einfluss auf die Aktivität der Mutanten. Für drei Mutanten (L206R, 199_200insW, S213R+insIILR) zeigten die Ergebnisse eine verstärkte Translokation der C Untereinheit in den Zellkern. Dies wurde auch in HEK293T Zellen bestätigt, in deren PRKACA Gen mittels CRISPR/Cas9 die L206R Mutation eingeführt wurde. Diese erhöhte Translokation kann durch die fehlende Bindung zur R Untereinheit erklärt werden, aber auch andere Mechanismen könnten eine Rolle spielen. Außerdem zeigten die Ergebnisse eine Veränderung der Substratspezifität, die für vier Mutanten durch einen Algorithmus vorausberechnet wurde (L206R, 199_200insW, 200_201insV, d244-248+E249Q). Für drei dieser Mutanten (L206R, 200_201insV, d244 248+E249Q) wurde dieses Ergebnis mittels Phosphoproteomics nachgewiesen. Diese Änderung der Substratspezifität verursacht in PRKACA L206R mutierten CPAs auch eine Hyperphosphorylierung von H1.4 an Serin 36, welches eine wichtige Rolle in der Zellteilung spielt. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass es mehrere Wirkungsmechanismen von PRKACA Mutationen gibt, die zu einer erhöhten Sekretion von Kortisol und Zellproliferation in Nebennierenzellen führen: Störung der Bildung eines stabilen Holoenzyms, Änderung der subzellulären Lokalisation und eine Veränderung der Substratspezifität. Meine Ergebnisse weisen darauf hin, dass einige PKA C-Mutanten durch nur einen, andere durch eine Kombination dieser Mechanismen wirken. Insgesamt zeigen diese Ergebnisse, dass PRKACA Mutationen durch mehrere Mechanismen zur Entwicklung von CPAs beitragen. Darüber hinaus liefern diese Ergebnisse ein anschauliches Beispiel dafür, wie Mutationen in einer Proteinkinase eine menschliche Krankheit verursachen können.
KW  - Proteinkinase A
KW  - Mutation
KW  - PRKACA
KW  - Cushing-Syndrom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168937
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TY  - THES
A1  - Weinstock [geb. Pattschull], Grit
T1  - Crosstalk between the MMB complex and YAP in transcriptional regulation of cell cycle genes
T1  - Interaktion zwischen dem MMB-Komplex und YAP bei der transkriptionellen Regulation von Zellzyklusgenen
N2  - The Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a master regulator of cell cycle-dependent gene expression. Target genes of MMB are expressed at elevated levels in several different cancer types and are included in the chromosomal instability (CIN) signature of lung, brain, and breast tumors. 
This doctoral thesis showed that the complete loss of the MMB core subunit LIN9 leads to strong proliferation defects and nuclear abnormalities in primary lung adenocarcinoma cells. Transcriptome profiling and genome-wide DNA-binding analyses of MMB in lung adenocarcinoma cells revealed that MMB drives the expression of genes linked to cell cycle progression, mitosis, and chromosome segregation by direct binding to promoters of these genes. Unexpectedly, a previously unknown overlap between MMB-dependent genes and several signatures of YAP-regulated genes was identified. YAP is a transcriptional co-activator acting downstream of the Hippo signaling pathway, which is deregulated in many tumor types.  Here, MMB and YAP were found to physically interact and co-regulate a set of mitotic and cytokinetic target genes, which are important in cancer. Furthermore, the activation of mitotic genes and the induction of entry into mitosis by YAP were strongly dependent on MMB. By ChIP-seq and 4C-seq, the genome-wide binding of MMB upon YAP overexpression was analyzed and long-range chromatin interaction sites of selected MMB target gene promoters were identified. Strikingly, YAP strongly promoted chromatin-association of B-MYB through binding to distal enhancer elements that interact with MMB-regulated promoters through chromatin looping. 
Together, the findings of this thesis provide a so far unknown molecular mechanism by which YAP and MMB cooperate to regulate mitotic gene expression and suggest a link between two cancer-relevant signaling pathways.
N2  - Der Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex spielt eine wichtige Rolle in der Expression Zellzyklus abhängiger Gene, welche erhöhte Expressionsraten in verschiedenen Krebsarten aufweisen und Teil der sogenannten chromosomalen Instabilitätssignatur (CIN) von Lungen-, Gehirn- und Brusttumoren sind.
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Deletion von LIN9, einer zentralen Untereinheit des MMB-Komplexes, in primären Lungenkarzinomzellen der Maus zu starken Proliferationsdefekten und Anomalitäten des Zellkerns führt. Analysen des gesamten Transkriptoms mit Hilfe von RNA-Seq ergaben, dass der MMB-Komplex die Expression einer Gruppe von Genen reguliert, die mit dem Voranschreiten des Zellzyklus, der Mitose und der Trennung der Chromosomen in Verbindung stehen. Die Regulation dieser Gene erfolgt durch direkte Bindung des MMB-Komplexes an die dazugehörigen Promotoren, wie die Analyse der genomweiten DNA-Bindung des MMB-Komplexes durch ChIP-Seq erkennbar werden ließ. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine neuartige Interaktion zwischen MMB und YAP, einem transkriptionellen Co-Aktivator und Effektorprotein des Hippo-Signalweges, gefunden. Die Dysregulation von Hippo/YAP ist an der Entstehung verschiedener Tumorentitäten beteiligt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass YAP mit Untereinheiten von MMB interagiert und dass beide Signalwege ein überlappendes Set von Zielgenen, die für die Entstehung von Tumoren relevant sind, regulieren. Es konnte außerdem nachgewiesen werden, dass YAP den MMB-Komplex benötigt, um die Expression mitotischer Gene zu aktivieren und dass der durch YAP induzierte Eintritt in die Mitose vom MMB-Komplex abhängig ist. 
In einem weiteren Teil der Arbeit wurden mittels ChIP-Seq und 4C-Seq Chromatin-Interaktionen von Promotoren der MMB-Zielgene mit weiter entfernt liegenden Bereichen des Genoms identifiziert. Hierbei konnte festgestellt werden, dass YAP die Bindung der MMB-Untereinheit B-MYB an die Promotoren der MMB-Zielgene verstärkt, indem es an weiter entfernte Enhancer bindet. Diese von YAP gebundenen Enhancer interagieren über Schleifenbildung des Chromatins mit den Promotoren MMB-regulierter Gene. Zusammengefasst konnten die Ergebnisse dieser Arbeit einen bisher unbekannten molekularen Mechanismus für die gemeinsame Regulation von Genen durch den MMB Komplex und YAP enthüllen und somit einen Zusammenhang zwischen zwei krebsrelevanten Signalwegen aufdecken.
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - Zellteilung
KW  - Genexpression
KW  - MMB complex
KW  - Hippo pathway
KW  - mitosis
KW  - cytokinesis
KW  - mitotic gene expression
KW  - Lungenkrebs
KW  - Mitose
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170866
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TY  - THES
A1  - del Olmo Toledo, Valentina
T1  - Evolution of DNA binding preferences in a family of eukaryotic transcription regulators
T1  - Evolutionäre Entwicklung der Bindeaffinität an bestimmte 
DNA Sequenzen in einer Familie von eukaryotischen 
Transkriptionsfaktoren
N2  - Regulation of gene expression by the control of transcription is essential for any cell to adapt to the environment and survive. Transcription regulators, i.e. sequence-specific DNA binding proteins that regulate gene expression, are central elements within the gene networks of most organisms. Transcription regulators are grouped into distinct families based on structural features that determine, to a large extent, the DNA sequence(s) that they can recognise and bind. Less is known, however, about how the DNA binding preferences can diversify within transcription regulator families during evolutionary timescales, and how such diversification can affect the biology of the organism. 
In this dissertation I study the SREBP (sterol regulatory element binding protein) family of transcriptional regulators in yeasts, and in Candida albicans in particular, as an experimental system to address these questions. The SREBPs are conserved from fungi to humans and represent a subgroup of basic helix-loop-helix DNA binding proteins. Early chromatin immunoprecipitation experiments with SREBPs from humans and yeasts showed that these proteins bound in vivo to the canonical DNA sequence, termed E-box, most basic helix-loop-helix proteins bind to. By contrast, most recent analysis carried out with less-studied fungal SREBPs revealed a non-canonical DNA motif to be the most overrepresented sequence in the bound regions. 
This study aims to establish the intrinsic DNA binding preferences of key branches of this family and to determine how the divergence in DNA binding affinities originated. To this end, I combined phylogenetic and ancestral reconstruction with extensive biochemical characterisation of key SREBP proteins. The results indicated that while the most-studied SREBPs (in mammals) indeed show preference for the E-box, a second branch of the family preferentially binds the non-E-box, and a third one is able to bind both sequences with similar affinity. The preference for one or the other DNA sequence is an intrinsic property of each protein because their purified DNA binding domain was sufficient to recapitulate their in vivo binding preference. The ancestor that gave rise to these two different types of SREBPs (the branch that binds E-box and the one that binds non-E-box DNA) appears to be a protein with a broader DNA binding capability that had a slight preference for the non-canonical motif. Thus, the results imply these two branches originated by either enhancing the original ancestral preference for non-E-box or tilting it towards the E-box DNA and flipping the preference for this sequence. 
 The main function associated with members of the SREBP family in most eukaryotes is the control of lipid biosynthesis. I have further studied the function of these proteins in the lineage that encompasses the human associated yeast C. albicans. Strikingly, the three SREBPs present in the fungus’ genome contribute to the colonisation of the mammalian gut by regulating cellular processes unrelated to lipid metabolism. Here I describe that two of the three C. albicans SREBPs form a regulatory cascade that regulates morphology and cell wall modifications under anaerobic conditions, whereas the third SREBP has been shown to be involved in the regulation of glycolysis genes. 
Therefore, I posit that the described diversification in DNA binding specificity in these proteins and the concomitant expansion of targets of regulation were key in enabling this fungal lineage to associate with animals.
N2  - Für jede Zelle ist es essenziell die Transkription über die Genexpression zu regulieren, um sich an unterschiedliche Lebensbedingungen anzupassen. Regulatoren der Transkription, zum Beispiel sequenzspezifische DNA-binde Proteine, sind ein zentrales Element des Genregulationsnetzwerks in den meisten Organismen. Auf Grund ihres Aufbaus sowie der daraus resultierenden spezifischen Eigenschaften DNA zu binden, werden diese Regulatoren in unterschiedliche Familien unterteilt. Bisher ist wenig darüber bekannt, wie unterschiedlich die DNA Sequenzen sein können, welche von einer Familie von Transkriptionsregulatoren gebunden werden, wie sich diese Diversität der Bindung in der Evolution über die Zeit verändert hat und ob diese unterschiedlichen Bindeaffinitäten die Biologie eines Organismus beeinflussen.
In dieser Dissertation befasse ich mich mit der Transkriptionsregulator Familie der SREBPs (sterol regulatory element binding protein) in Hefen, als Modelorganismus diente dabei Candida albicans. Die Familie der SREBPs ist vom Pilz zu den Menschen genetisch weitestgehend konserviert und repräsentiert eine Unterfamilie der Helix-loop-helix DNA-binde Proteine. Erste Chromatin-Immunpräzipitation Experimente der SREBPs in Menschen und Hefen zeigen in vivo eine Bindung an eine kanonische DNA Sequenz genannt E-box, welche von den meisten der Helix-loop-helix Proteine gebunden wird. Im Gegensatz zeigen neuere Analysen, welche mit weniger bekannten SREBPs aus Pilzen durchgeführt wurden, dass hauptsächlich nicht-kanonische DNA Sequenzen gebunden werden.
Diese Arbeit versucht die Präferenzen, mit welchen einige der wichtigsten Mitglieder der Familie der SREBPs an bestimmte DNA Sequenzen binden aufzudecken und heraus zu finden wie es innerhalb dieser Gruppe zu unterschiedlichen Bindungsaffinitäten kam. Dafür wurden phylogenetische Rekonstruktionsanalysen und aufwändige biochemische Charakterisierungen einiger der Proteine der SREBP Familie durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten der bisher charakterisierten SREBPs (in Säugetieren) es vorziehen an die E-box Sequenz zu binden, ein anderer Zweig des SREBP Familienstammbaums bevorzugt hingegen die non-E-box Sequenz, ein dritter Zweig des Stammbaums ist in der Lage beide Sequenzen mit gleicher Affinität zu binden. Das Bevorzugen einer der beiden DNA Sequenzen ist eine natürliche Eigenschaft des jeweiligen Proteins, da in Experimenten die isolierte DNA-binde Domäne der Proteine ausreichend war, um die in vivo Bindepräferenzen zu replizieren. Der Ursprung dieser beiden Gruppen (der E-box bindenden Gruppe und der Gruppe die non-E-box Sequenzen bindet) liegt wahrscheinlich in einem Protein, welches beide Sequenzen binden konnte, mit einem Vorzug für die nicht-kanonische Sequenz. Dies impliziert, dass die Gruppen entstanden sind indem sich entweder eine Präferenz des Vorgängerproteins für die nicht-kanonische Sequenz durchgesetzt hat oder, dass sich eine Präferenz für die E-box bindende Sequenz durchgesetzt hat und somit die Affinität dahingehend verschoben wurde. 
Die Hauptfunktion der meisten Proteine der SREBP Familie in Eukaryoten ist die Kontrolle der Lipid Biosynthese. In meiner Arbeit habe ich mich auf die Erforschung der SREBPs in einer Gruppe von Organismen zugewandt, die auch den mit dem Menschen assoziierten Hefepilz Candida albicans umfasst. Erstaunlicherweise beeinflussen die drei SREBPs die im Candida albicans Genom zu finden sind, die Kolonisierung des Säugetierdarms, jedoch nicht durch die Kontrolle der Lipid Biosynthese. Im Folgenden werde ich beschreiben wie zwei der drei SREBPs aus Candida albicans eine regulatorische Kaskade bilden, welche Einfluss auf die Regulierung der Morphologie und der Zellwandzusammensetzung des Pilzes unter anaeroben Bedingungen hat, wohingegen das dritte Protein der SREBP Familie für die Regulierung der Glykolyse von Bedeutung ist. Ich habe festgestellt, dass die beschriebene Vielfalt mit der diese Proteine an bestimmte DNA Sequenzen binden und die damit einhergehende Expansion der regulierbaren Ziele ein wesentlicher Grund dafür ist, dass Organismen dieses Stammbaums erfolgreich Säugetiere kolonisieren können.
KW  - Candida albicans
KW  - SREBP
KW  - evolution
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187890
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TY  - THES
A1  - Kastner, Carolin
T1  - LASP1 – ein neuer, phosphorylierungs-abhängiger Bindungspartner von CrkL in CML
T1  - LASP1 – a new, phosphorylation-dependent binding partner of CrkL in CML
N2  - Das Verständnis der molekularen Mechanismen, die einer malignen Erkrankung zugrunde liegen, ist der Schlüssel zur Entwicklung zielgerichteter und effektiver therapeutischer Möglichkeiten. Für das LIM und SH3 Domänen Protein 1, LASP1, konnte im Kontext zahl-reicher Tumorerkrankungen wie dem Mamma-Karzinom, dem Prostata-Karzinom oder dem Ovarial-Karzinom eine Überexpression ebenso wie eine Korrelation mit Aggressivität und Prognose der Tumorerkrankung gezeigt werden. Bisher war eine Relevanz von LASP1 jedoch nur für solide Tumorerkrankungen nachgewiesen worden. Kürzlich allerdings wurde lasp1 als eines von 6 Genen identifiziert, die eine exaktere Vorhersage von Krankheitsprogress und -rezidiv bei Patienten mit einer chronischen myeloischen Leukämie (CML) zulassen sollen. Zudem konnte, wie bereits bei zahlreichen anderen, soliden Tumorerkrankungen, eine signifikante Überexpression des lasp1-Gens in CML-Zellen nachgewiesen werden.Basierend auf diesen neuen Erkenntnissen beschäftigte ich mich im Rahmen dieser Arbeit mit der Frage, welche Funktion LASP1 im Netz der einer CML zugrunde liegenden, molekularen Mechanismen übernimmt. Mittels verschiedener Interaktionsassays konnte LASP1 als ein neuer, phosphorylierungs-abhängiger Bindungspartner von CrkL, dem wohl prominentesten Substrat der BCR-ABL-Kinase, identifiziert werden. Dabei impliziert das Attribut „phosphorylierungs-abhängig“ sowohl den Phosphorylierungsstatus von LASP1 als auch des Interaktionspartners CrkL. Wie in Vorarbeiten gezeigt, stellt das Tyrosin 171 in der Aminosäurensequenz von LASP1 eine Phosphorylierungsstelle für die BCR-ABL-Kinase dar; mit LASP1 wurde somit auch ein neues Substrat dieser konstitutiv aktiven Tyrosinkinase entdeckt. Phosphoryliert an Tyrosin 171 kann LASP1 an die SH2-Domäne von CrkL, genauer an das FLVR-Motif innerhalb dieser, binden. Jedoch selbst an Tyrosin 207 durch die BCR-ABL-Kinase phosphoryliert, blockiert CrkL die eigene SH2-Domäne durch intramolekulare Wechselwirkungen für andere Protein-Protein-Interaktionen in gewissem Umfang. Diese neu gewonnenen Erkenntnisse liefern ein weiteres Puzzlestück zum Verständnis des molekularen Netzwerks, das einer CML-Erkrankung zugrunde liegt und tragen so dazu bei, die Therapieoptionen dieser stetig zu verbessern.
N2  - Understanding the molecular mechanisms underlying a malignant disease makes it possible to develop targeted and effective therapeutic options. For numerous malignant disease such as breast cancer, prostata cancer or ovarial cancer it has been shown that the LIM and SH3 domain protein 1, LASP1, is overexpresssed and that there is a correlation with regard to aggressive growth and outcome of the tumour. So far relevance of LASP1 has only been proven for solid tumours. However recently lasp1 was identified as a component of six genes that may allow to predict more reliably disease´s progress and relapse in CML patients. In addition to that a significant overexpression of lasp1 in CML cells has been discov-ered, a phenomenon already known from a lot of solid malignant tumours. Based on these new findings, i dealt with the issue of the function of LASP1 in the network of molecular mechanisms underlying CML. Using different kinds of interaction assays, LASP1 was identified as a new, phosphorylation-dependent ligand of CrkL, the most prominent substrate of the BCR-ABL-kinase. In this case the attribute "phosphorylation-dependent“ refers to the phosphorylation status of LASP1 as well as of its binding-partner CrkL. As shown in preliminary studies, tyrosine 171 is a phosphorylation site for BCR-ABL-kinase within the AS sequence of LASP1; therefore, with LASP1, a new substrate of this constitutive active tyrosine kinase has been discovered. When phosphorylated on tyrosine 171, LASP1 is able to bind to the SH2-domain of CrkL, more exactly to the FLVR-motive within this domain. But when CrkL is phos-phorylated on tyrosine 207 by BCR-ABL-kinase, there are intramolecular interactions that block the SH2-domain of CrkL for other protein-protein-interactions. These new findings help to understand the molecular network under-lying a CML disease and may contribute to continuous improvement of therapeutic options.
KW  - Chronisch-myeloische Leukämie
KW  - Proteinsynthese
KW  - Domäne <Biochemie>
KW  - Proteininteraktion
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187539
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TY  - THES
A1  - Lyutova, Radostina
T1  - Functional dissection of recurrent feedback signaling within the mushroom body network of the Drosophila larva
T1  - Funktionelle Analyse einer Rückkopplungsschleife innerhalb der Pilzkörper von Drosophila Larven
N2  - Behavioral adaptation to environmental changes is crucial for animals’ survival. The prediction of the outcome of one owns action, like finding reward or avoiding punishment, requires recollection of past experiences and comparison with current situation, and adjustment of behavioral responses. The process of memory acquisition is called learning, and the Drosophila larva came up to be an excellent model organism for studying the neural mechanisms of memory formation. In Drosophila, associative memories are formed, stored and expressed in the mushroom bodies. In the last years, great progress has been made in uncovering the anatomical architecture of these brain structures, however there is still a lack of knowledge about the functional connectivity. 
Dopamine plays essential roles in learning processes, as dopaminergic neurons mediate information about the presence of rewarding and punishing stimuli to the mushroom bodies. In the following work, the function of a newly identified anatomical connection from the mushroom bodies to rewarding dopaminergic neurons was dissected. A recurrent feedback signaling within the neuronal network was analyzed by simultaneous genetic manipulation of the mushroom body Kenyon cells and dopaminergic neurons from the primary protocerebral anterior (pPAM) cluster, and learning assays were performed in order to unravel the impact of the Kenyon cells-to-pPAM neurons feedback loop on larval memory formation. 
In a substitution learning assay, simultaneous odor exposure paired with optogenetic activation of Kenyon cells in fruit fly larvae in absence of a rewarding stimulus resulted in formation of an appetitive memory, whereas no learning behavior was observed when pPAM neurons were ablated in addition to the KC activation. I argue that the activation of Kenyon cells may induce an internal signal that mimics reward exposure by feedback activation of the rewarding dopaminergic neurons. My data further suggests that the Kenyon cells-to-pPAM communication relies on peptidergic signaling via short neuropeptide F and underlies memory stabilization.
N2  - Eine Anpassung des eigenen Verhaltens an Veränderungen der Umwelt ist unerlässlich für das Überleben der Tiere. Vorhersage über die Konsequenzen der eigenen Handlungen, z.B. belohnt oder bestraft zu werden, erfordert den Vergleich von gemachten Erfahrungen und der aktuellen Situation. Eine solche Vorhersage kann zu einer Verhaltensanpassung führen. Der Prozess der Gedächtnisbildung ist auch bekannt als Lernen. Als hervorragender Modellorganismus zum Erforschen der Lernverhaltensmechanismen hat sich die Drosophila Larve etabliert. In Drosophila werden olfaktorische Gedächtnisse in einer bilateralen Struktur des Protozerebrums gespeichert, den Pilzkörpern. In den letzten Jahren sind erhebliche Fortschritte in der Beschreibung der anatomischen Strukturen der Pilzkörper gemacht worden. Allerdings ist die funktionelle Konnektivität dieser Gehirnstrukturen noch unzureichend verstanden.    
Dopamin spielt eine essentielle Rolle in Lernprozessen. Dopaminerge Neurone vermitteln Informationen über das Vorliegen belohnender oder bestrafender Stimuli. Die Funktion einer vor kurzem beschriebenen anatomischen Verbindung von den Pilzkörpern zu belohnenden dopaminergen pPAM Neuronen wurde in der folgenden Arbeit untersucht, und der rückläufige Signalweg innerhalb des neuronalen Netzwerks wurde mittels simultaner genetischer Manipulation der Pilzkörperneurone, die sog. Kenyon Zellen, und der pPAM Neuronen analysiert. Der Einfluss der Rückkopplungsschleife zwischen Kenyon Zellen und pPAM Neuronen auf das larvale Verhalten wurde durch verschiedene Verhaltensexperimente getestet.
In dieser Arbeit wurden Drosophila Larven darauf trainiert, einen Duft mit optogenetischer Aktivierung der Pilzkörper Neurone zu assoziieren. Dabei konnte die Ausbildung eines positiven Gedächtnisses in Abwesenheit einer physischen Belohnung beobachtet werden. Wurden aber zusätzlich die dopaminergen Neurone des pPAM Clusters ablatiert, so zeigten die Larven keine Expression des Gedächtnisses mehr. Meine Daten zeigten, dass die Aktivierung der Kenyon Zellen in einer Aktivierung der dopaminergen Neurone über der Rückkopplungsschleife resultiert, und dementsprechend einen internen Belohnungssignalweg einleitet. Dadurch wird das Vorhandensein einer „echten“ Belohnung nachgeahmt. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Rückkopplung von den Kenyon Zellen zu den pPAM Neurone von peptiderger Natur ist. Die Kenyon Zellen exprimieren das Neuropeptid short neuropeptide F, das an Rezeptoren in den pPAM Neurone bindet und das Lernverhalten beeinflusst. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung der Rückkopplungsschleife eine Auswirkung auf die Stabilität des positiven Gedächtnisses in Richtung nachhaltiger Erinnerungen hat.
KW  - Lernen
KW  - Lernverhalten
KW  - Gedächtnis
KW  - Dopamin
KW  - Drosophila
KW  - learning
KW  - memory
KW  - Drosophila
KW  - dopamine
KW  - short neuropeptide F
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-187281
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zundler, Matthias
T1  - Einfluss der Phosphoglykolat-Phosphatase auf den Metabolismus von Signal-, Membran- und Speicherlipiden in murinen Embryonen und Lymphozyten
T1  - Role of phosphoglycolate phosphatase in the metabolism of signaling, membrane and storage lipids in murine embryos and lymphocytes
N2  - Die Phosphoglykolat-Phosphatase PGP (früher auch als AUM bezeichnet) wurde in unserem Labor als Mitglied der HAD-Typ-Phosphatasen identifiziert. Die genetische Inaktivierung des Enzyms im gesamten Mausorganismus führt ab E8.5 zu einer Wachstumsverzögerung muriner Embryonen und bis E12.5 schließlich zu deren Tod. Im Gegensatz dazu sind Mäuse mit einer PGP-Inaktivierung in hämatopoetischen Zellen und im Endothel lebensfähig und phänotypisch unauffällig. Neue Erkenntnisse schreiben dem Enzym neben einer Aktivität gegenüber Phosphoglykolat auch Aktivitäten gegenüber Glycerin-3-phosphat (G3P), P-Erythronat und P-Lactat zu. Da diese Phosphatase-Aktivitäten Auswirkungen auf den Lipidstoffwechsel nahelegen, wurde in der vorliegenden Arbeit mittels massenspektrometrischer Methoden der Einfluss der Phosphoglykolat-Phosphatase auf den Metabolismus von Signal-, Membran- und Speicherlipiden in murinen Embryonen und Lymphozyten untersucht.
Nach Inaktivierung der PGP im gesamten Organismus wurden in E8.5-Embryonen erhöhte Diacylglycerin (DG)-, Triacylglycerin (TG)- und Sphingomyelin (SM)-Spiegel gemessen, während niedrigere Phosphatidylcholin (PC)-Level vorlagen.
In PGP-inaktivierten Lymphozyten waren G3P-, DG-, TG-, PC- und SM-Level nicht verändert. Dafür kam es zu signifikanten Erhöhungen der Phosphatidylglycerol (PG*)- und Cardiolipin (CL)-Spiegel.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die PGP in unterschiedlichen Geweben differenzielle Effekte auf die Spiegel verschiedener Lipide hat. Dies deckt neue Funktionen der PGP für die Regulation des Lipidmetabolismus auf. Die vorliegende Arbeit stellt somit die Grundlage für weitere Untersuchungen über die genauen Ursachen und Folgen dieser Regulation dar und lässt auf eine wichtige Rolle der PGP als metabolische Phosphatase im Organismus schließen.
N2  - Our laboratory has previously identified the mammalian phosphoglycolate phosphatase PGP (also referred to as AUM) as a member of the HAD-type superfamily of hydrolases. Whole-body PGP inactivation led to an intrauterine growth defect with developmental delay after E8.5, resulting in a gradual deterioration and death of PgpD34N/D34N embryos until E12.5.
In contrast, mice with a deficiency of PGP activity in endothelial and hematopoietic cells were viable and phenotypically normal.
Recent findings demonstrate catalytic activities of the PGP towards phosphoglycolate, glycerol-3-phosphate (G3P), P-erythronate and P-lactate. Since these catalytic activities suggest implications for the lipid metabolism, this thesis examined the PGP-dependent formation of signal-, membrane- and storage lipids in E8.5 embryos and adult lymphocytes of mice by means of mass spectrometry.
Following whole-body inactivation of PGP increased diacylglycerol (DG)-, triacylglycerol (TG)- and sphingomyeline (SM)-levels were detected in E8.5 embryos, whereas lower phosphatidylcholine (PC)-levels were present.
In PGP-deficient lymphocytes G3P-, DG-, TG-, PC- and SM-level were unaltered. However, levels of phosphatidylglycerol (PG*) and cardiolipine (CL) were significantly increased.
Taken together this thesis reveals new and tissue-dependent functions of PGP in the regulation of the lipid metabolism and indicates an important role of PGP as a metabolic phosphatase. It constitutes the basis for further studies on the exact roots and the physiological effects of the metabolic regulation by PGP.
KW  - Phosphoglykolatphosphatase
KW  - Glycerinphosphate
KW  - Lipidomics
KW  - Flugzeitmassenspektrometrie
KW  - Phosphoglykolat
KW  - Phosphatase
KW  - Glycerin-3-phosphat
KW  - Lipidom
KW  - Time-of-flight
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168442
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tian, Yuehui
T1  - Characterization of novel rhodopsins with light-regulated cGMP production or cGMP degradation
T1  - Charakterisierung neuartiger Rhodopsine mit Licht-regulierter cGMP-Produktion oder cGMP-Degradation
N2  - Photoreceptors are widely occurring in almost all kingdoms of life. They mediate the first step in sensing electromagnetic radiation of different wavelength. Absorption spectra are found within the strongest radiation from the sun and absorption usually triggers downstream signaling pathways. Until now, mainly 6 classes of representative photoreceptors are known: five water-soluble proteins, of these three classes of blue light-sensitive proteins including LOV (light-oxygen-voltage), BLUF (blue-light using FAD), and cryptochrome modules with flavin (vitamin B-related) nucleotides as chromophore; while two classes of yellow and red light-sensitive proteins consist of xanthopsin and phytochrome, respectively. Lastly, as uniquely integral membrane proteins, the class of rhodopsins can usually sense over a wide absorption spectrum, ranging from ultra-violet to green and even red light. Rhodopsins can be further divided into two types, i.e., microbial (type I) and animal (type II) rhodopsins. Rhodopsins consist of the protein opsin and the covalently bound chromophore retinal (vitamin A aldehyde). In this thesis, I focus on identification and characterization of novel type I opsins with guanylyl cyclase activity from green algae and a phosphodiesterase opsin from the protist Salpingoeca rosetta.
Until 2014, all known type I and II rhodopsins showed a typical structure with seven transmembrane helices (7TM), an extracellular N-terminus and a cytosolic C-terminus. The proven function of the experimentally characterized type I rhodopsins was membrane transport of ions or the coupling to a transducer which enables phototaxis via a signaling chain. A completely new class of type I rhodopsins with enzymatic activity was identified in 2014. A light-activated guanylyl cyclase opsin was discovered in the fungus Blastocladiella emersonii which was named Cyclop (Cyclase opsin) by Gao et al. (2015), after heterologous expression and rigorous in-vitro characterization. BeCyclop is the first opsin for which an 8 transmembrane helices (8TM) structure was demonstrated by Gao et al. (2015). Earlier (2004), a novel class of enzymatic rhodopsins was predicted to exist in C. reinhardtii by expressed sequence tag (EST) and genome data, however, no functional data were provided up to now. The hypothetical rhodopsin included an N-terminal opsin domain, a fused two-component system with histidinekinase and response regulator domain, and a C-terminal guanylyl cyclase (GC) domain. This suggested that there could be a biochemical signaling cascade, integrating light-induction and ATP-dependent phosphate transfer, and as output the light-sensitive cGMP production.
One of my projects focused on characterizing two such opsins from the green algae Chlamydomonas reinhardtii and Volvox carteri which we then named 2c-Cyclop (two-component Cyclase opsin), Cr2c-Cyclop and Vc2c-Cyclop, respectively. My results show that both 2c-Cyclops are light-inhibited GCs. Interestingly, Cr2c-Cyclop and Vc2c-Cyclop are very sensitive to light and ATP-dependent, whereby the action spectra of Cr2c-Cyclop and Vc2c-Cyclop peak at ~540 nm and ~560 nm, respectively. More importantly, guanylyl cyclase activity is dependent on continuous phosphate transfer between histidine kinase and response regulator. However, green light can dramatically block phosphoryl group transfer and inhibit cyclase activity. Accordingly, mutation of the retinal-binding lysine in the opsin domain resulted in GC activity and lacking light-inhibition.
A novel rhodopsin phosphodiesterase from the protist Salpingoeca rosetta (SrRhoPDE) was discovered in 2017. However, the previous two studies of 2017 claimed a very weak or absent light-regulation. Here I give strong evidence for light-regulation by studying the activity of SrRhoPDE, expressed in Xenopus laevis oocytes, in-vitro at different cGMP concentrations. Surprisingly, hydrolysis of cGMP shows a ~100-fold higher turnover than that of cAMP. Light can enhance substrate affinity by decreasing the Km value for cGMP from 80 μM to 13 μM, but increases the maximum turnover only by ~30%. In addition, two key single mutants, SrRhoPDE K296A or K296M, can abolish the light-activation effect by interrupting a covalent bond of Schiff base type to the chromophore retinal. I also demonstrate that SrRhoPDE shows cytosolic N- and C- termini, most likely via an 8-TM structure. In the future, SrRhoPDE can be a potentially useful optogenetic tool for light-regulation of cGMP concentration, possibly after further improvements by genetic engineering.
N2  - Photorezeptoren sind in fast allen Lebewesen vorzufinden. Sie vermitteln den ersten Schritt bei der Detektion von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge. Ihre Absorptionsspektren finden sich innerhalb des Bereichs der stärksten Sonnenstrahlung (UV bis nahes IR) und die Absorption löst normalerweise nachgelagerte Signalwege aus. Bis jetzt sind hauptsächlich 6 Klassen von Photorezeptoren bekannt: als wasserlösliche Proteine zunächst drei Klassen von Blaulicht-empfindlichen Modulen, die LOV-Domäne (Light/Oxygen/Voltage), die BLUF-Domäne (Blue Light sensing, Using FAD) und Cryptochrom mit Flavinen (Vitamin B-Komplex) als Chromophor, sowie Xanthopsine, die hauptsächlich für gelbes Licht und Phytochrome, die für Rotlicht empfindlich sind. Als integrale Membranproteine kann die Klasse der Rhodopsine jedoch ein breiteres Absorptionsspektrum aufweisen, je nach Rhodopsin empfindlich für UV/blaues, grünes oder sogar rotes Licht. Rhodopsine bestehen aus dem Protein Opsin und dem kovalent gebundenen Chromophor Retinal (Vitamin A-Aldehyd). Sie können weiter in zwei Typen unterteilt werden, mikrobielle (Typ I) und tierische (Typ II) Rhodopsine. In dieser Dissertation konzentriere ich mich auf die Identifizierung und Charakterisierung von neuen Typ I Opsinen mit Guanylylcyclase-Aktivität aus Grünalgen und einem Phosphodiesterase-Opsin aus dem Protisten Salpingoeca rosetta.
Bis 2014 wiesen alle bekannten Rhodopsine eine typische Struktur mit sieben Transmembranhelices (7TM), einem extrazellulären N-Terminus und einem zytosolischen C- Terminus auf. Die nachgewiesene Funktion der experimentell charakterisierten Rhodopsine vom Typ I ist der Membrantransport von Ionen oder die Kopplung an einen Transducer, der die Phototaxis über eine Signalkette ermöglicht. Eine völlig neue Klasse von Typ-I Rhodopsinen mit enzymatischer Aktivität wurde 2014 gefunden. Ein lichtaktiviertes Guanylyl-Cyclase- Opsin wurde im Pilz Blastocladiella emersonii (Be) entdeckt, das von Gao et al. (2015) nach heterologer Expression und gründlicher in-vitro-Charakterisierung Cyclop (Cyclase opsin) genannt wurde. BeCyclop ist das erste Opsin, für das eine Struktur mit 8 Transmembranhelices (8TM) demonstriert wurde (Gao et al., 2015). Bereits früher (2004) wurde durch expressed sequence tag (EST) und Genom-Daten vorhergesagt, dass eine neue Klasse von enzymatischen
Rhodopsinen in Chlamydomonas reinhardtii existiert, jedoch gelang bisher keine funktionelle Expression. Eines dieser hypothetischen Rhodopsine umfasste eine N-terminale Opsin- Domäne, ein fusioniertes Zweikomponentensystem mit Histidinkinase- und Regulator-Domäne und eine C-terminale Guanylylcyclase (GC). Dies legte nahe, dass das Protein eine biochemische Signalkaskade inkorporieren könnte, die Licht-Absorption und ATP-abhängigen Phosphattransfer integriert und eine lichtempfindliche cGMP-Produktion bewirkt.
Eines meiner Projekte konzentrierte sich auf die Charakterisierung von zwei solchen Opsinen aus den Grünalgen C. reinhardtii und Volvox carteri, die wir nun 2c-Cyclop (Zweikomponenten-Cyclase-Opsin), d.h. Cr2c-Cyclop und Vc2c-Cyclop, nennen. Meine Ergebnisse zeigen, dass beide 2c-Cyclops durch Licht gehemmte GCs sind. Interessanterweise sind Cr2c-Cyclop und Vc2c-Cyclop sehr empfindlich gegenüber Licht und die cGMP- Produktion ist ATP-abhängig, wobei die Wirkungsspektren von Cr2c-Cyclop und Vc2c-Cyclop bei ~540 nm bzw. ~560 nm ihren Höhepunkt erreichen. Ich konnte zeigen, dass die Guanylyl- Cyclase-Aktivität von einem kontinuierlichen Phosphat-Transfer zwischen Histidinkinase und Response-Regulator abhängt. Grünes Licht kann jedoch den Phosphoryl-Gruppen-Transfer dramatisch blockieren und die Cyclase-Aktivität inhibieren. Dementsprechend führte die Mutation des Retinal-bindenden Lysins in der Opsindomäne zu einer cGMP Produktion ohne jegliche Lichtinhibierung.
Eine neuartige Rhodopsin-Phosphodiesterase aus dem Protisten Salpingoeca rosetta (SrRhoPDE) wurde im Jahr 2017 entdeckt. Die vorangegangenen zwei Studien von 2017 zeigten jedoch eine sehr schwache oder fehlende Lichtregulation der PDE-Aktivität. Hier konnte ich eine starke Lichtregulation beweisen, indem ich die Aktivität von SrRhoPDE, exprimiert in Xenopus laevis Oozyten, in-vitro bei verschiedenen cGMP-Konzentrationen untersuchte. Überraschenderweise zeigt die Hydrolyse von cGMP einen etwa 100-fach höheren Umsatz als der von cAMP. Licht kann die Substrataffinität durch Verringern des Km-Werts für cGMP von 80 µM auf 13 µM erhöhen, erhöht jedoch den maximalen Umsatz nur um ~30%. Darüber hinaus können zwei Einzelmutanten, SrRhoPDE K296A oder K296M, den Lichtaktivierungseffekt aufheben, indem sie eine kovalente Bindung vom Schiff-Base-Typ an
das Chromophor Retinal unterbrechen. Ich zeige auch, dass SrRhoPDE zytosolische N- und C-Termini aufweist, höchstwahrscheinlich über eine 8-TM-Struktur. In Zukunft könnte SrRhoPDE ein potentiell nützliches optogenetisches Werkzeug für die Lichtregulation der cGMP-Konzentration sein, möglicherweise nach weiteren Verbesserungen durch Gentechnik.
KW  - Photoreceptor
KW  - Rhodopsin
KW  - guanylyl cyclase (GC)
KW  - two-component
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-168143
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TY  - THES
A1  - Friedrich, Maximilian Uwe
T1  - Funktionelle Charakterisierung einer Tripletdeletion in SLC5A4 (SGLT3) als Kandidatengen für das Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätssyndrom (ADHS)
T1  - Functional characterization of a triplet deletion in the attention-deficit/hyperactivity (ADHD) candidate gene SLC5A4 (SGLT3)
N2  - Natrium-Glukose Transporter (SGLT) gehören zur „solute carrier 5“ (SLC5) Familie, die sich durch einen sekundär aktiven, natriumabhängigen Transport von Zuckern und an-deren Molekülen nach intrazellulär auszeichnen. Die durch das Gen SLC5A4 kodierte Isoform SGLT3 transportiert dagegen keinen Zucker, sondern verhält sich als Glukosesensor, der nach Bindung seiner Liganden eine Membrandepolarisation induziert. In genomweiten Exomsequenzierungsstudien (whole exome sequencing, WES) mehrerer erweiterter Stammbäume mit hoher Prävalenz des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndroms (ADHS) wurde im Vorfeld eine ATG-Tripletdeletion in SLC5A4 identifiziert, die zum Verlust einer Aminosäure (ΔM500) in SGLT3 führt und zumindest partiell mit dem klinischen Phänotyp kosegregiert.
In der vorliegenden Arbeit wurde die zentralnervöse Expression von SGLT3 auf RNA- Ebene mittels Reverse-Transkriptase PCR sowie real-time PCR aus humanen Gesamt-RNAs nachgewiesen. Dabei konnte eine ubiquitäre Expression im Gehirn mit relativ erhöhter Expression unter anderem in Striatum und Hypothalamus, deren Dysfunktion in der Pathogenese des ADHS impliziert wurde, gezeigt werden. Da Mutationen in homologen Domänen der eng strukturverwandten Isoformen SGLT1 und SGLT2 sowohl intestinale als auch renale Funktionen schwer beeinträchtigen, wurden in dieser Arbeit funktionelle Charakteristika sowohl des wildtypischen als auch der ΔM500 und der benachbarten ΔI501 Deletionsvariante von SGLT3 mittels Zwei-Elektroden Spannungs- und Stromklemme in entsprechend cRNA-injizierten Xenopus laevis Oozyten untersucht. Der hochpotente SGLT3-spezifische Iminozuckeragonist 1-Desoxynojirimycin (DNJ) induzierte an SGLT3-exprimierenden Oozyten in sauren Bedingungen etwa dreifach größere Kationeneinströme als D-Glukose, was sowohl im Spannungsklemmen-, und anhand einer entsprechenden Membrandepolarisation im Stromklemmenmodus gezeigt wurde. Die mit der ΔM500 bzw. ΔI501 Variante injizierten Oozyten dagegen zeigten in den maximalen Aktivierungsbedingungen um 92% bzw. 96% (p<0,01) reduzierte Kationeneinströme, sodass diese als hochgradig schädliche „Loss of Function“ Mutationen in SGLT3 charakterisiert wurden. Dieser Befund wurde mittels bioinformatischer in-silico Effektvorhersage validiert.
Um Konsequenzen der Sequenzalteration auf den Membraneinbau der Transporter zu untersuchen, wurden die mit einem gelb fluoreszierenden Farbstoff (YFP) markierten Transporter in Oozytenmembranen mittels Laser-Scanning Mikroskop nachgewiesen und die jeweiligen Mengen der Konstrukte anhand der Fluoreszenzintensitäten quantifiziert. Dabei zeigte sich eine um 53% bzw. 42% (p<0,01) reduzierte Menge der mutierten Konstrukte ΔM500 bzw. ΔI501 in der Membran, was zusätzliche schädliche Effekte der Mutationen auf das sogenannte Membrantargeting der Transporter belegt.
Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die ΔM500 Variante von SGLT3, welcher in ADHS-relevanten Hirnarealen exprimiert wird, dessen sub-stratinduzierte Natriumleitfähigkeit aufhebt und den Membraneinbau beeinträchtigen könnte, was in Wechselwirkung mit anderen genetischen ADHS Risikovarianten das Risiko für ADHS in Mutationsträgern beeinflussen kann.
N2  - Sodium-glucose transporters (SGLT) belong to the solute carrier 5 family, which is characterized by secondary active sodium dependent transport of sugars and other solutes. In contrast, SGLT3, encoded by the SLC5A4 gene, does not transport sugar but acts as a glucose sensor, inducing membrane depolarization upon ligand binding. In whole exome sequencing studies of several extended pedigrees with high density of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), an ATG triplet deletion of SLC5A4, leading to a single amino acid loss (ΔM500) in SGLT3, was found to cosegregate, although imper-fectly, with the clinical phenotype.
In this work, expression of SGLT3 on RNA level was proven ubiquiteously in the human brain with relatively increased expression levels in striatum and hypothalamus, which had repeatedly been implicated in ADHD pathophysiology. Since mutations in homolo-gous domains of the structurally closely related isoforms SGLT1 and SGLT2 can signif-icantly impair intestinal and renal function, functional properties of wildtype, ΔM500 and neighboring ΔI501 deletion variants of SGLT3 were investigated by voltage clamp and current clamp recordings in cRNA-injected Xenopus laevis oocytes. The SGLT3-specific iminosugar agonist 1-Desoxynojirimycin (DNJ) induced a threefold increase of cation influx compared to the classic SGLT substrate D-glucose alone as revealed by robust inward currents in voltage clamp and cell depolarization in current clamp modes. ΔM500-SGLT3 and ΔI501-SGLT3 injected oocytes showed cationic inward currents significantly reduced by 92% and 96% (p<0,01) respectively. In-silico modelling predicted deleterious functional effects of both mutations, thus validating these results.
To investigate possible effects of these sequence alterations on membrane targeting of the transporters, fusion constructs with YFP were generated and intensity of membrane fluorescence was quantified by confocal laser scanning microscopy. In comparison to wildtype SGLT3, fluorescence signals of ΔM500 and ΔI501 injected oocytes were de-creased by 53% and 42% (p<0,01) respectively.
Taken together, the results of this work suggest that the ΔM500 mutant of SGLT3, which is expressed in ADHS-implicated brain tissues completely abolishes its ligand dependent sodium conductance and may impair its membrane targeting, which, in interaction with other genetic ADHD risk variants, may confer a risk for ADHD in deletion carriers.
KW  - ADHS
KW  - Genetik
KW  - Membrantransporter
KW  - SGLT
KW  - Glukosemetabolismus
KW  - ADHD
KW  - Genetics
KW  - Membrane transporters
KW  - Glucose metabolism
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184791
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weigel, Tobias Maximilian
T1  - Entwicklung von 3D-Herzschrittmacher-Elektroden auf Basis von Kohlenstoffnanofasern
T1  - Development of 3D pacemaker electrodes based on carbon nano fibers
N2  - Herzschrittmachersysteme sind eine weitverbreitete Möglichkeit Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu behandeln. Wegen der natürlichen Reaktion des Immunsystems auf Fremdkörper, erfolgt aber eine fortschreitende Verkapselung der Herzschrittmacherelektrode. Die Folge ist eine ansteigende Verminderung der Stimulationseffizienz durch Erhöhung der Anregungsschwelle. Die Integration der Elektrode in das Gewebe ist dabei mangelhaft und wird bestimmt durch Implantateigenschaften wie Größe, Flexibilität und Dimensionalität. Um die Integration zu verbessern, stellen dreidimensionale (3D) bzw. gewebeartige Elektroden eine Alternative zu den derzeit verwendeten planaren Metallelektroden dar. Zur Entwicklung einer leitfähigen, 3D und faserförmigen Elektrode wurden in dieser Arbeit Kohlenstoff-Nanofaser-Scaffolds über Elektrospinnen hergestellt. Durch die Modifikation des Fasergerüstes mit Natriumchlorid (NaCl) während der Scaffoldherstellung, konnte das Fasernetzwerk aufgelockert und Poren generiert werden. Die Kohlenstofffaser-Elektroden zeigten einen effizienten Energieübertrag, welcher vergleichbar mit heutigen Titannitrid (TiN) -Elektroden ist. Die Auflockerung des Fasergewebes hatte eine verbesserte Flexibilität des Faserscaffolds zu Folge. Neben der Flexibilität, konnte auch die Infiltration von Zellen in das poröse Faserscaffold erheblich verbessert werden. Dabei konnten Fibroblasten durch das gesamte Scaffold migrieren. Die Kompatibilität mit kardialen Zellen, die Grundvoraussetzung von Herzschrittmacherelektroden, wurde in vitro nachgewiesen. Durch die Kombination aus dem 3D-Elektrodengerüst mit einer Co-Kultur aus humanen Kardiomyozyten, mesenchymalen Stammzellen und Fibroblasten, erfolgte eine Einbettung der Elektrode in funktionelles kardiales Gewebe. Dadurch konnte ein lebender Gewebe-Elektroden-Hybrid generiert werden, welcher möglicherweise die Elektrode vor Immunzellen in vivo abschirmen kann. Eine Zusammenführung der hybriden Elektrode mit einen Tissue-Engineerten humanen kardialen Patch in vitro, führte zu Bildung einer nahtlosen Elektronik-Gewebe-Schnittstelle. Die fusionierte Einheit wurde abschließend auf ihre mechanische Belastbarkeit getestet und konnte über einen Elektroden-Anschluss elektrisch stimuliert werden.
N2  - The application of pacemaker systems is a widespread treatment of cardiovascular diseases. The inflammatory interaction of the immune system and the implant results in the formation of a fibrous capsule around the pacemaker’s electrode. The consequence is a progressing reduction of the stimulation efficiency by an increased excitation threshold. The primary cause of the encapsulation is the deficient integration of the electrode into the cardiac tissue, which is induces by the incompatible implant properties like size, flexibility and dimensionality. To improve the electrode’s integration, the application of three dimensional and tissue imitating electrodes represent an improvement of currently implanted planar electrodes. To develop a conductive and fibrous 3D-electrode, carbon nanofiber scaffolds were generated by electrospinning. By modifying the fiber network with NaCl during the scaffold preparation, the mesh openings could be loosened and pores generated. An efficient energy transfer of the resulting carbon fiber electrodes was demonstrated and is comparable to today's TiN electrodes. The loosening of the fiber network resulted in improved flexibility of the scaffold. In addition to the flexibility, the infiltration of cells into the porous fiber scaffold could be significantly enhanced. Thereby, fibroblasts were enabled to migrate through the entire scaffold. For application as a pacemaker electrode, the compatibility of the tissue electrode with cardiac cells in vitro was demonstrated. The combination of the 3D electrode Scaffold with a co-culture of human cardiomyocytes, mesenchymal stem cells and fibroblasts led to a partially embedded electrode in functional cardiac tissue. As a result, a living tissue-electrode hybrid could be generated which could possibly shield the electrode from immune cells in vivo. Implantation of the hybrid electrode into a tissue engineered human heart patch in vitro resulted in a seamless electronic tissue interface. This fused unit was conclusively tested for its functionality, like mechanical stability and the electrical stimulation of the patch by the in grown hybrid electrode.
KW  - Herzschrittmacher
KW  - Elektrode
KW  - Kohlenstoff
KW  - Nanofaser
KW  - 3D-Elektrode
KW  - electrode scaffold
KW  - Zell-Migration
KW  - Stimulation
KW  - Kohlenstofffaser
KW  - Elektrospinnen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176362
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TY  - THES
A1  - Aboagye, Benjamin
T1  - Behavioral and physiologic consequences of inducible inactivation of the \(Tryptophan\) \(hydroxylase\) 2 gene in interaction with early-life adversity
T1  - Verhaltens- und physiologische Konsequenzen einer induzierbaren Inaktivierung des \(Tryptophan\) \(hydroxylase\) 2-Gens Interaktion mit frühkindlichen Stresses
N2  - Disruptions in brain serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) signaling pathways have been associated with etiology and pathogenesis of various neuropsychiatric disorders, but specific neural mechanisms of 5-HT function are yet to be fully elucidated. Tryptophan hydroxylase 2 (TPH2) is the rate-limiting enzyme for brain 5-HT synthesis. Therefore, in this study a tamoxifen (Tam)-inducible cre-mediated conditional gene (Tph2) knockout in adult mouse brain (Tph2icKO) has been established to decipher the specific role of brain 5-HT in the regulation of behavior in adulthood.
Immunohistochemistry and high-performance liquid chromatography (HPLC) were used first to test the efficacy of Tam-inducible inactivation of Tph2 and consequential reduction of 5-HT in adult mouse brain. Tam treatment resulted in ≥90% reduction in the number of 5-HT immuno-reactive cells in the anterior raphe nuclei. HPLC revealed a significant reduction in concentration of 5-HT and its metabolite 5-hydroxyindole acetic acid (5-HIAA) in selected brain regions of Tph2icKO, indicating the effectiveness of the protocol used.
Second, standard behavioral tests were used to assess whether reduced brain 5-HT concentrations could alter anxiety-, fear- and depressive-like behavior in mice. No altered anxiety- and depressive-like behaviors were observed in Tph2icKO compared to control mice (Tph2CON) in all indices measured, but Tph2icKO mice exhibited intense and sustained freezing during context-dependent fear memory retrieval. Tph2icKO mice also exhibited locomotor hyperactivity in the aversive environments, such as the open field, and consumed more food and fluid than Tph2CON mice. 
Lastly, the combined effect of maternal separation (MS) stress and adult brain 5-HT depletion on behavior was assessed in male and female mice. Here, MS stress, 5-HT depletion and their interaction elicited anxiety-like behavior in a sex-dependent manner. MS reduced exploratory behavior in both male and female mice. Reduced 5-HT enhanced anxiety in female, but not in male mice.
Furthermore, expression of genes related to the 5-HT system and emotionality (Tph2, Htr1a, Htr2a, Maoa and Avpr1a) was assessed by performing a quantitative real-time PCR. In Tph2icKO mice there was a reduction in expression of Tph2 in the raphe nuclei of both male and female mice. Interaction between MS stress and 5-HT deficiency was detected showing increased Htr2a and Maoa expression in raphe and hippocampus respectively of female mice. In male mice, MS stress and 5-HT depletion interaction effects reduced Avpr1a expression in raphe, while the expression of Htr1a, Htr2a and Maoa was differentially altered by 5-HT depletion and MS in various brain regions.
N2  - Unterbrechungen der Serotonin-Stoffwechselwege (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) im Gehirn wurden mit der Ätiologie und der Pathogenese von verschiedenen neuropsychiatrischen Erkrankungen assoziiert, wobei die neuronalen Mechanismen der 5-HT Funktionen noch vollständig entschlüsselt werden müssen. Die Tryptophan-Hydroxylase 2 (TPH2) ist das limitierende Enzym für die 5-HT Synthese im Gehirn, weshalb der durch Tamoxifen (Tam) induzierbare, cre-vermittelte Tph2 Gen-Knockout (Tph2icKO) im adulten Mausgehirn möglicherweise helfen könnte die spezifische Rolle von 5-HT im Gehirn in der Regulation von adultem Verhalten zu entschlüsseln. Zuerst wurden Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) und Immunhistochemische Analysen durchgeführt um die Effizienz der Tam induzierten Inaktivierung des Tph2 und die daraus folgende Reduktion von 5-HT im Gehirn zu überprüfen. Die Behandlung mit Tam  resultierte in einer ≥86% Reduktion der Anzahl von 5-HT immunoreaktiven Zellen in der anterioren Raphe im Gehirn. Die HPLC zeigte eine signifikante Reduktion der 5-HT Konzentration und dessen Stoffwechselprodukts 5-Hydroxyindolylessigsäure (5-HIAA) in ausgewählten Gehirn regionen von Tph2icKO, was auf die Effektivität des benutzten Protokolls hindeutet.
Danach wurden standarisierte Verhaltens tests durchgeführt um festzustellen, ob eine reduzierte 5-HT Konzentrationen im Gehirn zu einer Veränderung in der Angstreaktion, Depression und im Furchtverhalten der Mäuse führt. Bei allen Tests konnte sowohl in den Tph2icKO-Mäusen als auch in den Kontrolltieren kein offensichtliches angstbezogenes und depressionsähnliches Verhalten festgestellt werden, wobei die Tph2icKO-Mäuse intensive und anhaltende Furcht im Kontext „dependent fear retrieval“ zeigten. Tph2icKO-Mäuse zeigten zudem lokomotorische Hyperaktivität und konsumierten mehr Futter und Flüssigkeit als die Kontrolltiere.
Zuletzt wurde der kombinierte Effekt von Stress durch mütterliche Trennung (MS) und adulter 5-HT Reduktion im Gehirn auf das Verhalten von männlichen und weiblichen Mäusen untersucht. Wieder rief nicht der depressionsähnliche Phänotyp, sondernder Stress durch die mütterliche Trennung (MS) und 5-HT Verarmung und deren Interaktion ein angstähnliches Verhalten in Abhängigkeit vom Geschlecht hervor. Reduziertes 5-HT vergrößerte die Angst in weiblichen, aber nicht in männlichen Mäusen. Stress durch mütterliche Trennung (MS) reduzierte das explorative Verhalten sowohl in Männchen als auch in Weibchen. Die Expression von Genen, welche im Bezug zum 5-HT System stehen (Tph2, Htr1a, Htr2a, Maoa und Avpr1a) wurden mit Hilfe von quantitativer Real-Time PCR untersucht. Die Tam Behandlung reduzierte dasTph2 Level in der Raphe bei beiden Geschlechtern signifikant. In weiblichen Mäusen steigertedie Interaktion zwischen Stress durch mütterliche Trennung (MS) und 5-HT Verarmung das Htr2a und Maoa Expressions level in der Raphe und im Hippokampus. In männlichen Mäusen reduzierte die Interaktion von Stress durch mütterliche Trennung (MS) und 5-HT Reduktion die Avpr1a Expression in der Raphe. Die Expression von Htr1a, Htr2a und Maoa wurde in verschiedenen Gehirn regionen unterschiedlich von Tam und Mütterliche Trennung MS verändert. In der Amygdala wurde nur ein MS Effekt auf die Tph2 Expression in den Mäusen sichtbar.
KW  - Anxiety
KW  - Angst
KW  - Depression
KW  - Serotonin
KW  - Tamoxifen
KW  - Tryptophan hydroxylase
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173581
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wermser, Charlotte
T1  - Morphology, regulation and interstrain interactions in a new macrocolony biofilm model of the human pathogen \(Staphylococcus\) \(aureus\)
T1  - Morphologie, Regulation und stammübergreifende Wechselwirkungen in einem neuen Makrokolonie-Biofilmmodell des Humanpathogens \(Staphylococcus\) \(aureus\)
N2  - The role of multicellularity as the predominant microbial lifestyle has been affirmed by studies on the genetic regulation of biofilms and the conditions driving their formation. Biofilms are of prime importance for the pathology of chronic infections of the opportunistic human pathogen Staphylococcus aureus.
The recent development of a macrocolony biofilm model in S. aureus opened new opportunities to study evolution and physiological specialization in biofilm communities in this organism. In the macrocolony biofilm model, bacteria form complex aggregates with a sophisticated spatial organization on the micro- and macroscale. The central positive and negative regulators of this organization in S. aureus are the alternative sigma factor σB and the quorum sensing system Agr, respectively. Nevertheless, nothing is known on additional factors controlling the macrocolony morphogenesis.
In this work, the genome of S. aureus was screened for novel factors that are required for the development of the macrocolony architecture. A central role for basic metabolic pathways was demonstrated in this context as the macrocolony architecture was strongly altered by the disruption of nucleotide and carbohydrate synthesis. Environmental signals further modulate macrocolony morphogenesis as illustrated by the role of an oxygen-sensitive gene regulator, which is required for the formation of complex surface structures. A further application of the macrocolony biofilm model was demonstrated in the study of interstrain interactions. The integrity of macrocolony communities was macroscopically visibly disturbed by competitive interactions between clinical isolates of S. aureus.
The results of this work contribute to the characterization of the macrocolony biofilm model and improve our understanding of developmental processes relevant in staphylococcal infections. The identification of anti-biofilm effects exercised through competitive interactions could lead to the design of novel antimicrobial strategies targeting multicellular bacterial communities.
N2  - Die Rolle von Multizellularität als der vorherrschende mikrobielle Lebensstil wurde durch Studien über die genetische Steuerung von Biofilmen und über Biofilmbildung-fördernde Bedingungen bestätigt. Biofilme sind wichtige Faktoren in der Pathogenese chronischer Infektionen durch das opportunistische Humanpathogen Staphylococcus aureus.
Die kürzlich erfolgte Entwicklung eines Makrokolonie-Biofilmmodells für S. aureus eröffnet neue Möglichkeiten evolutionäre Entwicklungen und die physiologische Spezialisierung in bakteriellen Gemeinschaften zu untersuchen. Im Makrokolonie-Biofilmmodell bilden Bakterien komplexe Aggregate, die sich durch eine hochentwickelte räumliche Organisation auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene auszeichnen. Die positiven und negativen Hauptregulatoren dieser Organisation sind der alternative Sigmafaktor σB sowie das Quorum sensing System Agr. Dennoch sind weitere Faktoren, die die Morphogenese der Makrokolonien steuern, unbekannt.
In dieser Arbeit wurde das Genom von S. aureus im Hinblick auf neue Faktoren, die für die Entwicklung der Makrokoloniearchitektur nötig sind, analysiert. Dabei wurde belegt, dass zentrale Stoffwechselwege eine zentrale Rolle spielen. Störungen der Nukleotid- und Kohlenhydrat-Synthese hatten starke Auswirkungen auf die Makrokoloniearchitektur. Weiterhin wurde anhand eines Sauerstoff-sensitiven Genregulators, der für die Ausbildung von Oberflächenstrukturen nötig ist, demonstriert, wie die Morphogenese der Makrokolonien durch Umweltsignale moduliert wird. Das Makrokolonie-Biofilmmodell fand weitere Anwendung in der Untersuchung von stammübergreifenden Interaktionen. Die Integrität der Makrokolonie-Biofilme wurde durch die Wechselwirkungen in Konkurrenz stehender klinischer Isolate stark herabgesetzt.
Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zur Charakterisierung des Makrokolonie-Biofilmmodells bei und geben Einsicht in Entwicklungsprozesse, die während Staphylokokken-Infektionen ablaufen. Die Beschreibung der negativen Beeinflussung der Biofilme durch bakterielle Wechselwirkungen könnte zur Entwicklung neuer antimikrobieller Strategien, die gezielt gegen multizelluläre bakterielle Gemeinschaften wirksam sind, beitragen.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Biofilm
KW  - MRSA
KW  - macrocolony
KW  - interactions
KW  - biofilm architecture
KW  - Makrokolonie
KW  - Wechselwirkungen
KW  - Biofilmarchitektur
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165931
ER  - 
TY  - THES
A1  - Flechsenhar, Aleya Felicia
T1  - The Ubiquity of Social Attention – a Detailed Investigation of the Underlying Mechanisms
T1  - Die Allgegenwärtigkeit Sozialer Aufmerksamkeit – eine Detaillierte Erforschung Zugrundeliegender Mechanismen
N2  - This dissertation highlights various aspects of basic social attention by choosing versatile approaches to disentangle the precise mechanisms underlying the preference to focus on other human beings. The progressive examination of different social processes contrasted with aspects of previously adopted principles of general attention. Recent research investigating eye movements during free exploration revealed a clear and robust social bias, especially for the faces of depicted human beings in a naturalistic scene. However, free viewing implies a combination of mechanisms, namely automatic attention (bottom-up), goal-driven allocation (top-down), or contextual cues and inquires consideration of overt (open exploration using the eyes) as well as covert orienting (peripheral attention without eye movement). Within the scope of this dissertation, all of these aspects have been disentangled in three studies to provide a thorough investigation of different influences on social attention mechanisms.

In the first study (section 2.1), we implemented top-down manipulations targeting non-social features in a social scene to test competing resources. Interestingly, attention towards social aspects prevailed, even though this was detrimental to completing the requirements. Furthermore, the tendency of this bias was evident for overall fixation patterns, as well as fixations occurring directly after stimulus onset, suggesting sustained as well as early preferential processing of social features. Although the introduction of tasks generally changes gaze patterns, our results imply only subtle variance when stimuli are social. Concluding, this experiment indicates that attention towards social aspects remains preferential even in light of top-down demands.

The second study (section 2.2) comprised of two separate experiments, one in which we investigated reflexive covert attention and another in which we tested reflexive as well as sustained overt attention for images in which a human being was unilaterally located on either the left or right half of the scene. The first experiment consisted of a modified dot-probe paradigm, in which peripheral probes were presented either congruently on the side of the social aspect, or incongruently on the non-social side. This was based on the assumption that social features would act similar to cues in traditional spatial cueing paradigms, thereby facilitating reaction times for probes presented on the social half as opposed to the non-social half. Indeed, results reflected such congruency effect. The second experiment investigated these reflexive mechanisms by monitoring eye movements and specifying the location of saccades and fixations for short as well as long presentation times. Again, we found the majority of initial saccades to be congruently directed to the social side of the stimulus. Furthermore, we replicated findings for sustained attention processes with highest fixation densities for the head region of the displayed human being.

The third study (section 2.3), tackled the other mechanism proposed in the attention dichotomy, the bottom-up influence. Specifically, we reduced the available contextual information of a scene by using a gaze-contingent display, in which only the currently fixated regions would be visible to the viewer, while the remaining image would remain masked. Thereby, participants had to voluntarily change their gaze in order to explore the stimulus. First, results revealed a replication of a social bias in free-viewing displays. Second, the preference to select social features was also evident in gaze-contingent displays. Third, we find higher recurrent gaze patterns for social images compared to non-social ones for both viewing modalities. Taken together, these findings imply a top-down driven preference for social features largely independent of contextual information.

Importantly, for all experiments, we took saliency predictions of different computational algorithms into consideration to ensure that the observed social bias was not a result of high physical saliency within these areas. For our second experiment, we even reduced the stimulus set to those images, which yielded lower mean and peak saliency for the side of the stimulus containing the social information, while considering algorithms based on low-level features, as well as pre-trained high-level features incorporated in deep learning algorithms.

Our experiments offer new insights into single attentional mechanisms with regard to static social naturalistic scenes and enable a further understanding of basic social processing, contrasting from that of non-social attention. The replicability and consistency of our findings across experiments speaks for a robust effect, attributing social attention an exceptional role within the general attention construct, not only behaviorally, but potentially also on a neuronal level and further allowing implications for clinical populations with impaired social functioning.
N2  - Diese Dissertation beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten grundlegender sozialer Aufmerksamkeitsprozesse. Insbesondere werden durch vielseitige Herangehensweisen einzelne Mechanismen untersucht, die der bevorzugten Betrachtung von Menschen zugrunde liegen. Die progressive Untersuchung unterschiedlicher sozialer Vorgänge widerspricht einiger zuvor angenommener Grundlagen allgemeiner Aufmerksamkeitsprozesse. So zeigen beispielsweise Probanden bei freier Betrachtung naturalistischer Bilder eine klare Präferenz für abgebildete Menschen, v.a. deren Gesichter. Allerdings beinhaltet die freie Betrachtung eine Kombination aus mehreren Vorgängen, wie automatische (engl. bottom-up) und zielorientierte, willentliche Aufmerksamkeitslenkung (engl. top-down), als auch den Einfluss von Kontextzusammenhängen. Dies bedingt weiter die Berücksichtigung offener (engl. overt; Exploration mittels Augenbewegungen), als auch verdeckter Aufmerksamkeit (engl. covert; periphere Erkundung ohne Augenbewegungen). Im Rahmen der Dissertation werden alle genannten Aspekte anhand von drei Studien behandelt, wodurch eine sorgfältige Untersuchung verschiedener Einflüsse sozialer Aufmerksamkeitsprozesse erfolgt.

In der ersten Studie (Abschnitt 2.1) wurden zielgerichtete Manipulationen in Form von Aufgabenstellungen vorgenommen, welche die Aufmerksamkeit innerhalb einer sozialen Szene spezifisch auf nicht-soziale Reize lenken sollten, um kompetitive Ressourcen von sozialer und zielgerichteter Aufmerksamkeit zu untersuchen. Interessanterweise überwog die Tendenz, soziale Aspekte zu betrachten, obwohl dies nachteilig für das Lösen der Aufgaben war. Diese Neigung erwies sich für die allgemeine Fixationsverteilung als auch für Fixationen, die unmittelbar nach Erscheinen der Stimuli auftraten. Dieser Befund impliziert, dass soziale Reize sowohl bei dauerhaften als auch frühen Aufmerksamkeitsprozessen bevorzugt werden. Obwohl es einen allgemeinen Konsens gibt, dass eine Implementierung von Aufgaben zu verändertem Blickverhalten führt, deuten unsere Ergebnisse lediglich auf subtile Abweichungen hin, wenn die Stimuli sozialer Natur sind. Abschließend indiziert dieses Experiment, dass auch mit steigender Bedeutung anderer top-down Modulationen bevorzugt soziale Aspekte betrachtet werden.

Die zweite Studie (Abschnitt 2.2) bestand aus zwei separaten Experimenten, welche verdeckte und offene Aufmerksamkeit auf soziale Reize untersuchten. Hierfür wurden in beiden Studien dieselben Bilder verwendet, in denen ein Mensch unilateral, entweder auf der rechten oder linken Hälfte abgebildet war. Das erste Experiment bestand aus einer modifizierten Variante des Dot-Probe Paradigmas, bei dem periphere Zielreize entweder kongruent auf der Seite des sozialen Stimulus erschienen, oder inkongruent auf der nicht sozialen Seite präsentiert wurden. Diese Zuteilung basierte auf der Annahme, dass soziale Merkmale auf ähnliche Weise fungieren wie Hinweisreize in traditionellen Spatial-Cueing-Paradigmen, indem sie Reaktionszeiten auf Zielobjekte, die auf der sozialen Seite präsentiert werden, beschleunigen. Tatsächlich wiesen unsere Ergebnisse einen solchen Kongruenzeffekt auf. Das zweite Experiment überprüfte die reflexiven Vorgänge durch die Messung von Augenbewegungen mittels Spezifizierung der Sakkadenrichtung und Fixationsdichte für kurze als auch lange Präsentationszeiten. Wiederum stellte sich heraus, dass die Mehrzahl der initialen Sakkaden kongruent zum sozialen Reiz gerichtet waren. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse für kontinuierliche Aufmerksamkeitsprozesse durch eine erhöhte Fixationsdichte auf Kopfregionen der abgebildeten Menschen repliziert.

Die dritte Studie (Abschnitt 2.3) behandelte den umgekehrten Mechanismus der Aufmerksamkeitsdichotomie, nämlich den bottom-up Einfluss. Durch die Verwendung eines blickkongruenten Paradigmas, konnte der kontextuelle Informationsgehalt der Szenen so reduziert werden, dass nur noch der aktuell betrachtete Bereich sichtbar war, während der Rest des Bildes maskiert blieb. Somit mussten die Teilnehmer willentlich ihren Blick verändern, um die Szene zu erkunden. Erstens zeigten die Ergebnisse eine Replikation des sozialen Bias bei freier Betrachtung. Zweitens scheint die Präferenz, soziale Aspekte zu selektieren, in der blickkongruenten Darstellung bestehen zu bleiben. Drittens zeigte sich ein erhöhtes wiederkehrendes Blickmuster bei sozialen im Vergleich zu nicht sozialen Bildern für beide Betrachtungsmodalitäten. Zusammenfassend implizieren diese Ergebnisse eine zielgerichtete Präferenz für soziale Reize, welche größtenteils kontextunabhängig ist.

Hervorzuheben ist auch, dass bei allen Experimenten Salienzprädiktoren verschiedener Algorithmen in Betracht gezogen wurden, um sicher zu stellen, dass die Tendenz soziale Reize zu bevorzugen nicht alleine durch hohe physikalische Salienz in diesen Bereichen bedingt wurde. Insbesondere für die zweite Studie (Abschnitt 2.2) wurden Algorithmen verwendet, die sowohl untergeordnete Merkmale als Prädiktoren integrierten als auch Deep Learning Algorithmen, welche vortrainierte, übergeordnete Merkmale definieren, um Vorhersagen zu treffen. So wurde das verwendete Stimulusmaterial reduziert, so dass nur Bilder mit niedriger mittlerer als auch maximaler Salienz auf der nicht-sozialen Seite analysiert wurden.

Diese Experimente geben Aufschluss auf einzelne Aufmerksamkeitsprozesse bei der Betrachtung von statischen, sozialen, naturalistischen Szenen und ermöglichen ein tiefergehendes Verständnis für grundlegende soziale Verarbeitung, welche sich von nicht-sozialer Aufmerksamkeit abhebt. Die Replizierbarkeit und Konsistenz der Experimente implizieren einen robusten Effekt und suggerieren eine gesonderte Rolle der sozialen Aufmerksamkeit innerhalb des allgemeinen Aufmerksamkeitskonstrukts. Dies basiert nicht nur auf Verhaltensparametern, sondern potentiell auch auf neuronaler Ebene und enthält darüber hinaus auch Implikationen für klinische Populationen mit beeinträchtigten sozialen Funktionen.
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - Soziale Wahrnehmung
KW  - Mechanisms of Social Attention
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184528
ER  - 
TY  - THES
A1  - Potabattula, Ramya Sri Krishna
T1  - Male aging and obesity effects on sperm methylome and consequences for the next generation
T1  - Alters- und Adipositas-Effekte auf das Spermien-Methylom und die Konsequenzen für die nächste Generation
N2  - Besides a growing tendency for delayed parenthood, sedentary lifestyle coupled with overnutrition has dramatically increased worldwide over the last few decades. Epigenetic mechanisms can help us understand the epidemics and heritability of complex traits like obesity to a significant extent. Majority of the research till now has focused on determining the impact of maternal factors on health and disease risk in the offspring(s). 

This doctoral thesis is focused on deciphering the potential effects of male aging and obesity on sperm methylome, and consequences/transmission via germline to the next generation. In humans, this was assessed in a unique cohort of ~300 sperm samples, collected after in vitro fertilization/intracytoplasmic sperm injection, as well as in conceived fetal cord blood samples of the children. Furthermore, aging effect on sperm samples derived from a bovine cohort was analyzed. 

The study identified that human male aging significantly increased the DNA methylation levels of the promoter, the upstream core element, the 18S, and the 28S regions of ribosomal DNA (rDNA) in sperm. Prediction models were developed to anticipate an individual’s age based on the methylation status of rDNA regions in his sperm. Hypermethylation of alpha satellite and LINE1 repeats in human sperm was also observed with aging. Epimutations, which are aberrantly methylated CpG sites, were significantly higher in sperm of older males compared to the younger ones. These effects on the male germline had a negative impact on embryo quality of the next generation. Consistent with these results, DNA methylation of rDNA regions, bovine alpha satellite, and testis satellite repeats displayed a significant positive correlation with aging sperm samples within the same individual and across different age-grouped bulls. 

A positive association between human male obesity/body mass index (BMI) and DNA methylation of the imprinted MEG3 gene and the obesity-related HIF3A gene was detected in sperm. These BMI-induced sperm DNA methylation signatures were transmitted to next generation fetal cord blood (FCB) samples in a gender-specific manner. Males, but not female offsprings exhibited a significant positive correlation between father’s BMI and FCB DNA methylation in the two above-mentioned amplicons. Additionally, hypomethylation of IGF2 with increased paternal BMI was observed in female FCB samples. Parental allele-specific in-depth methylation analysis of imprinted genes using next generation sequencing technology also revealed significant correlations between paternal factors like age and BMI, and the corresponding father’s allele DNA methylation in FCB samples. 

Deep bisulphite sequencing of imprinted genes in diploid somatic cord blood cells of offspring detected that the levels of DNA methylation signatures largely depended on the underlying genetic variant, i.e. sequence haplotypes. Allele-specific epimutations were observed in PEG1, PEG5, MEG3, H19, and IGF2 amplicons. For the former three genes, the non-imprinted unmethylated allele displayed more epimutations than the imprinted methylated allele. On the other hand, for the latter two genes, the imprinted allele exhibited higher epimutation rate than that of the non-imprinted allele. 

In summary, the present study proved that male aging and obesity impacts the DNA methylome of repetitive elements and imprinted genes respectively in sperm, and also has considerable consequences on the next generation. Nevertheless, longitudinal follow-up studies are highly encouraged to elucidate if these effects can influence the risk of developing abnormal phenotype in the offspring during adulthood.
N2  - Weltweit kann ein Trend zur späteren Elternschaft sowie die dramatische Zunahme eines bewegungsarmen Lebensstils in Kombination mit einer Überernährung beobachtet werden. Die Verbreitung sowie die Vererbung derartig komplexer Merkmale oder Erkrankungen lassen sich oftmals unter Berücksichtigung epigenetischer Mechanismen besser verstehen. Vorangegangene Studien untersuchten hierbei jedoch primär den Einfluss maternaler Faktoren auf die Gesundheit und das Krankheitsrisiko der nächsten Generation.

Diese Doktorarbeit hat das Ziel potentielle Altersinduzierte sowie Adipositas-bedingte Effekte auf das Methylom von Spermien sowie die damit einhergehenden Konsequenzen für die nächste Generation zu identifizieren. Hierfür stand eine humane Kohorte bestehend aus ~300 Spermienproben, welche nach einer in vitro Fertilisation bzw. Intrazytoplasmatischen Spermieninjektion gesammelt wurden, und das entsprechende Nabelschnurblut der mit Hilfe dieser Behandlungen gezeugten Kinder zur Verfügung. Ergänzend dazu wurde der Alterseffekt in bovinen Spermienproben analysiert.

Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine signifikante Korrelation des männlichen Alterungsprozesses mit einer erhöhten DNA-Methylierung der ribosomalen DNA (rDNA) in der Promotorregion, dem strangaufwärts gelegenen Promotorelement (Upstream Core Element), der 18S- sowie der 28S-Region von Keimzellen aufgezeigt werden. Hierauf basierend wurde ein Vorhersageprogramm entwickelt, welches es ermöglicht anhand des Methylierungslevels der rDNA in den Spermien das Alter des entsprechenden Mannes zu berechnen. Weiterhin konnte beobachtet werden, dass mit dem Alterungsprozess in Spermien eine Hypermethylierung der  Long Interspersed Nuclear Elements (LINE-1) und der Alpha-Satelliten-DNA einhergeht. 

Des Weiteren zeigte der Vergleich von Spermien alter und junger Männer auf, dass Epimutationen, welche als fehlerhaft methylierte CpG-Stellen definiert werden, signifikant häufiger in Spermien alter Männer detektierbar sind. Allgemein zeigte sich zudem, dass diese altersabhängigen Effekte auf die Keimzellen sich negativ auf die Qualität der Embryonen auswirken. Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen konnte auch in Spermien von Rindern dieser Alterseffekt nachgewiesen werden. Es zeigte sich mit zunehmendem Alter eine signifikant erhöhte Methylierung der rDNA-Regionen und der Alpha-/ Testis-Satelliten-DNAs sowohl innerhalb eines Individuums, als auch zwischen verschiedenen altersgruppierten Individuen. 

Weiterhin konnte eine positive Korrelation des Body-Mass-Index (engl. body mass index; kurz: BMI) eines Mannes und der Methylierung in MEG3 und HIF3A in dessen Spermien detektiert werden. Anhand der untersuchten Nabelschnurblute konnte aufgezeigt werden, dass diese BMI-induzierten Methylierungsveränderungen in einem geschlechter-spezifischen Kontext an die nächste Generation weitergegeben werden. So war ausschließlich bei männlichen Nachkommen eine signifikant positive Assoziation des väterlichen BMIs und der DNA-Methylierung dieser beiden Gene im Nabelschnurblut nachweisbar. Eine mit dem väterlichen BMI einhergehende Hypomethylierung des Gens IGF2 war hingegen ausschließlich in den Nabelschnurblut-Proben weiblicher Nachkommen messbar. Die Auftrennung der Allele nach ihrer parentalen Herkunft, zeigte eine signifikante Korrelation zwischen den paternalen Faktoren, wie Alter und BMI, und dem Methylierungslevel des korrespondierenden paternalen Allels im Nabelschnurblut.

Mit Hilfe der Deep Bisulfite Sequenzierung diploider Zellen aus dem Nabelschnurblut der Nachkommen wurde die DNA-Methylierung geprägte Gene untersucht. Hierbei konnte aufgezeigt werden, dass das Methylierungslevel stark von der zu Grunde liegenden genetischen Variante (Haplotyp) abhängt. Allel-spezifische Epimutationen wurden in den untersuchten Amplikons der Gene PEG1, PEG5, MEG3, H19 und IGF2 nachgewiesen. Bei PEG1, PEG5 und MEG3 waren mehr Epimutationen der nicht-geprägten unmethylierten Allele, als der geprägten methylierten Allele detektierbar. Konträr hierzu war bei den Genen H19 und IGF2 eine erhöhte Epimutationsrate der geprägten und somit methylierten Allele nachweisbar. 

Diese Doktorarbeit offenbart altersinduzierte sowie Adipositas-bedingte Einflüsse auf die DNA-Methylierung repetitiver Elemente und geprägter Gene in männlichen Keimzellen, sowie damit einhergehende potentielle Konsequenzen für die nächste Generation. Um schlussendlich jedoch eine Aussage treffen zu können, ob aufgrund dieser Effekte eine erhöhte Prädisposition der nächsten Generation zur Entwicklung anormaler Phänotypen besteht, müssen longitudinale Folgestudien durchgeführt werden.
KW  - Paternal age and BMI effects
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165481
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baig, Ayesha Anjum
T1  - Studies on platelet interactions with the coagulation system and on modulators of platelet (hem)ITAM signaling in genetically modified mice
T1  - Studien zur Thrombozyteninteraktion mit der Gerinnungskaskade und Modulation des (hem)ITAM Signalwegs in genetisch veränderaten Mäusen
N2  - Activated platelets and coagulation jointly contribute to physiological hemostasis. However, pathological conditions can also trigger unwanted platelet activation and initiation of coagulation resulting in thrombosis and precipitation of ischemic damage of vital organs such as the heart or brain. The specific contribution of procoagulant platelets, positioned at the interface of the processes of platelet activation and coagulation, in ischemic stroke had remained uninvestigated. The first section of the thesis addresses this aspect through experiments conducted in novel megakaryocyte- and platelet-specific TMEM16F conditional KO mice (cKO). cKO platelets phenocopied defects in platelets from Scott Syndrome patients and had severely impaired procoagulant characteristics. This led to decelerated platelet-driven thrombin generation and delayed fibrin formation. cKO mice displayed prolonged bleeding times and impaired arterial thrombosis. However, infarct volumes in cKO mice were comparable to wildtype (WT) mice in an experimental model of ischemic stroke. Therefore, while TMEM16F-regulated platelet procoagulant activity is critical for hemostasis and thrombosis, it is dispensable for cerebral thrombo-inflammation in mice. 

The second section describes the generation and initial characterization of a novel knockin mouse strain that expresses human coagulation factor XII (FXII) instead of endogenous murine FXII. These knockin mice had normal occlusion times in an experimental model of arterial thrombosis demonstrating that human FXII is functional in mice. Therefore, these mice constitute a valuable tool for testing novel pharmacological agents against human FXII – an attractive potential target for antithrombotic therapy.

Glycoprotein (GP)VI and C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2)-mediated (hem)immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) signaling represent a major pathway for platelet activation. The last section of the thesis provides experimental evidence for redundant functions between the two members of the Grb2 family of adapter proteins - Grb2 and Gads that lie downstream of GPVI and CLEC-2 stimulation. In vitro and in vivo studies in mice deficient in both Grb2 and Gads (DKO) revealed that DKO platelets had defects in (hem)ITAM-stimulation-specific activation, aggregation and signal transduction that were more severe than the defects observed in single Grb2 KO or Gads KO mice. Furthermore, the specific role of these adapters downstream of (hem)ITAM signaling was essential for maintenance of hemostasis but dispensable for the known CLEC-2 dependent regulation of blood-lymphatic vessel separation.
N2  - Aktivierte Thrombozyten und die Gerinnungskaskade bilden gemeinsam die Grundlage der physiologischen Hämostase. Daneben können jedoch auch pathologische Bedingungen Thrombozytenaktivierung herbeiführen und die Gerinnungskaskade auslösen und somit zum Gefäßverschluss führen, was häufig ischämische Schäden lebenswichtiger Organe wie beispielsweise des Herzens oder des Gehirns verursachen kann. Prokoagulante Thrombozy-ten befinden sich an der Schnittstelle zwischen Thrombozytenaktivierung und der Gerin-nungskaskade, ihre Funktion bei der Pathogenese des ischämischen Schlaganfalls wurde jedoch bisher nicht im Detail untersucht. Der erste Teil dieser Doktorarbeit widmet sich dieser Fragestellung durch die Analyse von neu generierten konditionalen, Megakaryozyten- und Thrombozyten-spezifischen Tmem16f Knockout Mäusen. TMEM16F-defiziente Thrombozy-ten wiesen ähnliche Defekte wie die Thrombozyten von Scott-Syndrom-Patienten sowie stark beeinträchtigte prokoagulante Eigenschaften auf. Diese Defekte gingen mit signifikant verlangsamter thrombozytenabhängiger Thrombingenerierung und verzögerter Fibrinbildung einher. TMEM16F-Defizienz führte zu verlängerter Blutungszeit und beeinträchtigte in einem experimentellen Modell die Bildung arterieller Thromben. TMEM16F-defiziente Mäuse wiesen jedoch im Vergleich zu wildtypischen Mäusen keinerlei Unterschiede im experimentellen ischämischen Schlaganfall auf. TMEM16F-gesteuerte prokoagulante Thrombozytenfunktion ist demnach kritisch für Hämostase und Thrombose, während sie eine untergeordnete Rolle in zerebraler Thrombo-Inflammation spielt.

Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Generierung und Erstbeschreibung einer neuen Mauslinie, welche den humanen Hageman-Faktor (FXII) anstelle des endogenen murinen FXII exprimiert. In den resultierenden Knock-in Mäusen war die Bildung okklusiver arterieller Thromben nach chemisch induzierter Gefäßverletzung nicht beeinträchtigt, was zeigt, dass der humane FXII im Maussystem voll funktionstüchtig ist. Somit können diese Mäuse in der Zukunft als ein wertvolles Werkzeug zum Testen neuer pharmakologischer Ansätze zur Herabsetzung der FXII-Aktivität eingesetzt werden, welche einen vielver-sprechenden Targets neuartiger antithrombotischer Behandlungsansätze darstellt.

Die thrombozytären Rezeptoren Glykoprotein (GP)VI und C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) lösen (hem)immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-gekoppelte Signalwege aus, welche eine eine Schlüsselrolle in der Thrombozytenaktivierung spielen. Der dritte Teil dieser Doktorarbeit liefert experimentelle Hinweise für überlappende Funkti-onen der Adapterproteine Grb2 und Gads in der (hem)ITAM-anhängigen Signalkaskade. In vitro und in vivo Studien zeigten, dass Grb2/Gads-doppeldefiziente Thrombozyten (hem)ITAM-spezifische Defekte in der Aktivierung, Aggregation und Signaltransduktion aufweisen, die im Vergleich zu einzeldefizienten Thrombozyten deutlich ausgeprägter sind und somit eine redundante Rolle der Adapterproteine offenbaren. Während Grb2 und Gads gemeinsam an der Aufrechterhaltung physiologischer Hämostase beteiligt sind, tragen sie nicht entscheidend zur bekannten CLEC-2-abhängigen Regulation der Trennung von Blut- und Lymphgefäßen bei.
KW  - Blutgerinnung
KW  - Thrombozyt
KW  - Signaltransduktion
KW  - Maus
KW  - Thrombosis
KW  - Thrombo-inflammation
KW  - TMEM16F
KW  - (hem)ITAM signaling
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164888
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TY  - THES
A1  - Herrmann, Johannes Bernd
T1  - Rolle des Komplement C5a-Rezeptors 1 in der Pathophysiologie der Meningokokken-Sepsis
T1  - Role of complement C5a-Receptor 1 in Pathophysiology of Meningococcal Sepsis
N2  - Das bekapselte, Gram-negative, diplokokkenförmige Bakterium Neisseria meningitidis (Nme) ist ein asymptomatischer Kommensale des oberen Nasenrachenraums im Men-schen. Gerade bei Kindern ist es dem humanspezifischen Pathogen in seltenen Fällen möglich, in den Blutstrom einzuwandern und lebensbedrohliche Krankheitsbilder wie Meningoenzephalitis und Sepsis auszulösen, welche als „Invasive Meningokokkener-krankung“ (IMD) zusammengefasst werden. Jährlich ereignen sich weltweit bis zu 1,2 Mio Fälle von IMD, welche aufgrund des fulminanten Verlaufs und der hohen Letalität gefürchtet sind. In der Bekämpfung der Nme-Sepsis ist das humane Komplementsystem von entscheidender Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist die protektive Rolle des lytischen (Membranangriffskomplex MAK) und opsonisierenden Arms (Opsonine iC3b und C1q) der Komplementkaskade gut dokumentiert. Dagegen ist der Beitrag des in-flammatorischen Arms (Anaphylatoxine C3a und C5a) in der Nme-Sepsis bisher unklar. Aus diesem Grunde wurde mit dieser Arbeit die Rolle des inflammatorischen Arms an-hand des Komplement C5a-Rezeptors 1 (C5aR1) in der Pathophysiologie der Nme-Sepsis am Mausmodell untersucht. Nach Etablierung des murinen, intraperitonealen In-fektionsmodells konnte ein schädlicher Effekt des C5aR1 in der Nme-Sepsis beobachtet werden. Aus der Abwesenheit des C5aR1 resultierte eine höhere Überlebensrate, ein besserer klinischer Zustand, eine niedrigere Bakteriämie und niedrigere Konzentrationen der pro-inflammatorischen Mediatoren IL-6, CXCL-1 und TNF-α. Im Hinblick auf den zellulären Pathomechanismus sprechen Ergebnisse dieser Arbeit dafür, dass der C5aR1 primär eine gesteigerte Freisetzung inflammatorischer Mediatoren durch verschiedene Zellpopulationen triggert (Zytokinsturm), wodurch sekundär Zellparalyse, steigende Bakteriämie und höhere Letalität bedingt sind. Durch Depletionsversuche und Immun-fluoreszenzfärbungen konnte, unabhängig vom C5aR1, eine allgemein protektive Rolle von neutrophilen Granulozyten und Monozyten/Makrophagen in der Nme-Sepsis beo-bachtet werden. Darüber hinaus präsentierte sich der zyklische C5aR1-Antagonist PMX205 als erfolgsversprechende Therapieoption, um Parameter einer murinen Nme-Sepsis zu verbessern. Weitere Untersuchungen sind nötig, um die Wirksamkeit dieser Substanz in der humanen Nme-Sepsis zu erforschen. Zudem könnte das murine, intrape-ritoneale Infektionsmodell zur Klärung der Rolle des C5aR2 in der Nme-Sepsis genutzt werden.
N2  - The encapsulated, Gram-negative diplococcus Neisseria meningitidis (Nme) is an asymp-tomatic commensal in the human upper respiratory tract. In rare cases and especially in children, this human-specific pathogen is able to invade into the blood stream and cause life-threatening disorders like meningoencephalitis and septicemia, which are subsumed as „invasive meningococcal disease“ (IMD). The estimated number of cases is about 1.2 mio per year worldwide. IMD is greatly feared because of its fulminant progression and its high lethality. It is very well known, that the human complement system holds an essential role to fight meningococcal sepsis. In this context, the protective effects of the lytic (membrane attack complex MAC) and opsonizing branches (opsonines iC3b and C1q) are well established. On the contrary, very little is known about the contribution of the inflammatory branch (anaphylatoxines C3a and C5a) in meningococcal sepsis. Therefore, this work focused on the role of the C5a-Receptor 1 (C5aR1) in pathophysi-ology of meningococcal sepsis in a murine model. After having established the para-mount role of complement in murine intraperitoneal infection model, we could observe a detrimental effect of C5aR1 in Meningococcal sepsis. The absence of C5aR1 resulted in a higher overall survival, ameliorated clinical status, lower bacteremia and lower levels of the proinflammatory mediators IL-6, CXCL-1, TNF-α. Particularly with regard to results about the cellular pathomechanism, the C5aR1 seems to cause an increased re-lease of proinflammatory mediators (cytokine storm) exerted by various cell populations. As a consequence, cellular paralysis, increasing bacterial burden and higher lethality rate seems to occur. In reference to depletion experiments and immunofluorescence stain-ings, we could observe protective overall effects of neutrophils and mono-cytes/macrophages, uncorrelated to C5aR1 presence. Ultimately, the cyclic C5aR1-antagonist PMX205 appeared to be a promising option to improve parameters in murine meningococcal sepsis. Further experiments are required to examine the potential of this compound in human meningococcal sepsis. Moreover, the murine, intraperitoneal infec-tion model could be used to clarify the role of C5aR2 in meningococcal sepsis.
KW  - Komplement C5a
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Meningokokken-Sepsis
KW  - Komplement C5a Rezeptor 1
KW  - C5aR1-Antagonist
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184533
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sauer, Markus
T1  - DHX36 function in RNA G-quadruplex-mediated posttranscriptional gene regulation
T1  - Funktion von DHX36 in RNA G-Quadruplex-vermittelter posttranskriptioneller Genregulierung
N2  - The expression of genetic information into proteins is a key aspect of life. The efficient and exact regulation of this process is essential for the cell to produce the correct amounts of these effector molecules to a given situation. For this purpose, eukaryotic cells have developed many different levels of transcriptional and posttranscriptional gene regulation. These mechanisms themselves heavily rely on interactions of proteins with associated nucleic acids. In the case of posttranscriptional gene regulation an orchestrated interplay between RNA-binding proteins, messenger RNAs (mRNA), and non-coding RNAs is compulsory to achieve this important function.
A pivotal factor hereby are RNA secondary structures. One of the most stable and diverse representatives is the G-quadruplex structure (G4) implicated in many cellular mechanisms, such as mRNA processing and translation. In protein biosynthesis, G4s often act as obstacles but can also assist in this process. However, their presence has to be tightly regulated, a task which is often fulfilled by helicases.
One of the best characterized G4-resolving factors is the DEAH-box protein DHX36. The in vitro function of this helicase is extensively described and individual reports aimed to address diverse cellular functions as well. Nevertheless, a comprehensive and systems-wide study on the function of this specific helicase was missing, so far.
The here-presented doctoral thesis provides a detailed view on the global cellular function of DHX36. The binding sites of this helicase were defined in a transcriptome-wide manner, a consensus binding motif was deviated, and RNA targets as well as the effect this helicase exerts on them were examined. In human embryonic kidney cells, DHX36 is a mainly cytoplasmic protein preferentially binding to G-rich and G4-forming sequence motifs on more than 4,500 mRNAs. Loss of DHX36 leads to increased target mRNA levels whereas ribosome occupancy on and protein output of these transcripts are reduced. Furthermore, DHX36 knockout leads to higher RNA G4 levels and concomitant stress reactions in the cell. I hypothesize that, upon loss of this helicase, translationally-incompetent structured DHX36 target mRNAs, prone to localize in stress granules, accumulate in the cell. The cell reacts with basal stress to avoid cytotoxic effects produced by these mis-regulated and structured transcripts.
N2  - Die Umsetzung genetischer Information in Proteine stellt einen Schlüsselaspekt des Lebens dar. Dabei ist die effiziente und exakte Regulierung dieses Prozesses für die Zelle essentiell, um die korrekte Menge dieser Effektormoleküle in einer gegebenen Situation zu produzieren. Zu diesem Zweck haben eukaryotische Zellen viele verschiedene Ebenen der transkriptionellen und posttranskriptionellen Genregulation entwickelt. Diese Mechanismen wiederum beruhen insbesondere auf den Interaktionen von Proteinen mit assoziierten Nukleinsäuren. Im Fall der posttranskriptionellen Genregulation ist ein abgestimmtes Wechselspiel zwischen RNA-bindenden Proteinen, Boten-RNAs und nicht-kodierenden RNAs zwingend erforderlich um diese wichtige Funktion zu erfüllen.
Ein zentrales Element hierbei bilden RNA-Sekundärstrukturen. Einer der stabilsten und variantenreichsten Vertreter dieser Strukturen ist die G-Quadruplexstruktur (G4), die in vielen zellulären Mechanismen, wie zum Beispiel Prozessierung und Translation der Boten-RNA, involviert ist. Während der Proteinbiosynthese agieren G4s häufig als Hindernisse, können diesen Prozess allerdings auch unterstützen. In beiden Fällen muss deren Präsenz genau reguliert werden, was häufig durch Helikasen erfolgt.
Einer der bestcharakterisiertesten, G4-entwindenden Faktoren ist das DEAH-Box Protein DHX36. Die in vitro Funktion dieser Helikase wurde bereits ausführlich beschrieben und einzelne Berichte haben darüber hinaus versucht, ihr verschiedene Funktionen in der Zelle zuzuweisen. Nichtsdestotrotz fehlt bislang eine umfassende und systemweite Studie zur Funktion dieser speziellen Helikase.
Die hier präsentierte Doktorarbeit liefert einen detaillierten Blick auf die globale Funktion von DHX36 in der Zelle. Bindestellen dieser Helikase im Transkriptom wurden definiert, ein allgemeines Bindemotiv abgeleitet und RNA-Bindeziele sowie der Effekt, den diese Helikase auf jene ausübt, untersucht. In humanen embryonalen Nierenzellen ist DHX36 ein vorwiegend zytoplasmatisches Protein, das bevorzugt G-reiche und G4-bildende Sequenzmotive auf über 4.500 Boten-RNAs bindet. Verlust von DHX36 führt zu einem erhöhten Level dieser Boten-RNAs in der Zelle, wobei deren Besetzung mit Ribosomen und die damit verbundene Proteinproduktion reduziert ist. Weiterhin führt der Verlust von DHX36 zu einem höheren RNA G4 Level und zu gleichzeitigen Stressreaktionen in der Zelle. Meine Vermutung ist, dass sich bei einem Verlust von DHX36 translationsinkompetente, strukturierte und leicht akkumulierende Ziel-Boten-RNAs in der Zelle anreichern. Die Zelle reagiert darauf mit basalem Stress um zytotoxische Effekte dieser miss-regulierten und strukturierten Transkripte zu vermeiden.
KW  - RNS
KW  - Helicasen
KW  - Genexpression
KW  - RNA secondary structures
KW  - G-quadruplex
KW  - RNA protein interactions
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-183954
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kremer, Antje
T1  - Tissue Engineering of a Vascularized Meniscus Implant
T1  - Tissue Engineering eines vaskularisierten Meniskus-Implantates
N2  - The knee joint is a complex composite joint containing the C-shaped wedge-like menisci composed of fibrocartilage. Due to their complex composition and structure, they provide mechanical resilience to the knee joint protecting the articular cartilage. Because of the limited repair potential, meniscal injuries do not only affect the meniscus itself but also lead to altered joint homeostasis and inevitably to secondary osteoarthritis.

The meniscus was characterized focusing on its anatomy, structure and meniscal markers such as aggrecan, collagen type I (Col I) and Col II. The components relevant for meniscus tissue engineering, namely  cells, Col I scaffolds, biochemical and biomechanical stimuli were studied. Meniscal cells (MCs) were isolated from meniscus, mesenchymal stem cells (MSCs) from bone marrow and dermal microvascular endothelial cells (d-mvECs) from foreskin biopsies. For the human (h) meniscus model, wedge-shape compression of a hMSC-laden Col I gel was successfully established. During three weeks of static culture, the biochemical stimulus transforming growth factor beta-3 (TGF beta-3) led to a compact collagen structure. On day 21, this meniscus model showed high metabolic activity and matrix remodeling as confirmed by matrix metalloproteinases detection. The fibrochondrogenic properties were illustrated by immunohistochemical detection of meniscal markers, significant GAG/DNA increase and increased compressive properties. For further improvement, biomechanical stimulation systems by compression and hydrostatic pressure were designed. As one vascularization approach, direct stimulation with ciclopirox olamine (CPX) significantly increased sprouting of hd-mvEC spheroids even in absence of auxiliary cells such as MSCs. Second, a cell sheet composed of hMSCs and hd-mvECs was fabricated by temperature triggered cell sheet engineering and transferred onto the wedge-shaped meniscus model. Third, a biological vascularized scaffold (BioVaSc-TERM) was re-endothelialized with hd-mvECs providing a viable vascularized network. The vascularized BioVaSc-TERM was suggested as wrapping scaffold of the meniscus model by using two suture techniques, the all-inside-repair (AIR) for the posterior horn, and the outside-in-refixation (OIR) for the anterior horn and the middle part.

This meniscus model for replacing torn menisci is a promising approach to be further optimized regarding vascularization, biochemical and biomechanical stimuli.
N2  - Das Knie ist ein komplex zusammengesetztes Gelenk mit zwei C-förmigen Keilen aus Bindegewebsknorpel, die Menisken. Sie sorgen für die mechanische Belastbarkeit des Knies, wodurch der Gelenksknorpel geschützt wird. Aufgrund des limitierten Heilungspotentials beeinträchtigen Meniskusverletzungen nicht nur den Meniskus selbst, sondern schädigen auch das Gelenksgleichgewicht und führen zu sekundärer Osteoarthritis.

Der Meniskus wurde in seiner Anatomie, Struktur und Meniskusmarkern wie Aggrekan, Kollagen I und Kollagen II charakterisiert. Die Komponenten von Meniskus Tissue Engineering, Zellen, Kollagen I Materialien, biochemische und biomechanische Stimuli wurden untersucht. Meniskuszellen (MCs) wurden aus Meniskus isoliert, mesenchymale Stammzellen (MSCs) aus Knochenmark und dermale mikrovaskuläre Endothelzellen (d-mvECs) aus Vorhautbiopsien. Für das humane (h) Meniskus-Modell wurde die keilförmige Kompression eines hMSC-beladenen Kollagen I Gels erfolgreich etabliert. Während drei Wochen statischer Kultur führte der biochemische Stimulus transformierender Wachs-tumsfaktor beta-3 (TGF beta-3) zu einer kompakten Kollagenstruktur. An Tag 21 zeigte dieses Meniskus-Modell eine hohe metabolische Aktivität und Matrixumbau durch die Detektion von Matrix-Metalloproteasen. Der Bindegewebsknorpel wurde durch immunhistochemische Detektion der Meniskusmarker, einem signifikanten GAG/DNA Anstieg und erhöhter Kompressionseigenschaften bestätigt. Für weitere Verbesserungen wurden biomechanische Stimulierungssysteme mittels Kompression und hydrostatischen Druck aufgebaut. Als Vaskularisierungsansatz führte die direkte Stimulierung mit Ciclopirox Olamine (CPX) sogar in Abwesenheit von Helferzellen wie MSCs zu einem erhöhten Sprouting der hd-mvEC Spheroide. Zweitens wurde ein hMSC/hd-mvEC Sheet mithilfe eines Temperatur-abhängigen Verfahrens produziert und auf das keilförmige Meniskus-Modell transferiert. Drittens wurde ein vaskularisiertes Biomaterial (BioVaSc-TERM) mit hd-mvECs besiedelt, wodurch ein vitales Gefäßystem bereitgestellt wurde. Die vaskularisierte BioVaSc-TERM wurde als Hülle des Meniskus-Modells unter der Verwendung von zwei Nahttechniken vorgeschlagen: die All-Inside-Repair (AIR) für das Hinterhorn und die Outside-In-Refixation (OIR) für das Vorderhorn und den mittleren Teil.

Dieses Meniskus-Modell ist ein vielversprechender Ansatz für den Meniskusersatz, um in Vaskularisierung, biochemischer und biomechanischer Stimuli weiter optimiert zu werden.
KW  - Meniskus
KW  - Tissue Engineering
KW  - Regenerative Medizin
KW  - Meniskusimplantat
KW  - meniscus implant
KW  - Tissue Engineering
KW  - tissue engineering
KW  - vascularization
KW  - Vaskularisierung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-184326
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reinhard, Julia
T1  - Developmental Aspects of Fear Learning and Fear Generalization
T1  - Entwicklungsaspekte des Furchterwerbs und der Furchtgenerealisierung
N2  - In situations of real threat, showing a fear reaction makes sense, thus, increasing the chance to survive. The question is, how could anybody differentiate between a real and an apparent threat? Here, the slogan counts “better safe than sorry”, meaning that it is better to shy away once too often from nothing than once too little from a real threat. Furthermore, in a complex environment it is adaptive to generalize from one threatening situation or stimulus to another similar situation/stimulus. But, the danger hereby is to generalize in a maladaptive manner involving as it is to strong and/or fear too often “harmless” (safety) situations/stimuli, as it is known to be a criterion of anxiety disorders (AD). Fear conditioning and fear generalization paradigms are well suited to investigate fear learning processes. It is remarkable that despite increasing interest in this topic there is only little research on fear generalization. Especially, most research on human fear conditioning and its generalization has focused on adults, whereas only little is known about these processes in children, even though AD is typically developing during childhood. To address this knowledge gap, four experiments were conducted, in which a discriminative fear conditioning and generalization paradigm was used. 
In the first two experiments, developmental aspects of fear learning and generalization were of special interest. Therefore, in the first experiment 267 children and 285 adults were compared in the differential fear conditioning paradigm and generalization test. Skin conductance responses (SCRs) and ratings of valence and arousal were obtained to indicate fear learning. Both groups displayed robust and similar differential conditioning on subjective and physiological levels. However, children showed heightened fear generalization compared to adults as indexed by higher arousal ratings and SCRs to the generalization stimuli. Results indicate overgeneralization of conditioned fear as a developmental correlate of fear learning. The developmental change from a shallow to a steeper generalization gradient is likely related to the maturation of brain structures that modulate efficient discrimination between threatening and (ambiguous) safety cues. The question hereby is, at which developmental stage fear generalization gradients of children adapt to the gradients of adults. Following up on this question, in a second experiment, developmental changes in fear conditioning and fear generalization between children and adolescents were investigated. According to experiment 1 and previous studies in children, which showed changes in fear learning with increasing age, it was assumed that older children were better at discriminating threat and safety stimuli. Therefore, 396 healthy participants (aged 8 to 12 years) were examined with the fear conditioning and generalization paradigm. Again, ratings of valence, arousal, and SCRs were obtained. SCRs indicated differences in fear generalization with best fear discrimination in 12-year-old children suggesting that the age of 12 years seems to play an important role, since generalization gradients were similar to that of adults. These age differences were seen in boys and girls, but best discrimination was found in 12-year-old boys, indicating different development of generalization gradients according to sex. This result fits nicely with the fact that the prevalence of AD is higher in women than in men. 
In a third study, it was supposed that the developmental trajectory from increased trait anxiety in childhood to manifest AD could be mediated by abnormal fear conditioning and generalization processes. To this end, 394 children aged 8 to 12 years with different scores in trait anxiety were compared with each other. Results provided evidence that children with high trait anxiety showed stronger responses to threat cues and impaired safety signal learning contingent on awareness as indicated by arousal at acquisition. Furthermore, analyses revealed that children with high trait anxiety showed overall higher arousal ratings at generalization. Contrary to what was expected, high trait anxious children did not show significantly more fear generalization than children with low trait anxiety. However, high-trait-anxious (HA) participants showed a trend for a more linear gradient, whereas moderate-trait-anxious (MA) and low-trait-anxious (LA) participants showed more quadratic gradients according to arousal. Additionally, after controlling for age, sex and negative life experience, SCR to the safety stimulus predicted the trait anxiety level of children suggesting that impaired safety signal learning may be a risk factor for the development of AD. 
Results provide hints that frontal maturation could develop differently according to trait anxiety resulting in different stimuli discrimination. Thus, in a fourth experiment, 40 typically developing volunteers aged 10 to 18 years were screened for trait anxiety and investigated with the differential fear conditioning and generalization paradigm in the scanner. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) were used to identify the neural mechanisms of fear learning and fear generalization investigating differences in this neural mechanism according to trait anxiety, developmental aspects and sex. At acquisition, HA participants showed reduced activation in frontal brain regions, but at generalization, HA participants showed an increase in these frontal regions with stronger linear increase in activation with similarity to CS+ in HA when compared to LA participants. This indicates that there is a hyper-regulation in adolescents to compensate the higher difficulties at generalization in form of a compensatory mechanism, which decompensates with adulthood and/or may be collapsed in manifest AD. Additionally, significant developmental effects were found: the older the subjects the stronger the hippocampus and frontal activation with resemblance to CS+, which could explain the overgeneralization of younger children. Furthermore, there were differences according to sex: males showed stronger activation with resemblance to CS+ in the hippocampus and frontal regions when compared to females fitting again nicely with the observation that prevalence rates for AD are higher for females than males. 
In sum, the studies suggest that investigating developmental aspects of (maladaptive) overgeneralization may lead to better understanding of the mechanisms of manifest anxiety disorders, which could result in development and provision of prevention strategies. Although, there is need for further investigations, the present work gives some first hints for such approaches.
N2  - Im Angesicht realer Bedrohung macht es durchaus Sinn, eine Furchtreaktion zu zeigen, denn dadurch kann die Überlebenschance erhöht werden. Die aufkommende Frage hierbei lautet: wie kann man eine “echte” Gefahr von einer “Attrappe” unterscheiden? Hier gilt der Spruch: besser einmal zu viel (Angst), als einmal zu wenig. Es macht also in einer komplexen Umwelt durchaus Sinn, von einer bestimmten Situation oder Gefahrenquelle auf eine andere, dieser ähnlichen, zu generalisieren. Dies birgt allerdings die Gefahr, zu stark zu generalisieren und/oder zu oft vor “harmlosen” Situationen oder Dingen Angst zu haben, wie uns das von den Angststörungen her bekannt ist. Furchterwerb und -generalisierung lassen sich mithilfe von Furchtkonditionierungs- und Generalisierungsparadigmen untersuchen. In Anbetracht der Tatsache, dass Furchtlernen und Furchtgeneralisierung wichtige Rollen in der Entwicklung von Angsterkrankungen zu spielen scheinen, ist es verwunderlich, dass es, trotz zunehmenden Interesses, nur wenig Forschung im Bereich Furchtgeneralisierung gibt. Die meisten Humanstudien hierzu wurden mit erwachsenen Probanden durchgeführt, wohingegen nur sehr wenig über diese Prozesse im Kindesalter bekannt ist. Um diese Wissenslücke etwas zu schließen, wurden in dieser vorliegenden Arbeit vier Studien generiert, in welchen ein differenzielles Furchtkonditionierungs- und Generalisierungsparadigma zum Einsatz kam. 
In den ersten beiden Experimenten standen Entwicklungsaspekte des Furchterwerbs und der Furchtgeneralisierung im Fokus. In der ersten Studie haben wir deshalb 267 Kinder und 285 Erwachsene mit dem differenziellen Furchtkonditionierungs- und Generalisierungsparadigma untersucht und bezüglich Valenz, Arousal und Hautleitfähigkeitsreaktion verglichen. Während beide Gruppen vergleichbare Konditionierungseffekte aufwiesen, zeigten die Kinder eine stärkere Generalisierung. Dies machte sich sowohl im Arousal als auch in der Hautleitfähigkeit bemerkbar. Dieses Ergebnis lässt darauf schließen, dass eine Entwicklung von einem flachen hin zu einem steileren Generalisierungsgradienten möglicherweise auf die Reifung bestimmter Hirnstrukturen zurückzuführen ist, die die effektive Diskriminierung zwischen gefährlichen und (vermeintlich) ungefährlichen Reizen modulieren. Die Frage schließt sich an, in welchem Entwicklungsstadium sich die Generalisierungsgradienten von Kindern denen der Erwachsenen angleichen. Um dieser Frage weiter nachzugehen wurden in der zweiten Studie entwicklungsbedingte Veränderungen der Furchtkonditionierung und -generalisierung bei Kindern und Jugendlichen untersucht. Laut dem ersten Experiment und weiteren Studien, die auf altersbedingte Veränderungen im Furchtlernen hinweisen, lag hier die Annahme zugrunde, dass Kinder mit zunehmendem Alter besser zwischen gefährlichen und (vermeintlich) ungefährlichen Reizen unterscheiden können. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurden 396 gesunde Probanden (zwischen 8 und 12 Jahren) mittels des Furchtkonditionierungs- und Generalisierungsparadigmas untersucht. Wie bereits in der ersten Studie wurden Valenz, Arousal und die Hautleitfähigkeitsreaktion ausgewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass Kinder aller Altersstufen vergleichbare Konditionierungseffekte aufweisen, dass aber laut der Hautleitfähigkeitsreaktion 12-jährige Kinder im Vergleich zu den jüngeren Kindern am besten zwischen den Stimuli unterscheiden konnten. Wenn nach Geschlecht aufgeteilt wird, diskriminierten 12-jährige Jungs am besten, was darauf schließen lässt, dass sich Furchtgeneralisierung je nach Geschlecht unterschiedlich entwickeln könnte, was in Anbetracht der Tatsache interessant ist, dass Frauen höhere Prävalenzraten für Angsterkrankungen haben als Männer.
Einer dritten Studie liegt die Annahme zugrunde, dass ein Entwicklungsstrang von einer ängstlichen Persönlichkeit hin zu einer Angsterkrankung durch abweichende Furchtkonditionierung und -Generalisierung vermittelt werden könnte. Daher wurden 394 Kinder zwischen 8 und 12 Jahren mit unterschiedlichen Ausprägungen in ihrer Ängstlichkeit mit dem Furchtkonditionierungs- und Generalisierungsparadigma untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Kinder mit hohen Angst Werten je nach dem Grad ihrer Kontingenz-Bewusstheit während der Konditionierung mit stärkerer Erregung auf mit Gefahr assoziierte Reize und beeinträchtigtem Lernen des sicheren Reizes reagierten. Es zeigte sich, dass Kinder mit hohen Angst Werten generell höhere Erregungs-Werte während der Generalisierung aufwiesen als Kinder mit niedrigen Werten. Entgegen den Annahmen generalisierten Kinder mit hoher Ängstlichkeit nicht signifikant stärker als Kinder mit niedrigen Werten. Es gab jedoch einen Trend dahingehend, dass hoch-ängstliche Kinder eher lineare Generalisierungsgradienten aufweisen (was für mehr Generalisierung spricht), während moderat- und niedrig-ängstliche Kinder eher quadratische Gradienten haben (was für bessere Differenzierung spricht). Zudem konnten die SCRs auf den „sicheren“ Stimulus (CS-) den Ängstlichkeitswert voraussagen (nachdem für Alter, Geschlecht und negative Lebenserfahrung korrigiert wurde). Dies könnte bedeuten, dass eine Beeinträchtigung im Lernen des sicheren Reizes ein Risikofaktor für die Entwicklung einer Angsterkrankung im Jugendalter sein könnte. 
Allgemein liefern die Ergebnisse erste Hinweise darauf, dass sich frontale Hirnstrukturen je nach Ausprägung der Ängstlichkeit unterschiedlich entwickeln könnten, was sich in unterschiedlicher Diskriminierungsfähigkeit spiegeln könnte. Um dem weiter nachzugehen, wurden im vierten Experiment 40 der Norm entsprechend entwickelte Probanden zwischen 10 und 18 Jahren mit unterschiedlichen hoher Ängstlichkeit mittels fMRT auf Unterschiede in der Furchtkonditionierung und -generalisierung hin untersucht. Außerdem wurden Zusammenhänge mit dem Alter und dem Geschlecht der Probanden untersucht. Die frontale Aktivität zeigte sich unterschiedlich je nach Ängstlichkeit, mit stärkerer linearer Zunahme in der Aktivierung mit Ähnlichkeit zum CS+ während der Generalisierung bei hoch ängstlichen Probanden. Dies lässt auf eine Hyperregulierung bei Jugendlichen im Vergleich zu Erwachsenen schließen, wenn es darum geht, die Schwierigkeiten bezüglich der Differenzierung der dem bedrohlichen Reiz sehr ähnlichen Reize zu kompensieren. Diese Hyperregulierung könnte einen Kompensationsmechanismus der hoch ängstlichen Kinder widerspiegeln, welcher mit zunehmendem Alter verschwindet und bei manifesten Angsterkrankungen zusammenbricht. Außerdem konnten signifikante Entwicklungseffekte gefunden werden: je älter die Probanden waren, desto stärker war deren Aktivierung im Hippocampus und in frontalen Regionen während der Generalisierung mit zunehmender Ähnlichkeit zum CS+. Diese Altersunterschiede könnten die Übergeneralisierung jüngerer Kinder erklären und folglich zur Erklärung beitragen, weshalb Angsterkrankungen häufig ihren Ursprung in frühen Altersstufen haben. Männliche Probanden zeigten außerdem stärkere Aktivierung mit zunehmender Ähnlichkeit zum CS+ im Hippocampus und in frontalen Regionen. Dieses Ergebnis ergänzt die Resultate des zweiten Experiments und passt zur Tatsache, dass die Prävalenzraten für Angsterkrankungen für Frauen höher sind als für Männer.
Zusammengenommen legen die Studien nahe, dass es sich lohnt, sich mit Entwicklungsaspekten von Furchtgeneralisierung zu befassen. Ein besseres Verständnis von Mechanismen des Furchterwerbs und besonders von Furchtgeneralisierung könnte dabei helfen, die Entstehungsmechanismen von Angsterkrankungen besser zu verstehen und könnte somit bei der Entwicklung von Präventionsansätzen wichtig sein. Obwohl viele Fragen noch offen sind und einige weitere Untersuchungen anstehen, liefert diese Arbeit erste Ideen für solche Ansätze.
KW  - Furcht
KW  - Development
KW  - Entwicklung
KW  - Fear Learning
KW  - Fear Generalization
KW  - Furchkonditionierung
KW  - Furchtgeneralisierung
KW  - Konditionierung
KW  - Generalisierung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164372
ER  - 
TY  - THES
A1  - Göttlich, Claudia
T1  - Etablierung eines humanen 3D Lungentumor-Testsystems zur Analyse von Behandlungseffekten
T1  - Establishment of a human 3D lung tumor test system for the analysis of treatment effects
N2  - Lungenkrebs ist weltweit für die meisten krebsassoziierten Tode verantwortlich. Ursache dafür ist unter anderem, dass viele Medikamente in der klinischen Anwendung, aufgrund nicht übertragbarer Ergebnisse aus der Präklinik, scheitern. Zur Entwicklung neuer Therapiestrategien werden deshalb Modelle benötigt, welche die in vivo Situation besser widerspiegeln. Besonders wichtig ist es dabei, zu zeigen, für welche Fragestellungen ein neues Testsystem valide Ergebnisse liefert. 
In dieser Arbeit ist es mit Hilfe des Tissue Engineering gelungen, ein humanes 3D in vitro Lungentumor-Testsystem weiter zu entwickeln und für verschiedene Fragestellungen zu validieren. Zudem konnten sowohl für die Herstellung als auch für die Behandlung der Tumormodelle SOPs etabliert werden. Hier wurde zunächst beobachtet, dass die Auswerteparameter für die Beurteilung von Behandlungseffekten eine geringe Varianz aufweisen und das 3D Modell deshalb als Testsystem geeignet ist. 
Ein Vergleich der Morphologie, des EMT-Status und der Differenzierung der Tumorzelllinien im 3D Modell mit Tumorbiopsaten von Adenokarzinompatienten verdeutlichte, dass die 3D Modelle tumorrelevante Merkmale besitzen. So sind die Zelllinien auf der biologischen Matrix, verglichen mit der jeweiligen 2D Kultur, durch eine reduzierte Proliferationsrate gekennzeichnet, welche eher der in vivo Situation entspricht. Für die Etablierung und Validierung des 3D Modells als Testsystem war es notwendig, klinisch relevante Therapien in dem Modell anzuwenden und die Ergebnisse der Behandlung in vitro mit denen im Patienten zu vergleichen. Dabei konnte zunächst bestätigt werden, dass eine zielgerichtete Therapie gegen den EGFR in dem 3D System zu einer verstärkten Induktion der Apoptose im Vergleich zu 2D führt. Dies entspricht klinischen Beobachtungen, bei denen EGFR-mutierte Patienten gut auf eine Therapie mit Tyrosin-Kinase-Inhibitoren (TKI) ansprechen. Anschließend wurde in dieser Arbeit erstmals in vitro gezeigt, dass die Behandlung mit einem HSP90-Inhibitor bei KRAS-Mutation wie in behandelten Patienten keine eindeutigen Vorteile bringt, diese jedoch in Experimenten der 2D Zellkultur mit den entsprechenden Zelllinien vorhergesagt werden. Die Ergebnisse aus dem in vitro Modell spiegeln damit verschiedene klinische Studien wider und unterstreichen das Potenzial des 3D Lungentumor-Testsystems die Wirkung zielgerichteter Therapien vorherzusagen. Durch die Messung von Signalwegsaktivierungen über Phospho-Arrays und Western Blot konnten in dieser Arbeit Unterschiede zwischen 2D und 3D nach Behandlung gezeigt werden. Diese lieferten die Grundlage für bioinformatische Vorhersagen für Medikamente.
Mit fortschreitender Erkrankung und dem Entstehen invasiver Tumore, die möglicherweise Metastasen bilden, verschlechtert sich die Prognose von Krebspatienten. Zudem entwickeln Patienten, die zunächst auf eine Therapie mit TKI ansprechen, bereits nach kurzer Zeit Resistenzen, die ebenfalls zur Progression des Tumorwachstums führen. Zur Wirkungsuntersuchung von Substanzen in solchen fortgeschrittenen Erkrankungsstadien wurde das bestehende Testsystem erweitert. Zum einen wurde mit Hilfe des Wachstumsfaktors TGF-β1 eine EMT ausgelöst. Hier konnte beobachtet werden, dass sich die Expression verschiedener EMT- und invasionsassoziierter Gene und Proteine veränderte und die Zellen vor allem in dynamischer Kultur verstärkt die Basalmembran der Matrix überquerten. Zum anderen wurde die Ausbildung von Resistenzen gegenüber TKI durch die Generierung von resistenten Subpopulationen aus einer ursprünglich sensitiven Zelllinie und anschließender Kultivierung auf der Matrix abgebildet. Dabei zeigte sich keine der klinisch bekannten Mutationen als ursächlich für die Resistenz, sodass weitere Mechanismen untersucht wurden. Hier konnten Veränderungen in der Signaltransduktion sowie der Expression EMT-assoziierter Proteine festgestellt werden.
Im letzten Teil der Arbeit wurde eine neuartige Behandlung im Bereich der Immuntherapie erfolgreich in dem 3D Modell angewendet. Dafür wurden T-Zellen, die einen chimären Antigen-Rezeptor (CAR) gegen ROR1 tragen, in statischer und dynamischer Kultur zu den Tumorzellen gegeben und der Therapieeffekt mittels histologischer Färbung und der Bestimmung der Apoptose evaluiert. Zusätzlich konnten Eigenschaften der T-Zellen, wie deren Proliferation sowie Zytokinausschüttung quantifiziert und damit eine spezifische Wirkung der CAR transduzierten T-Zellen gegenüber Kontroll-T-Zellen nachgewiesen werden.
Zusammenfassend ist es in dieser Arbeit gelungen, ein humanes 3D Lungentumor-Testsystem für die Anwendung in der präklinischen Entwicklung von Krebsmedikamenten sowie der Grundlagenforschung im Bereich der Tumorbiologie zu etablieren. Dieses Testsystem ist in der Lage relevante Daten zu Biomarker-geleiteten Therapien, zur Behandlung fortgeschrittener Tumorstadien und zur Verbesserung neuartiger Therapiestrategien zu liefern.
N2  - Lung cancer is the most common cause of cancer related deaths worldwide. One reason for this is that many drugs fail in the clinical application due to inefficient transferability of preclinical results. Consequently, for the development of new treatment strategies tumor models that better reflect the in vivo situation are required. It is of special significance to show for which questions a new test system provides valid results.
In the here presented work, a human 3D in vitro lung tumor test system was refined and validated for different interrogations using tissue engineering methods. The generation of the model as well as its treatment were defined in SOPs. First, it was shown that the variance of the analysis parameters was low, demonstrating the 3D model to be suitable as a test system. 
A comparison of the morphology, the EMT status and the differentiation of the tumor cell lines in the 3D model with tumor biopsies from adenocarcinoma patients revealed that the 3D tumor models exhibit tumor relevant characteristics. The cells on the matrix had a lower proliferation rate compared to the respective 2D culture that better mimic the in vivo situation. For the establishment and validation of the test system, clinically relevant therapies were applied and the results of the treatment in vitro were compared to those in patients. By doing so, it was confirmed that a targeted therapy against the EGFR led to an increased apoptosis induction in the 3D system compared to 2D. This resembles clinical observations, in which EGFR-mutated patients respond to the therapy with tyrosine kinase inhibitors (TKIs). Next, it was shown for the first time in vitro in the 3D model that the treatment with a HSP90 inhibitor in the context of a KRAS mutation has no clear advantages as observed in patients, but which had been predicted in 2D cell culture. The results from the in vitro model match several clinical studies and emphasize the potential of the 3D lung tumor test system to predict the effect of targeted treatments. By measuring the activation of signal transduction pathways using phospho-arrays and western blots, differences between 2D and 3D after treatment were shown. These provided the basis for bioinformatic drug predictions.
With the progress of the disease and the development of invasive tumors that might form metastases, the prognosis of patients worsens. Additionally, patients that initially respond to a therapy with TKIs develop resistances that also lead to the progression of tumor growth. To evaluate the effect of substances in these life-threatening disease stages, the existing test system was enhanced. On the one hand EMT was induced by addition of the growth factor TGF-β1. Here, it was observed that the expression of several EMT- and invasion-associated genes and proteins changed and the cells crossed the basement membrane to a higher extent, especially in the dynamic culture. On the other hand, the development of resistances against TKIs was represented by the generation of resistant subpopulations from an initial sensitive cell line and subsequent culture on the matrix. In the course of this experiment, none of the known mutations could be attributed to the resistance, so that other potential mechanisms were investigated. Here, changes in the signal transduction as well as in the expression of EMT-associated proteins were found.
In the last part of the thesis, a new treatment strategy in the field of immune therapies was successfully tested in the 3D model. For that, T cells bearing a chimeric antigen receptor (CAR) against ROR1 were added to the tumor cells in static and dynamic culture. The therapy effect was determined by histological staining and apoptosis meas-urement. Moreover, the characteristics of the T cells, such as proliferation or cytokine release, were quantified and exhibited a specific effect of the CAR transduced T cells compared to the control T cells.
In summary, in this thesis a human 3D lung tumor test system was established for the application in preclinical testing of cancer drugs as well as for basic research in tumor biology. It was shown that the test system can provide relevant data on biomarker-driven therapies, the treatment of advanced tumor stages and the improvement of new treatment strategies.
KW  - Tissue Engineering
KW  - Lungentumor
KW  - 3D Tumormodell
KW  - zielgerichtete Therapien
KW  - Resistenz
KW  - EMT
KW  - CAR T-Zelltherapie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164132
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TY  - THES
A1  - Mendes Pereira, Lenon
T1  - Morphological and Functional Ultrashort Echo Time (UTE) Magnetic Resonance Imaging of the Human Lung
T1  - Morphologische und funktionelle Magnetresonanztomographie der menschlichen Lunge mit ultrakurzen Echozeiten (UTE)
N2  - In this thesis, a 3D Ultrashort echo time (3D-UTE) sequence was introduced in the Self-gated Non-Contrast-Enhanced Functional Lung Imaging (SENCEFUL) framework. The sequence was developed and implemented on a 3 Tesla MR scanner. The 3D-UTE technique consisted of a nonselective RF pulse followed by a koosh ball quasi-random sampling order of the k-space. Measurements in free-breathing and without contrast agent were performed in healthy subjects and a patient with lung cancer. 
A gating technique, using a combination of different coils with high signal correlation, was evaluated in-vivo and compared with a manual approach of coil selection. The gating signal offered an estimation of the breathing motion during measurement and was used as a reference to segment the acquired data into different breathing phases. 
Gradient delays and trajectory errors were corrected during post-processing using the Gradient Impulse Response Function. Iterative SENSE was then applied to determine the fully sampled data. 
In order to eliminate signal changes caused by motion, a 3D image registration was employed, and the results were compared to a 2D image registration method. 
 Ventilation was assessed in 3D and regionally quantified by monitoring the signal changes in the lung parenchyma. Finally, image quality and quantitative ventilation values were compared to the standard 2D-SENCEFUL technique.
3D-UTE, combined with an automatic gating technique and SENCEFUL MRI, offered ventilation maps with high spatial resolution and SNR. Compared to the 2D method, UTE-SENCEFUL greatly improved the clinical quality of the structural images and the visualization of the lung parenchyma. 
Through‐plane motion, partial volume effects and ventilation artifacts were also reduced with a three-dimensional method for image registration. 
UTE-SENCEFUL was also able to quantify regional ventilation and presented similar results to previous studies.
N2  - In dieser Arbeit wurde eine 3D-UTE (ultrashort echo time) Sequenz mit SENCEFUL-MRI kombiniert. Die Sequenz wurde für einen 3 T MR-Scanner entwickelt und implementiert. Die 3D-UTE-Technik bestand aus einem nichtselektiven HF- Impuls, gefolgt von einer quasi-zufälligen Abtastung des k-Raums. Messungen in freier Atmung und ohne Kontrastmittel wurden bei gesunden Probanden und einem Patienten mit Lungenkrebs durchgeführt.
Zur Zuordnung der Daten zu verschiedene Atemphasen wurde eine Technik verwendet, die verschiedene Spulen mit hoher Signalkorrelation kombiniert. Die Ergebnisse wurden in einer in-vivo Messung bewertet und mit einem manuellen Ansatz der Spulenselektion verglichen.
Die Technik ermöglichte eine Visualisierung der Atembewegung und wurde als Referenz verwendet, um die erfassten Daten in mehrere Atemphasen zu segmentieren. Gradientenverzögerungen und Trajektorienfehler wurden mit der "Gradient Impulse Response Function - GIRF" korrigiert. Bei der Bildrekonstruktion kam Iteratives SENSE zum Einsatz.
Eine 3D-Bildregistrierung erlaubte es, Signaländerungen durch Bewegung zu eliminieren. Es erfolgte ein Vergleich der Ergebnisse mit einem 2D- Bildregistrierungsverfahren.
Die Lungenventilation wurde in 3D gemessen und anhand der Signaländerungen im Lungenparenchym quantifiziert. Schließlich, wurden die Werte für die Bildqualität und Lungenventilation mit der Standard-2D-SENCEFUL-Technik verglichen.
Die 3D-UTE-Sequenz in Kombination mit einer automatischen Gating-Technik und SENCEFUL-MRI, ermöglichte die Akquise von Ventilationskarten mit hoher räumlicher Auflösung und SNR. Im Vergleich zur 2D-Methode, verbesserte UTE- SENCEFUL die klinische Qualität der Morphologischen Bilder.
Bewegung, Partialvolumeneffekte und Ventilationsartefakte wurden ebenfalls mit einer dreidimensionalen Methode zur Bildregistrierung reduziert.
 
Insgesamt konnten mit der 3D-UTE Technik die Ergebnisse vorangegangener Studien reproduziert und die Bildqualität verbessert werden.
KW  - Kernspintomografie
KW  - Lunge
KW  - MRI
KW  - Ultrashort echo time - UTE
KW  - Magnetic Resonance Imaging
KW  - Lung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-183176
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TY  - THES
A1  - Turakhiya, Ankit
T1  - Functional characterization of the role of ZFAND1 in stress granule turnover
T1  - Funktionelle Charakterisierung der Rolle von ZFAND1 im Umsatz von Stressgranula
N2  - Protein quality control systems are critical for cellular proteostasis and survival under stress conditions. The ubiquitin proteasome system (UPS) plays a pivotal role in proteostasis by eliminating misfolded and damaged proteins. However, exposure to the environmental toxin arsenite results in the accumulation of polyubiquitylated proteins, indicating an overload of the UPS. Arsenite stress induces the rapid formation of stress granules (SGs), which are cytoplasmic assemblies of mRNPs stalled in translation initiation. The mammalian proteins ZFAND2A/B (also known as AIRAP and AIRAPL, respectively) bind to the 26S proteasome, and ZFAND2A has been shown to adapt proteasome activity to arsenite stress. They belong to a small subfamily of AN1 type zinc finger containing proteins that also comprises the unexplored mammalian member ZFAND1 and its yeast homolog Cuz1. 
In this thesis, the cellular function of Cuz1 and ZFAND1 was investigated. Cuz1/ZFAND1 was found to interact with the ubiquitin-selective, chaperone-like ATPase Cdc48/p97 and with the 26S proteasome. The interaction between Cuz1/ZFAND1 and Cdc48/p97 requires a predicted ubiquitin-like domain of Cuz1/ZFAND1. In vivo, this interaction was strongly dependent on acute arsenite stress, suggesting that it is a part of the cellular arsenite stress response. Lack of Cuz1/ZFAND1 caused a defect in the clearance of arsenite induced SG clearance. ZFAND1 recruits both, the 26S proteasome and p97, to arsenite-induced SGs for their normal clearance. In the absence of ZFAND1, SGs lack the 26S proteasome and p97, accumulate defective ribosomal products and become aberrant. These aberrant SGs persist after arsenite removal and undergo degradation via autophagy. ZFAND1 depletion is epistatic to the expression of pathogenic mutant p97 with respect to SG clearance, suggesting that ZFAND1 function is relevant to the multisystem degenerative disorder, inclusion body myopathy associated with Paget’s disease of bone and frontotemporal dementia and amyotrophic lateral sclerosis (IBMPFD/ALS).
N2  - Systeme zur Sicherung der Proteinqualität sind von essentieller Bedeutung für die zelluläre Proteostase und das Überleben unter Stressbedingungen. Dabei spielt das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) eine entscheidende Rolle: Es beseitigt fehlgefaltete und beschädigte Proteine. Sind Zellen dem Umweltgift Arsenit ausgesetzt, kommt es zu einer Akkumulation von polyubiquitinierten Proteinen, was auf eine Überlastung des UPS hinweist. Dieser durch Arsenit verursachte Stress bewirkt eine schnelle Bildung von Stressgranula (SGs), einer cytoplasmatischen Ansammlung von mRNPs, die in der Initiation der Translation blockiert sind. Die Säuger Proteine ZFAND2A/B (auch bekannt als AIRAP und AIRAPL) binden an das 26S Proteasom. Zusätzlich wurde gezeigt, dass ZFAND2A die Aktivität des Proteasoms an durch Arsenit verursachten Stress, anpasst. Diese Proteine gehören zu einer kleinen Unterfamilie von Zinkfinger von AN1-type enthaltenden Proteinen, zu der auch das bislang nicht erforschte Säuge Protein ZFAND1 und sein Hefehomolog Cuz1 gehören.
In dieser Arbeit wurde die zelluläre Funktion von Cuz1 und ZFAND1 untersucht. Es zeigte sich, dass Cuz1/ZFAND1 mit dem 26S Proteasom und der Ubiquitin-selektiven, Chaperon-ähnlichen ATPase Cdc48/p97 interagiert. Die Interaktion zwischen Cuz1/ZFAND1 und Cdc48/p97 benötigt eine vorhergesagte Ubiquitin-ähnliche Domäne von Cuz1/ZFAND1. Diese Interaktion ist in vivo stark von akutem Arsenitstress abhängig, was darauf hindeutet, dass sie Teil der zellulären Stressantwort gegen Arsenit ist. Fehlt Cuz1/ZFAND1, so kommt es zu einer Störung bei der Beseitigung der von Arsenit verursachten SGs. Normalerweise rekrutiert ZFAND1 sowohl das 26S Proteasom als auch p97 zu diesen SGs, um sie zu entfernen. Wenn ZFAND1 jedoch fehlt, sind auch p97 und das 26S Proteasom nicht an den SGs lokalisiert. Dadurch sammeln sich dort defekte ribosomale Produkte an, und die SGs werden abnormal. Auch nach Entfernung des Arsenitstresses bestehen diese abnormalen SGs fort und werden schließlich über Autophagie abgebaut. Bei der Beseitigung der SGs ist das Fehlen von ZFAND1 epistatisch zu der Expression einer pathogenen p97-Mutante, was darauf hinweirt, dass ZFAND1 bei der degenerativen Multisystemerkrankung Einschlusskörper-Myopathie assoziiert mit Pagets Erkrankung der Knochen und frontotemporaler Demenz und Amyotrophe Lateralsklerose (IBMPFD/ALS) eine Rolle spielt.
KW  - ubiquitin
KW  - ZFAND1
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163751
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TY  - THES
A1  - Röser [geb. Aßmus], Benjamin
T1  - SPRED2 (Sprouty-related EVH1 domain containing 2) reguliert die Autophagie in Kardiomyozyten
T1  - SPRED2 (Sprouty-related EVH1 domain containing 2) regulates autophagy in cardiomyocytes
N2  - Das Sprouty-related, EVH1 domain containing protein 2 (SPRED2) ist ein
inhibitorisches, downstream von Ras wirkendes Protein des MAP-Kinase Signalwegs,
welches entscheidenden Einfluss auf die Regulation von Proliferation, Expression von
Proteinen und der zellulären Homöostase hat. Der kardiale Phänotyp von SPRED2-
defizienten Mäusen zeigt nicht nur eine deutliche linksventrikuläre Hypertrophie,
sondern auch eine erhöhte Fibrosierung des Herzgewebes. Zellulär wird die SPRED2-
Defizienz durch die Akkumulation von vesikulären Strukturen innerhalb der Zelle,
sowie eine markant erhöhte Anzahl von Vesikeln entlang der longitudinalen Reihen
der Mitochondrien gekennzeichnet.
Ziel dieser Arbeit war es, den Charakter dieser vesikulären Strukturen näher zu
beleuchten und festzustellen, in welchem Zusammenhang die subzellulär veränderte
Architektur mit der Hypertrophie der SPRED2-defizienten Tiere steht. Um diese
Fragestellung zu beantworten, wurde zunächst nach einem vesikulären
Degradationsmechanismus gesucht, der in SPRED2-/--Cardiomyocyten betroffen sein
könnte. Die Macroautophagie, im folgenden Autophagie bezeichnet, ist ein solcher
Degradationsmechanismus, bei dem selektiv langlebige Proteine und Zellorganellen
abgebaut werden. Es konnten signifikante Veränderung der Protein-Level an
Schlüsselpositionen der Autophagie identifiziert werden. Das Ubiquitin-aktivierende
(E1) Enzym Homolog Atg7 sowie die Cystein-Protease Atg4B zeigen sich im SPRED2-
KO deutlich reduziert. Ebenso Atg16L, das als essentieller Bestandteil des Atg5-
Atg12-Atg16-Konjugationssystems bei der Konjugation von MAPLC3-II an das
Phospholipid Phosphatidylethanolamin beteiligt ist. Die Autophagie-Rate als
Verhältnis von konjugiertem zu unkonjugiertem MAPLC3 ist ebenfalls reduziert. Die
Akkumulation der autophagischen Vesikel zeigt sich kongruent zu dem erhöhten
Protein-Level der autophagischen Cargo-Rezeptoren SQSTM1 und NBR1, sowie des
lysosomalen Markers CathepsinD. Außer der verringerten Autophagie-Rate zeigt sich
in Einklang mit der Fibrosierung des Herzgewebes eine erhöht aktive Caspase-3 als
Marker für Apoptose. Um die mitochondriale Integrität näher zu beleuchten, wurde die
Menge an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in Wildtyp und SPRED2-KO untersucht.
Hierbei zeigte sich eine erhöhte Menge an ROS im KO, was ein Hinweis auf eine
Beeinträchtigung der Mitochondrien darstellt.
 
Letztlich wurde die Hypothese überprüft, ob ein gestörter Transport der Vesikel
durch eine Beeinträchtigung der Motorproteine Dynein und Kinesin vorliegt. In der Tat
zeigte sich die Aktivität der Dynein-ATPase verringert in der Abwesenheit von
SPRED2. Diese Beobachtung wird durch die erhöhten Mengen des vSNARE-Proteins
VTI1b unterstützt, was letztlich die Akkumulation der autophagischen Vesikel mit einer
verringerten Fähigkeit zur Membranfusion und dem ineffizienteren Transport der
Vesikel in Einklang bringt.
Da die gesamten Experimente in einem globalen SPRED2-KO System
durchgeführt wurden, können eventuelle Auswirkungen der beeinflussten hormonellen
Situation der SPRED2-KO Tiere auf den Herzphänotyp nicht final ausgeschlossen
werden. Um die genaue Wirkung einer SPRED2-Defizienz auf das Herzgewebe und
das Herz als Organ zu untersuchen, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine SPRED2-
defiziente knockout Mauslinie mit konditionalem Potential generiert, die eine
gesteuerte Deletion von SPRED2 im Herzgewebe erlaubt.
N2  - The Sprouty-related, EVH1 domain containing protein 2 (SPRED2) is a MAP kinase
signaling inhibitor working downstream of Ras. It has a critical influence on regulating
proliferation, differentiation, expression of proteins and cellular hemostasis. The
cardiac phenotype of SPRED2 deficient mice not only shows a significant left
ventricular hypertrophy but also a hightened fibrosis of the heart tissue. On the cellular
level the SPRED2 deficiency is marked by an accumulation of ventricular structures
within the cell, as well as a decisive number of vesicles along the longitudinal rows of
mitochondria.
The aim of this work was to elucidate the properties of these vesicular structures
and to determine in which context the subcellularly modified architecture and the
hypertrophy of the SPRED2 deficient animals stand to each other. To answer this
question, a protein degradation mechanism that could be changed within the SPRED2
deficient cardiomyocytes was identified. Macroautophagy, further called autophagy, is
such a degradation mechanism, which degrades long-lived proteins and cell
organelles. This work identified significant changes made to the protein level of key
regulators of autophagy. The ubiquitin-activating (E1) enzyme homolog Atg7 as well
as the cystein protease Atg4B are reduced in the SPRED2 KO. Similarly, Atg16L,
which acts as an essential part of the Atg5-Atg12-Atg16 conjugation system in the process of conjugating MAPLC3 to the phospholipid phosphatidylethanolamine. The
autophagic flux, as the relation between conjugated and unconjugated MAPLC3, is
reduced in the knockout as well. The accumulation of autophagic vesicles is in
accordance with the elevated protein levels of the cargo receptors SQSTM1 and NBR1
as well as the lysosomal marker CathepsinD. Besides the reduced autophagic flux
there is an elevated protein level of activated caspase-3 as a marker of apoptosis. To
further elucidate the mitochondrial integrity, the endogenous levels of reactive oxygen
species were determined in wildtype and knockout individuals. It was shown that the
SPRED2 knockout contains an elevated level of ROS which could be a sign of reduced
mitochondrial survival.
Finally, it was investigated whether the disturbed transport of vesicles was due to
impaired motor protein efficiency. It was shown that the activity of the dynein ATPase
was reduced when SPRED2 was absent. This observation is supported by the elevated
levels of the vSNARE protein VTI1b, which connects the accumulation of autophagic
vesicles with the reduced ability to membrane fusion and a less efficient transport of
vesicles.
The experiments of this work were conducted in a global SPRED2-KO system.
Possible effects of the changed hormonal situation of the SPRED2 deficient animals
to the heart phenotype cannot be excluded. For that reason a conditional SPRED2
knockout mouse line with conditional potential was created capable of further
elucidating the effect of a SPRED2 deficiency to the heart.
KW  - Spred-Proteine
KW  - Autophagie <Physiologie>
KW  - Herzmuskelzelle
KW  - Autophagozytose
KW  - Autophagosom
KW  - autophagocytosis
KW  - autophagosome
KW  - Kardiomyozyt
KW  - Vesikel
KW  - Lysosom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-182700
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TY  - THES
A1  - Nieberler, Matthias
T1  - The physiological role of autoproteolysis of the Adhesion GPCR Latrophilin/dCIRL
T1  - Die physiologische Bedeutung der Autoproteolyse des Adhäsions-GPCR Latrophilin/dCIRL
N2  - G protein-coupled receptors of the Adhesion family (aGPCRs) comprise the second largest group within the GPCR realm with over 30 mammalian homologs. They contain a unique structure with unusually large extracellular domains (ECDs) holding many structural folds known to mediate cell-cell and cell-matrix interactions. Furthermore, aGPCRs undergo autoproteolytic cleavage at the GPCR proteolysis site (GPS), an integral portion of the GPCR autoproteolysis inducing (GAIN) domain. Thus far, it is largely unknown if and how self-cleavage affects aGPCR activation and signaling and how these signals may shape the physiological function of cells.
Latrophilin, alternatively termed the calcium-independent receptor of α-latrotoxin (CIRL) constitutes a highly conserved, prototypic aGPCR and has been assigned roles in various biological processes such as synaptic development and maturation or the regulation of neurotransmitter release. The Drosophila melanogaster homolog dCIRL is found in numerous sensory neurons including the mechanosensory larval pentascolopidial chordotonal organs (CHOs), which rely on dCIRL function in order to sense mechanical cues and to modulate the mechanogating properties of present ionotropic receptors.
This study reveals further insight into the broad distribution of dCirl expression throughout the larval central nervous system, at the neuromuscular junction (NMJ), as well as subcellular localization of dCIRL in distal dendrites and cilia of chordotonal neurons. Furthermore, targeted mutagenesis which disabled GPS cleavage of dCIRL left intracellular trafficking in larval CHOs unaffected and proved autoproteolysis is not required for dCIRL function in vivo. However, substitution of a threonine residue, intrinsic to a putative tethered agonist called Stachel that has previously been documented for several other aGPCRs, abrogated receptor function. Conclusively, while this uncovered the presence of Stachel in dCIRL, it leaves the question about the biological relevance of the predetermined breaking point at the GPS unanswered. In an independent approach, the structure of the “Inter-RBL-HRM” (IRH) region, the region linking the N-terminal Rhamnose-binding lectin-like (RBL) and the hormone receptor motif (HRM) domains of dCIRL, was analyzed. Results suggest random protein folding, excessive glycosylation, and a drastic expansion of the size of IRH. Therefore, the IRH might represent a molecular spacer ensuring a certain ECD dimension, which in turn may be a prerequisite for proper receptor function.
Taken together, the results of this study are consistent with dCIRL’s mechanoceptive faculty and its role as a molecular sensor that translates mechanical cues into metabotropic signals through a yet undefined Stachel-dependent mechanism.
N2  - G-Protein-gekoppelte Rezeptoren der Adhäsions-Klasse (aGPCRs) bilden mit über 30 Homologen in Säugern die zweitgrößte Gruppe innerhalb des GPCR-Reichs. Sie teilen eine einzigartige Morphologie mit einer ungewöhnlich großen extrazellulären Domäne (ECD), welche meist vielfältige Strukturen enthält, die Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen vermitteln. Weiterhin unterziehen sich aGPCRs einer autoproteolytischen Spaltung an der GPCR proteolysis site (GPS), die einen integralen Bestandteil der GPCR autoproteolysis inducing (GAIN) Domäne darstellt. Bisher ist weitestgehend unbekannt, ob und wie die Selbstspaltung Aktivierung und Signaltransduktion von aGPCRs beeinflusst und wie diese Signale die physiologische Zellfunktion modulieren.
Latrophilin, oder auch der Kalzium-unabhängige Rezeptor für α-Latrotoxin (CIRL), stellt einen evolutiv stark konservierten, prototypischen aGPCR dar und spielt eine Rolle in verschiedenen biologischen Prozessen, darunter die Entwicklung und Reifung von Synapsen, sowie die Regulation der Neurotransmitterausschüttung. Zusätzlich ist dCIRL, das Latrophilinhomolog von Drosophila melanogaster, an der Wahrnehmung mechanischer Reize beteiligt und moduliert die Mechanosensitivität larvaler Chordotonalorgane (CHOs), indem es das mechanisch gesteuerte Verhalten vorliegender ionotroper Rezeptoren verändert. 
Die vorliegende Arbeit enthüllt weitere Erkenntnisse zur umfassenden Expression von dCirl im larvalen Zentralnervensystem, an der motorischen Endplatte (NMJ), und stellt erstmals dessen subzelluläre Lokalisation in distalen Dendriten und Zilien von Chordotonalneuronen dar. Außerdem zeigen Mutationsstudien mit ausgeschalteter Autoproteolyse an der GPS, dass diese für den intrazellulären Transport und die Rolle von dCIRL in larvalen CHOs in vivo von untergeordneter Bedeutung ist. Die Mutation eines Threonins, welches integraler Bestandteil eines möglichen gebundenen Agonisten Stachel, der kürzlich für einige andere aGPCRs beschrieben wurde, ist, verschlechtert jedoch drastisch die Rezeptorfunktion. Während dies die Existenz Stachels in dCIRL aufdeckt, bleibt die Frage nach der biologischen Bedeutung der vorgegebenen Bruchstelle an der GPS unbeantwortet. Zusätzlich wurde die Struktur der „Inter-RBL-HRM“ (IRH) Region von dCIRL, die die N-terminale Rhamnose-binding lectin-like (RBL) und die hormone receptor motif (HRM) Domänen verbindet, analysiert. Die Ergebnisse legen eine zufällige Proteinfaltung, starke Glykosylierung sowie riesige strukturelle Ausmaße von IRH nahe. Daher könnte die IRH einen molekularen Abstandhalter für dCIRL darstellen, der eine bestimmte Länge der ECD sicherstellt, was wiederum eine Voraussetzung für die Rezeptorfunktion sein könnte.
Zusammen betrachtet sind die Ergebnisse dieser Arbeit vereinbar mit der mechanozeptiven Funktion von dCIRL und dessen Rolle als molekularer Sensor, der mechanische Reize mit Hilfe eines bisher unbekannten Stachel-abhängigen Mechanismus in metabotrope Signale umwandelt.
KW  - Latrophilin
KW  - Autoproteolysis
KW  - Adhesion GPCR
KW  - Mechanosensation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165894
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TY  - THES
A1  - Rydzek, Julian
T1  - NF-κB/NFAT Reporter Cell Platform for Chimeric Antigen Receptor (CAR)-Library Screening
T1  - NF-κB/NFAT-Reporterzellplattform für das Screening von Chimären Antigenrezeptor (CAR)-Bibliotheken
N2  - Immunotherapy with engineered T cells expressing a tumor-specific chimeric antigen receptor (CAR) is under intense preclinical and clinical investigation. This involves a rapidly increasing portfolio of novel target antigens and CAR designs that need to be tested in time- and work-intensive screening campaigns in primary T cells. Therefore, we anticipated that a standardized screening platform, similar as in pharmaceutical small molecule and antibody discovery, would facilitate the analysis of CARs by pre-selecting lead candidates from a large pool of constructs that differ in their extracellular and intracellular modules. Because CARs integrate structural elements of the T cell receptor (TCR) complex and engage TCR-associated signaling molecules upon stimulation, we reasoned that the transcription factors nuclear factor-κB (NF-κB) and nuclear factor of activated T cells (NFAT) could serve as surrogate markers for primary T cell function. The nuclear translocation of both transcription factors in primary T cells, which we observed following CAR stimulation, supported our rationale to use NF-κB and NFAT as indicators of CAR-mediated activation in a screening platform.
To enable standardized and convenient analyses, we have established a CAR-screening platform based on the human T cell lymphoma line Jurkat that has been modified to provide rapid detection of NF-κB and NFAT activation. For this purpose, Jurkat cells contained NF-κB  and NFAT-inducible reporter genes that generate a duplex output of cyan fluorescent protein (CFP) and green fluorescent protein (GFP), respectively. Upon stimulation of NF-κB/NFAT reporter cells, the expression of both fluorophores could be readily quantified in high-throughput screening campaigns by flow cytometry.
We modified the reporter cells with CD19-specific and ROR1-specific CARs, and we co-cultured them with antigen-positive stimulator cells to analyze NF-κB and NFAT activation. CAR-induced reporter signals could already be detected after 6 hours. The optimal readout window with high-level reporter activation was set to 24 hours, allowing the CAR-screening platform to deliver results in a rapid turnaround time. A reporter cell-screening campaign of a spacer library with CARs comprising a short, intermediate or long IgG4-Fc domain allowed distinguishing functional from non-functional constructs. Similarly, reporter cell-based analyses identified a ROR1-CAR with 4-1BB domain from a library with different intracellular signal modules due to its ability to confer high NF-κB activation, consistent with data from in vitro and in vivo studies with primary T cells. The results of both CAR screening campaigns were highly reproducible, and the time required for completing each testing campaign was substantially shorter with reporter cells (6 days) compared to primary T cells (21 days). We further challenged the reporter cells in a large-scale screening campaign with a ROR1 CAR library comprising mutations in the VH CDR3 sequence of the R11 scFv. This region is crucial for binding the R11 epitope of ROR1, and we anticipated that mutations here would cause a loss of specificity and affinity for most of the CAR variants. This provided the opportunity to determine whether the CAR screening platform was able to retrieve functional constructs from a large pool of CAR variants. Indeed, using a customized pre enrichment and screening strategy, the reporter cells identified a functional CAR variant that was present with a frequency of only 6 in 1.05x10^6.
As our CAR-screening platform enabled the analysis of activating signal modules, it encouraged us to also evaluate inhibitory signal modules that change the CAR mode of action. Such an inhibitory CAR (iCAR) can be used in logic gates with an activating CAR to interfere with T cell stimulation. By selecting appropriate target antigens for iCAR and CAR, this novel application aims to improve the selectivity towards tumor cells, and it could readily be studied using our screening platform. Accordingly, we tested CD19-specific iCARs with inhibitory PD-1 signal module for their suppressive effect on reporter gene activation. In logic gates with CAR or TCR stimulation, a decrease of NF-κB and NFAT signals was only observed when activating and inhibitory receptors were forced into spatial proximity. These results were further verified by experiments with primary T cells.
In conclusion, our reporter cell system is attractive as a platform technology because it is independent of testing in primary T cells, exportable between laboratories, and scalable to enable small- to large-scale screening campaigns of CAR libraries. The pre-selection of appropriate lead candidates with optimal extracellular and intracellular modules can reduce the number of CAR constructs to be investigated in further in vitro and in vivo studies with primary T cells. We are therefore confident that our CAR-screening platform based on NF-κB/NFAT reporter cells will be useful to accelerate translational research by facilitating the evaluation of CARs with novel design parameters.
N2  - Die Immuntherapie mit modifizierten T-Zellen, die einen tumorspezifischen chimären Antigenrezeptor (CAR) exprimieren, wird präklinisch und klinisch intensiv erforscht. Dies beinhaltet ein rasant anwachsendes Portfolio an neuartigen Zielantigenen und CAR-Designs, die in zeit- und arbeitsintensiven Screenings in primären T-Zellen untersucht werden müssen. Daher haben wir angenommen, dass eine standardisierte Screening-Plattform, ähnlich wie in der pharmazeutischen Kleinmolekül- und Antikörperforschung, die Analyse von CARs erleichtern würde. Die Plattform könnte funktionelle Kandidaten aus einer großen Anzahl von CAR Konstrukten, die sich durch ihre extrazellulären und intrazellulären Module unterscheiden, herausfiltern. Da CARs strukturelle Elemente des T-Zell-Rezeptor Komplexes enthalten und T-Zell-Rezeptor-assoziierte Signalmoleküle nach Stimulation aktivieren, sind wir zu der Annahme gelangt, dass die Transkriptionsfaktoren Nukleärer Faktor κB (NF-κB) und Nukleärer Faktor aktivierter T-Zellen (NFAT) als Surrogatmarker für primäre T Zellfunktionen dienen könnten. Die nukleäre Translokation beider Transkriptionsfaktoren in primären T-Zellen, die wir nach der CAR-Stimulation beobachten konnten, unterstützte unsere Überlegung NF-κB und NFAT als Indikatoren für die CAR-vermittelte Aktivierung in einer Screening-Plattform zu verwenden.
Um standardisierte und benutzerfreundliche Analysen zu ermöglichen, haben wir eine CAR Screening-Plattform basierend auf der humanen T-Zell-Lymphomlinie Jurkat etabliert, die modifiziert wurde, um einen schnellen Nachweis der Aktivierung von NF-κB und NFAT zu gewährleisten. Hierfür enthielten die Jurkat-Zellen NF-κB- und NFAT-induzierbare Reportergene, die mittels dem blauen Fluorophor CFP und dem grünen Fluorophor GFP eine Doppeldetektion erlauben. Bei Stimulation der NF-κB/NFAT-Reporterzellen konnte die Expression beider Fluorophore in Hochdurchsatz-Screenings mithilfe der Durchflusszytometrie schnell quantifiziert werden.
Die Reporterzellen wurden mit CD19-spezifischen und ROR1-spezifischen CARs modifiziert und anschließend mit antigenpositiven Stimulatorzellen kokultiviert, um die Aktivierung von NF-κB und NFAT zu analysieren. CAR-induzierte Reportersignale konnten bereits nach 6 Stunden detektiert werden. Das optimale Zeitfenster zur Auslesung hoher Reporteraktivierung wurde auf 24 Stunden festgelegt, so dass die CAR-Screening-Plattform in kurzer Zeit Ergebnisse liefern kann. Ein Reporterzell-Screening mit einer Spacer-Bibliothek aus CARs, die eine kurze, mittlere oder lange IgG4-Fc-Domäne enthielten, ermöglichte die Unterscheidung zwischen funktionellen und nicht-funktionellen Konstrukten. Ebenso konnten reporterzellgestützte Analysen einen ROR1-CAR mit 4-1BB Domäne aus einer Bibliothek mit verschiedenen intrazellulären Signalmodulen aufgrund seiner hohen NF-κB Aktivierung identifizieren, was im Einklang mit Daten aus in vitro- und in vivo-Studien mit primären T Zellen steht. Die Ergebnisse beider CAR-Screenings waren höchst reproduzierbar und die Zeit, welche für die Durchführung jeder Testung benötigt wurde, war mit Reporterzellen (6 Tage) wesentlich kürzer als mit primären T-Zellen (21 Tage). Des Weiteren haben wir die Reporterzellen für ein groß angelegtes Screening mit einer Bibliothek aus ROR1-CARs verwendet, welche Mutationen in der VH CDR3-Sequenz des R11 scFv enthielten. Diese Region ist entscheidend für die Bindung des R11-Epitops von ROR1 und wir haben erwartetet, dass Mutationen hier zu einem Verlust der Spezifität und Affinität für die Mehrzahl der CAR-Varianten führen würden. Somit wollten wir feststellen, ob die CAR-Screening-Plattform in der Lage war funktionelle Konstrukte aus einer großen Anzahl von CAR-Varianten wiederzufinden. Tatsächlich identifizierten die Reporterzellen mittels einer angepassten Anreicherungs- und Screeningstrategie eine funktionelle CAR-Variante, die mit einer Häufigkeit von nur 6 in 1,05x10^6 vorkam.
Da unsere CAR-Screening-Plattform die Analyse aktivierender Signalmodule ermöglicht hat, veranlasste uns dies auch inhibitorische Signalmodule zu untersuchen, welche die Funktionsweise des CAR verändern. Ein solcher inhibitorischer CAR (iCAR) kann in Kombination mit einem aktivierenden CAR verwendet werden, um die T-Zellstimulation zu stören. Durch die Auswahl geeigneter Zielantigene für iCAR und CAR soll diese neuartige Anwendung die Selektivität gegenüber Tumorzellen verbessern und sie könnte mit unserer Screening-Plattform einfach untersucht werden. Dementsprechend haben wir CD19 spezifische iCARs mit inhibitorischem PD-1-Signalmodul hinsichtlich ihrer hemmenden Wirkung auf die Reportergenaktivierung getestet. In Kombination mit CAR- oder TCR-Stimulation wurde eine Abnahme der NF-κB- und NFAT-Signale nur dann beobachtet, wenn aktivierende und inhibitorische Rezeptoren in räumliche Nähe gebracht wurden. Diese Ergebnisse wurden durch Experimente mit primären T-Zellen weiter verifiziert.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass unser Reporterzellsystem als Plattformtechnologie von großem Wert ist, da es die Analyse unabhängig von primären T-Zellen erlaubt, zwischen Laboren exportierbar ist und angepasst werden kann, um klein bis groß angelegte Screenings mit CAR Bibliotheken zu ermöglichen. Die Auswahl geeigneter Kandidaten mit optimalen extrazellulären und intrazellulären Modulen kann die Anzahl der zu untersuchenden CAR-Konstrukte in anschließenden in vitro- und in vivo-Studien mit primären T-Zellen reduzieren. Wir sind daher überzeugt, dass unsere CAR-Screening-Plattform basierend auf NF-κB/NFAT-Reporterzellen hilfreich sein wird, um die translationale Forschung zu beschleunigen, indem sie die Untersuchung von neuen Designparametern in CARs erleichtert.
KW  - Antigenrezeptor
KW  - Screening
KW  - Chimeric Antigen Receptor
KW  - Library Screening
KW  - Reporter Cells
KW  - Chimärer Antigenrezeptor
KW  - Reporterzellen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179187
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt [geb. Wolf], Karen
T1  - Studies on the role of platelet serotonin in platelet function, hemostasis, thrombosis and stroke
T1  - Studien zur Rolle des Serotonins aus Thrombozyten für die Thrombozytenfunktion, Hämostase, Thrombose und Schlaganfall
N2  - Platelet activation and aggregation are important processes in hemostasis resulting in reduction of blood loss upon vessel wall injury. However, platelet activation can lead to thrombotic events causing myocardial infarction and stroke. A more detailed understanding of the regulation of platelet activation and the subsequent formation of thrombi is essential to prevent thrombosis and ischemic stroke. Cations, platelet surface receptors, cytoskeletal rearrangements, activation of the coagulation cas-cade and intracellular signaling molecules are important in platelet activation and thrombus formation. One such important molecule is serotonin (5 hydroxytryptamin, 5 HT), an indolamine platelet agonist, biochemically derived from tryptophan. 5 HT is secreted from the enterochromaffin cells into the gastrointestinal tract (GI) and blood. Blood borne 5 HT has been proposed to regulate hemostasis by acting as a vaso-constrictor and by triggering platelet signaling through 5 HT2A receptor. Although platelets do not synthetize 5 HT, they take it up from the blood and store it in their dense granules which are secreted upon platelet activation. To identify the molecu-lar composite of the 5 HT uptake system in platelets and elucidate the role of platelet released 5-HT in thrombosis and ischemic stroke, 5 HT transporter knock out mice (5Htt / ) were analyzed in different in vitro and in vivo assays and in a model of is-chemic stroke. In 5Htt /  platelets, 5 HT uptake from the blood was completely abol-ished and agonist-induced Ca2+ influx through store operated Ca2+ entry (SOCE), integrin activation, degranulation and aggregation responses to glycoprotein (GP) VI and C type lectin-like receptor 2 (CLEC 2) were reduced. These observed in vitro defects in 5Htt /  platelets could be normalized by the addition of exogenous 5 HT. Moreover, reduced 5 HT levels in the plasma, an increased bleeding time and the formation of unstable thrombi were observed ex vivo under flow and in vivo in the abdominal aorta and carotid artery of 5Htt /  mice. Surprisingly, in the transient middle cerebral artery occlusion model (tMCAO) of ischemic stroke 5Htt /  mice showed near-ly normal infarct volumes and a neurological outcome comparable to control mice. Although secreted platelet 5 HT does not appear to play a crucial role in the devel-opment of reperfusion injury after stroke, it is essential to amplify the second phase of platelet activation through SOCE and thus plays an important role in thrombus stabilization.
To further investigate the role of cations, granules and their contents and regulation of integrin activation in the process of thrombus formation, genetically modified mice were analyzed in the different in vivo thrombosis models. Whereas Tph1 /  mice (lacking the enzyme responsible for the production of 5 HT in the periphery), Trpm7KI (point mu-tation in the kinase domain of Trpm7 channel, lacking kinase activity) and Unc13d / /Nbeal2 /  mice (lacking α granules and the release machinery of dense granules) showed a delayed thrombus formation in vivo, MagT1y/  mice (lacking a specific Mg2+ transporter) displayed a pro thrombotic phenotype in vivo. Trpm7fl/fl Pf4Cre (lacking the non specific Mg2+ channel) and RIAM /  mice (lacking a potential linker protein in integrin “inside out” signaling) showed no alterations in thrombus formation upon injury of the vessel wall.
N2  - Thrombozytenaktivierung und Aggregation sind wichtige Schritte der Hämostase, die zur Reduktion des Blutverlustes bei Gefäßwandverletzung führen. Jedoch kann die Aktivierung von Thrombozyten zur Thrombose führen, wodurch Herzinfarkt und Schlaganfall entstehen kann. Ein besseres Verständnis der Regulierung der Throm-bozytenaktivierung und die darauf folgende Thrombusbildung sind notwendig, um Thrombose und Hirninfarkte zu vermeiden. Kationen, Thrombozy-ten Oberflächenrezeptoren, Zytoskelett Reorganisation, Aktivierung der Koagulati-onskaskade und intrazellulare Signalmoleküle sind wichtig in der Thrombozytenakti-vierung und Thrombusbildung. Solch ein wichtiges Molekül ist Serotonin (5 hydroxytryptamin, 5 HT), ein Indolamin Thrombozyten-Agonist, welcher aus Tryp-tophan synthetisiert wird. 5 HT wird aus den Enterochromaffinzellen in den Gastroin-testinaltrakt (GI) und das Blut abgegeben. 5 HT aus dem Blut wirkt als Regulator der Hämostase durch die Wirkung als Vasokonstriktor und die Auslösung der Throm-bozyten-Signalwege durch den 5 HT2A Rezeptor. Thrombozyten synthetisieren kein 5 HT, sondern nehmen es aus dem Blut auf und speichern es in den dichten Granu-la, die nach der Thrombozyten-Aktivierung freigesetzt werden. Um die molekulare Zusammensetzung des 5 HT Aufnahmesystems in Thrombozyten zu identifizieren und die Rolle des 5 HT aus Thrombozyten in Thrombose und ischämischem Schlag-anfalls zu klären, wurde eine 5 HT Transporter-defiziente Mauslinie (5Htt / ) in ver-schiedenen in vitro und in vivo Untersuchungen und im Model des ischämischen Schlaganfalls analysiert. In 5Htt /  Thrombozyten ist die Aufnahme von 5 HT aus dem Blut vollständig geblockt und Agonisten-induzierter Ca2+ Fluss durch Speicher-abhängigen Ca2+ Einstrom (SOCE), Integrinaktivierung, Degranulierung und Aggre-gation abhängig von Glykoprotein (GP) VI und C type lectin-like receptor 2 (CLEC 2) waren reduziert. Diese in vitro beobachteten Defekte in 5Htt /  Thrombozyten konnten durch Zugabe von 5 HT normalisiert werden. Zudem wurden reduzierte 5 HT Werte im Plasma, eine erhöhte Blutungszeit und die Bildung von instabilen Thromben ex vivo unter Fluss und in vivo in der abdominalen Aorta und der Carotis von 5Htt /  Mäusen beobachtet. Überraschenderweise zeigten die 5Htt /  Mäuse nach transientem Verschluss der A. cerebri media (tMCAO), einem Modell des ischämi-schen Schlaganfalls, ein normales Infarktvolumen und einen unveränderten neurolo-gischen Endzustand im Vergleich zu Kontrollmäusen. Obwohl sekretiertes 5 HT aus Thrombozyten keine wesentliche Rolle in der Entwicklung eines Reperfusionsscha-dens nach einem Schlaganfall spielt, ist es essentiell in der Verstärkung der zweiten Phase der Thrombozytenaktivierung durch SOCE und spielt eine wichtige Rolle in der Thrombusstabilität.
Um die Rolle von Kationen, Granula und deren Bestandteile und der Regulierung in der Integrinaktivierung im Prozess der Thrombusbildung zu untersuchen, wurden genetisch veränderte Mäuse in den verschiedenen in vivo Thrombosemodellen ge-testet. Während Tph1 /  Mäuse (denen das Enzym zur Produktion von 5 HT in der Peripherie fehlt), Trpm7KI (Punktmutation in der Kinasedomäne des Trpm7 Kanals, Fehlen der Kinase Aktivität) und Unc13d / /Nbeal2 /  Mäuse (denen die α Granula und die Freisetzungsmaschinerie der dichten Granula fehlt) und keine oder eine verlang-samte Thrombusbildung zeigten, wiesen MagT1y/  Mäuse (denen der spezifische Mg2+ Transporter fehlt) einen prothrombotischen Phänotyp auf. Trpm7fl/fl Pf4Cre Mäuse (denen der nicht spezifische Mg2+ Kanal fehlt) und RIAM /  Mäuse (denen ein potenti-elles Linker Protein im Integrin “inside out” Signal fehlt) zeigten keine Veränderung in der Thrombus Bildung nach Verletzung der Gefäßwand.
KW  - Biomedicine
KW  - Serotonin
KW  - Blutgerinnung
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-134711
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TY  - THES
A1  - Uri, Anna
T1  - Differential requirement for CD28 co-stimulation on donor T cell subsets in mouse models of acute graft versus host disease and graft versus tumour effect
T1  - Unterschiedlicher Einfluss der CD28 Kostimulation auf Donor-T Zell-Populationen in Mausmodellen der akuten Graft-versus-Host Disease und des Graft-versus-Tumor Effekts
N2  - Hematopoietic stem cell transplantation is a curative therapy for malignant diseases of the haematopoietic system. The patients first undergo chemotherapy or irradiation therapy which depletes the majority of tumour cells before they receive the transplant, consisting of haematopoietic stem cells and mature T cells from a healthy donor. The donor T cells kill malignant cells that have not been eliminated by the conditioning therapy (graft versus leukaemia effect, GvL), and, therefore, are crucially required to prevent relapse of the tumour. However, the donor T cells may also severely damage the patient’s organs causing acute graft versus host disease (aGvHD). In mice, aGvHD can be prevented by interfering with the co-stimulatory CD28 signal on donor T cells. However, experimental models using conventional CD28 knockout mice as T cell donors or αCD28 antibodies have some disadvantages, i.e. impaired T cell development in the thymus of CD28 knockout mice and systemic CD28 blockade with αCD28 antibodies. Thus, it remains unclear how CD28 co-stimulation on different donor T cell subsets contributes to the GvL effect and aGvHD, respectively. 
We developed mouse models of aGvHD and the GvL effect that allowed to selectively delete CD28 on certain donor T cell populations or on all donor T cells. CD4+ conventional T cells (Tconv cells), regulatory T cells (Treg cells) or CD8+ T cells were isolated from either Tamoxifen-inducible CD28 knockout (iCD28KO) mice or their wild type (wt) littermates. Allogeneic recipient mice were then transplanted with T cell depleted bone marrow cells and different combinations of iCD28KO and wt T cell subsets. Tamoxifen treatment of the recipients caused irreversible CD28 deletion on the iCD28KO donor T cell population. In order to study the GvL response, BCL-1 tumour cells were injected into the mice shortly before transfer of the T cells.
CD4+ Tconv mediated aGvHD was efficiently inhibited when wt Treg cells were co-transplanted. In contrast, after selective CD28 deletion on donor Treg cells, the mice developed a late and lethal flare of aGvHD, i.e. late-onset aGvHD. This was associated with a decline in iCD28KO Treg cell numbers around day 20 after transplantation. CD28 ablation on either donor CD4+ Tconv cells or CD8+ T cells reduced but did not abrogate aGvHD. Moreover, iCD28KO and wt CD8+ T cells were equally capable of killing allogeneic target cells in vivo and in vitro. Due to this sufficient anti-tumour activity of iCD28KO CD8+ T cells, they had a therapeutic effect in our GvL model and 25% of the mice survived until the end of the experiment (day 120) without any sign of the malignant disease. Similarly, CD28 deletion on all donor T cells induced long-term survival. This was not the case when all donor T cells were isolated from wt donor mice. In contrast to the beneficial outcome after CD28 deletion on all donor T cells or only CD8+ T cells, selective CD28 deletion on donor CD4+ Tconv cells completely abrogated the GvL effect due to insufficient CD4+ T cell help from iCD28KO CD4+ Tconv cells. 
This study demonstrates that therapeutic inhibition of the co-stimulatory CD28 signal in either all donor T cells or only in CD8+ T cells might protect patients from aGvHD without increasing the risk of relapse of the underlying disease. Moreover, deletion of CD28 on donor Treg cells constitutes a mouse model of late-onset aGvHD which can be a useful tool in aGvHD research.
N2  - Die hämatopoetische Stammzelltransplantation ist eine heilende Therapie für maligne Erkrankungen des blutbildenden Systems. Die Patienten müssen sich zuerst einer Chemotherapie oder einer Strahlentherapie unterziehen, welche den Großteil der Tumorzellen beseitigt, bevor sie das Transplantat erhalten. Dieses besteht aus hämatopoetischen Stammzellen und reifen T-Zellen eines gesunden Spenders. Die transplantierten T-Zellen töten die malignen Zellen, die zuvor durch die Chemo- bzw. Strahlentherapie nicht zerstört wurden (Graft versus Leukämie Effekt, GvL), und sind daher essenziell, um ein Rezidiv der Tumorerkrankung zu verhindern. Die T-Zellen des Spenders können aber auch die Organe des Patienten schwer schädigen und dadurch die akute Graft versus Host Disease (aGvHD) verursachen. In Mäusen kann die aGvHD verhindert werden, indem man das kostimulatorische Signal des CD28 Moleküls moduliert. Mausmodelle, in denen konventionelle CD28 Knock-out Mäuse als T-Zell-Donoren verwendet werden oder αCD28 Antikörper eingesetzt werden, haben einige Nachteile, wie zum Beispiel eine gestörte T-Zell Entwicklung in CD28 Knock-out Mäusen oder die systemische Blockade des CD28 Moleküls mit Antikörpern. Dadurch blieb bislang unklar, inwiefern CD28-Kostimulation auf verschiedenen T-Zell-Populationen zum GvL Effekt und zur aGvHD beiträgt. 
Wir haben Mausmodelle der aGvHD und des GvL Effekts entwickelt, die ermöglichen, das CD28 Molekül entweder nur auf bestimmten Spender-T-Zell-Populationen oder auf allen Spender-T-Zellen zu deletieren. Hierfür wurden CD4+ konventionelle T-Zellen (Tconv Zellen), regulatorische T Zellen (Treg Zellen) und CD8+ T-Zellen von Tamoxifen-induzierbaren CD28 Knockout (iCD28KO) Mäusen bzw. deren wildtypischen (wt) Wurfgeschwistern isoliert. Den allogenen Empfängermäusen wurden dann T-Zell-depletierte Knochenmarkszellen und verschiedene Kombinationen aus iCD28KO und wt Spender-T-Zellen transplantiert. Die Behandlung der Empfängertiere mit Tamoxifen führte zu einer irreversiblen Deletion von CD28 auf den iCD28KO T-Zell-Populationen. Um den GvL Effekt zu untersuchen, wurden den Mäusen kurz vor dem T-Zell-Transfer BCL-1 Tumorzellen injiziert.
Die von den CD4+ Tconv Zellen verursachte aGvHD konnte sehr gut kontrolliert werden, indem zusätzlich wt Treg Zellen transplantiert wurden. Im Gegensatz dazu entwickelten die Mäuse einen späten und tödlichen Schub der aGvHD, auch late-onset aGvHD genannt, wenn die CD28 Expression auf den Treg Zellen des Spenders deletiert wurde. Dies ging mit einem Rückgang der iCD28KO Treg-Zellzahlen ca. 20 Tage nach Transplantation einher. Die Deletion von CD28 auf CD4+ Tconv Zellen oder auf CD8+ T-Zellen reduzierte die aGvHD, konnte diese aber nicht vollständig verhindern. Des Weiteren waren iCD28KO und wildtypische CD8+ T-Zellen gleichermaßen in der Lage, allogene Zellen zu töten, in vivo wie auch in vitro. Aufgrund dieser hinreichenden Anti-Tumor-Antwort hatten iCD28KO CD8+ T-Zellen einen therapeutischen Effekt in unserem GvL Modell und 25 % der Tiere überlebte bis zum Versuchsende (Tag 120) ohne Anzeichen des Tumors. Ein Langzeitüberleben der Tiere wurde auch beobachtet, wenn das CD28 Molekül auf allen Spender-T-Zellen fehlte. Dies war nicht der Fall, wenn alle Spender-T-Zellen von wt Mäusen isoliert wurden. Im Gegensatz zur CD28 Deletion auf entweder allen Spender-T-Zellen oder nur auf den CD8+ T-Zellen, ging der GvL Effekt vollständig verloren, wenn CD28 nur auf den CD4+ Tconv Zellen entfernt wurde, da diese dann keine ausreichende T-Zellhilfe mehr leisten konnten. 
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine therapeutische Blockade des kostimulatorischen CD28 Signals entweder in allen Spender T-Zellen oder nur in CD8+ T-Zellen vor der aGvHD schützen könnte ohne gleichzeitig das Risiko eines Rezidivs zu erhöhen. Darüber hinaus steht mit der Deletion von CD28 auf Treg Zellen ein Mausmodell der late-onset aGvHD zur Verfügung, welches für die weitere Erforschung dieser Krankheit nützlich sein kann.
KW  - Antigen CD28
KW  - Transplantat-Wirt-Reaktion
KW  - Maus
KW  - Graft versus host disease
KW  - GvHD
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165863
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kaymak, Irem
T1  - Identification of metabolic liabilities in 3D models of cancer
T1  - Identifikation metabolischer Abhängigkeiten in 3D Tumormodellen
N2  - Inefficient vascularisation of solid tumours leads to the formation of oxygen and nutrient gradients. In order to mimic this specific feature of the tumour microenvironment, a multicellular tumour spheroid (SPH) culture system was used. These experiments were implemented in p53 isogenic colon cancer cell lines (HCT116 p53 +/+ and HCT116 p53-/-) since Tp53 has important regulatory functions in tumour metabolism. First, the characteristics of the cells cultured as monolayers and as spheroids were investigated by using RNA sequencing and metabolomics to compare gene expression and metabolic features of cells grown in different conditions. This analysis showed that certain features of gene expression found in tumours are also present in spheroids but not in monolayer cultures, including reduced proliferation and induction of hypoxia related genes. Moreover, comparison between the different genotypes revealed that the expression of genes involved in cholesterol homeostasis is induced in p53 deficient cells compared to p53 wild type cells and this difference was only detected in spheroids and tumour samples but not in monolayer cultures. In addition, it was established that loss of p53 leads to the induction of enzymes of the mevalonate pathway via activation of the transcription factor SREBP2, resulting in a metabolic rewiring that supports the generation of ubiquinone (coenzyme Q10). An adequate supply of ubiquinone was essential to support mitochondrial electron transport and pyrimidine biosynthesis in p53 deficient cancer cells under conditions of metabolic stress. Moreover, inhibition of the mevalonate pathway using statins selectively induced oxidative stress and apoptosis in p53 deficient colon cancer cells exposed to oxygen and nutrient deprivation. This was caused by ubiquinone being required for electron transfer by dihydroorotate dehydrogenase, an essential enzyme of the pyrimidine nucleotide biosynthesis pathway. Supplementation with exogenous nucleosides relieved the demand for electron transfer and restored viability of p53 deficient cancer cells under metabolic stress. Moreover, the mevalonate pathway was also essential for the synthesis of ubiquinone for nucleotide biosynthesis to support growth of intestinal tumour organoids. Together, these findings highlight the importance of the mevalonate pathway in cancer cells and provide molecular evidence for an enhanced sensitivity towards the inhibition of mitochondrial electron transfer in tumour-like metabolic environments.
N2  - In soliden Tumoren führt die ineffiziente Bildung von Blutgefäßen (Vaskularisierung) zu einem Nährstoff- und Sauerstoffgradienten im gesamten Tumor, welches eine spezifische Tumormikroumgebung schafft. Um diese Tumorumgebung nachzuahmen, wurde ein spezielles multi-zelluläres Tumorsphäroid (SPH) Zellkultursystem verwendet. Da Tp53 wichtige regulatorische Funktionen im Tumormetabolismus hat, wurde zur Generierung von Sphäroiden p53 isogene Darmkrebs-Zelllinen HCT116 (p53 +/+ und p53 -/-) verwendet. Zunächst wurden die Sphäroide mittels RNA Sequenzierung und Metabolomik charakterisiert, um die Genexpression und metabolischen Eigenschaften in verschiedenen Zellkulturbedingungen zu vergleichen. Diese Analyse hat gezeigt, dass gewisse Genexpressionsmuster in Tumoren wie beispielsweise Proliferations- und Hypoxia verwandte Gene in Sphäroiden übereinstimmen, nicht jedoch in Monolayer-Kulturen. Vergleicht man die zwei unterschiedlichen Genotypen miteinander, so sind Gene, die in der Cholesterinhomöostase involviert sind, in p53 defizienten Zellen induziert, nicht jedoch in p53 wildtypischen Zellen. Dieser Unterschied ist in Sphäroiden vorhanden, nicht jedoch in Monolayer-Kulturen. Verlust von p53 führt über die Aktivierung des Transkriptionsfaktors SREBP2 zur Induktion von Enzymen des Mevalonat-Synthesewegs und zudem zu einer neuen metabolischen Vernetzung, die die Generierung von Ubichinon (Coenzym Q10) unterstützt. Eine ausreichende Ubichinon-Versorgung ist wichtig, um den mitochondrialen Elektronentransport und die Pyrimidin-Biosynthese in p53-defizienten Krebszellen unter metabolischen Stressbedingungen zu unterstützen. Darüber hinaus induziert die Inhibition des Mevalonat-Synthesewegs durch Statine in p53-defizienten Darmkrebszellen, die Sauerstoff und Nährstoffmangel ausgesetzt sind, selektiv oxidativen Stress und Apoptose. Verursacht wird dies durch einen Mangel an Ubichinon, welches für den Elektronentransfer der Dihydroorotatdehydrogenase, einem essentiellen Enzym der Pyrimidinnukleotid-Biosynthese, notwendig ist. Gabe von exogenen Nukleosiden entlastete die Nachfrage an Elektronentransfer und stellte die Lebensfähigkeit von p53-defizienten Krebszellen unter metabolischem Stress wieder her. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass der Mevalonat-Syntheseweg auch für die Synthese von Ubichinon für die Pyrimidinnukleotid-Biosynthese unerlässlich ist, um das Wachstum von Darmtumor-Organoiden zu unterstützen. Zusammengenommen interstreichen diese Ergebnisse die Bedeutung des Mevalonat-Syntheseweg in Krebszellen und liefern den molekularen Mechanismus für die erhöhte Empfindlichkeit von Tumorzellen gegenüber der Hemmung des mitochondrialen Elektronentransfers in einer Tumor-ähnlichen Stoffwechselumgebung.
KW  - p53
KW  - cancer
KW  - CoQ10
KW  - Tumor
KW  - Modell
KW  - Stoffwechsel
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-181544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Simon, Katja
T1  - Identifying the role of Myb-MuvB in gene expression and proliferation of lung cancer cells
T1  - Identifizierung der Rolle des Myb-MuvB in der Genexpression und der Proliferation von Lungenkrebszellen
N2  - The evolutionary conserved Myb-MuvB (MMB) multiprotein complex is a transcriptional master regulator of mitotic gene expression. The MMB subunits B-MYB, FOXM1 as well as target genes of MMB are often overexpressed in different cancer types. Elevated expression of these genes correlates with an advanced tumor state and a poor prognosis for patients. Furthermore, it has been reported that pathways, which are involved in regulating the mitotic machinery are attractive for a potential treatment of cancers harbouring Ras mutations (Luo et al., 2009). 
This suggest that the MMB complex could be required for tumorigenesis by mediating overactivity of mitotic genes and that the MMB could be a useful target for lung cancer treatment. However, although MMB has been characterized biochemically, the contribution of MMB to tumorigenesis is largely unknown in particular in vivo. 
In this thesis, it was demonstrated that the MMB complex is required for lung tumorigenesis in vivo in a mouse model of non small cell lung cancer. Elevated levels of B-MYB, NUSAP1 or CENPF in advanced tumors as opposed to low levels of these proteins levels in grade 1 or 2 tumors support the possible contribution of MMB to lung tumorigenesis and the oncogenic potential of B-MYB.The tumor growth promoting function of B-MYB was illustrated by a lower fraction of KI-67 positive cells in vivo and a significantly high impairment in proliferation after loss of B-Myb in vitro. Defects in cytokinesis and an abnormal cell cycle profile after loss of B-Myb underscore the impact of B-MYB on proliferation of lung cancer cell lines. The incomplete recombination of B-Myb in murine lung tumors and in the tumor derived primary cell lines illustrates the selection pressure against the complete loss of B-Myb and further demonstrats that B-Myb is a tumor-essential gene. In the last part of this thesis, the contribution of MMB to the proliferation of human lung cancer cells was demonstrated by the RNAi-mediated depletion of B-Myb. Detection of elevated B-MYB levels in human adenocarcinoma and a reduced proliferation, cytokinesis defects and abnormal cell cycle profile after loss of B-MYB in human lung cancer cell lines underlines the potential of B-MYB to serve as a clinical marker.
N2  - Der evolutionär konservierte Myb-MuvB (MMB) Multiproteinkomplex ist ein transkriptionaler Meisterregulator der mitotischen Genexpression. Die MMB Untereinheiten B-MYB, FOXM1 und ihre Zielgene sind oft überexprimiert in verschiedenen Krebsarten. Die erhöhte Expression dieser Gene korreliert mit einem fortgeschrittenen Tumorstadium und einer schlechten Prognose für Patienten. Außerdem wurde berichtet, dass Signalwege, die die Mitosemaschinerie betreffen, reizvoll sind als mögliches Target für die Behandlung von Ras mutierten Krebsarten (Lao et al., 2009). 
Dies weißt auf darauf hin, dass der MMB Komplex an der Tumorentstehung beteiligt sein könnte, indem er die Überexpression mitotischer Gene fördert und damit ein geeignetes Target zur Behandlung von Krebs darstellen könnte. Obwohl der MMB biochemisch eingehend untersucht wurde, ist die Beteiligung des MMB an der Tumorgenese weitestgehend unbekannt speziell in vivo. 
In dieser Doktorarbeit wurde anhand eines NSCLC Mausmodells gezeigt, dass der MMB für die Lungentumorgenese in vivo erforderlich ist. Erhöhte Level von B-MYB, NUSAP1 oder CENPF in fortgeschrittenen Tumoren und im Gegenzug niedrigen Leveln in Grad 1 und 2 Tumoren unterstreichen die mögliche Beteiligung des MMB an der Lungentumorgenese und das onkogene Potential von B-MYB. Die Tumorwachstum-fördernde Funktion von B-MYB wurde veranschaulicht durch eine geringere Anzahl an KI-67 positiven Zellen in vivo und einem signifikant hohen Beeinträchtigung der Proliferation nach dem Verlust von B-MYB in vitro. Defekte in der Zytokinese und ein abnormales Zellzyklusprofil nach dem Verlust von B-MYB heben den Einfluss von B-Myb auf die Proliferation von Lungenkrebszelllinien hervor. Die unvollständige Rekombination von B-Myb in murinen Lungentumoren und den daraus hergestellten primären Tumorzelllinien veranschaulichen den Selektionsdruck auf den kompletten Verlust von B-MYB und zeigen zusätzlich, dass B-MYB ein für den Tumor essentielles Gen ist. Im letzten Teil der Doktorarbeit konnte die Beteiligung des MMB auf die Proliferation auf Lungenkrebszellen gezeigt werden durch den Verlust von B-MYB durch RNAi-Interferenz (RNAi). Detektion erhöhter B-Myb Level in humanen Adenokarzinomen und eine verminderte Proliferation, Zytokinese-Defekte und ein abnormales Zellzyklusprofil nach B-MYB Verlust in humanen Lungenkrebszelllinien unterstreichen das Potential von B-MYB als klinischer Marker zu fungieren.
KW  - Lungenkrebs
KW  - MMB
KW  - B-MYB
KW  - K-RAS
KW  - lung cancer
KW  - Mitose
KW  - Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161814
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TY  - THES
A1  - Heck, Johannes
T1  - Role of cyclase-associated protein 2 in platelet function and description of an inherited macrothrombocytopenia
T1  - Rolle von cyclase-associated protein 2 in der Thrombozytenfunktion und Beschreibung einer erblich bedingten Makrothrombozytopenie
N2  - Cyclase-associated protein (CAP)2 is an evolutionarily highly conserved actin-binding protein implicated in striated muscle development, carcinogenesis, and wound healing in mammals. To date, the presence as well as the putative role(s) of CAP2 in platelets, however, remain unknown. Therefore, mice constitutively lacking CAP2 (Cap2gt/gt mice) were examined for platelet function. These studies confirmed the presence of both mammalian CAP isoforms, CAP1 and CAP2, in platelets. CAP2-deficient platelets were slightly larger than WT controls and displayed increased GPIIbIIIa activation and P-selectin recruitment in response to the (hem)ITAM-specific agonists collagen-related peptide and rhodocytin. However, spreading of CAP2-deficient platelets on a fibrinogen matrix was unaltered. In conclusion, the functionally redundant CAP1 isoform may compensate for the lack of CAP2 in murine platelets. Moreover, the studies presented in this thesis unveiled a severe macrothrombocytopenia that occurred independently of the targeted Cap2 allele and which was preliminarily termed orphan (orph). Crossing of the respective mice to C57BL/6J wild-type animals revealed an autosomal recessive inheritance. Orph mice were anemic and developed splenomegaly as well as BM fibrosis, suggesting a general hematopoietic defect. Strikingly, BM MKs of orph mice demonstrated an aberrant morphology and appeared to release platelets ectopically into the BM cavity, thus pointing to defective thrombopoiesis as cause for the low platelet counts. Orph platelets exhibited marked activation defects and spread poorly on fibrinogen. The unaltered protein content strongly suggested a defective alpha-granule release to account for the observed hyporesponsiveness. In addition, the cytoskeleton of orph platelets was characterized by disorganized microtubules and accumulations of filamentous actin. However, further experiments are required to elucidate the activation defects and cytoskeletal abnormalities in orph platelets. Above all, the gene mutation responsible for the phenotype of orph mice needs to be determined by next-generation sequencing in order to shed light on the underlying genetic and mechanistic cause.
N2  - Cyclase-associated protein 2 (CAP)2 ist ein evolutionär hoch konserviertes Aktin-bindendes Protein, welches in der Entwicklung der quergestreiften Muskulatur, der Krebsentstehung und der Wundheilung von Säugetieren eine Rolle spielt. Bis heute sind jedoch das Vorhandensein sowie die mutmaßliche(n) Funktion(en) von CAP2 in Thrombozyten unbekannt. Aus diesem Grund wurden Mäuse, denen konstitutiv CAP2 fehlt (Cap2gt/gt-Mäuse), im Hinblick auf ihre Thrombozytenfunktion untersucht. Diese Untersuchungen bestätigten die Anwesenheit beider Säugetierisoforme von CAP, CAP1 und CAP2, in Thrombozyten. CAP2-defiziente Thrombozyten waren geringfügig größer als WT-Kontrollen und zeigten eine erhöhte GPIIbIIIa-Aktivierung und P-Selektin-Rekrutierung nach Stimulation durch die (hem)ITAM-spezifischen Agonisten collagen-related peptide und Rhodozytin. Demgegenüber verlief die Adhäsion (sog. spreading) CAP2-defizienter Thrombozyten auf einer Fibrinogen-Matrix unverändert. Dies legt den Schluss nahe, dass die funktionell redundante CAP1-Isoform in der Lage ist, den Mangel an CAP2 in Mäusethrombozyten zu kompensieren. Darüber hinaus offenbarten die in dieser Dissertation präsentierten Untersuchungen eine schwere Makrothrombozytopenie, welche unabhängig von dem veränderten Cap2-Allel auftrat und welche vorläufig als orphan (orph) bezeichnet wurde. Das Kreuzen der entsprechenden Mäuse mit C57BL/6J-Wildtyp-Tieren enthüllte einen autosomal rezessiven Erbgang. Orph-Mäuse waren anämisch und entwickelten eine Milzvergrößerung sowie eine Knochenmarkfibrose, was einen generellen hämatopoetischen Defekt nahelegte. Bemerkenswerterweise waren Knochenmarksmegakaryozten von orph-Mäusen morphologisch auffällig und gaben allem Anschein nach Thrombozyten ektop in das Knochenmarkstroma ab, was auf eine defekte Thrombopoese als Ursache für die niedrigen Thrombozytenzahlen hindeutet. Orph-Thrombozyten zeigten ausgesprochene Aktivierungsdefekte und adhärierten kaum auf Fibrinogen. Der unveränderte Gehalt an Proteinen lenkte den Verdacht auf eine defekte Exozytose von Alpha-Granula als Ursache der Mindererregbarkeit. Des Weiteren war das Zytoskelett von orph-Thrombozyten durch unorganisierte Mikrotubuli und Akkumulationen von filamentösem Aktin charakterisiert. Weitere Experimente sind jedoch notwendig, um die Aktivierungsdefekte und die Zytoskelettveränderungen aufzuklären. Vor allem aber muss die Genmutation, welche für den Phänotyp der orph-Mäuse verantwortlich ist, mittels Sequenziermethoden der nächsten Generation (next-generation sequencing) aufgeklärt werden um Aufschluss über die zugrunde liegende genetische und mechanistische Ursache zu geben.
KW  - Thrombozyt
KW  - Actin
KW  - Actin-bindende Proteine
KW  - Thrombozytopenie
KW  - platelets
KW  - actin cytoskeleton
KW  - actin-binding proteins
KW  - cyclase-associated protein
KW  - cyclase-associated protein 2
KW  - inherited macrothrombocytopenia
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179968
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TY  - THES
A1  - Awad, Eman Da'as
T1  - Modulation of insulin-induced genotoxicity in vitro and genomic damage in gestational diabetes
T1  - Modulation der Insulin-induzierten Genotoxizität in vitro und Genomschäden bei Frauen mit Gestationsdiabetes
N2  - Diabetes mellitus is a global health problem, where the risk of diabetes increases rapidly
due to the lifestyle changes. Patients with type II diabetes have many complications
with increased risk of morbidity and mortality. High levels of insulin may lead to DNA
oxidation and damage. Several studies proposed that hyperinsulinemia may be an
important risk factor for various types of cancer. To investigate insulin signaling
pathway inducing oxidative stress and genomic damage, pharmaceutical and natural
compounds which can interfere with the insulin pathway including PI3K inhibitors,
resveratrol, lovastatin, and RAD-001 were selected due to their beneficial effects
against metabolic disorder. Thus, the anti-genotoxic potential of these compounds
regarding insulin-mediated oxidative stress were investigated in normal rat kidney cells
in vitro. Our compounds showed protective effect against genotoxic damage and
significantly decreased reactive oxygen specious after treatment of cells with insulin
with different mechanisms of protection between the compounds. Thus, these
compounds may be attractive candidates for future support of diabetes mellitus therapy.
Next, we explored the link between gestational diabetes mellitus and genomic damage
in cells derived from human blood. Moreover, we investigated the influence of
estradiol, progesterone, adrenaline and triiodothyronine on insulin-induced genomic
damage in vitro. First, we studied the effect of these hormones in human promyelocytic
leukemia cells and next ex vivo with non-stimulated and stimulated peripheral blood
mononuclear cells. In parallel, we also measured the basal genomic damage using three
conditions (whole blood, non-stimulated and stimulated peripheral blood mononuclear
cells) in a small patient study including non-pregnant controls with/without hormonal
contraceptives, with a subgroup of obese women, pregnant women, and gestational
diabetes affected women. A second-time point after delivery was also applied for
analysis of the blood samples. Our results showed that GDM subjects and obese
individuals exhibited higher basal DNA damage compared to lower weight nonpregnant
or healthy pregnant women in stimulated peripheral blood mononuclear cells
in both comet and micronucleus assays. On the other hand, the DNA damage in GDM
women had decreased at two months after birth. Moreover, the applied hormones also
showed an influence in vitro in the enhancement of the genomic damage in cells of the control and pregnant groups but this damage did not exceed the damage which existed
in obese and gestational diabetes mellitus patients with high level of genomic damage.
In conclusion, insulin can induce genomic damage in cultured cells, which can be
modulated by pharmaceutical and naturals substances. This may be for future use in the
protection of diabetic patients, who suffer from hyperinsulinemia during certain disease
stages. A particular form of diabetes, GDM, was shown to lead to elevated DNA
damage in affected women, which is reduced again after delivery. Cells of affected
women do not show an enhanced, but rather a reduced sensitivity for further DNA
damage induction by hormonal treatment in vitro. A potential reason may be an
existence of a maximally inducible damage by hormonal influences.
N2  - Diabetes mellitus stellt eine globales Gesundheitsproblem dar, das aufgrund der sich
ändernden Lebensführung rapide ansteigt. Bei Patienten mit Diabetes Typ II kommt es
verstärkt zu Komplikationen, was eine erhöhte Morbidität und Mortalität zur Folge hat.
Ein hoher Insulinspiegel kann zur DNA-Oxidation und damit zu DNA-Schäden führen.
Diverse Studien postulieren, dass Hyperinsulinämie ein entscheidender Risikofaktor
für verschiedene Krebserkrankungen darstellt. Zur Untersuchung des Insulin-
Signaltransduktionsweg, über den oxidativer Stress und daraus resultierender
Genomschäden induziert werden, wurden aus diversen Pharmazeutika und
Naturstoffen, welche den Insulin-Signalweg beeinträchtigen, PI3K Inhibitoren,
Resveratrol, Lovastatin und RAD-001 aufgrund ihrer positiven Effekte bei
Stoffwechselerkrankungen, ausgewählt.
Mit diesen Verbindungen wurde die anti-Genotoxizität (Schutzwirkung) hinsichtlich
des durch Insulin induzierten oxidativen Stresses und Genomschadens in einer
primären Nierenzelllinie der Ratte in vitro untersucht.
Unsere Ergebnisse zeigten protektive Effekte der ausgewählten Substanzen hinsichtlich
genotoxischer Schäden sowie einen signifikanten Rückgang reaktiver
Sauerstoffspezies bei insulinbehandelten Zellen, wobei der Wirkmechanismus
zwischen den Substanzen jedoch unterschiedlich war. Somit handelt es sich bei den
untersuchten Stoffen um äußerst interessante Verbindungen, die in der Zukunft
Diabetes mellitus Therapien unterstützen könnten.
Außerdem untersuchten wir den Zusammenhang zwischen Schwangerschaftsdiabetes
und Genomschäden in humanen Blutzellen. Dafür verwendeten wir neben humanen
HL-60 Zellen nicht stimulierte sowie mit Hilfe von Phytohemagglutinin (PHA) zur
Aufnahme des Zellzyklus stimulierte periphere mononukleäre Blutzellen von gesunden
sowie von Gestationsdiabetes betroffenen Probandinnen. Wir analysierten zunächst
den Einfluss von Östradiol, Progesteron, Adrenalin und Triiodthyronin auf den
Genomschaden dieser Zellen in vitro.. Parallel dazu bestimmten wir in die basalen
Genomschäden im Vollblut, in nicht stimulierten sowie in PHA-stimulierten peripheren
mononukleären Blutzellen. Diese Studie schloss nicht-schwangere Frauen mit bzw.
ohne Einnahme hormoneller Kontrazeptiva sowie je eine Subgruppen mit
übergewichtigen Frauen, gesunden schwangeren Frauen und Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes ein. Bei Schwangeren wurde einige Zeit nach der
Entbindung eine zweite Blutuntersuchung durchgeführt. Wir konnten zeigen, dass
Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes sowie übergewichtige Frauen im Vergleich zu
normalgewichtigen, nicht-schwangeren Frauen sowie gesunden schwangeren Frauen
mehr basale DNA-Schäden sowohl im Comet-Assay als auch im Mikrokern-Test in
stimulierten peripheren mononuklearen Zellen aufweisen. Des Weiteren sanken die
DNA-Schäden bei Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes zwei Monate nach der Geburt.
Darüber hinaus verstärkten die verwendeten Hormone in vitro die zellulären
Genomschäden, jedoch überstiegen sie nicht die größere Menge an DNA-Schäden,
welche bei übergewichtigen Frauen bzw. Frauen mit Schwangerschaftsdiabetes
nachgewiesenen wurden.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Insulin Zellschäden in vitro induzieren
kann, die jedoch durch Pharmazeutika und Naturstoffen reguliert werden können. Diese
Erkenntnis könnte zukünftig Diabetespatienten helfen, die an Hyperinsulinämie leiden.
Schwangerschaftsdiabetes, eine besondere Form des Diabetes, führt zu erhöhten DNASchäden
bei betroffenen Frauen, die sich nach der Geburt jedoch wieder verringern.
Die Zellen betroffener Frauen zeigen keine erhöhte, sondern vielmehr eine verminderte
Sensitivität für weiteren DNA-Schäden durch hormonelle Behandlung in vitro. Eine
mögliche Erklärung dafür könnte sein, dass eine maximal induzierbare Zahl an DNASchäden,
die durch hormonelle Einflüsse bzw. daraus resultierenden Aktivierungen von
Signalkaskaden hervorgerufen werden können, existiert.
KW  - Gestationsdiabetes
KW  - DNA-Schäden
KW  - Insulin
KW  - Gestational diabetes
KW  - DNA damage
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161866
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kruber, Philip
T1  - Functional analysis of DROSHA and SIX1 mutations in kidney development and Wilms tumor
T1  - Funktionelle Analysen von DROSHA und SIX1 Mutationen in der Nierenentwicklung und dem Wilms Tumor
N2  - Wilms tumor (WT) is the most common kidney cancer in childhood. It is a genetically heterogeneous tumor and several genetic alterations have been identified in WT patients. Recurrent mutations were found in the homeo-domain of SIX1 and SIX2 in high proliferative tumors (18.1% of the blastemal-type tumors) as well as in the microprocessor genes DROSHA and DGCR8 (18.2% of the blastemal-type tumors), indicating a critical role of the SIX-SALL pathway and aberrant miRNA processing in WT formation. Underlined by the fact that a significant overlap between mutations in DROSHA and SIX1 was found, indicating a synergistic effect.
To characterize the in vivo role of DROSHA and SIX mutations during kidney development and their oncogenic potential, I analyzed mouse lines with either a targeted deletion of Drosha or an inducible expression of human DROSHA or SIX1 carrying a tumor-specific E1147K or Q177R mutation, respectively.
The DROSHA mutation E1147K was predicted to act in a dominant negative manner. Six2-cre mediated deletion of Drosha in nephron progenitors led to a lethal phenotype with apoptotic loss of progenitor cells and early termination of nephrogenesis. Mosaic deletions via Wt1-creERT2 resulted in a milder phenotype with viable offspring that developed proteinuria after 2-4 weeks, but no evidence of tumor formation. Activation of the DROSHA-E1147K transgene via Six2-cre, on the other hand, induced a more severe phenotype with apoptosis of progenitor cells, proteinuria and glomerular sclerosis. The severely growth-retarded mice died within the first two months. This strong phenotype was consistent with the predicted dominant-negative effect of DROSHA-E1147K.
Analysis of the SIX1-Q177R mutation suggested that the mutation leads to a shift in DNA binding specificity instead of a complete loss of DNA binding. This may end up in subtle changes of the gene regulatory capacity of SIX1. Six2-cre mediated activation of SIX1-Q177R lead to a viable phenotype with no alterations or shortened life span. Yet a global activation of SIX1-Q177R mediated by Zp3-cre resulted in bilateral hydronephrosis and juvenile death of the mice.
To mimic the synergistic effect of DROSHA and SIX1 mutations, I generated compound mutants in two combinations: A homozygous deletion of Drosha combined with an activation of SIX1-Q177R and a compound mutant with activation of DROSHA-E1147K and SIX1-Q177R. Each mouse model variant displayed new phenotypical alterations. Mice with Six2-cre mediated homozygous deletion of Drosha and activation of SIX1-Q177R were not viable, yet heterozygous deletion of Drosha and activation of SIX1-Q177R led to hydronephrosis, proteinuria and an early death around stage P28. Combined activation of DROSHA-E1147K and SIX1-Q177R under Six2-cre resulted in proteinuria, glomerulosclerosis and lesions inside the kidney. These mice also suffered from juvenile death. Both mouse models could confirm the predicted synergistic effect.
While these results underscore the importance of a viable self-renewing progenitor pool for kidney development, there was no evidence of tumor formation. This suggests that either additional alterations in mitogenic or antiapoptotic pathways are needed for malignant transformation, or premature loss of a susceptible target cell population and early lethality prevent WT formation.
N2  - Der Wilms Tumor ist der am häufigsten auftretende Nierentumor im Kindesalter. Er ist genetisch heterogen und bisher wurden bereits verschiedene genetische Mutationen in Wilms Tumor Patienten gefunden. Es konnten wiederkehrende Mutationen in der Homeo-Domäne der Gene SIX1 und SIX2 und in den Genen des Mikroprozessorkomplexes DROSHA und DGCR8 gefunden werden. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass einerseits die gestörte Prozessierung von miRNAs und andererseits der SIX-SALL Signalweg eine wichtige Rolle im Entstehungsprozess des Wilms Tumors spielen. Des Weiteren konnte die Analyse der blastem-reichen Tumore einen möglichen synergetischen Effekt zwischen DROSHA und SIX1 aufzeigen.
Um die Bedeutung von DROSHA und SIX Mutationen für die Nierenentwicklung und für die Tumorgenese in vivo zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit Mausmodelle mit konditioneller Deletion von DROSHA oder induzierbarer Expression der DROSHA Mutation E1147K bzw. der SIX1 Mutation Q177R analysiert.
Es wurde vermutet, dass die E1147K Mutation einen dominant-negativen Effekt besitzt. Six2-cre vermittelte Deletion von DROSHA in Nierenvorläuferzellen führte zu einem letalen Phänotyp, der sich durch Apoptose von Vorläuferzellen und vorzeitigen Abbruch der Nephrogenese auszeichnete. Mosaik-Deletion mittels Wt1-creERT2 führte zu einem deutlich milderen Phänotyp. Die Nachkommen waren lebensfähig, entwickelten aber innerhalb der ersten 2-4 Wochen eine Proteinurie. Bei beiden, so erzeugten, Mauslinien konnten keine Tumorbildung feststellen werden. Aktivierung des DROSHA-E1147K Transgenes durch Six2-cre brachte einen deutlich gravierenderen Phänotyp hervor. Dieser zeichnete sich durch Apoptose von Vorläuferzellen, sowie Proteinurie und Glomerulosklerose aus. Die im Wachstum stark retardierten Mäuse starben innerhalb der ersten zwei Monate nach der Geburt. Dieser Phänotyp unterstreicht den vermuteten dominant-negativen Effekt von DROSHA-E1147K auch in vivo.
Analysen der Q177R Mutation konnten zeigen, dass diese Mutation in der Homeo-Domäne des SIX1 Genes wahrscheinlich nicht zu einem kompletten Verlust der Fähigkeit, DNA zu binden, führt, sondern eher eine leichte Verschiebung der DNA Bindespezifität als Folge hat. Das könnte eine subtile Veränderung in der Fähigkeit von SIX1 Gene zu regulieren bedeuten. Six2-cre vermittelte Aktivierung des SIX1-Q177R Transgenes hatte jedoch keinen sichtbaren Effekt für den Phänotyp der Mäuse. Dennoch hatte eine globale Aktivierung des Transgenes durch Zp3-cre bilaterale Hydronephrose und einen frühzeitigen Tod der Mäuse zur Folge.
Um den bereits vermuteten Synergieeffekt zwischen DROSHA-E1147K und SIX1-Q177R zu untersuchen, wurden zwei neue Mausgenotypen erzeugt. Einerseits wurde eine Mauslinie mit dem SIX1-Q177R Transgen und der Drosha Deletion, andererseits eine Mauslinie, die sowohl das SIX1-Q177R Transgen, als auch das DROSHA-E1147K Transgen besitzt, verpaart. Beide Mauslinien entwickelten jeweils neue Phänotypen. Mäuse mit Six2-cre vermittelter, homozygoter Deletion von Drosha und gleichzeitiger Aktvierung von SIX1-Q177R waren nicht lebensfähig, während Mäuse mit heterozygoter Deletion von Drosha und gleichzeitiger Aktvierung von SIX1-Q177R sehr wohl lebensfähig waren. Diese Mäuse entwickelten wiederum Hydronephrose, sowie Proteinurie und verstarben innerhalb des ersten Lebensmonats. Kombinierte Aktivierung von DROSHA-E1147K und SIX1-Q177R mittels Six2-cre führte ebenfalls zu Proteinurie. Jedoch litten die Mäuse nicht an Hydronephrose, sondern an Glomerulosklerose und Zystenbildung. Ebenfalls starben die Mäuse einen frühzeitigen Tod. Beide Mausmodelle konnten, durch die Ausprägung neuer Phänotypen, den vermuteten Synergieeffekt beweisen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, wie wichtig ein lebensfähiger Zellpool an selbst-erneuernden Vorläuferzellen für die Nierenentwicklung ist. Dennoch konnten keine Anzeichen für eine Tumorbildung gefunden werden. Das lässt vermuten, dass weitere genetische Veränderungen z.B. in mitogenen oder anti-apoptotischen Signalwegen von Nöten sind, um eine maligne Transformation zu gewährleisten. Natürlich könnte auch der frühzeitige Verlust der verantwortlichen Zellpopulation und das frühe Absterben der Embryos ein Hindernis für die Wilms Tumorbildung sein.
KW  - Nephroblastom
KW  - micro processor complex
KW  - DROSHA
KW  - Wilms tumor
KW  - kidney development
KW  - SIX1
KW  - Nephrogenese
KW  - Wilms-Tumor
KW  - microRNA
KW  - Genmutation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-161418
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TY  - THES
A1  - Kiser, Dominik Pascal
T1  - Gene x Environment Interactions in Cdh13-deficient Mice: CDH13 as a Factor for Adaptation to the Environment
T1  - Gen x Umwelt-Interaktionen in Cdh13-defizienten Mäusen: CDH13 als ein Faktor für Umweltanpassung
N2  - Neurodevelopmental disorders, including attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and autism spectrum disorder (ASD) are disorders of mostly unknown etiopathogenesis, for which both genetic and environmental influences are expected to contribute to the phenotype observed in patients. Changes at all levels of brain function, from network connectivity between brain areas, over neuronal survival, synaptic connectivity and axonal growth, down to molecular changes and epigenetic modifications are suspected to play a key roles in these diseases, resulting in life-long behavioural changes.
Genome-wide association as well as copy-number variation studies have linked cadherin-13 (CDH13) as a novel genetic risk factor to neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders. CDH13 is highly expressed during embryonic brain development, as well as in the adult brain, where it is present in regions including the hippocampus, striatum and thalamus (among others) and is upregulated in response to chronic stress exposure. It is however unclear how CDH13 interacts with environmentally relevant cues, including stressful triggers, in the formation of long-lasting behavioural and molecular changes. It is currently unknown how the environment influences CDH13 and which long term changes in behaviour and gene expression are caused by their interaction. This work therefore investigates the interaction between CDH13 deficiency and neonatal maternal separation (MS) in mice with the aim to elucidate the function of CDH13 and its role in the response to early-life stress (ELS).
For this purpose, mixed litters of wild-type (Cdh13+/+), heterozygous (Cdh13+/-) and homozygous knockout (Cdh13-/-) mice were maternally separated from postnatal day 1 (PN1) to postnatal day 14 (PN14) for 3 hours each day (180MS; PN1-PN14). In a first series of experiments, these mice were subjected to a battery of behavioural tests starting at 8 weeks of age in order to assess motor activity, memory functions as well as measures of anxiety. Subsequently, expression of RNA in various brain regions was measured using quantitativ real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). A second cohort of mice was exposed to the same MS procedure, but was not behaviourally tested, to assess molecular changes in hippocampus using RNA sequencing.
Behavioural analysis revealed that MS had an overall anxiolytic-like effect, with mice after MS spending more time in the open arms of the elevated-plus-maze (EPM) and the light compartment in the light-dark box (LDB). As a notable exception, Cdh13-/- mice did not show an increase of time spent in the light compartment after MS compared to Cdh13+/+ and Cdh13+/- MS mice. During the Barnes-maze learning task, mice of most groups showed a similar ability in learning the location of the escape hole, both in terms of primary latency and primary errors. Cdh13-/- control (CTRL) mice however committed more primary errors than Cdh13-/- MS mice. In the contextual fear conditioning (cFC) test, Cdh13-/- mice showed more freezing responses during the extinction recall, indicating a reduced extinction of fear memory. In the step-down test, an impulsivity task, Cdh13-/- mice had a tendency to wait longer before stepping down from the platform, indicative of more hesitant behaviour. In the same animals, qRT-PCR of several brain areas revealed changes in the GABAergic and glutamatergic systems, while also highlighting changes in the gatekeeper enzyme Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a), both in relation to Cdh13 deficiency and MS. Results from the RNA sequencing study and subsequent gene-set enrichment analysis revealed changes in adhesion and developmental genes due to Cdh13 deficiency, while also highlighting a strong link between CDH13 and endoplasmatic reticulum function. In addition, some results suggest that MS increased pro-survival pathways, while a gene x environment analysis showed alterations in apoptotic pathways and migration, as well as immune factors and membrane metabolism. An analysis of the overlap between gene and environment, as well as their interaction, highlighted an effect on cell adhesion factors, underscoring their importance for adaptation to the environment.
Overall, the stress model resulted in increased stress resilience in Cdh13+/+ and Cdh13+/- mice, a change absent in Cdh13-/- mice, suggesting a role of CDH13 during programming and adaptation to early-life experiences, that can results in long-lasting consequences on brain functions and associated behaviours. These changes were also visible in the RNA sequencing, where key pathways for cell-cell adhesion, neuronal survival and cell-stress adaptation were altered. In conclusion, these findings further highlight the role of CDH13 during brain development, while also shedding light on its function in the adaptation and response during (early life) environmental challenges.
N2  - Neuronale Entwicklungsstörungen (NES), wie Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) oder Autismus Spektrums Störung (ASS), haben eine größtenteils unbekannte Krankheitsentwicklung, deren klinisches Erscheinungsbild bei dem Patienten durch die individuelle Genetik und Umwelt beieinflusst wird. Veränderungen in allen funktionellen Ebenen des Gehirns, von Netzwerkaktivität zwischen unterschiedlichen Gehirnregionen, über synaptischer Verschaltung,  axonalem Wachstum und den Überlebenschancen einzelner Neuronen, bis hin zu molekularen und epigenetischen Modifikationen werden als Schlüsselrollen in NES betrachtet, welche schlussendlich zu langfristigen Verhaltensauffälligkeiten führen.
Genome-weite-Assoziations und genomische Kopiezahlvariations Studien haben Cadherin 13 (CDH13) als neuartiges Risikogen für neuropsychiatrische und neuronale Entwicklungsstörungen identifizieren können. CDH13 wird sowohl während der embryonalen Entwicklung, als auch im adulten Gehirn, stark exprimiert und kann dort in Regionen wie dem Hippocampus, Striatum und Thalamus gefunden werden. Darüber hinaus wird es als Reaktion auf akuten (physiologischen und psychologischen) Stress exprimiert. Gegenwärtig ist jedoch nicht bekannt, wie Umwelteinflüsse mit CDH13 interagieren und langanhaltende Veränderungen im Verhalten und der Gene Expression im Gehirn herbeiführen. Die vorliegende Arbeit untersucht daher die Interaktion zwischen CDH13 und Stress während eines frühen Lebensabschnitts.
Hierfür wurden Würfe mit wildtyp (Cdh13+/+), heterozygoten (Cdh13+/-) und homozygoten knockout (Cdh13-/-) Mäusen zwischen dem ersten und vierzehnten Tag nach der Geburt für jeweils 3 Stunden von ihren Müttern getrennt (englisch: maternal separation, MS). In einem ersten Experiment wurden diese Mäuse dann im Alter von 8 Wochen in einer Reihe von Verhaltensversuchen auf ihre motorischen Fähigkeiten und Gedächtnisleistung getestet. Im Anschluss daran wurde mittels der quantitativen Polymerase Kettenreaktion (qPCR) verschiedene Gehirnregionen dieser Tiere auf Expressionsunterschiede in Faktoren für Neurotransmittersysteme, Neurogenese und DNA Methylierungsmechanismen hin analysiert. Das Hippocampus-Gewebe einer zweiten gleich aufgebauten Versuchsgruppe wurde mittels RNA Sequenzierung untersucht.
Die Verhaltensanalyse zeigt das MS einen überwiegend angst-lindernden Einfluss auf die Mäuse hatte. Im Vergleich zu Mäusen ohne MS verbrachten MS-Mäuse mehr Zeit auf dem offenen Arm eines erhöhten Plus-Labyrinths, so wie in der hell-erleuchteten Seite einer Hell-Dunkel Box (HDB). Eine auffallende Ausnahme stellten jedoch die Cdh13-/- Mäuse dar, welche in der HDB keinen Zeitanstieg wie ihre Cdh13+/+ und Cdh13+/- MS Geschwister auf der hell-erleuchteten Seite aufwiesen. In dem Barnes Labyrinth (einem Test für räumliches Lernen) zeigte sich, dass alle Tiere, gemessen an den Fehlern und der Zeit die sie brauchten bis sie den Ausgang fanden, zunächst ähnliche Lernerfolge hatten. Im zweiten Teil des Experiments, in dem der Ausgang auf eine neue Position gelegt wurde, begangen Cdh13-/- Mäuse ohne MS hingegen mehr Fehler als Cdh13-/- MS Mäusee. In der Kontext-Angst-Konditionierung (KAK) zeigten männliche Cdh13-/- Mäuse mehr Angst-Starre während der Extinktions-Wiederholung; ein Befund der eine reduzierte Angst-Auslöschung impliziert. Im Abstiegs-Test, einem Impulsivitätstest, blieben Cdh13-/- Mäuse länger auf einem Podest stehen. Mittels qPCR konnte außerdem gezeigt werden dass sowohl ein Cdh13-/- Defizit, als auch MS, Veränderungen von GABAergen und glutamatergen Faktoren, so wie Änderungen in dem wichtigen Signalmolekühl Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a) verursacht haben. Die Ergebnisse der RNA Sequenzierung zeigten eine Anreicherung von Veränderungen in Adhesions-, Entwicklungs- und Endoplasmatischen Reticulumgenen in Cdh13-/- defiziten Tieren im Vergleich zu Cdh13+/+ Mäusen. Im selben Versuch trug MS zu einer erhöhten Aktivierung von Anti-Apoptotischen Signalwegen im Hippocampus bei, während Zell-Adhesionsmoleküle maßgeblich von der Wechselwirkung beider Faktoren betroffen waren.
Zusammenfassend waren Cdh13+/+ und Cdh13+/- Mäuse im Gegensatz zu Cdh13-/- Tieren größtenteils stressresitenter, während die RNA Sequenzierung aufzeigte, dass CDH13 Schlüsselkomponenten von Zell-Zell-Adhesions, Überlebens und Zell-Stress-Signalwegen reguiert. Dies suggeriert, dass CDH13 die Programmierung und Anpassung an Umwelteinflüsse steuert, was wiederum lang anhaltende Auswirkungen auf molekularer Ebene und auf das Verhalten der Mäuse zur Folge hat. Abschließend legen die Befunde eine Rolle von CDH13 in der Umgebungsanpassung während der Entwicklung nahe.
KW  - Cadherine
KW  - Genexpression
KW  - Tiermodell
KW  - Animales Nervensystem
KW  - Verhalten
KW  - Cdh13
KW  - RNA Sequencing
KW  - Gene by Environment
KW  - Neurodevelopmental Disorder
KW  - ADHD
KW  - Hippocampus
KW  - Prefrontal cortex
KW  - Amygdala
KW  - Raphe
KW  - Adaptation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179591
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reutter, Mario
T1  - Biologische Marker für Aufmerksamkeitsverzerrungen bei sozialer Ängstlichkeit und deren Modifikation
T1  - Biological Markers for Attentional Bias in Social Anxiety and its Modification
N2  - Diese Dissertationsschrift beschäftigt sich mit biologischen Korrelaten von Aufmerksamkeits-verzerrungen und eruiert deren Modifikation in einem längsschnittlich angelegten Experiment. Hierfür wurden über 100 sozial-ängstliche Teilnehmer mit Hilfe einer Screening-Prozedur gewonnen und hinsichtlich der Ausprägung einer ereigniskorrelierten Lateralisation namens „N2pc“ untersucht.
Während der ersten Labormessung indizierte die N2pc bei der Bearbeitung eines Dot Probe Paradigmas einen mittelgroßen, statistisch hochbedeutsamen Attentional Bias hin zu wütenden Gesichtern im Vergleich zu neutralen. Das hierfür klassischerweise verwendete Maß von Reaktionszeitunterschieden hingegen konnte diese Verzerrung der Aufmerksamkeit nicht abbilden. Ferner zeigten weder die elektrophysiologische noch die behaviorale Messgröße einen Zusammenhang mit Fragebögen sozialer Angst, was teilweise auf ein Fehlen interner Konsistenz zurückgeführt werden kann.
Im weiteren Verlauf absolvierten die überwiegend weiblichen Teilnehmer an acht unterschiedlichen Terminen über zwei bis vier Wochen fast 7000 Durchgänge eines Aufmerksamkeitsverzerrungsmodifikationstrainings oder einer aktiven Kontrollprozedur. Daraufhin zeigte sich eine Auslöschung der ereigniskorrelierten Lateralisation, allerdings in einem späteren Zeitfenster als erwartet. Dieses Verschwinden des Attentional Bias blieb bis elf Wochen nach Ende der Trainingsprozedur stabil. Außerdem trat dieselbe Modifikation ebenfalls für die Kontrollgruppe auf. Die selbstberichtete Schwere der Symptomausprägung veränderte sich zwar nicht, allerdings konnte eine Reduktion des Persönlichkeitsmerkmals Neurotizismus verzeichnet werden, welches konzeptuell mit dem Begriff der Ängstlichkeit eng verwoben ist.
Durch explorative Folgeanalysen konnte eine stärkere Modulation der rechten Großhirnhälfte, also durch Reize im linken visuellen Halbfeld aufgedeckt werden. Eine Neuberechnung des Attentional Bias separat für jede Hemisphäre scheint daher auch für künftige Untersuchungen angebracht. Ferner wurde als Träger der Modifikation über die Zeit eine Veränderung der Hyperpolarisation nach der N2-Komponente identifiziert. Ob durch eine Anpassung der Prozedur eine Modulation einer früheren ereigniskorrelierten Komponente erzielt werden kann, bleibt zum aktuellen Zeitpunkt unbeantwortet.
N2  - This dissertation is concerned with biological correlates of attentional biases and investigates their modification within a longitudinal experiment. For this purpose, more than 100 socially anxious participants were recruited with the aid of on online screening procedure. These individuals were examined with respect to the occurrence of an event-related lateralization called “N2pc”.
During the first experimental session, the N2pc indexed a highly significant attentional bias of medium size toward angry compared to neutral faces within a Dot Probe paradigm. In contrast, reaction time differences, which are typically utilized for this purpose, could not represent this distortion of attention. Moreover, neither electrophysiological nor behavioral measures were related to questionnaires of social anxiety which in part can be attributed to a lack of internal consistency.
In the further process, the predominantly female participants completed close to 7000 trials of an attentional bias modification training or of an active control procedure on eight different days within a period of two to four weeks. Thereupon, the event-related lateralization was extinguished, albeit during a later time window than expected. This disappearance of an attentional bias remained stable until eleven weeks after completion of the training procedure. This very modification also occurred within the control procedure. While extent of self-reported symptoms did not change, a reduction of the personality trait neuroticism could be observed which is closely tied to the concept of anxiety.
By means of explorative follow-up analyses, an exaggerated modulation of the right cerebral hemisphere, i.e. by stimuli in the left visual hemifield could be unveiled. A recalculation of the attentional bias score separately for each hemisphere seemed appropriate also for future investigations. Furthermore, a shift in hyperpolarization after the N2 component has been identified as the carrier of this modification. Whether adjusting the procedure will allow for earlier modulations of event-related components remains unanswered for now.
KW  - Attention
KW  - N2pc
KW  - Aufmerksamkeit
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178706
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tiwarekar, Vishakha Rakesh
T1  - The APOBEC3G-regulated host factors REDD1 and KDELR2 restrict measles virus replication
T1  - Die durch APOBEC3G-regulierten Wirtsfaktoren REDD1 und KDELR2 restringieren die Masernvirus Replikation
N2  - Measles is an extremely contagious vaccine-preventable disease responsible
for more than 90000 deaths worldwide annually. The number of deaths has
declined from 8 million in the pre-vaccination era to few thousands every year due
to the highly efficacious vaccine. However, this effective vaccine is still unreachable
in many developing countries due to lack of infrastructure, while in developed
countries too many people refuse vaccination. Specific antiviral compounds are not
yet available. In the current situation, only an extensive vaccination approach
along with effective antivirals could help to have a measles-free future. To develop
an effective antiviral, detailed knowledge of viral-host interaction is required.
This study was undertaken to understand the interaction between MV and
the innate host restriction factor APOBEC3G (A3G), which is well-known for its
activity against human immunodeficiency virus (HIV). Restriction of MV
replication was not attributed to the cytidine deaminase function of A3G, instead,
we identified a novel role of A3G in regulating cellular gene functions. Among two
of the A3G regulated host factors, we found that REDD1 reduced MV replication,
whereas, KDELR2 hampered MV haemagglutinin (H) surface transport thereby
affecting viral release. REDD1, a negative regulator of mTORC1 signalling
impaired MV replication by inhibiting mTORC1. A3G regulated REDD1
expression was demonstrated to inversely correlate with MV replication. siRNA
mediated silencing of A3G in primary human blood lymphocytes (PBL) reduced
REDD1 levels and simultaneously increased MV titres. Also, direct depletion of
REDD1 improved MV replication in PBL, indicating its role in A3G mediated
restriction of MV. Based on these finding, a new role of rapamycin, a
pharmacological inhibitor of mTORC1, was uncovered in successfully diminishing
MV replication in Vero as well as in human PBL. The ER and Golgi resident
receptor KDELR2 indirectly affected MV by competing with MV-H for cellular
chaperones. Due to the sequestering of chaperones by KDELR2, they can no longer
assist in MV-H folding and subsequent surface expression. Taken together, the two
A3G-regulated host factors REDD1 and KDELR2 are mainly responsible for
mediating its antiviral activity against MV.
N2  - Masern ist eine extrem ansteckende, durch Impfung verhinderbare Infektionskrankheit, die für mehr als 90000 Todesfälle jährlich weltweit verantwortlich ist. Die Zahl der Todesfälle nahm von ca. 8 Millionen in der Prä- Impf-Ära auf wenige Tausend pro Jahr aufgrund dieses effizienten Impfstoffs ab. Dieser ist jedoch aufgrund mangelnder Infrastruktur in vielen Entwicklungsländern nicht ausreichend verfügbar, oder die Impfung wird – vor allem in entwickelten Ländern – verweigert. Spezifische antivirale Substanzen sind noch nicht verfügbar. So könnte nur eine extensive Impfkampagne zu einer Masern-freien Zukunft führen. Um antivirale Substanzen zu generieren wird detailiertes Wissen über Virus-Wirt-Interaktionen benötigt.
Diese Studie wurde unternommen um Interaktionen zwischen Masernviren (MV) und dem zellulären Restriktionsfaktor APOBEC3G (A3G), der allgemein bekannt für seine antivirale Wirkung gegen das humane Immundefizienzvirus (HIV) ist, zu charakterisieren. A3G hemmt die MV-Replikation nicht aufgrund seiner Cytidin-Desaminase-Funktion, sondern wir entdeckten eine neue Funktion des A3G, nämlich dass es die Expression zellulärer Faktoren reguliert. Wir fanden, dass unter den A3G-regulierten Wirtszellfaktoren REDD1 die MV-Replikation reduzierte, während KDELR2 den Transport des MV-Hämagglutinins (H) zur Zelloberfläche, und somit die Virusfreisetzung, inhibierte. REDD1, ein negativer Regulator des mTORC1-Signalübertragungswegs, reduzierte die MV-Replikation indem es mTORC1 inhibiert. Die Expression des durch A3G regulierten REDD1 korrelierte umgekehrt mit der MV Replikation. SiRNA-vermittelte Reduktion des A3G in primären humanen Lymphozyten des Bluts (PBL) führte zu einer Abnahme des REDD1 und gleichzeitig zu einer Zunahme des MV-Titers. Ebenso führte direktes Silencing des REDD1 zu einer verstärkten MV-Replikation in PBL, was seine Rolle bei der A3G-vermittelten Restriktion der MV-Replikation unterstreicht. Aufgrund dieser Befunde wurde auch eine neue Funktion des mTORC1-Inhibitors Rapamycin als Inhibitor der MV-Replikation in Vero-Zellen und primären PBL aufgedeckt. Der ER- und Golgi-residente Rezeptor KDELR2 wirkte sich indirekt auf die MV-Replikation aus, indem er mit dem MV-H um die Interaktion mit Chaperonen kompetiert. KDELR2 bindet Chaperone und
verhindert so deren Interaktion mit MV-H und den Transport zur Zelloberfläche. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beiden A3G-regulierten Wirtszellfaktoren REDD1 und KDELR2 hauptsächlich für die antivirale Aktivität des A3G gegen MV verantwortlich sind.
KW  - measles virus
KW  - restriction factors
KW  - APOBEC3G
KW  - REDD1
KW  - KDELR2
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179526
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bach, Matthias
T1  - Massenspektrometrische Analyse der Interaktionen von Protein mit Proteinen und Proteinen mit niedermolekularen Verbindungen
T1  - Protein-protein and small molecule-protein interaction analyzed by mass spectrometry
N2  - Proteine können aufgrund ihrer biochemischen Vielfalt eine Vielzahl von Interaktionen
mit anderen Proteinen oder chemischen Verbindungen eingehen. Im ersten Teil dieser
Arbeit wurden Protein-Protein Interaktionen mittels chemischen Quervernetzens
untersucht. Das Ziel war, neue und verbesserte Methoden zu entwickeln, um
Interaktionsnetzwerke zu erstellen. Im zweiten Teil wurden die Interaktionen von
Proteinen mit niedermolekularen Verbindungen untersucht, um Drug Targets zu
identifizieren und zu validieren.
Die Untersuchung von Protein-Protein Interaktionen mittels Massenspektrometrie (MS)
ist eine leistungsfähige Methode, um alle potentiellen Interaktionen eines Proteins nach
einer Anreicherung (Co-IP) aus einem Zelllysat zu detektieren. Durch das zusätzliche
Quervernetzen dieser Proteine und anschließender MS kann ein Interaktionsnetzwerk
erstellt werden, um direkte von indirekten Interaktionen unterscheiden zu können
(Topology Mapping). Zur Methodenetablierung wurden kommerzielle Crosslinker und
rekombinante Proteine von bekannten Interaktionspartnern mit niedriger Komplexität
verwendet. Die beiden Interaktionspartner NPL4 und UFD1 konnten mit dem Crosslinker
BS3 erfolgreich quervernetzt und anhand der vernetzten Peptide identifiziert werden. Im
nächsten Schritt wurde dieser Arbeitsablauf auf eine Co-IP des Mediatorkomplexes aus
Hefe angewendet. Die Probenkomplexität ist hierbei 500 - 1000-fach höher als bei der
Verwendung von rekombinanten Proteinen. Nach der erfolgreichen Quervernetzung
konnte innerhalb des Komplexes ein Interaktionsnetzwerk erstellt werden. Diese Daten
passen zu dem bereits bekannten Modell des Mediatorkomplexes. Interaktionen zu
bekannten Interaktionspartnern, wie der RNA-Pol II, konnten aufgrund deren
substöchiometrischen Anreicherung nicht identifiziert werden.
Aufgrund der genannten Limitationen beim Quervernetzen von Proteinen wurden
folgende neue und verbesserte Methoden entwickelt:
1. Verwendung des spaltbaren Crosslinkers (DSSO), der während der Messung selektiv
durch niedrige Kollisionsenergie gespalten werden kann, um die Datenbanksuche zu
vereinfachen. Die Funktionalität der DSSO-Strategie konnte erfolgreich am Protein
Cytochrom C getestet werden. Bei der ersten Fragmentierung wird der Linker gespalten, anschließend können die getrennten Peptide separat fragmentiert werden. Die erzeugten
Daten sind mit einer Standarddatenbanksuche kompatibel, was bei gemischten Spektren
von zwei Peptiden nicht der Fall wäre. Beim Quervernetzen der rekombinanten
Interaktionspartner UBX und p97N mit DSSO konnte der zu bestätigende Crosslink
zwischen zwei Lysinen nicht identifziert werden. Grund hierfür könnte eine zu kurze
Linkerlänge von DSSO sein. Diese Versuche brachten jedoch einige Limitationen des
Ansatzes zum Vorschein, wie die Beschränkung auf die Protease Trypsin, aufgrund der
positiven Ladung am C-Terminus und die Notwendigkeit von großen Proteinmengen, da
das Spalten des Linkers einen zusätzlichen Intensitätsverlust für die folgende
Identifizierung der Peptide mit sich bringt.
2. Da die niedrige Abundanz von quervernetzten Peptiden das Hauptproblem bei deren
Identifizierung ist, wurde eine Methode entwickelt, um während der Messung direkt nach
diesen niedrig abundanten Spezies zu suchen. Entscheidendes Kriterium hierfür war, dass
quervernetzte Peptide zwei C-Termini haben. Diese wurden zur Hälfte enzymatisch mit
18O bzw. 16O markiert und wieder vereinigt. Der resultierende Massenunterschied von 8
Da (4 x 18O) kommt ausschließlich bei zwei quervernetzten Peptiden vor und kann
während der Messung direkt gesucht werden. Die vollständige Markierung von Peptiden
mit 18O wurde zunächst am Protein Beta-Galaktosidase getestet. Bereits hier stellte sich
heraus, dass der enzymatische Rücktausch von 18O zu 16O ein Problem darstellt und die
Markierungseffizienz von Aminosäuren beeinflusst wird, die sich C-terminal nach der
Spaltstelle befinden. Mit dieser Strategie ließ sich somit keine vollständige Markierung
für alle Peptide erreichen, was für diese Strategie essentiell gewesen wäre.
3. Um alle Probleme zu umgehen, die bei der Identifizierung von quervernetzten Peptiden
auftreten, wurde eine Methode entwickelt, um quervernetzte Proteine anhand von Profilen
nach einer Auftrennung im Polyacrylamidgel (SDS-PAGE) zu identifizieren. Durch das
Quervernetzen von Proteinen entstehen zusätzliche Proteinbanden nach einer SDSPAGE,
die im Gel nach oben verschoben sind. Alle Proteine in diesen neu erzeugten
Bereichen stellen somit potentielle Interaktionspartner dar. Als Modellsystem wurde der
Mediatorkomplex verwendet. Er wurde aus einem Zelllysat mittels Co-IP angereichert
und anschließend quervernetzt. Aus den mittels LC-MS/MS gemessenen Gelfraktionen wurden Proteinprofile erstellt und miteinander verglichen. Die Intensitätsmaxima der
Proteine des Mediatorkomplexes konnten in bestimmten zusätzlichen Fraktionen
gefunden werden, was den indirekten Nachweis für eine Interaktion darstellt. Die
Funktionalität der Strategie konnte somit bestätigt werden. Ein verbleibender Nachteil ist
jedoch die zu geringe Trennleistung von Polyacrylamidgelen. Befinden sich mehr als 50
Proteine in einer Fraktion, können potentielle Interaktionspartner nicht eindeutig zu einer
Untereinheit eines Komplexes zugeordnet werden.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde im Rahmen der Klinischen Forschergruppe 216
(CRU216) Interaktionen von Proteinen mit verschiedenen niedermolekularen
Verbindungen massenspektrometrisch untersucht, um potentielle Drug Targets zu
identifizieren. Diese Versuche sind vergleichbar mit Co-IP Experimenten, da sich der
Arbeitsablauf nur durch die Anreicherung mittels chemischer Verbindung unterscheidet.
Hierzu wurden biotinylierte Verbindungen immobilisiert und potentielle Drug Targets
aus einem komplexen Zelllysat angereichert. Die Identifzierung der echten
Bindungspartner wurde über quantitive Massenspektrometrie erreicht. Dabei wurden die
angereicherten Proteine, die an die niedermolekularen Substanzen binden mit einer
geeigneten Kontrollanreicherung verglichen. Mit den getesteten α-acyl
Aminocarboxamiden konnten verschiedene Proteinkomplexe und interagierende Proteine
spezifisch angereichert werden. Hierbei waren die vier Kinasen DNA-PK, ATM, ATR
und mTOR besonders interessant, da sie mit onkogenem Signalling und
Überlebensmechanismen wie der Hitzeschockantwort in Zellen des Multiplen Myeloms
(MM) in Verbidnung stehen. Die Inhibition der DNA-PK, ATM, ATR und mTOR mit α-
acyl Aminocarboxamiden stellt somit einen möglichen Therapieansatz dar, wenn er
zusammen mit hitzestressauslösenden Inhibitoren verwendet wird. Weiterhin konnte
gezeigt werden, dass die Armadillodomäne innerhalb der potentiellen Drug targets
signifkant angereichert wurde. Sie stellt damit eine potentielle Bindestelle der α-acyl
Aminocarboxamide dar.
Abschließend wurden Proteine mit biotinylierten Naphtylisochinolinen aus einem MMZelllysat
angereichert, deren Vorläufersubstanzen eine Wirkung auf Tumorzellen und den Malariaparasit Plasmodium falciparum gezeigt hatten. Hierbei konnten vor allem RNAbindende-
und mRNA-Splicing Proteine identifiziert werden, die zum Teil essentiell für
das Spleißen in-vivo sind. Hierzu gehören mehrere Untereinheiten der Splicing Factoren
3A und 3B. Die Veränderung der transkriptionellen Regulation und der resultierende
Effekt auf Krebszellen konnte bereits in anderen Studien mit dem Inhibitor Spliceostatin
A gezeigt werden, der das Spleißen beeinflusst.
N2  - Based on the huge biochemical variety of proteins they can interact in many different
ways with other proteins or small molecules. The first part of this work is about protein-Protein interactions which were investigated with chemical crosslinking. The aim of this work was the development of new and improved methods for the construction of
interaction networks. The second part is about protein-small molecule interactions to
identify new drug targets with subsequent validation.
Mass spectrometry (MS) is a powerful tool to investigate all protein-protein interactions
after enrichment from a cell lysate (Co-IP). By adding crosslinking to Co-IP experiments
it is possible to create a topology map which is important to differenciate between direct
and indirect interactions. To validate the crosslinking procedure, a commercial available
crosslinker and recombinant proteins of known interaction partners with low sample
complexity were used. The interaction partners NPL4 and UFD1 were successfully
crosslinked with BS3 and crosslinked peptides were identified with MS. Next step was to
apply this workflow on the Co-IP of the yeast mediator complex. Here the sample
complexity is 500 to 1000 times higher than with recombinant proteins. After
successfully crosslinking, a topology map of the subunits of the mediator complex was
created. The result matches the latest model of the complex. Crosslinks to known
interation partners, like the RNA-Pol II, were not identified because of their
substoichiometric enrichment.
Because of the known limitations of protein crosslinking, new and improved methods
were developed:
1. Application of the MS-cleavable crosslinker DSSO, which could be cleaved with low
collision energy, to improve the database search of crosslinked peptides. Proof of concept
was done by crosslinking Cytochrom C. In the first fragmentation step only DSSO is
cleaved. Fragmentation of the separated peptides is done in the next step with higher
energy. Peptid fragments are compatible with a standard database search. The application
of this method on the interacting proteins UBX and p97N failed because the predicted
crosslink could not be identified. This could be due to the lack of linker length of DSSO.
But more important, this experiment revealed the drawbacks of the DSSO approach. Trypsin is needed because this leads to a positive charge on the C-Terminus. Furthermore
large amounts of protein are required to reach the needed intensity for all fragmentation
steps.
2. Since the low abundancy of crosslinked peptides is the main issue for their
identification, a new method was developed to directly search for them during the MS
measurement. The defining criterion for this search was the occurrence of two C-termini
in crosslinked peptides. Samples were splitted, labeled with 18O or 16O, and mixed again
to generate a mass shift of 8 Da which is unique for crosslinked peptides. This mass shift
can be used to directly search for these peptides during the measurement. Proof of
concept was tested by labeling beta-galactosidase. Complete labeling could not be
reached because of enzymatic back-exchange from 18O with 16O. Furthermore the
neighbouring amino acids at the C-termini influence the labeling efficiency. Due to the
incomplete labeling, the method could not be used for identifying crosslinked peptides.
3. To circumvent all problems which occur with the identification of crosslinked peptides,
another method was developed to identifiy crosslinked proteins by their mass shift after
separation on a polyacrylamide gel (SDS-PAGE). By crosslinking proteins additional
protein bands are generated which appear in the upper part of the gel. All proteins in this
region are potential interation partners. Proof of concept was done by enrichment (Co-IP)
of the yeast mediator complex from a cell lysate with subsequent crosslinking. From the
LC-MS/MS data, profiles for every protein of the complex were generated. The
additionally generated crosslink intensity peaks of interacting subunits overlapped with
each other, which is the indirect proof of the functionality of this approach. The main
problem with this strategy is the low separation performance. When about 50 proteins are
located in one fraction, it is not possible to unambiguously match a protein to a specific
subunit of the protein complex.
In the second part of this work, the interactions of proteins with small molecules were
investigated by mass spectrometry, to identify potential drug targets. Biotinylated
versions of active compounds were immobilized to magnetic streptavidin beads and
incubated with INA6 cell lysate. By quantitiative analysis of proteins, which bind to the control beads and proteins, which bind to the inhibitor beads, potential drug targets were
identified.
With the used α-acyl aminocarboxamides several protein complexes and interacting
proteins were specifically enriched. These included the four kinases DNA-PK, ATM,
ATR and mTOR, which are involved in oncogenic signaling and survival mechanisms.
Moreover it is known, that the DNA-PK interacts with HSF1 and therefore regulates the
HSF1-mediated heat shock response. The inhibition of DNA-PK, ATM, ATR and mTOR
with α-acyl aminocarboxamides is a new therapeutic opportunity when it is combined
with other substances which trigger the heat shock response. A potential binding site of
the α-acyl aminocarboxamides is the armadillo domain, because it was significantly
enriched among the potential drug targets.
Several naphtylisochinolines were also biotinylated, immobilized and incubated with
INA6 cell lysate. Precursors of these substances showed activity against multiple
myeloma cells and the malaria pathogen Plasmodium falciparum. Here we could enrich
proteins which are associated with RNA-binding and mRNA splicing, including several
subunits of the splicing factors 3A and 3B, which are essential for splicing. The change of
the transcriptional regulation and the resulting effect on cancer cells by influencing
mRNA splicing is already known and was shown by other inhibitors like Spliceostatin A.
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Proteininteraktionen
KW  - Molekulare Zielstrukturen
KW  - Proteinquervernetzungen
KW  - Methodenentwicklung
KW  - Mass spectrometry
KW  - Protein interactions
KW  - Drug targets
KW  - Protein crosslinking
KW  - Method development
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-160462
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmithausen, Patrick Alexander Gerhard
T1  - Three-dimensional fluorescence image analysis of megakaryocytes and vascular structures in intact bone
T1  - Dreidimensionale Fluoreszenzbildanalyse von Megakaryozyten und Gefäßstrukturen in intaktem Knochen
N2  - The thesis provides insights in reconstruction and analysis pipelines for processing of
three-dimensional cell and vessel images of megakaryopoiesis in intact murine bone.
The images were captured in a Light Sheet Fluorescence Microscope. The work
presented here is part of Collaborative Research Centre (CRC) 688 (project B07) of
the University of Würzburg, performed at the Rudolf-Virchow Center. Despite ongoing
research within the field of megakaryopoiesis, its spatio-temporal pattern of
megakaryopoiesis is largely unknown. Deeper insight to this field is highly desirable to
promote development of new therapeutic strategies for conditions related to
thrombocytopathy as well as thrombocytopenia. The current concept of
megakaryopoiesis is largely based on data from cryosectioning or in vitro studies
indicating the existence of spatial niches within the bone marrow where specific stages
of megakaryopoiesis take place. Since classic imaging of bone sections is typically
limited to selective two-dimensional views and prone to cutting artefacts, imaging of
intact murine bone is highly desired. However, this has its own challenges to meet,
particularly in image reconstruction. Here, I worked on processing pipelines to account
for irregular specimen staining or attenuation as well as the extreme heterogeneity of
megakaryocyte morphology. Specific challenges for imaging and image reconstruction
are tackled and solution strategies as well as remaining limitations are presented and
discussed. Fortunately, modern image processing and segmentation strongly benefits
from continuous advances in hardware as well as software-development. This thesis
exemplifies how a combined effort in biomedicine, computer vision, data processing
and image technology leads to deeper understanding of megakaryopoiesis. Tailored
imaging pipelines significantly helped elucidating that the large megakaryocytes are
broadly distributed throughout the bone marrow facing a surprisingly dense vessel
network. No evidence was found for spatial niches in the bone marrow, eventually
resulting in a revised model of megakaryopoiesis.
N2  - Im Rahmen dieses Dissertationsvorhabens wurden Segmentierungs- und
Auswertepipelines dreidimensionaler Bilder von Zellen und Gefäßen im intakten
Mausknochen erarbeitet. Die Bilder entstanden durch Fluoreszenzaufnahmen eines
Lichtblattmikroskops. Das Dissertationsvorhaben war Teil des
Sonderforschungsbereichs 688 (Teilprojekts B07) der Universität Würzburg und es
wurde am Rudolf-Virchow-Zentrum durchgeführt. Trotz einer Vielzahl aktueller
Forschungsprojekte auf dem Gebiet der Megakaryopoese sind Erkenntnisse über
deren räumlich-zeitliche Zusammenhänge größtenteils unbekannt. Neuere
wissenschaftliche Erkenntnisse auf diesem Gebiet wären insbesondere hilfreich für die
Weiterentwicklung von Behandlungsstrategien für Patienten, die an
Thrombozytopenien oder Thrombozytopathien leiden. Das aktuell vorherrschende
Modell zur Erklärung der Megakaryopoese geht von der Existenz räumlicher Nischen
im Knochenmark aus, in denen sich die einzelnen Schritte der Megakaryopoese
vollziehen. Dieses Modell basiert hauptsächlich auf Auswertungen von
Gefrierschnitten sowie in-vitro Experimenten. Da die klassische Bildgebung von
Knochenschnitten nur auf eine bestimmte Anzahl zweidimensionaler Schnitte begrenzt
ist und deren Qualität unter Schnittartefakten leidet, ist die Bildgebung des intakten
Knochens von besonderem Interesse. Dennoch führt dies zu neuen
Herausforderungen im Bereich der Bilddatenauswertung. Im vorliegenden
Dissertationsvorhaben beschäftige ich mich in diesem Bereich mit der Erarbeitung von
Auswerteprotokollen, welche beispielsweise den Einfluss unregelmäßiger Färbungen
oder Signalabschwächungen sowie die extreme Heterogenität der
Megakaryozytenmorphologie berücksichtigen. Spezifische Herausforderungen für die
Bildgebung und Bildrekonstruktion werden in Angriff genommen und
Lösungsstrategien sowie verbleibende Einschränkungen werden vorgestellt und
diskutiert. Erfreulicherweise profitieren insbesondere die moderne Bildbearbeitung
sowie die Objekterkennung in großem Ausmaß von fortlaufenden Entwicklungen aus
dem Hard- sowie Softwarebereich. Dieses Dissertationsvorhaben zeigt auf
exemplarische Art und Weise auf, wie gemeinsame Forschungsanstrengungen im
Bereich der Biomedizin, des Maschinellen Sehens, der Datenverarbeitung sowie der
Bildtechnologie zu einem tieferen Verständnis der Megakaryopoese führen. Die
maßgeschneiderten Pipelines zur Bilddatenauswertung stützten letztlich die These,
dass größere Megakaryozyten im Knochenmark breit verteilt sind und von einem überraschend dichten Gefäßnetz umgeben sind. Beweise für die Existenz räumlicher
Nischen im Knochenmark konnten nicht gefunden warden. Dieses führte schließlich
zur Vorstellung eines überarbeiteten Modells der Megakaryopoese.
KW  - Megakaryozytopoese
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Megakaryozyt
KW  - Lichtscheibenmikroskopie
KW  - Bildverarbeitung
KW  - lightsheet microscopy
KW  - megakaryopoiesis
KW  - fluorescence microscopy
KW  - intact bone imaging
KW  - object segmentation
KW  - Lichtblattmikroskopie
KW  - Bildbearbeitung
KW  - Megakaryopoese
KW  - Bildgebung intakten Knochens
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178541
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fleischmann, Pauline Nikola
T1  - Starting foraging life: Early calibration and daily use of the navigational system in \(Cataglyphis\) ants
T1  - Start in den Außendienst: Zur anfänglichen Kalibrierung und alltäglichen Nutzung des Navigationssystem in \(Cataglyphis\)-Ameisen
N2  - Cataglyphis ants are famous for their navigational abilities. They live in hostile habitats where they forage as solitary scavengers covering distances of more than hundred thousand times their body lengths. To return to their nest with a prey item – mainly other dead insects that did not survive the heat – Cataglyphis ants constantly keep track of their directions and distances travelled. The navigational strategy is called path integration, and it enables an ant to return to the nest in a straight line using its home vector. Cataglyphis ants mainly rely on celestial compass cues, like the position of the sun or the UV polarization pattern, to determine directions, and they use an idiothetic step counter and optic flow to measure distances. In addition, they acquire information about visual, olfactory and tactile landmarks, and the wind direction to increase their chances of returning to the nest safe and sound. Cataglyphis’ navigational performance becomes even more impressive if one considers their life style. Most time of their lives, the ants stay underground and perform tasks within the colony. When they start their foraging careers outside the nest, they have to calibrate their compass systems and acquire all information necessary for navigation during subsequent foraging. This navigational toolkit is not instantaneously available, but has to be filled with experience. For that reason, Cataglyphis ants perform a striking behavior for up to three days before actually foraging. These so-called learning walks are crucial for the success as foragers later on. In the present thesis, both the ontogeny and the fine-structure of learning walks has been investigated. Here I show with displacement experiments that Cataglyphis ants need enough space and enough time to perform learning walks. Spatially restricted novices, i. e. naïve ants, could not find back to the nest when tested as foragers later on. Furthermore, ants have to perform several learning walks over 1-3 days to gain landmark information for successful homing as foragers. An increasing number of feeder visits also increases the importance of landmark information, whereas in the beginning ants fully rely on their path-integration vector. Learning walks are well-structured. High-speed video analysis revealed that Cataglyphis ants include species-specific rotational elements in their learning walks. Greek Cataglyphis ants (C. noda and C. aenescens) inhabiting a cluttered pine forest perform voltes, small walked circles, and pirouettes, tight turns about the body axis with frequent stopping phases. During the longest stopping phases, the ants gaze back to their nest entrance. The Tunisian Cataglyphis fortis ants inhabiting featureless saltpans only perform voltes without directed gazes. The function of voltes has not yet been revealed. In contrast, the fine structure of pirouettes suggests that the ants take snapshots of the panorama towards their homing direction to memorize the nest’s surroundings. The most likely hypothesis was that Cataglyphis ants align the gaze directions using their path integrator, which gets directional input from celestial cues during foraging. To test this hypothesis, a manipulation experiment was performed changing the celestial cues above the nest entrance (no sun, no natural polarization pattern, no UV light). The accurately directed gazes to the nest entrance offer an easily quantifiable readout suitable to ask the ants where they expect their nest entrance. Unexpectedly, all novices performing learning walks under artificial sky conditions looked back to the nest entrance. This was especially surprising, because neuronal changes in the mushroom bodies and the central complex receiving visual input could only be induced with the natural sky when comparing test animals with interior workers. The behavioral findings indicated that Cataglyphis ants use another directional reference system to align their gaze directions during the longest stopping phases of learning walk pirouettes. One possibility was the earth’s magnetic field. Indeed, already disarraying the geomagnetic field at the nest entrance with an electromagnetic flat coil indicated that the ants use magnetic information to align their looks back to the nest entrance. To investigate this finding further, ants were confronted with a controlled magnetic field using a Helmholtz coil. Elimination of the horizontal field component led to undirected gaze directions like the disarray did. Rotating the magnetic field about 90°, 180° or -90° shifted the ants’ gaze directions in a predictable manner. Therefore, the earth’s magnetic field is a necessary and sufficient reference system for aligning nest-centered gazes during learning-walk pirouettes. Whether it is additionally used for other navigational purposes, e. g. for calibrating the solar ephemeris, remains to be tested. Maybe the voltes performed by all Cataglyphis ant species investigated so far can help to answer this question..
N2  - Cataglyphis-Ameisen sind für ihre Navigationsfähigkeiten berühmt. Sie bewohnen lebens-
feindliche Regionen in denen sie einzeln und über weite Strecken Futter suchen müssen. Um mit Beute (meist ein totes Insekt, das die große Hitze nicht überlebt hat) zu ihrem Nest zurückzukehren, bedienen sie sich einer Navigationsstrategie, die als Wegintegration beze- ichnet wird. Dabei müssen die Ameisen die zurückgelegten Distanzen messen und jeden Richtungswechsel registrieren, um schließlich in gerader Linie nachhause zurückkehren zu können. Als Kompass nutzen sie Himmelsinformationen, wie den Stand der Sonne oder das UV-Polarisationsmuster, und für die Distanzmessung verwenden sie einen inneren Schrittzäh- ler sowie optischen Fluss. Außerdem nutzen sie alle weiteren Informationen, die hilfreich sein könnten, um sicher zum Nest zurückzukehren. Dazu gehören visuelle, olfaktorische und taktile Landmarken sowie die Richtung des Windes. Die Navigationsleistungen von Cataglyphis-Ameisen sind insbesondere dann bemerkenswert, wenn man sich bewusst macht, dass sie die meiste Zeit ihres Lebens unter der Erde verbringen. Dort übernehmen sie Auf- gaben im Nest bis sie dann schließlich alt genug sind, um draußen Futter zu suchen. Dann müssen sie ihre Kompasssysteme kalibrieren und alle Informationen lernen, die sie für eine erfolgreiche Futtersuche brauchen.
Dieses sogenannte Navigations-Toolkit steht den Ameisen nicht automatisch zur Verfügung, vielmehr müssen sie es mit eigener Erfahrung füllen. Dafür nutzen sie die ersten ein bis drei Tage außerhalb des Nestes. Während dieser Zeit suchen sie kein Futter, sondern vollführen sogenannte Lernläufe. Lernläufe sind unabdingbar, um später als Fourageur erfolgreich zu sein. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde sowohl die zeitliche und räumliche Entwicklung der Lernläufe als auch deren Feinstruktur untersucht. Mit Versetzungsexperimenten konnte ich zeigen, dass Ameisen genügend Zeit und Raum brauchen, um Lernläufe durchzuführen. Wurden Neulinge während ihrer Lernläufe räumlich eingeschränkt, so konnten sie nicht zum Nest zurückfinden, wenn sie als erfahrene Fourageure getestet wurden. Außerdem brauchen die Ameisen ein bis drei Tage Zeit, um ein Landmarkenpanorama zu erlernen, das sie dann später erfolgreich zur Landmarkenorientierung nutzen können. Eine größere Anzahl an Besuchen am Futterplatz erhöht die Wichtigkeit von Landmarkeninformation für die Ameisen, die anfangs nur ihren Wegintegrator nutzen.
Lernläufe weisen eine beeindruckende Struktur auf. Mit High-Speed-Videoaufnahmen konnte gezeigt werden, dass Cataglyphis-Ameisen artspezifische Drehungen während der Lernläufe vollführen. Die griechischen Cataglyphis-Ameisen (C. noda und C. aenescens) leben in einem Pinienwald, der ihnen ein vielfältiges und landmarkenreiches Panorama bietet. Ihre Lernläufe beinhalten zwei Drehungsformen, nämlich sogenannte Volten (kleine gelaufene Kreise) und Pirouetten (enge Drehungen um die eigene Körperachse mit häufigen Stoppphasen). Während der längsten Stoppphase einer Pirouette schauen die Ameisen zurück in die Richtung ihres Nesteingangs, obwohl sie ihn nicht direkt sehen können. Die tunesischen Cataglyphis-Ameisen (C. fortis ) leben auf einem landmarkenarmen Salzsee. Sie vollführen nur Volten und machen keine Pirouetten während ihrer Lernläufe. Die Funktion von Volten ist noch unbekannt, wohingegen die Feinstruktur der Pirouetten die Vermutung nahelegt, dass die Ameisen sogenannte Schnappschüsse von der Umgebung ihres Nestes machen, um dorthin zurückkehren zu können.
Es schien wahrscheinlich, dass die Ameisen ihren Wegintegrator nutzen, um ihre Blickrich- tungen zum Nest auszurichten. Während der Futtersuche bekommt der Wegintegrator seine Richtungsinformationen vom Himmelskompass. Daher wurde ein Experiment geplant und durchgeführt bei dem die Himmelsinformationen über dem Nesteingang manipuliert wurden (keine Sicht auf die Sonne, kein natürliches Polarisationsmuster oder kein UV-Licht). Die nest- zentrierten Blickrichtungen der Ameisen ermöglichen es relativ einfach zu überprüfen, ob die Ameisen die Position des Nesteingangs kennen. Überraschenderweise schauten die Ameisen unter allen Bedingungen weiterhin zurück zum Nesteingang. Dies war insbesondere be- merkenswert, da die Himmelsmanipulation neuronale Veränderungen in den Pilzkörpern und dem Zentralkomplex (das sind Regionen im Gehirn der Ameisen, die visuelle Informationen verarbeiten) bewirkten bzw. diese verhinderten. Nur unter natürlichen Bedingungen, also bei freiem Blick auf die Sonne, gab es Unterschiede auf neuronaler Ebene zwischen den Testtieren und den Innendiensttieren, die als Kontrolle dienten. Die Ergebnisse des Verhaltensversuchs deuteten darauf hin, dass die Ameisen ein anderes direktionales Referenzsystem nutzen, um ihre Blickrichtungen zu kontrollieren. Eine Möglichkeit war das Erdmagnetfeld. Tatsächlich zeigte schon die experimentelle Streuung des Magnetfelds am Nesteingang mittels einer elektromagnetischen Flachspule, dass die Ameisen tatsächlich Magnetinformationen nutzen, um ihre Blicke auszurichten. Die Blickrichtungen während der längsten Stoppphasen waren nicht mehr zum Nesteingang gerichtet. Um dies genauer zu untersuchen wurden die Ameisen mit dem kontrollierten Magnetfeld einer Helmholtzspule konfrontiert.  Die Eliminierung
der Horizontalkomponente des Magnetfelds bewirkte wiederum, dass die Ameisen nicht zum Nesteingang zurückschauten. Wurde die Horizontalkomponente jedoch um 90◦, 180◦ oder -90◦ gedreht, so folgten die Blickrichtungen der Ameisen dieser Drehung voraussagbar im selben Winkel. Dies zeigt, dass das Erdmagnetfeld tatsächlich das Referenzsystem für die Ausrichtungen der Blicke während der Lernlaufpirouetten darstellt. Ob es auch noch an- deren Navigationszwecken, wie beispielsweise der Kalibrierung der solaren Ephemeris dient, muss zukünftig überprüft werden. Vielleicht können die Volten, die alle bisher untersuchten
KW  - Cataglyphis
KW  - Learning walk
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-159951
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frenz, Silke
T1  - Generierung und Evaluation von Mausmodellen für die auditorische Neuropathie
T1  - Generation and evaluation of mouse models of auditory neuropathy
N2  - Der Hörsinn ist für uns Menschen von entscheidender Bedeutung, um mit der Umwelt kommunizieren zu können. Hörstörungen werden dabei in sensorineurale Erkrankungen der neuronalen Strukturen und nicht-sensorineurale Schallleitungsschwerhörigkeiten unterschieden.
In der vorliegenden Studie sollte es darum gehen zu untersuchen, inwiefern ein neues konditionelles Mausmodell, die Brn3.1 IRES Cre Maus, und ein bestehendes Mausmodell, die pmn-Maus, sich eignen, um die Erkrankung der auditorischen Neuropathie nachzubilden. Die Brn3.1 IRES Cre Maus wurde zur Evaluation der Expression von Cre-Rekombinase unter der Aktivität des Brn3.1 Promotors mit gefloxten Reporter-Mauslinien verkreuzt. Die pmn-Maus ist ein anerkanntes Modell einer Motoneuronerkrankung, hatte aber in vorherigen Untersuchungen erhöhte Hörschwellen gezeigt.
Alle verwendeten Mauslinien wurden mittels ABR und DPOAE frequenzspezifisch untersucht, um die Funktion der Haarzellen im Corti´schen Organ zu evaluieren. Bei der pmn-Linie wurden die audiologischen Untersuchungen wöchentlich zwischen P21 und P35 durchgeführt. Zusätzlich wurde das Corti´sche Organ zu diesen Zeitpunkten morphologisch untersucht.
Es zeigte sich, dass alle verwendeten Mauslinien unauffällige Hörschwellen verglichen zur Backgroundlinie C57BL/6 hatten sowie DPOAE-Antworten zeigten. Die Verkreuzung der Brn3.1 IRES Cre Linie mit den beiden Reporterlinien zeigte eine nachweisbare Cre-Rekombinase-Expression unter der Aktivität des Brn3.1 Promotors nur an den postnatalen Tagen P14 und P21. Diese Expression erfolgte mosaikartig in den äußeren Haarzellen. Mit Hilfe einer RT-PCR wurde eine Diskrepanz zwischen Genotyp und Expression des Reporterproteins im Gewebe festgestellt. Dies ließ vermuten, dass die Expression von Cre-Rekombinase durch gene silencing Prozesse unterdrückt wurde und Brn3.1 als Promotor nicht leistungsstark genug war, um eine Cre-Rekombinase-Expression steuern zu können.
Die pmn-Linie zeigte in ABR-Untersuchungen bereits zum Zeitpunkt P21 erhöhte Hörschwellen in allen untersuchten Frequenzen im Vergleich zum Wildtyp. DPOAE-Antworten waren in der pmn-Linie nur bedingt auslösbar. Es zeigte sich in der morphologischen Evaluation ein Verlust von äußeren Haarzellen über die gesamte Länge des Corti´schen Organes. Durch einen TUNEL-Assay konnte das Absterben dieser Zellen durch apoptotische Vorgänge nachgewiesen werden. Der pmn-Phänotyp entsteht durch eine Mutation im TBCE Gen. Dieses Gen kodiert für ein Protein, welches einen stabilisierenden Einfluss auf die Organisation der Mikrotubuli hat. Die TBCE-Verteilung im Corti´schen Organ zeigte, dass dieses hauptsächlich in den äußeren Haarzellen und inneren Stützzellen exprimiert wird und damit wahrscheinlich einen bedeutenden Einfluss auf die Erhaltung der Haarzellen hat. Eine Analyse des Hörnervs zeigte einen Verlust von Mikrotubuli.
Neben diesen in vivo Untersuchungen sollte außerdem eine gliazellfreie Kultur von dissoziierten auditorischen Neuronen etabliert werden. Hierfür wurden mehrere Faktoren einer Primärzellkultur in Bezug auf ihren Einfluss auf die Gesamtzellzahl, den prozentualen Neuronanteil und die Axonlänge der Neurone untersucht. Das Medium, die Beschichtung des Zellkulturgefäßes, die Gabe von Neurotrophinen/Zytokinen und der Einsatz eines Zytostatikums wurden separat untersucht. Es zeigte sich, dass das Medium, die Beschichtung und Neurotrophin-/Zytokingabe hauptsächlich einen Einfluss auf das axonale Längenwachstum von Neuronen haben. Den Prozentsatz der Neurone beeinflusste nur der Einsatz des Zytostatikums Cytosin-β-D-arabinofuranosid (AraC) signifikant. Die Ergebnisse wurden auch im Zusammenhang mit der reellen Neuronanzahl in Kultur gesehen.
Es ergab sich weiterhin eine Präferenz für DMEM- über NB-Medium sowie für zusätzliche Lamininbeschichtung, für den Einsatz des Zytokins LIF gegenüber den neurotrophen Faktoren BDNF und NT-3 und die Gabe des Zytostatikums AraC ab Tag 2 nach Ausplattierung in einer Konzentration von 5-10 µM. Ein kombinatorischer Einsatz dieser Präferenzen spiegelte in Summe die Ergebnisse der Versuchsreihen Neurotrophine/Zytokin und AraC wieder. Der Anteil der Neurone in der Kultur konnte im Durchschnitt auf 10-12 % gesteigert werden. Eine Verschiebung des Glia-/Neuronenanteils zugunsten letzterer ist vermutlich nur durch den Einsatz weiterer Faktoren oder anderer Methoden möglich.
Die untersuchten Mausmodelle zeigten auf Grund der Untersuchungsergebnisse nur teilweise Ähnlichkeiten mit der Erkrankung der auditorischen Neuropathie. Die Erkenntnisse zur pmn-Mauslinie über das frequenzspezifische Hörvermögen und die morphologische Degeneration im Corti´schen Organ im altersabhängigen Verlauf können aber hilfreich sein, um neben der motorischen auch die sensorische Degeneration dieser Pathologie besser zu verstehen. Zudem konnten auch umfassende Erkenntnisse für die Kultur von dissoziierten auditorischen Neuronen der Maus in Bezug auf verschiedene Variablen erhalten werden.
N2  - As one of the five senses the aural sense is the most essential part for human interactions and communication. Disturbances of this sense are differentiated into non-sensorineural disorders with a disturbed sound transmission, and sensorineural ones, which affect the neural structures of the ear.
The actual study was focused on the question if a newly generated mouse model, the Brn3.1 IRES Cre mouse, and an established line, the pmn-mouse, were suitable to simulate the pathology of auditory neuropathy. The Brn3.1 IRES Cre mouse was crossbred with flox reporter mouse lines to evaluate the expression of Cre recombinase under the activity of the Brn3.1 promotor. The pmn-mouse is the existing murine model of a motoneuron disease, but showed elevated hearing thresholds in previous studies.
All used lines were audiologically tested at different frequencies using ABR and DPOAE to evaluate the functional status of the hair cells in the organ of Corti. These evaluations were done in the pmn-line weekly from P21 to P35. At those time points the organ of Corti was also evaluated morphologically.
The study showed that all used mouse lines showed normal hearing thresholds compared to the background line C57BL/6 and displayed DPOAE answers. In F1 offspring of Brn3.1 IRES Cre crossbred with the LacZ reporter line Cre recombinase expression under Brn3.1 promotor activity was observed at P14 and P21. Expression was mosaic-like in outer hair cells and limited to the aforementioned time points. Using RT-PCR is was possible to show a discrepancy between genotype and expression of the reporter protein in the tissue. It was assumed, that expression of Cre recombinase was suppressed by gene silencing processes and Brn3.1 was not potent enough to drive sufficient Cre recombinase expression.
The audiological evaluation of the pmn-line showed already at P21 elevated hearing thresholds compared to wildtype mice. DPOAE answers could be elicited only in certain frequencies in pmn-mice. Morphological analysis showed a loss of outer hair cells spanning the whole length of the organ of Corti at all phases. A TUNEL assay showed that the hair cells died by apoptosis. The pmn-phenotype is characterized by a mutation in the TBCE gene, a protein responsible for organization of microtubules. A distribution analysis showed that TBCE in the organ of Corti was mainly expressed in the outer hair cells as well as the inner pillar cells and thus likely influences the maintenance of these structures. The auditory nerves of the pmn-mice also displayed some loss of microtubules.
Additionally to the in vivo evaluation, it was tried to establish a glial cell free culture of dissociated spiral ganglia neurons. Therefore several factors of a primary cell culture were evaluated concerning their influence on overall cell number, percentage of neurons and neuritic outgrowth.
To establish a glial cell free culture of dissociated spiral ganglia neurons, the variables media, coating, neurotrophins/cytokines and use of a cytostatic were evaluated separately. While the first three mentioned mainly influenced the neurite outgrowth in culture, the last one increased the percentage of neurons. The results were checked against the real number of neurons in culture. 
The results yielded a preference for DMEM over NB medium, as well as for additional laminin coating, the use of the cytokine LIF over the neurotrophins BDNF and NT-3 and the application of the cytostatic cytosine-β-D-arabinofuranosid at a concentration of 5-10 µM from day 2 after plating. Combining these preferences yielded similar results to those of the test series of neurotrophins/cytokines and cytostatic. The percentage of neurons in culture could be increased to an average of 10-12 %. A shift of the glial cell/neuron percentage in favor of the latter seems to need the addition of further factors or the use of other methods.
The results showed, that the mouse lines evaluated in this study did not resemble pathologies fully comparable to those of auditory neuropathy. However, further information on the pmn-mouse line concerning frequency-specific hearing thresholds and morphologic degeneration in the organ of Corti in a time dependent manner could be gathered. This may be helpful to better understand sensory next to motor neuron degeneration in this pathology. Furthermore comprehensive results could be gained for the culture of dissociated spiral ganglia neurons concerning different variables.
KW  - Audiologie
KW  - Neuropathologie
KW  - Elektrophysiologie
KW  - Sinneszelle
KW  - Auditorische Neuropathie
KW  - Haarzelle
KW  - Corti-Organ
KW  - transgenes Modell
KW  - sensorische Neurone
KW  - Transgener Organismus
KW  - Maus
KW  - Tiermodell
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-177101
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TY  - THES
A1  - Yu, Sung-Huan
T1  - Development and application of computational tools for RNA-Seq based transcriptome annotations
T1  - Entwicklung und Anwendung bioinformatischer Werkzeuge für RNA-Seq-basierte Transkriptom-Annotationen
N2  - In order to understand the regulation of gene expression in organisms, precise genome annotation is essential. In recent years, RNA-Seq has become a potent method for generating and improving genome annotations. However, this Approach is time consuming and often inconsistently performed when done manually. In particular, the discovery of non-coding RNAs benefits strongly from the application of RNA-Seq data but requires significant amounts of expert knowledge and is labor-intensive. As a part of my doctoral study, I developed a modular tool called ANNOgesic that can detect numerous transcribed genomic features, including non-coding RNAs, based on RNA-Seq data in a precise and automatic fashion with a focus on bacterial and achaeal species. The software performs numerous analyses and generates several visualizations. It can generate annotations of high-Resolution that are hard to produce using traditional annotation tools that are based only on genome sequences. ANNOgesic can detect numerous novel genomic Features like UTR-derived small non-coding RNAs for which no other tool has been developed before. ANNOgesic is available under an open source license (ISCL) at https://github.com/Sung-Huan/ANNOgesic.
My doctoral work not only includes the development of ANNOgesic but also its application to annotate the transcriptome of Staphylococcus aureus HG003 - a strain which has been a insightful model in infection biology. Despite its potential as a model, a complete genome sequence and annotations have been lacking for HG003. In order to fill this gap, the annotations of this strain, including sRNAs and their functions, were generated using ANNOgesic by analyzing differential RNA-Seq data from 14 different samples (two media conditions with seven time points), as well as RNA-Seq data generated after transcript fragmentation. ANNOgesic was
also applied to annotate several bacterial and archaeal genomes, and as part of this its high performance was demonstrated. In summary, ANNOgesic is a powerful computational tool for RNA-Seq based annotations and has been successfully applied to several species.
N2  - Exakte Genomannotationen sind essentiell für das Verständnis Genexpressionsregulation in verschiedenen Organismen. In den letzten Jahren entwickelte sich RNA-Seq zu einer äußerst wirksamen Methode, um solche Genomannotationen zu erstellen und zu verbessern. Allerdings ist das Erstellen von Genomannotationen bei manueller Durchführung noch immer ein zeitaufwändiger und inkonsistenter Prozess. Die Verwendung von RNA-Seq-Daten begünstigt besonders die Identifizierung von nichtkodierenden RNAs, was allerdings arbeitsintensiv ist und fundiertes Expertenwissen erfordert. Ein Teil meiner Promotion bestand aus der Entwicklung eines modularen Tools namens ANNOgesic, das basierend auf RNA-Seq-Daten in der Lage ist, eine Vielzahl von Genombestandteilen, einschließlich nicht-kodierender RNAs, automatisch und präzise zu ermitteln. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Anwendbarkeit für bakterielle und archaeale Genome. Die Software führt eine Vielzahl von Analysen durch und stellt die verschiedenen Ergebnisse grafisch dar. Sie generiert hochpräzise Annotationen, die nicht unter Verwendung herkömmlicher Annotations-Tools auf Basis von Genomsequenzen erzeugt werden könnten. Es kann eine Vielzahl neuer Genombestandteile, wie kleine nicht-kodierende RNAs in UTRs, ermitteln, welche von bisherigen Programme nicht vorhergesagt werden können. ANNOgesic ist unter einer Open-Source-Lizenz (ISCL) auf https://github.com/Sung-Huan/ANNOgesic verfügbar.
Meine Forschungsarbeit beinhaltet nicht nur die Entwicklung von ANNOgesic, sondern auch dessen Anwendung um das Transkriptom des Staphylococcus aureus-Stamms HG003 zu annotieren. Dieser ist einem Derivat von S. aureus NCTC8325 - ein Stamm, Dear ein bedeutendes Modell in der Infektionsbiologie darstellt. Zum Beispiel wurde er für die Untersuchung von Antibiotikaresistenzen genutzt, da er anfällig für alle bekannten Antibiotika ist. Der Elternstamm NCTC8325 besitzt zwei Mutationen im regulatorischen Genen (rsbU und tcaR), die Veränderungen der Virulenz zur Folge haben und die in Stamm HG003 auf die Wildtypsequenz zurückmutiert wurden. Dadurch besitzt S. aureus HG003 das vollständige, ursprüngliche Regulationsnetzwerk und stellt deshalb ein besseres Modell zur Untersuchung von sowohl Virulenz als auch Antibiotikaresistenz dar. Trotz seines Modellcharakters fehlten für HG003 bisher eine
vollständige Genomsequenz und deren Annotationen. Um diese Lücke zu schließen habe ich als Teil meiner Promotion mit Hilfe von ANNOgesic Annotationen für diesen Stamm, einschließlich sRNAs und ihrer Funktionen, generiert. Dafür habe ich Differential RNA-Seq-Daten von 14 verschiedenen Proben (zwei Mediumsbedingungen mit sieben Zeitpunkten) sowie RNA-Seq-Daten, die von fragmentierten Transkripten generiert wurden, analysiert. Neben S. aureus HG003 wurde ANNOgesic auf eine Vielzahl von Bakterien- und Archaeengenome angewendet und dabei wurde eine hohe
Performanz demonstriert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ANNOgesic ein mächtiges bioinformatisches Werkzeug für die RNA-Seq-basierte Annotationen ist und für verschiedene Spezies erfolgreich angewandt wurde.
KW  - RNA-Seq
KW  - Genome Annotation
KW  - small RNA
KW  - Genom
KW  - Annotation
KW  - Small RNA
KW  - Bioinformatik
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176468
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TY  - THES
A1  - Wunsch, Marie
T1  - Das enterische Nervensystem als mögliche Zielstruktur der Autoimmunreaktion in der Multiplen Sklerose
T1  - The enteric nervous system is a potential autoimmune target in multiple sclerosis
N2  - Bei der Multiplen Sklerose (MS) handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS). Abhängig von der betroffenen ZNS-Region kann es zu vielfältigen Symptomen kommen. Neben neurologischen Symptomen verursacht durch ZNS-Läsionen leidet ein Großteil der MS-Patienten auch unter gastrointestinalen Funktionsstörungen. Diese gastrointestinalen Symptome wurden bisher eher auf Läsionen im Rückenmark zurückgeführt und nicht direkt in Verbindung mit der autoimmunen Ätiologie der Erkrankung gebracht.
In dieser Studie wurde das enterische Nervensystem (ENS) in einem B-Zell- und Antikörper-abhängigen Mausmodell der MS untersucht. Dafür wurde der Autoimmunprozess durch Immunisierung mit MP4, einem Fusionsprotein aus dem Myelin-Basischen-Protein (MBP) und dem Proteolipid-Protein (PLP), ausgelöst. Das ZNS und ENS wurden in den unterschiedlichen Erkrankungsstadien immunhistochemisch und elektronenmikroskopisch analysiert. Neben der Immunpathologie des ZNS konnte dabei eine Degeneration des ENS schon vor dem Einsetzen der ersten neurologischen Defizite nachgewiesen werden. Die ENS-Pathologie war antikörper-mediiert und ging einher mit einer verringerten gastrointestinalen Motilität sowie mit einer Gliose und Neurodegeneration des ENS.
Mithilfe von Immunpräzipitation und Massenspektrometrie konnten im ENS vier mögliche Zielstrukturen des Autoimmunprozesses identifiziert werden, was auf sog. epitope spreading hindeutet. Auch im Plasma von MS-Patienten konnten Antikörper gegen drei dieser Antigene nachgewiesen werden. Des Weiteren zeigten sich in Kolon-Resektaten von MS-Patienten erste Ansätze einer Neurodegeneration und Gliose des ENS. 
In dieser Studie wurde zum ersten Mal ein direkter Zusammenhang zwischen der Autoimmunreaktion gegen das ZNS und einer simultanen Reaktion gegen das ENS gezeigt. Dies kann einen Paradigmenwechsel im Verständnis der Immunpathogenese der MS anstoßen und neue therapeutische und diagnostische Ansätze initiieren.
N2  - Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease, in which the immune system attacks the central nervous system (CNS). Clinical symptoms and the course of the disease can vary among patients, depending on the region of the brain primarily affected. Besides the neurological symptoms caused by CNS lesions, a great amount of MS patients display functional gastrointestinal impairments. Gastrointestinal symptoms were previously explained by the presence of spinal cord lesions rather than being linked to the autoimmune pathomechanisms of the disease. 
Here, the enteric nervous system (ENS) was studied in a B cell- and antibody-dependent mouse model of MS, in which the myelin basic protein (MBP) - proteolipid protein (PLP) fusion protein MP4 was used to initiate the autoimmune attack. Immunohistochemistry and electron microscopy were performed at different stages of the disease. We noted that in addition to the immune pathology in the CNS itself, the ENS also showed signs of degeneration. ENS degeneration was evident prior to the manifestation of CNS lesions and to the onset of neurological deficits in mice. ENS pathology was antibody-mediated and accompanied by impaired gastrointestinal motility, ENS gliosis and neurodegeneration. Using immunoprecipitation and mass spectrometry, four autoimmune targets expressed by enteric glia and/or neurons could be identified suggesting that epitope spreading to antigens of the ENS had occurred. MS patients displayed plasma antibodies against three of the ENS autoantigens. Studying human colon resectates provided preliminary evidence for gliosis and neurodegeneration of the ENS in MS patients, which was absent in non-MS controls.
Overall, this study establishes a pathomechanistic link between the well-established autoimmune attack on the CNS and a simultaneous attack on the ENS that has not been described so far. These findings can initiate a paradigm shift in the current understanding of the pathomechanism of MS with diagnostic and therapeutic implications.
KW  - Multiple Sklerose
KW  - Autoantikörper
KW  - Enterisches Nervensystem
KW  - Experimentelle Autoimmune Enzephalomyelitis
KW  - Darmwandnervensystem
KW  - Autoimmunität
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175888
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TY  - THES
A1  - Mayer, Rafaela
T1  - OxPAPC as an endogenous agonist of TRPA1 channels on nociceptors
T1  - OxPAPC als endogener Agonist von TRPA1 Kanälen auf Nozizeptoren
N2  - Non-steroidal antiinflammatory drugs are most commonly used for inflammatory and postoperative pain. But they lack effectiveness and specificity, leading to severe side effects, like gastric ulcers, asthma and severe bleeding. Oxidized 1-palmitoyl-2-arachinidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (OxPAPC) plays an important role in inflammatory pain. PAPC is a common phosphatidylcholine of membranes, which can be oxidized by reactive oxygen species. In preliminary experiments, our group found that local injection of OxPAPC in rat paws induces hyperalgesia.
In this study we examined the effect of OxPAPC on transient receptor potential A1 (TRPA1), an ion channel expressed in C-fiber neurons. Furthermore, we investigated if intracellular cysteine residues of TRPA1 were necessary for agonist-channel-interactions and if a subsequent TRPA1 activation could be prevented by OxPAPC scavengers.
To answer these questions, we performed calcium imaging using HEK-293 cells stably expressing hTRPA1, or transiently expressing the triple mutant channel hTRPA1-3C and naïve DRG neurons. Cells were incubated with the ratiometric, fluorescent dye Fura-2/AM and stimulated with OxPAPC. The change of light emission after excitation with 340 and 380 nm wavelengths allowed conclusions regarding changes of intracellular calcium concentrations after TRPA1 activation.
In our investigation we proved evidence that OxPAPC activates TRPA1, which caused a flow of calcium ions into the cytoplasm. The TRPA1-specific channel blocker HC-030031 eliminated this agonist-induced response. TRPA1-3C was not completely sensitive to OxPAPC. The peptide D-4F and the monoclonal antibody E06 neutralized OxPAPC-induced TRPA1 activation.
In this work, the importance of OxPAPC as a key mediator of inflammatory pain and as a promising target for drug design is highlighted. Our results indicate that TRPA1 activation by OxPAPC involves cysteine-dependent mechanisms, but there are other, cysteine-independent activation mechanisms as well. Potential pharmaceuticals for the treatment of inflammatory pain are D-4F and E06, whose efficiency has recently been confirmed in the animal model by our research group.
N2  - Nichtsteroidale Antiphlogistika werden bei Entzündungs- und postoperativen Schmerzen eingesetzt. Ihre mangelnde Effektivität und Spezifität kann jedoch starke Nebenwirkungen wie Magen-Darmulzera, Analgetikaasthma und Blutungen hervorgerufen. Hyperalgesie kann in Entzündungsprozessen lokal durch das oxidierte Phospholipid 1-Palmitoyl-2-Arachinidonoyl-sn-Glycero-3- Phosphocholin (OxPAPC) induziert werden, welches durch Oxidation mit reaktiven Sauerstoffspezies entsteht. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass OxPAPC nach intraplantarer Injektion in Rattenpfoten Hyperalgesie hervorruft.
In dieser Arbeit steht die Interaktion zwischen OxPAPC und dem „transient receptor potential A 1“ Kanal (TRPA1), einem Ionenkanal von C-Faser-Neuronen, im Fokus. Es wurde untersucht, ob intrazelluläre Cysteinreste zur Aktivierung durch oxidierte Phospholipide beitragen und ob diese durch einen OxPAPC-spezifischen Antagonismus verhindert werden kann. Zur Klärung der Fragestellung verwendeten wir HEK-293 Zellen, die entweder hTRPA1 stabil oder den an drei Positionen mutierten hTRPA1-C3 transient exprimierten und native DRG Neurone. Die Änderung der intrazellulären Kalziumionenkonzentration nach Kanalmodulation mit OxPAPC wurde mittels ratiometrischer Fura-2/AM-Experimente bestimmt.
Wir zeigten, dass OxPAPC zur Aktivierung von TRPA1 führt, welche sich nach Zugabe des spezifischen Antagonisten HC-030031 als reversibel erwies. Sind drei Cysteine des intrazelllulären Aminoterminus von TRPA1 mutiert, wurde ein Anstieg der intrazellulären Kalziumkonzentration durch OxPAPC verringert. Das Peptid D-4F und der monoklonale Antikörper E06 neutralisierten die Wirkung von OxPAPC auf den Kanal.
Das in Entzündungsprozessen gebildete OxPAPC ist ein endogener Agonist von TRPA1 Kanälen und stellt damit eine potentielle pharmakologische Zielsubstanz für die Entwicklung von Analgetika dar. Naheliegend ist, dass die Aktivierung von TRPA1 durch OxPAPC über Cysteinbindungsstellen erfolgen kann. Jedoch sind weitere, cysteinunabhängige Mechanismen ebenfalls wahrscheinlich. D-4F und E06 sind vielversprechende neuartige Substanzen für die Behandlung von Entzündungsschmerz. Ihre analgetische Wirkung wurde bereits im Tiermodell durch unsere Arbeitsgruppe bestätigt.
KW  - Schmerzforschung
KW  - Phospholipide
KW  - Entzündung
KW  - Schmerztherapie
KW  - Ionenkanal
KW  - TRPA1 channel
KW  - Oxidized Phospholipids
KW  - Inflammatory Pain
KW  - Nociceptor
KW  - DRG
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175890
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TY  - THES
A1  - Wagner, Martin
T1  - Chronic Kidney Disease as an Important Co-morbid Condition in Coronary Heart Disease Patients
T1  - Chronische Nierenerkrankung als bedeutender Risikofaktor bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit
N2  - In patients with coronary heart disease (CHD) the control of the modifiable “traditional” cardiovascular risk factors such as hypertension, dyslipidemia, diabetes, achieving/maintaining normal body weight and smoking cessation is of major importance to improve prognosis. Guideline recommendations for secondary CHD prevention include specific treatment targets for blood pressure, lipid levels, and markers of glucose metabolism for both younger and older patients. Chronic kidney disease (CKD) has been identified as a “non-traditional” risk factor for worse outcome in CHD patients, as it is associated with a markedly increased risk for subsequent CV events and mortality.
The specific objectives of the current thesis-project are to investigate (a) the quality of care in a recent sample of German CHD patients and to investigate variation of risk factor control between younger and elder patients (≤70 versus >70 years), (b) to analyze the prevalence of CKD across Europe in stable CHD patients in the outpatient setting and during a hospital stay for CHD, (c) to investigate the level of awareness of CKD in German CHD patients and their treating physicians.
Data from the European-wide EUROASPIRE IV study were used that include data on 7998 CHD patients in the ambulatory setting (study visit) and during a hospital stay for CHD (index). The German EUROASPIRE IV study center in Würzburg recruited 536 patients in 2012-2013. Risk factor control was compared against the current recommendations of the European Society of Cardiology. CKD was described by stages of glomerular filtration rate (eGFR) and albuminuria. German patients were asked in an additional kidney specific module whether they have ever been told by a physician about renal impairment. The fact that CKD or acute kidney injury (AKI) was mentioned in prominent parts of the hospital discharge letter as well as correct ICD-coding of CKD or AKI served as a proxy for physician’s awareness of CKD.
The majority of German CHD patients was treated with the recommended drug therapies including e.g. β-blockers, anti-platelets and statins. However, treatment targets for blood pressure and LDL-cholesterol levels were not achieved in many patients (45% and 53%, respectively) and glycemic control in diabetic CHD patients with HbA1-levels <7% was insufficient (61%). A minority of patients reported on current smoking (10%), but unhealthy life-styles e.g. overweight/obesity (85%/37%) were frequent. Patterns of care differed between younger and older CHD patients while older patients were less likely to receive the recommended medical CHD-therapy, were more likely to have uncontrolled blood pressure and also to be diabetic. However, a greater proportion of diabetic patients >70 years was achieving the HbA1c target, and less elder patients were current smokers or were obese. About 17% of patients on average had CKD (eGFR< 60 ml/min/1.73m²) in the entire European sample at the study visit, and an additional 10% had albuminuria despite preserved eGFR, with considerable variation among countries. Impaired kidney function was observed in every fifth patient admitted for CHD in the entire European dataset of the EUROASPIRE IV study. Of the German CHD patients with CKD at the study visit, only a third were aware of their renal impairment. A minority of these patients was being seen by nephrologists, however, with a higher likelihood of CKD awareness and specialist care in more advanced stages of CKD. About a third of patients admitted for CHD showed either CKD or AKI during the hospital stay, but the discharge letter mentioned chronic or acute kidney disease only in every fifth of these patients. In contrast, correct ICD coding of CKD or AKI was more complete, but still suboptimal.
In summary, quality of secondary prevention in German CHD patients indicates considerably room for improvement, with life-style modifications may become an even greater factor in prevention campaigns than medical treatment into certain target ranges. Preventive therapies should also consider different needs in older individuals acknowledging physical and mental potential, other comorbidities and drug-interactions with co-medication. CKD is common in CHD patients, not only in the elderly. Since CHD and CKD affect each other and impact on worse prognosis of each other, raising the awareness of CKD among patients and physicians and considering CKD in medical therapy may improve prognosis and slow disease progression of CHD as well as CKD.
N2  - Bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) ist die Behandlung der „klassischen“ kardiovaskulären Risikofaktoren wie Bluthochdruck, Hypercholesterinämie, Diabetes, ein normales Körpergewicht sowie der Nikotinverzicht von Bedeutung, um die Prognose zu verbessern. Leitlinien empfehlen in der Sekundärprävention spezifische Behandlungsziele für Bluthochdruck, Hypercholesterinämie und Diabetes. Die chronische Niereninsuffizienz (NI) stellt einen „nicht-klassischen“ Risikofaktor für eine schlechtere Prognose bei KHK-Patienten dar und ist assoziiert mit einem erhöhten Risiko für eine Progression der KHK und kardiovaskuläre Mortalität.
Die Studienziele der vorgelegten Arbeit beinhalten (a) die Umsetzung der KHK-Leitlinien in einem deutschen Kollektiv von Patienten inklusive der Unterschiede in der Versorgung zwischen Jüngeren und älteren Patienten (≤70 / >70 Jahre). Zudem (b) wird die Prävalenz der NI in stabilen ambulanten Verhältnissen und ebenso während eines Krankenhausaufenthaltes aufgrund eines KHK-Ereignisses in 24 Europäischen Ländern inklusive Deutschland untersucht. Schließlich (c) wird am deutschen Studienzentrum das Bewusstsein („Awareness“) für Nierenerkrankungen sowohl bei den Patienten als auch den behandelnden Ärzten analysiert.
Es wurden die Daten der europaweiten EUROASPIRE IV Studie verwendet, für die zwischen 2012 und 2013 insgesamt 7998 KHK Patienten rekrutiert wurden. Sie enthält Informationen aus einem ambulanten Studienbesuch und aus einem Krankenhausaufenthalt aufgrund eines KHK-Ereignisses (Index). Am deutschen Studienzentrum in Würzburg wurden 536 Patienten eingeschlossen und die Qualität der Risikofaktorkontrolle nach den Empfehlungen der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie untersucht. Chronische NI wurde in Stadien eingeteilt anhand von glomerulärer Filtrationsrate (eGFR) und Albuminurie. Zudem Am deutschen EUROASPIRE IV Studienzentrum wurden die Patienten zudem in einem zusätzlichen „Nieren-spezifischen Modul“ befragt, ob sie jemals von einem Arzt hinsichtlich einer Nierenerkrankung aufgeklärt wurden. Um das Bewusstsein für Nierenerkrankungen bei Ärzten einzuschätzen, wurde untersucht, ob akute oder chronische Nierenfunktionseinschränkungen im Arztbrief des Index-Aufenthaltes erwähnt wurden, und ob Nierenerkrankungen adäquat ICD-codiert waren.
Die Mehrheit der deutschen KHK-Patienten wurde mit den empfohlenen Präparaten β-Blocker, Aspirin und Statinen behandelt, allerdings wurden die Ziel-/Grenzwerte für Blutdruck und Cholesterin oftmals nicht erreicht (45% bzw. 53%), ebenso wie die Blutzuckerkontrolle bei diabetischen Patienten (39%). Nur wenige Patienten waren aktive Raucher (10%), aber viele waren übergewichtig (85%) oder adipös (37%). Ältere Patienten erhielten seltener die empfohlenen Präparate und waren häufiger hypertensiv oder Diabetiker. Allerdings zeigten sich diabetische Patienten >70 Jahre besser kontrolliert und ältere Patienten waren seltener Raucher oder übergewichtig. Im Durchschnitt hatten 17% der KHK Patienten – mit großer Variation innerhalb der teilnehmenden Staaten – im EUROASPIRE IV Gesamtkollektiv eine chronische NI (eGFR <60 ml/min/1.73m²) und zusätzliche 10% hatten Albuminurie bei erhaltener eGFR. Eine eingeschränkte Nierenfunktion zeigte sich auch in jedem fünften Patienten bei Krankenhausaufnahme für das Index Ereignis im EUROASPIRE IV Gesamtkollektiv. Von den deutschen Patienten mit chronischer NI gab nur ein Drittel an, von ihrer Nierenfunktionseinschränkung zu wissen. Nur wenige dieser Patienten wurden von einem Nephrologen behandelt, wobei Patienten mit fortgeschrittener NI sich sowohl häufiger ihrer NI bewusst waren als auch von Spezialisten behandelt wurden. Im Index-Krankenhausaufenthalt hatte ein Drittel der Patienten wenigstens einen Hinweis auf eine entweder chronisch oder akut eingeschränkte Nierenfunktion. Lediglich in einem Fünftel war diese Diagnose im Entlassungsbrief erwähnt, während die Codierung nach Entlassung zwar vollständiger, aber immer noch lückenhaft war.
Die Qualität der Sekundärprävention in deutschen KHK-Patienten lässt weiterhin beträchtlichen Raum für Verbesserung. Hierbei erscheinen die Veränderung im Lebensstil weitaus zielführender zu sein als die medikamentöse Therapie in definierte Zielbereiche. Die medizinische Therapie und die  Herangehensweise an Verhaltensänderungen muss insbesondere bei älteren Patienten an die besondere Bedürfnisse dieser Patientengruppe angepasst werden. Chronische NI ist häufig bei KHK Patienten anzutreffen, nicht nur bei älteren Studienteilnehmern. KHK und chronische NI beeinflussen sich und die Prognose des jeweils anderen gegenseitig, sodass eine Steigerung des Bewusstseins für Nierenerkrankungen sowohl bei Patienten als auch bei Ärzten, und die Anpassung der Behandlungsstrategie womöglich zu einer Verbesserung der Prognose und zur Verlangsamung des Fortschreitens beider Erkrankungen, KHK und NI führen.
KW  - koronare Herzerkrankung
KW  - Sekundärprävention
KW  - Chronische Nierenerkrankung
KW  - coronary heart disease
KW  - secondary prevention
KW  - chronic kidney disease
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175498
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gulve, Nitish
T1  - Subversion of Host Genome Integrity by Human Herpesvirus 6 and \(Chlamydia\) \(trachomatis\)
T1  - Störung der Integrität des Wirts Genoms durch das Human Herpesvirus 6 und \(Chlamydia\) \(trachomatis\)
N2  - Ovarian cancer is one of the most common gynecological malignancies in the world. The prevalence of a microbial signature in ovarian cancer has been reported by several studies till date. In these microorganisms, Human herpesvirus 6 (HHV-6) and Chlamydia trachomatis (C.tr) are especially important as they have significantly high prevalence rate. Moreover, these pathogens are directly involved in causing DNA damage and thereby disrupting the integrity of host genome which is the underlying cause of any cancer. This study focuses on how the two pathogens, HHV-6 and C. trachomatis can affect the genome integrity in their individual capacities and thereby may drive ovarian epithelial cells towards transformation. HHV-6 has unique tendency to integrate its genome into the host genome at subtelomeric regions and achieve a state of latency. This latent virus may get reactivated during the course of life by stress, drugs such as steroids, during transplantation, pregnancy etc. The study presented here began with an interesting observation wherein the direct repeat (DR) sequences flanking the ends of double stranded viral genome were found in unusually high numbers in human blood samples as opposed to normal ratio of two DR copies per viral genome. This study was corroborated with in vitro data where cell lines were generated to mimic the HHV-6 status in human samples. The same observation of unusually high DR copies was found in these cell lines as well. Interestingly, fluorescence in situ hybridization (FISH) and inverse polymerase chain reaction followed by southern blotting showed that DR sequences were found to be integrated in nontelomeric regions as opposed to the usual sub-telomeric integration sites in both human samples and in cell lines. Sanger sequencing confirmed the non-telomeric integration of viral DR sequences in the host genome. Several studies have shown that C. trachomatis causes DNA damage and inhibits the signaling cascade of DNA damage response. However, the effect of C. trachomatis infection on process of DNA repair itself was not addressed. In this study, the effect of C. trachomatis infection on host base excision repair (BER) has been addressed. Base excision repair is a pathway which is responsible for replacing the oxidized bases with new undamaged ones. Interestingly, it was found that C. trachomatis infection downregulated polymerase β expression and attenuated polymerase β- mediated BER in vitro. The mechanism of the polymerase β downregulation was found to be associated with the changes in the host microRNAs and downregulation of tumor suppressor, p53. MicroRNA-499 which has a binding site in the polymerase β 3’UTR was shown to be upregulated during C. trachomatis infection. Inhibition of miR-499 using synthetic miR-499 inhibitor indeed improved the repair efficiency during C. trachomatis infection in the in vitro repair assay. Moreover, p53 transcriptionally regulates polymerase β and stabilizing p53 during C. trachomatis infection enhanced the repair efficiency. Previous studies have shown that C. trachomatis can reactivate latent HHV-6. Therefore, genomic instability due to insertions of unstable ‘transposon-like’ HHV-6 DR followed by compromised BER during C. trachomatis infection cumulatively support the hypothesis of pathogenic infections as a probable cause of ovarian cancer
N2  - Diese Studie fokussiert sich darauf, wie die beiden Pathogene HHV-6 und C. trachomatis die
Genom Integrität beeinflussen und dadurch die Transformation ovarialer Epithelzellen zu
Tumorzellen antreiben können.
Das latente Virus HHV-6 kann sich in Subtelomer-Regionen des Genoms integrieren und zu jeder Lebensphase (z.B. durch Stress oder Pharmaka) reaktiviert werden. Zu Beginn dieser
Studie wurde die Beobachtung gemacht, dass in menschlichen Blutproben eine ungewöhnlich hohe Anzahl an sogenannten direct repeat Sequnzen, die die Enden des
doppelsträngigen Virus Genoms flankieren, aufwiesen. Bestätigt wurde diese Beobachtung durch in vitro Daten, wofür Zelllinien generiert wurden, um den HHV-6 Wert in menschlichen Proben zu imitieren. Außerdem konnte durch Sanger Sequenzierung die Integration der viralen DR Sequenzen außerhalb von Telomer Regionen in das Genom nachgewiesen werden.
Verschiedene Studien konnten zeigen, dass C. trachomatis DNA Schäden verursacht und die Signal Kaskade von Antworten auf DNA-Schäden inhibiert. Bisher wurde die Auswirkung
einer C. trachomatis Infektion auf den Prozess der DNA Reparatur selbst noch nicht behandelt. In dieser Studie wird die Auswirkung einer C. trachomatis Infektion auf Basen-Exzisionsreparatur (BER) thematisiert. Interessanterweise wurde herausgefunden, dass während einer C. trachomatis Infektion die Expression von Polymerase β herunterreguliert ist und dadurch die Polymerase β-vermittelte Basen-Exzisionsreparatur in vitro gestoppt
wird. Diese Herunterregulierung konnte mit einer verminderten Expression des Tumorsuppressor p53 assoziiert werden. Darüber hinaus reguliert p53 auf transkriptioneller
Ebene Polymerase β und eine Stabilisierung von p53 während einer C. trachomatis Infektion verbesserte die Reparatur-Effizienz. Vorangegangene Studien haben außerdem gezeigt, dass C. trachomatis die latente Form von HHV-6 reaktivieren kann. Deshalb unterstützt die genomische Instabilität aufgrund einer Insertion von HHV-6 DR, gefolgt von komprimierter BER während einer C. trachomatis Infektion, zunehmend die Hypothese, dass eine pathogene Infektion ein vermutlicher Auslöser von Eierstockkrebs sein könnte.
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Host Genome Integrity
KW  - Chlamydia trachomatis
KW  - Human Herpesvirus 6
KW  - Humanes Herpesvirus 6
KW  - Eierstockkrebs
KW  - Molekulargenetik
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-162026
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TY  - THES
A1  - Pomper [geb. Müller], Laura Dorothea
T1  - Unterschiede in Frontaler Kortex Oxygenierung in zweierlei Risikogruppen der Alzheimer Demenz
T1  - Differences in Frontal Lobe Oxygenation in Two Risk Groups for Alzheimer's Disease
N2  - Die verbesserte medizinische Versorgung führt zu einer zunehmenden Lebenserwartung unserer Gesellschaft. Damit steigt auch die sozioökonomische Relevanz neurodegenerativer Erkrankungen kontinuierlich. Für die Alzheimer Demenz (AD), die dabei die häufigste Ursache darstellt, stehen bisher keine krankheitsmodifizierenden Behandlungsoptionen zur Verfügung. Die lange präklinische Phase der Erkrankung birgt jedoch großes Potential für die Entwicklung neuer Behandlungsoptionen. Das Untersuchen von Risikogruppen ist für die Identifikation von Prädiktoren einer späteren AD Manifestation von besonderem Interesse. In diesem Zusammenhang werden insbesondere das Vorliegen genetischer Risikokonstellationen, wie dem Apolipoprotein E (APOE) Ɛ4-Allel, sowie kognitiver Risikofaktoren, wie der „leichten kognitiven Beeinträchtigung“ (MCI), diskutiert. Die Identifikation präklinischer Aktivierungsunterschiede in relevanten Gehirnregionen von Risikogruppen kann als Basis für die Entwicklung neurofunktioneller Früherkennungs-Marker dienen. Der präfrontale Kortex (PFC), welcher mit der Steuerung von Exekutivfunktionen assoziiert wird, hat sich in diesem Zusammenhang in bisherigen Studien als eine relevante Schlüsselregion manifestiert. Aufgrund der aufwendigen und kostenintensiven bildgebenden Untersuchungsmethoden, sind die genauen Prozesse jedoch noch unklar.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Unterschiede in der PFC Oxygenierung in zweierlei Risikogruppen der AD mit einer kostengünstigeren Bildgebungsmethode, der funktionellen Nahinfrarot Spektroskopie (fNIRS), zu untersuchen. Dafür wurde in einem ersten Schritt, der Trailmaking Test (TMT), ein weitverbreiteter neuropsychologischer Test zur Erfassung exekutiver Funktionen, für fNIRS implementiert. Als Grundlage für die Untersuchung frühpathologischer Prozesse, wurden zunächst gesunde Alterungsprozesse betrachtet. Der Vergleich von jungen und älteren Probanden (n = 20 pro Gruppe) wies neben der Eignung der Testimplementierung für fNIRS auf eine spezifische bilaterale PFC Oxygenierung hin, welche bei jungen Probanden rechtshemisphärisch lateralisiert war. Ältere Probanden hingegen zeigten bei vergleichbaren Verhaltensdaten insgesamt mehr signifikante Kanäle sowie eine Abnahme der Lateralisierung. Dies kann als zusätzlicher Bedarf an Ressourcen in gesunden Alterungsprozessen interpretiert werden.
Im Rahmen der Hauptstudie wurden anschließend insgesamt 604 ältere Probanden im Alter von 70 bis 76 Jahren untersucht. Zunächst wurde die genetische Risikogruppe der Ɛ4-Allel-Träger (n = 78) mit den neutralen Ɛ3-Allel-Trägern (n = 216) und den Trägern des als protektiv geltenden Ɛ2-Allels (n = 50) verglichen. Hierbei zeigte sich eine geringere Oxygenierung der Risikogruppe bei geringer Aufgabenschwierigkeit, während sich ein erhöhter Oxygenierungsanstieg im medialen PFC mit steigender Aufgabenschwierigkeit zeigte. Dies deutet auf einen erhöhten Bedarf an neuronalen Kontrollmechanismen der Risikogruppe zur Bewältigung der steigenden Aufgabenschwierigkeit hin. Die protektive Gruppe zeigte hingegen eine erhöhte Oxygenierung im ventralen PFC mit steigender Aufgabenschwierigkeit, was möglicherweise auf einen präventiven Effekt hindeuten könnte.  
Weiterführend wurden MCI-Patienten mit gesunden Probanden (n = 57 pro Gruppe) hinsichtlich des kognitiven Risikofaktors verglichen. Hierbei zeigte sich ein punktuell reduzierter Oxygenierunganstieg der MCI Patienten mit steigender Aufgabenschwierigkeit vor allem im ventralen PFC bei ebenfalls stabiler Verhaltensleistung. Die gefundene Reduktion könnte ein Zeichen für eine aufgebrauchte kognitive Reserve sein, welche Einbußen auf Verhaltensebene voranzugehen scheint. 
Diese charakteristischen Unterschiede in den frontalen Oxygenierungsmustern von Risikogruppen (APOE, MCI) könnten als Biomarker zur Früherkennung von AD noch vor dem Auftreten kognitiver Einbußen dienen. Die fNIRS-Untersuchung während der Durchführung des TMT hat sich in diesem Zusammenhang als potentielles Instrument zur Frühdiagnose der präklinischen Phase der AD als geeignet erwiesen. Die Ergebnisse werden unter Einbezug des wissenschaftlichen Kontexts interpretiert und Implikationen für weitere notwendige Studien sowie die klinische Anwendbarkeit diskutiert.
N2  - Due to the improved medical care, the life expectancy of the society steadily rises.  Consequently, the socioeconomic relevance of neurodegenerative disorders increases. In order to treat the Alzheimer’s Disease (AD), as the most frequent cause, disease-modulating treatment options are desperately awaited. The extensive preclinical phase of the disease has the potential for gaining new insights for the development of effective treatment strategies. The investigation of risk groups for AD is of great importance for the identification of preclinical prediction markers for the manifestation of a subsequent AD. Especially the presence of genetic risk factors like the Apolipoprotein E (APOE) Ɛ4-allele and cognitive risk factors such as the “mild cognitive impairment” (MCI) are being discussed in this context. Differences in brain activation patterns of risk groups based on functional brain imaging methods have been shown to be beneficial as potential biomarkers for early AD detection. As such, the prefrontal cortex (PFC) which is important for executive control mechanisms has been identified as a key structure of interest. However, many of the involved processes are still not sufficiently understood since most imaging methods are time-consuming and rather expensive.
The aim of the present dissertation was to identify differences in PFC oxygenation in two different risk groups for AD by applying a cost-effective and easy-conductible imaging method, the functional Nearinfrared Spectroscopy (fNIRS). In a first step, the Trailmaking Test (TMT), which is a commonly used neuropsychological test for the investigation of executive functioning, was implemented for fNIRS. The neural subtracts were investigated as a basis for the subsequent examination of pre-pathological processes. Besides the usability of the suggested TMT implementation for fNIRS, the comparison of young and elderly subjects (n = 20 per group) showed a specific bilateral PFC oxygenation pattern which was right lateralized for the young group. Elderly adults on the other hand showed a decreased lateralization and more significant channels, pointing towards a need for additional resources in healthy aging. 
Subsequently the main study examined 604 elderly subjects aged between 70 and 76 years divided in two risk groups (APOE, MCI). In the first step, the genetic risk group of the Ɛ4-allele carriers (n = 78) was compared with the neutral Ɛ3-allele carriers (n = 216) and the carriers of the possibly protective Ɛ2-allele (n = 50). Thereby a reduced oxygenation of the risk group at low task difficulty has been shown, while a raised level of oxygenation increase in the medial PFC was found with growing task difficulty. This points towards a higher demand for neuronal control mechanisms in the genetic risk group in order to keep the performance level stable while task difficulty is increased.  The protective group however showed a higher oxygenation in the ventral PFC with increasing task difficulty, which could indicate a higher cognitive reserve.
In the second step, the MCI patients were compared with matched healthy control subjects (n = 57 per group). The result showed a reduced increase of oxygenation with increasing task difficulty limited to specific channels mostly within the central PFC while the performance was stable. This reduction could be a sign for the limit of the cognitive reserve, which becomes apparent before the decline of the cognitive performance.
The characteristic differences of frontal oxygenation patterns in risk groups (APOE, MCI) could possibly serve as biomarkers for the early AD detection even before task performance declines. The investigation of neural oxygenation with fNIRS during the completion of the TMT has been shown to be suitable as a potential early diagnosis method in the preclinical phase of AD. The results are embedded in the scientific context and implications for future research as well as the clinical applicability are being discussed.
KW  - Alzheimerkrankheit
KW  - Apolipoprotein E
KW  - Leichte kognitive Beeinträchtigung
KW  - NIR-Spektroskopie
KW  - Präfrontaler Cortex
KW  - Trailmaking Test
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156757
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schubert, Frank Klaus
T1  - The circadian clock network of \(Drosophila\) \(melanogaster\)
T1  - Das Uhrneuronennetzwerk von \(Drosophila\) \(melanogaster\)
N2  - All living organisms need timekeeping mechanisms to track and anticipate cyclic changes in their environment. The ability to prepare for and respond to daily and seasonal changes is endowed by circadian clocks. The systemic features and molecular mechanisms that drive circadian rhythmicity are highly conserved across kingdoms. Therefore, Drosophila melanogaster with its relatively small brain (ca. 135.000 neurons) and the outstanding genetic tools that are available, is a perfect model to investigate the properties and relevance of the circadian system in a complex, but yet comprehensible organism. 
The last 50 years of chronobiological research in the fruit fly resulted in a deep understanding of the molecular machinery that drives circadian rhythmicity, and various histological studies revealed the neural substrate of the circadian system. However, a detailed neuroanatomical and physiological description on the single-cell level has still to be acquired. Thus, I employed a multicolor labeling approach to characterize the clock network of Drosophila melanogaster with single-cell resolution and additionally investigated the putative in- and output sites of selected neurons.
To further study the functional hierarchy within the clock network and to monitor the “ticking clock“ over the course of several circadian cycles, I established a method, which allows us to follow the accumulation and degradation of  the core clock genes in living brain explants by the means of bioluminescence imaging of single-cells.
N2  - Alle lebenden Organismen benötigen Mechanismen zur Zeitmessung, um sich auf periodisch wiederkehrende Umweltveränderungen einstellen zu können. Zirkadiane Uhren verleihen die Fähigkeit, tages- und jahreszeitliche Veränderungen vorauszuahnen und sich an diese anzupassen. Die Eigenschaften des zirkadianen Systems, als auch dessen molekularer Mechanismus scheinen über sämtliche Taxa konserviert zu sein. Daher bietet es sich an, die leicht handhabbare Taufliege Drosophila melanogaster als Modellorganismus zu benutzen. Das relativ kleine Gehirn (ca. 135.000 Neurone) und die herausragende genetische Zugänglichkeit der Fliege prädestinieren sie dazu, das zirkadiane System in einem komplexen, aber dennoch überschaubaren Kontext zu untersuchen.
Die vergangenen 50 Jahre chronobiologischer Forschung an Drosophila führten zu einem tiefgreifenden Verständnis der molekularen Mechanismen, die für tageszeitliche Rhythmizität verantwortlich sind. Anhand zahlreicher histologischer Untersuchungen wurde die neuronale Grundlage, das Uhrneuronennetzwerk im zentralen Nervensystem, beschrieben. Nichtsdestotrotz, gibt es noch immer keine detaillierte neuroanatomische und physiologische Charakterisierung der Uhrneurone auf Einzelzellebene. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit die umfangreiche Beschreibung der Einzelzellanatomie ausgewählter Uhrneurone sowie die Identifikation mutmaßlicher post- und präsynaptischer Verzweigungen.
Darüber hinaus war es mir möglich, eine Methode zur Messung von Biolumineszenzrhythmen in explantierten lebenden Gehirnen zu etablieren. Mit einem Lumineszenzmikroskop können die Proteinoszillationen einzelner Uhrneurone über die Dauer mehrerer zirkadianer Zyklen aufgezeichnet werden, wodurch neue funktionale Studien ermöglicht werden.
KW  - Taufliege
KW  - Chronobiologie
KW  - Tagesrhythmus
KW  - Neuroanatomie
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - circadian rhythms
KW  - single cell anatomy
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157136
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TY  - THES
A1  - König, Eva-Maria
T1  - Pathogenese von Kraniosynostosen
T1  - Pathogenesis of Craniosynostoses
N2  - Das humane Schädeldach besteht aus fünf Schädelplatten, die durch intramembranöse Ossifikation entstehen. Wenn diese in der Embryonalentwicklung aufeinandertreffen, bilden sich Schädelnähte aus, die eine Fusion der Schädelplatten verhindern und damit ein Schädelwachstum parallel zu Gehirnentwicklung ermöglichen. Für diesen Prozess ist eine Balance aus Zellproliferation und Differenzierung nötig, deren Aufrechterhaltung wiederum durch eine komplexe Regulation von verschiedenen Signalwegen gewährleistet wird. Störungen in diesem regulatorischen System können zu einer vorzeitigen Fusion der Schädelplatten, Kraniosynostose genannt, führen. Die Kraniosynostose ist eine der häufigsten kraniofazialen Fehlbildungen beim Menschen. Durch kompensatorisches Wachstum an den nicht fusionierten Suturen entstehen charakteristische Schädeldeformationen, die sekundär einen erhöhten intrakranialen Druck zur Folge haben können. Eine vorzeitige Fusion der Suturen kann sowohl isoliert als auch syndromal zusammen mit weiteren klinischen Auffälligkeiten vorliegen. Bisher sind über 150 verschiedene Kraniosynostose Syndrome beschrieben und insgesamt 25-30% aller Kraniosynostose Patienten sind von einer syndromalen Form betroffen. Da die klinischen Merkmale der Kraniosynostose Syndrome variabel sind und zum Teil überlappen, ist eine klare klinische Diagnose häufig erschwert. Sowohl Umwelteinflüsse als auch genetische Veränderungen können die Ursache für Kraniosynostosen sein. Vor allem bei syndromalen Kraniosynostosen wurden genetische Veränderungen, wie beispielsweise Mutationen in den Genen FGFR2, FGFR3, TWIST1 und EFNB1, identifiziert. Darüber hinaus wurden chromosomale Veränderungen wie partielle Monosomien von 7p, 9p oder 11p sowie partielle Trisomien von 5q, 13q oder 15q mit Kraniosynostose assoziiert. Trotzdem ist in über 50% der Fälle die genetische Ursache unbekannt und die Pathogenese von Kraniosynostosen noch nicht vollständig geklärt.
Ziel dieser Arbeit war es neue genetische Ursachen bei Kraniosynostose Patienten zu identifizieren und so zur Aufklärung der Pathogenese beizutragen. Es wurde die genomische DNA von 83 Patienten molekulargenetisch durch Mikroarray basierte vergleichende Genomhybridisierung (Array-CGH) oder durch ein speziell entworfenes Next Generation Sequencing (NGS) Genpanel untersucht. Bei 30% der Patienten konnte eine potentiell pathogene Veränderung identifiziert werden. Davon waren 23% chromosomale Aberrationen wie unbalancierte Translokationen, isolierte interstitielle Verluste und ein Zugewinn an genomischen Material. Bei zwei Patienten wurden unbalancierte Translokationen mit partieller 5q Trisomie nachgewiesen. Das Gen MSX2 liegt innerhalb des duplizierten Bereichs, sodass möglicherweise eine MSX2 Überexpression vorliegt. Für ein normales Schädelwachstum ist jedoch die richtige Menge an MSX2 kritisch. Des Weiteren wurde eine partielle Deletion von TCF12 detektiert, die in einer Haploinsuffizienz von TCF12 resultiert. TCF12 Mutationen sind mit Koronarnahtsynosten assoziiert. In einem anderen Fall lag das Gen FGF10 innerhalb der duplizierten 5p15.1-p12 Region. Das Gen kodiert für einen Liganden des FGF Signalwegs und wurde bisher noch nicht mit Kraniosynostose assoziiert. Aufgrund dessen wurden Analysen im Tiermodell Danio rerio durchgeführt. Eine simulierte Überexpression durch Injektion der fgf10a mRNA in das 1-Zell Stadium führte zu schweren Gehirn-, Herz- und Augendefekten.
Mittels NGS wurden 77% der potentiell pathogenen genetischen Veränderungen identifiziert. Hierfür wurde in dieser Arbeit ein Genpanel erstellt, das 68 Gene umfasst. Es wurden sowohl bekannte Kraniosynostose- als auch Kandidaten-Gene sowie Gene, die mit der Ossifikation assoziiert sind, in die Analyse eingeschlossen. Das Genpanel wurde durch die Sequenzierung von fünf Kontrollproben mit bekannten Mutationen erfolgreich validiert. Anschließend wurde die genomische DNA von 66 Patienten analysiert. Es konnten 20 (potentiell) pathogene Varianten identifiziert werden. Neben bereits bekannten Mutationen in den Genen FGFR1, FGFR2, FGFR3 und TWIST1, konnten zusätzlich 8 neue, potentiell pathogene Varianten in den Genen ERF, MEGF8, MSX2, PTCH1 und TCF12 identifiziert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei das Mutationsspektrum dieser Gene zu erweitern. Bei zwei der Varianten handelte es sich um potentielle Spleißvarianten. Für diese konnte in einem in vitro Spleißsystem gezeigt werden, dass sie eine Änderung des Spleißmusters bewirken. Der Nachweis von zwei seltenen Varianten in den Genen FGFR2 und HUWE1 hat außerdem dazu beigetragen die Pathogenität dieser spezifischen Varianten zu bekräftigen. Eine Variante in POR, die aufgrund bioinformatischer Analysen als potentiell pathogen bewertet wurde, wurde nach der Segregationsanalyse als wahrscheinlich benigne eingestuft. Zusammenfassend konnten bei etwa einem Drittel der Patienten, die mit dem NGS Genpanel analysiert wurden, eine genetische Ursache identifiziert werden. Dieses Genpanel stellt somit ein effizientes diagnostisches Tool dar, das zukünftig in der genetischen Routine-Diagnostik von Kraniosynostose-Patienten eingesetzt werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass sowohl eine Untersuchung auf CNVs als auch auf Sequenzänderungen bei Kraniosynostose Patienten sinnvoll ist.
N2  - Cranial bones are formed by intramembranous ossification. During development, the cranial bones are separated by fibrous sutures, which function as bone growth sites and therefore, the cranial sutures need to remain patent to allow the expansion of the skull during brain development. Thus, there must be a balance of cell proliferation and differentiation within the suture. This complex process requires a tight regulation of gene expression and interacting signal pathways. Imbalances or dysfunction of the involved factors can result in abnormal skull growth. One of the most common congenital craniofacial disorders by affecting approximately one in 2500 newborns is craniosynostosis. It is defined as the premature ossification of one or more calvarial sutures. Compensatory growth of the skull leads to a characteristic dysmorphic cranial vault and facial asymmetry. Premature ossification of the cranial sutures can occur either as isolated malformation or as part of a syndrome. Isolated craniosynostoses are more frequent, nevertheless, 25-30% of all cases are syndromic craniosynostoses with more than 150 syndromes reported. There is a high intra- and interfamilial variability and clinical overlap of the different syndromes. Environmental influences as well as genetic defects like mutations and chromosomal aberrations are known to cause craniosynostosis. So far genetic causes have been identified mainly for syndromic craniosynostoses, i.e. mutations in FGFR2, FGFR3, TWIST1, and EFNB1. Furthermore, chromosomal rearrangements like i.e. partial monosomy of 7p, 9p, and 11p as well as partial trisomy of 5q, 13q, and 15q, have been reported in 11-15% of the syndromic craniosynostosis cases. However, in more than 50% of the cases the underlying genetic cause remains unknown. Furthermore, the pathogenesis of craniosynostoses is still not fully understood.
In this project 83 craniosynostosis patients were analysed either by microarray-based comparative genomic hybridisation (array-CGH) or gene panel based next generation sequencing (NGS) to further investigate the pathogenesis of craniosynostosis. In a total of 30% of the patients a potential genetic cause was identified. Among those 23% had chromosomal rearrangements which are likely to cause the observed phenotypes, i.e. unbalanced translocations affecting several genes as well as interstitial deletions and an isolated duplication have been detected. Two patients had unbalanced translocations with partial 5q trisomies encompassing MSX2. MSX2 gene dosage is critical for normal growth of the cranial bone plates as loss-of-function mutations lead to delayed and incomplete ossification of the parietal bones. Furthermore, we identified a partial TCF12 deletion which is likely to result in TCF12 haploinsufficiency. TCF12 mutations frequently lead to premature fusion of the coronal sutures, although its pathogenesis is still not fully understood. In another case isolated duplication of 5p15.1-p12 includes FGF10 which is a known ligand of the FGF signalling pathway. So far, no association of FGF10 with craniosynostosis has been made. To investigate its potential role during development and in the pathogenesis of craniosynostosis functional experiments were performed in Danio rerio, an animal model for craniosynostosis. Simulation of fgf10a overexpression by injection of fgf10a RNA at 1-cell stage resulted in severe anomalies of the brain, heart and eyes.
In addition, 77% of the identified genetic causes were detected by NGS. For this study a gene panel was designed comprising 68 genes of known and candidate craniosynostosis genes as well as genes associated with bone development. Performance of the NGS gene panel was validated by sequencing five control patients with known mutations. Subsequently, genomic DNA of 66 patients was analysed by the designed craniosynostosis panel. 20 (potential) pathogenic variants were detected. Although, in most of the cases hot spot sequencing of one or more common craniosynostosis genes was performed prior to including the patients in the study, we determined 9 known mutations in the genes FGFR1, FGFR2, FGFR3, and TWIST1. In addition, 8 novel, potentially disease-causing variants in the genes ERF, MEGF8, MSX2, PTCH1, and TCF12 were identified. This work contributed to extend the mutational spectrum within those genes. Two of those variants were predicted to affect splice sites. Analysis by an in vitro splice assay revealed that those variants result in aberrant splicing. Furthermore, the detection of two rare variants of FGFR2 and HUWE1 adds support to their pathogenicity. An additional variant within POR had to be classified as likely benign after segregation analysis. Overall, in nearly one third of the analysed cases an underlying genetic cause could be identified by the designed gene panel. Thus, the NGS panel presents as an efficient tool for genetic diagnostics of craniosynostoses. The data of this work clearly show both copy number variant and single nucleotide variant analysis should be considered in genetic diagnostics of craniosynostosis patients.
KW  - Kraniosynostose
KW  - Genetik
KW  - Next Generation Sequencing (NGS)
KW  - Mikroarray basierte vergleichende Genomhybridisierung (Array-CGH)
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-175181
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frank, Erik Thomas
T1  - Behavioral adaptations in the foraging behaviour of \(Megaponera\) \(analis\)
T1  - Verhaltensanpassungen im Furagierverhalten von \(Megaponera\) \(analis\)
N2  - An efficient foraging strategy is one of the most important traits for the fitness of animals. The theory of optimal foraging tries to predict foraging behaviour through the overarching question: how animals should forage so as to minimize costs while maximizing profits? Social insects, having occupied nearly every natural niche through widely different strategies, offer themselves as an ideal group to study how well optimal foraging theory can explain their behaviour and success. 
Specialization often leads to unique adaptations in morphology and behaviour. I therefore decided to investigate the behaviour of Megaponera analis. This ponerine ant species is specialized on hunting only termites of the subfamily Macrotermitinae at their foraging sites. Their foraging behaviour is regulated by a handful of individual scouts (10-20) that search for termite foraging sites before returning to the nest to recruit a large number of nestmates (200-500 ants). These ants then follow the scout in a column formation to the termites and after the hunt return together to the nest, these raids occur two to five times per day.
Predators of highly defensive prey likely develop cost reducing adaptations. The evolutionary arms race between termites and ants led to various defensive mechanisms in termites, e.g. a caste specialized in fighting predators. As M. analis incurs high injury/mortality risks when preying on termites, some risk mitigating adaptations have evolved. I show that a unique rescue behaviour in M. analis, consisting of injured nestmates being carried back to the nest, reduces combat mortality. These injured ants “call for help” with pheromones present in their mandibular gland reservoirs. A model accounting for this rescue behaviour identifies the drivers favouring its evolution and estimates that rescuing allows for maintaining a 29% larger colony size. Heavily injured ants that lost too many legs during the fight on the other hand are not helped. Interestingly, this was regulated not by the helper but by the uncooperativeness of the injured ant.  I further observed treatment of the injury by nestmates inside the nest through intense allogrooming directly at the wound. Lack of treatment increased mortality from 10% to 80% within 24 hours, with the cause of death most likely being infections.
Collective decision-making is one of the main mechanisms in social insects through which foraging is regulated. However, individual decision-making can also play an important role, depending on the type of foraging behaviour. In M. analis only a handful of individuals (the scouts) hold all the valuable information about foraging sites. I therefore looked at predictions made by optimal foraging theory to better understand the interplay between collective and individual decision-making in this obligate group-raiding predator. I found a clear positive relation between raid size and termite abundance at the foraging site. Furthermore, selectivity of the food source increased with distance. The confirmation of optimal foraging theory suggests that individual scouts must be the main driver behind raid size, choice and raiding behaviour. Therefore most central place foraging behaviours in M. analis were not achieved by collective decisions but rather by individual decisions of scout ants. Thus, 1% of the colony (10–20 scouts) decided the fate and foraging efficiency of the remaining 99%. 
Division of labour is one of the main reasons for the success of social insects. Worker polymorphism, age polyethism and work division in more primitive ants, like the ponerines, remain mostly unexplored though. Since M. analis specializes on a defensive prey, adaptations to reduce their foraging costs can be expected. I found that the work division, task allocation and column-formation during the hunt were much more sophisticated than was previously thought. The column-formation was remarkably stable, with the same ants resuming similar positions in subsequent raids and front ants even returning to their positions if displaced in the same raid. Most of the raid tasks were not executed by predetermined members of the raid but were filled out as need arose during the hunt, with a clear preference for larger ants to conduct most tasks. 
I show that specialization towards a highly defensive prey can lead to very unique adaptations in the foraging behaviour of a species.  I explored experimentally the adaptive value of rescue behaviour focused on injured nestmates in social insects. This was not only limited to selective rescuing of lightly injured individuals by carrying them back (thus reducing predation risk) but moreover includes a differentiated treatment inside the nest. These observations will help to improve our understanding of the evolution of rescue behaviour in animals. I further show that most optimal foraging predictions are fulfilled and regulated by a handful of individuals in M. analis. Lastly, I propose that the continuous allometric size polymorphism in M. analis allows for greater flexibility in task allocation, necessary due to the unpredictability of task requirements in an irregular system such as hunting termites in groups. All of my observations help to further understand how a group-hunting predator should forage so as to minimize costs while maximizing profits.
N2  - Ein effizientes Furagierverhalten ist eine der wesentlichsten Voraussetzungen für die Überlebensfähigkeit von Tieren. Die Theorie des „Optimal Foraging“ versucht, das Furagierverhalten durch die übergreifende Frage zu verstehen: Wie sollten Tiere nach Futter suchen/jagen, um die Kosten zu minimieren und gleichzeitig die Gewinne zu maximieren? Soziale Insekten, die fast jede natürliche Nische durch diverse Strategien besetzt haben, bieten sich als ideale Gruppe an, um zu untersuchen, wie gut „Optimal Foraging“ ihr Verhalten und ihren Erfolg erklären kann.
Da Spezialisierung oft zu einzigartigen Anpassungen in Morphologie und Verhalten führt, war das Jagdverhalten von Megaponera analis diesbezüglich sehr vielversprechend. Diese Ponerinae Ameisenart ist spezialisiert auf die Jagd von Termiten der Unterfamilie Macrotermitinae an ihren Futterstellen. Ihr Jagdverhalten wird durch eine Handvoll von einzelner Späher (10-20) geregelt, die nach Termiten-Futterstellen suchen, bevor sie zum Nest zurückkehren, um eine große Anzahl von Nestgenossinnen (200-500 Ameisen) zu rekrutieren. Die Ameisen folgen dann dem Späher in einer Kolonne zu den Termiten und zurück, diese Überfälle finden zwei bis fünf Mal am Tag statt.
Es ist wahrscheinlich, dass Prädatoren von defensiver Beute kostenreduzierende Anpassungen entwickeln. Das evolutionäre Wettrüsten zwischen Termiten und Ameisen führte zu verschiedenen Abwehrmechanismen bei Termiten, z.B. eine Soldaten-Kaste, die sich auf die Bekämpfung von Raubtieren spezialisiert hat. Da M. analis ein hohes Verletzungsrisiko durch Termitensoldaten hat, haben sich bei ihr einige kostenreduzierende Anpassungen entwickelt. Ich zeige, dass ein einzigartiges Rettungsverhalten bei M. analis, bestehend aus verletzten Nestgenossinnen, die zum Nest zurückgetragen werden, die Mortalität reduziert. Diese verletzten Ameisen „rufen“ um Hilfe mit Pheromonen, die in ihren mandibularen Drüsenreservoirs vorhanden sind. Ein Modell, das dieses Rettungsverhalten berücksichtigt, hilft dabei die wichtigsten Faktoren zu identifizieren, welche die Evolution dieses Rettungsverhaltens begünstigen. Ferner wird schwerverletzten Ameisen, die während des Kampfes zu viele Beine verloren haben, nicht geholfen. Interessanterweise wird dies nicht durch den Helfer reguliert, sondern durch die mangelnde Kooperation der verletzten Ameise. Des Weiteren beobachtete ich die Behandlung der Verletzten durch Nestgenossinnen im Nest durch intensives „Allogrooming“/lecken direkt an der Wunde. Eine Unterbindung der Behandlung erhöhte die Mortalität von 10% auf 80% innerhalb von 24 Stunden, höchstwahrscheinlich aufgrund von Infektionen.
Die kollektive Entscheidungsfindung ist einer der Hauptmechanismen bei sozialen Insekten, durch die die Futtersuche reguliert wird. Allerdings spielt die individuelle Entscheidungsfindung, je nach Art des Furagierverhaltens, auch eine wichtige Rolle. In M. analis haben nur eine Handvoll von Individuen (die Späher) alle Informationen über die Futterstellen. Ich betrachtete daher die Vorhersagen, die durch „Optimal Foraging“ gemacht werden, um das Zusammenspiel von kollektiver und individueller Entscheidungsfindung bei diesem obligaten Gruppenjäger besser zu verstehen. Ich fand eine klare positive Beziehung zwischen Raubzugsgröße und Termitenabundanz an der Futterstelle. Außerdem erhöhte sich die Selektivität der Futterstelle mit der Entfernung zum Nest. Die Bestätigung der „Optimalen Foraging“ Theorie deutet darauf hin, dass einzelne Späher der Haupttreiber hinter Raubzugsgröße, Wahl und Raubzugsverhalten sein müssen. Dies bedeutet, dass in M. analis das Furagierverhalten nicht durch kollektive Entscheidungen, sondern durch individuelle Entscheidungen der Späher reguliert wird. So entschied 1% der Kolonie (10-20 Späher) das Schicksal und die Furagier-Effizienz der restlichen 99%.
Die Arbeitsteilung ist einer der Hauptgründe des Erfolgs sozialer Insekten. Arbeiterpolymorphismus, Alterspolyethismus und Arbeitsteilung bei primitiveren Ameisen, wie den Ponerinen, blieben bisher jedoch meist unerforscht. Da M. analis sich auf eine defensive Beute spezialisiert hat, sind Anpassungen zur Reduzierung ihrer Furagierkosten zu erwarten. Ich zeige, dass die Arbeitsteilung und Kolonnenformation während der Jagd viel anspruchsvoller ist, als bisher angenommen. Die Kolonnenformation war bemerkenswert stabil: dieselben Ameisen nahmen ähnliche Positionen in späteren Raubzügen ein und die vorderen Ameisen kehrten sogar zu ihrer Position zurück, wenn diese absichtlich verändert wurde. Dies weist auf unbekannte Regulationsmechanismen für die Bildung der Kolonne hin. Darüber hinaus wurden die meisten der Raubzugsaufgaben nicht von vorgegebenen Mitgliedern des Raubzugs ausgeführt, sondern wurden je nach Bedarf während der Jagd verteilt.
Meine Versuche zeigen, dass die Spezialisierung auf eine hoch defensive Beute zu sehr einzigartigen Anpassungen im Furagierverhalten einer Art führen kann. Ich erforschte experimentell den adaptiven Wert eines Rettungsverhaltens, das auf verletzte Nestgenossinnen bei sozialen Insekten fokussiert war. Dies beschränkte sich nicht nur auf die selektive Rettung von leicht verletzten Individuen, welche zurückgetragen wurden (wodurch das Prädationsrisiko reduziert wurde), sondern umfasst darüber hinaus eine differenzierte Behandlung im Nest. Ich zeige weiter, dass die meisten „Optimal Foraging“ Vorhersagen von einer Handvoll Individuen in M. analis erfüllt und reguliert werden. Schließlich postuliere ich die Hypothese, dass der kontinuierliche allometrische Größenpolymorphismus in M. analis eine größere Flexibilität bei der Aufgabenverteilung ermöglicht, die aufgrund der Unberechenbarkeit der Aufgabenanforderungen in einem unregelmäßigen System wie dem Jagen von Termiten in Gruppen Erforderlich ist. Alle meine Beobachtungen verbessern unser Verständnis des Verhaltens eines Gruppenjägers, das während der Jagd die Kosten zu minimieren und die Gewinne zu maximieren hat.
KW  - Stechameisen
KW  - Nahrungserwerb
KW  - Verhalten
KW  - Optimal foraging
KW  - Rescue behaviour
KW  - Myrmecology
KW  - Behaviour
KW  - Ecology
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Segerer, Gabriela
T1  - Characterization of cell biological and physiological functions of the phosphoglycolate phosphatase AUM
T1  - Charakterisierung zellbiologischer und physiologischer Funktionen der Phosphoglykolat-Phosphatase AUM
N2  - Mammalian haloacid dehalogenase (HAD)-type phosphatases are a large and ubiquitous family of at least 40 human members. Many of them have important physiological functions, such as the regulation of intermediary metabolism and the modulation of enzyme activities, yet they are also linked to diseases such as cardiovascular or metabolic disorders and cancer.
Still, most of the mammalian HAD phosphatases remain functionally uncharacterized.
This thesis reveals novel cell biological and physiological functions of the phosphoglycolate phosphatase PGP, also referred to as AUM. To this end, PGP was functionally characterized by performing analyses using purified recombinant proteins to investigate potential protein substrates of PGP, cell biological studies using the spermatogonial cell line GC1, primary mouse lung endothelial cells and lymphocytes, and a range of biochemical techniques to characterize Pgp-deficient mouse embryos.
To characterize the cell biological functions of PGP, its role downstream of RTK- and integrin signaling in the regulation of cell migration was investigated. It was shown that PGP inactivation elevates integrin- and RTK-induced circular dorsal ruffle (CDR) formation, cell spreading and cell migration. Furthermore, PGP was identified as a negative regulator of directed lymphocyte migration upon integrin- and GPCR activation.
The underlying mechanisms were analyzed further. It was demonstrated that PGP regulates CDR formation and cell migration in a PLC- and PKC-dependent manner, and that Src family kinase activities are required for the observed cellular effects. Upon integrin- and RTK activation, phosphorylation levels of tyrosine residues 1068 and 1173 of the EGF receptor were elevated and PLCγ1 was hyper-activated in PGP-deficient cells. Additionally, PGP-inactivated lymphocytes displayed elevated PKC activity, and PKC-mediated cytoskeletal remodeling was accelerated upon loss of PGP activity. Untargeted lipidomic analyses revealed that the membrane lipid phosphatidylserine (PS) was highly upregulated in PGP-depleted cells.
These data are consistent with the hypothesis that the accumulation of PS in the plasma membrane leads to a pre-assembly of signaling molecules such as PLCγ1 or PKCs that couple the activation of integrins, EGF receptors and GPCRs to accelerated cytoskeletal remodeling.
Thus, this thesis shows that PGP can affect cell spreading and cell migration by acting as a PG-directed phosphatase.
To understand the physiological functions of PGP, conditionally PGP-inactivated mice were analyzed. Whole-body PGP inactivation led to an intrauterine growth defect with developmental delay after E8.5, resulting in a gradual deterioration and death of PgpDN/DN embryos between E9.5 and E11.5. However, embryonic lethality upon whole-body PGP inactivation was not caused by a primary defect of the (cardio-) vascular system. Rather, PGP inactivated embryos died during the intrauterine transition from hypoxic to normoxic conditions.
Therefore, the potential impact of oxygen on PGP-dependent cell proliferation was investigated. Analyses of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) generated from E8.5 embryos and GC1 cells cultured under normoxic and hypoxic conditions revealed that normoxia (~20% O2) causes a proliferation defect in PGP-inactivated cells, which can be rescued under
hypoxic (~1% O2) conditions. Mechanistically, it was found that the activity of triosephosphate isomerase (TPI), an enzyme previously described to be inhibited by phosphoglycolate (PG) in vitro, was attenuated in PGP-inactivated cells and embryos. TPI constitutes a critical branch point between carbohydrate- and lipid metabolism because it catalyzes the isomerization of the glycolytic intermediates dihydroxyacetone phosphate (DHAP, a precursor of the glycerol backbone required for triglyceride biosynthesis) and glyceraldehyde 3’-phosphate (GADP).
Attenuation of TPI activity, likely explains the observed elevation of glycerol 3-phosphate levels and the increased TG biosynthesis (lipogenesis). Analyses of ATP levels and oxygen consumption rates (OCR) showed that mitochondrial respiration rates and ATP production were elevated in PGP-deficient cells in a lipolysis-dependent manner. However under hypoxic conditions (which corrected the impaired proliferation of PGP-inactivated cells), OCR and ATP production was indistinguishable between PGP-deficient and PGP-proficient cells. We therefore propose that the inhibition of TPI activity by PG accumulation due to loss of PGP activity shifts cellular bioenergetics from a pro-proliferative, glycolytic metabolism to a lipogenetic/lipolytic metabolism.
Taken together, PGP acts as a metabolic phosphatase involved in the regulation of cell migration, cell proliferation and cellular bioenergetics. This thesis constitutes the basis for further studies of the interfaces between these processes, and also suggests functions of PGP for glucose and lipid metabolism in the adult organism.
N2  - Haloazid Dehalogenase (HAD)-Typ Phosphatasen in Säugetieren gehören zu einer großen ubiquitären Proteinfamilie, zu der auch mindestens 40 Phosphatasen, die im menschlichen Organismus vertreten sind, zählen. Eine Vielzahl dieser Phosphatasen hat wichtige physiologische Funktionen beispielsweise als regulatorische Enzyme im Metabolismus.
Gleichzeitig werden sie in Verbindung mit Erkrankungen des kardiovaskulären Systems, Stoffwechselstörungen und Krebs gebracht. Dennoch sind die Funktionen vieler Mitglieder dieser Phosphatasen Familie bis heute weitestgehend unbekannt.
In der vorliegenden Arbeit wurden die zellbiologischen und physiologischen Funktionen der Phosphoglykolat-Phosphatase PGP, auch AUM genannt, charakterisiert. Zu diesem Zweck wurde mit gereinigtem Enzym nach potenziellen Protein-Substraten von PGP gesucht.
Weiterhin wurden zellbiologische Studien mit der spermatogonialen GC1 Zelllinie sowie mit primären Endothelzellen und Lymphozyten durchgeführt. Mit biochemischen Methoden wurden zudem PGP-defiziente Mausembryonen charakterisiert.
Es wurde zunächst die Rolle von PGP für RTK- und integrin- induzierte Zellmigration untersucht. Dabei zeigte sich, dass PGP Inaktivierung die Zelladhäsion und Zellmigration steigerte. Gleichzeitig wurde eine vermehrte Bildung von RTK- und integrinvermittelten ringförmigen Plasmamembranausstülpungen, sogenannten Circular Dorsal Ruffles (CDR) auf der dorsalen Zelloberfläche beobachtet. PGP wurde zudem als negativer Regulator integrinund GPCR-induzierter gerichteter Lymphozytenmigration identifiziert. Der zugrundeliegende molekulare Mechanismus wurde näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass PGP die Bildung von CDRs und die gerichtetete Zellmigration in Abhängigkeit der Phospholipase C- (PLC-), Proteinkinase C- (PKC-) sowie Src Kinase-Aktivität steuert. Nach Integrin- und RTKAktivierung waren die Tyrosinreste 1068 und 1173 des EGF-Rezeptors in PGP-depletierten Zellen vermehrt phosphoryliert und PLCγ1 in diesen Zellen hyperaktiviert. Interessanterweise wurde zudem eine beschleunigte PKC-vermittelte Reorganisation des Zytoskeletts beobachtet. In stimulierten Lymphozyten führte PGP-Inaktivierung zu einer erhöhten PKCAktivität.
Durch massenspektrometrische Analysen konnten erhöhte Spiegel des Membranlipids Phosphatidylserin (PS) in PGP-defizienten Zellen nachgewiesen werden.
Diese Ergebnisse sind konsistent mit der Hypothese, dass die Anreicherung von PS in der Plasmamembran PGP-defizienter Zellen zu einer Vor-Rekrutierung von Signalproteinen führt, die die Aktivierung von Integrinen, EGF-Rezeptoren und GPCRs mit einer beschleunigten Zytoskelett-Reorganisation verbindet. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass PGP durch die Dephosphorylierung von Phosphoglykolat die Zelladhäsion und Zellmigration reguliert.
Um die physiologischen Funktionen von PGP zu verstehen, wurden konditional PGPinaktivierte Mäuse untersucht. Die Inaktivierung von PGP im gesamten Organismus führte zu einem Wachstumsdefekt ab Tag E8.5 und dem Tod der Embryonen im Uterus zwischen Tag E9.5 und E11.5. Die beobachtete embryonale Letalität war nicht durch einen Defekt des (kardio-)vaskulären Systems zu erklären.
PGP-inaktivierte Embryonen starben zu einem Zeitpunkt, an dem der intrauterine Übergang von einem hypoxischen zu einem normoxischen Millieu stattfindet. Der Einfluss von Sauerstoff wurde deshalb weiter untersucht. Zellwachstumsanalysen unter normoxischen und hypoxischen Bedingungen mit GC1 Zellen und embryonalen Maus-Fibroblasten, die aus E8.5 Embryonen gewonnen wurden zeigten, dass normoxische Bedingungen (~20% O2) einen Wachstumsdefekt PGP-inaktivierter Zellen verursacht, wohingegen dies unter hypoxischen Bedingungen (~1% O2) nicht der Fall war. Mechanistisch konnte gezeigt werden, dass die Aktivität der Triosephosphatisomerase (TPI), ein durch PG in vitro gehemmtes Enzym, in PGP inaktivierten Zellen und Embryonen vermindert war. TPI stellt einen entscheidenden Verzweigungspunkt des Glukose- und Lipidstoffwechsels dar. TPI katalysiert die Isomerisierung der aus der Glykolyse stammenden Intermediate Dihydroxyacetonphosphat (DHAP, eine Vorstufe des für die Triglycerid-Biosynthese benötigten Glycerol-Grundgerüsts) und Glyceraldehyd-3’-phosphat (GADP). Eine Verringerung der TPI-Aktivität in PGPinaktivierten Zellen resultierte in erhöhten Glycerol-3-phosphat Spiegeln und einer gesteigerten Triglycerid-Biosynthese. Die Analyse des zellulären ATP Gehalts und des Sauerstoffverbrauchs bei der mitochondrialen Atmung zeigte, dass sowohl die ATP Produktion als auch die mitochondriale Atmung in Abhängikeit der Lipolyse in PGP-defizienten Zellen erhöht waren. Unter hypoxischen Bedingungen, die zu einer Normalisierung der Zellproliferation führten, wiesen PGP-profiziente und -defiziente Zellen keinen Unterschied bezüglich ATP Produktion und mitochondrialer Atmung auf.
Wir vermuten deswegen, dass die Inhibierung der TPI-Aktivität durch PG-Anreicherung aufgrund ausbleibender Hydrolyse durch PGP zu einer Verschiebung des zellulären Energiehaushaltes von Seiten eines pro-proliferativ glykolytischen auf die Seite eines lipogenetisch/lipolytischen Metabolismus führt.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass PGP als eine metabolische Phosphatase Zellmigration, Zellproliferation wie auch den zellulären Energiehaushalt reguliert. Die vorliegende Arbeit stellt somit die Grundlage für weitere Untersuchungen an der Schnittschnelle dieser zellulären Prozesse dar und lässt auf eine wichtige Rolle von PGP im Glukose- und Lipidstoffwechsel im adulten Organismus schließen.
KW  - Phosphoglykolatphosphatase
KW  - Phosphoglykolat-Phosphatase
KW  - Maus
KW  - Cytologie
KW  - Physiologie
KW  - Phosphatasen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-123847
ER  - 
TY  - THES
A1  - Alexander, Stephanie
T1  - Collective cancer cell invasion \(in\) \(vivo\): function of β1 and β3 integrins in perivascular invasion and resistance to therapy
T1  - Kollektive Tumorzellinvasion \(in\) \(vivo\): Funktion von β1 und β3 Integrinen in perivaskulärer Invasion und Therapieresistenz
N2  - Pro-migratory signals mediated by the tumor microenvironment contribute to the cancer progression cascade, including invasion, metastasis and resistance to therapy. Derived from in vitro studies, isolated molecular steps of cancer invasion programs have been identified but their integration into the tumor microenvironment and suitability as molecular targets remain elusive. The purpose of the study was to visualize central aspects of tumor progression, including proliferation, survival and invasion by real-time intravital microscopy. The specific aims were to monitor the kinetics, mode, adhesion and chemoattraction mechanisms of tumor cell invasion, the involved guidance structures, and the response of invasion zones to anti-cancer therapy. To reach deeper tumor regions by optical imaging with subcellular resolution, near-infrared and infrared excited multiphoton microscopy was combined with a modified dorsal skinfold chamber model. Implanted HT-1080 fibrosarcoma and B16/F10 and MV3 melanoma tumors developed zones of invasive growth consisting of collective invasion strands that retained cell-cell contacts and high mitotic activity while invading at velocities of up to 200 μm per day. Collective invasion occurred predominantly along preexisting tissue structures, including blood and lymph vessels, collagen fibers and muscle strands of the deep dermis, and was thereby insensitive to RNAi based knockdown and/or antibody-based treatment against β1 and β3 integrins, chemokine (SDF-1/CXCL12) and growth factor (EGF) signaling. Therapeutic hypofractionated irradiation induced partial to complete regression of the tumor main mass, yet failed to eradicate the collective invasion strands, suggesting a microenvironmentally privileged niche. Whereas no radiosensitization was achieved by interference with EGFR or doxorubicin, the simultaneous inhibition of β1 and β3 integrins impaired cell proliferation and survival in spontaneously growing tumors and strongly enhanced the radiation response up to complete eradication of both main tumor and invasion strands. In conclusion, collective invasion in vivo is a robust process which follows preexisting tissue structures and is mainly independent of established adhesion and chemoattractant signaling. Due to its altered biological response to irradiation, collective invasion strands represent a microenvironmentally controlled and clinically relevant resistance niche to therapy. Therefore supportive regimens, such as anoikisinduction by anti-integrin therapy, may serve to enhance radio- and chemoefficacy and complement classical treatment regimens.
N2  - Die Progression von Tumorerkrankungen, einschließlich Tumorinvasion, Metastasierung und Therapieresistenz wird unter anderem durch migrationsfördernde Signale aus der Tumorumgebung vermittelt. Zur bisherigen Aufklärung einzelner Schritte des Tumorinvasions- und Progressionsprogramms trugen dabei wesentlich In-vitro-Studien bei, jedoch erfordert die Darstellung der Relevanz molekularer Zielstrukturen und deren Funktion im Tumormikromilieu die Validierung in geeigneten In-vivo-Tumormodellen. Ziel dieser Studie war, zelluläre und molekulare Mechanismen der Tumorprogression inklusive Proliferation, Überleben und Invasion mittels Echtzeit-Intravitalmikroskopie darzustellen. Untersucht wurden insbesondere die Kinetik und Arten der Tumorzellinvasion, die zugrunde liegenden Adhäsionswege und pro-migratorischen Signale (EGF, SDF-1), beteiligte Leitstrukturen des Tumorstromas, und Strategien, therapeutisch gegen Invasionszonen vorzugehen. Um tiefe Tumorareale mittels subzellulär aufgelöster optischer Bildgebung zu erreichen, wurde nah-infrarote und infrarote Multiphotonenmikroskopie mit einem modifizierten Rückenkammermodell kombiniert. Orthotope Xeno- und Allotransplantate von HT-1080-Fibrosarkom- und B16/F10- oder MV3-Melanomzellen entwickelten dabei ausgeprägte invasive Wachstumszonen bestehend aus kollektiven Invasionssträngen mit intakten Zell-Zell-Kontakten und zeitgleicher Mitoseaktivität, die Geschwindigkeiten von bis zu 200 μm pro Tag erreichten. Diese kollektive Invasion orientierte sich bevorzugt entlang von Funktionsstrukturen der tiefen Dermis wie Blut- und Lymphgefäßen, Kollagenfasern und Muskelsträngen. RNAibasierende Herrunterregulation und/oder Injektion blockierender Antikörper gegen β1 und β3 Integrine, wie auch Inhibition von EGF führten nur zu minimaler Änderung der Invasionseffizienz. Therapeutische hypofraktionierte Bestrahlung induzierte partielle bis komplette Regression der Tumorhauptmasse, nicht jedoch der kollektiven Invasionsstränge, was auf eine kombinierte Invasions- und Resistenznische hinweist. Weder Doxorubicin noch gegen EGFR gerichtete Antikörper steigerten die Radiosensitivität, jedoch führte die simultane Inhibition von β1 und β3 Integrinen zu einer starken Hemmung von Proliferation und Überleben spontan wachsender Tumoren (Anoikis) und verstärkte die Strahlungssensitivität bis hin zum kompletten Verschwinden von sowohl Tumorhauptmasse wie auch Invasionsträngen. Kollektive Invasion ist somit ein wichtiger Invasionsmodus, der sich an vorbestehenden Gewebsstrukturen orientiert und unabhängig von Integrinen und EGF- und SDF-1-Signalen erfolgt. Die kollektiven Stränge entwickeln dabei eine vom Haupttumor verschiedene biologische Reaktion auf Bestrahlung und entsprechen damit einer durch die Mikroumgebung kontrollierten und von Integrinsignalen abhängenden Resistenznische. Somit könnte eine zusätzliche anti- Integrin-Therapie die Effizienz von Bestrahlung und Chemotherapie erhöhen und klassische Behandlungsschemen/-programme ergänzen.
KW  - Tumorzelle
KW  - Kollektive Invasion
KW  - Multiphotonenmikroskopie
KW  - Integrine
KW  - collective invasion
KW  - multiphoton microscopy
KW  - integrins
KW  - Invasion
KW  - Integrine
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85435
ER  -