TY  - THES
A1  - Matuschek, Anja
T1  - Characterization of tolerogenic rat bone marrow-derived dendritic cells and regulatory T cells
T1  - Charakterisierung tolerogener dendritischer Knochenmarkszellen und regulatorischer T-Lymphozyten aus der Ratte
N2  - Tolerogene Dendritische Zellen (DZ) und regulatorische T-Lymphozyten (Treg) verfügen über die Fähigkeit, destruktive Immunantworten zu verhindern. Die Hoffnung besteht, solche Zellen in naher Zukunft für therapeutische Zwecke einzusetzen, um z. B. Immunantworten nach Transplantation, aber auch bei Autoimmunität und Allergie antigenspezifisch zu supprimieren. Zum jetzigen Zeitpunkt ist die Generierung solcher Zellen aufwendig und noch nicht für die klinische Routine geeignet. Zudem sind die Mechanismen noch wenig verstanden, wie diese Zellen eine gewünschte Immunhemmung in vivo auszulösen und wie der möglichen Gefahr einer zu starken Immunhemmung zu begegnen ist. Das Kleinnagermodell Ratte ist für die biomedizinische Forschung noch immer von großer Bedeutung, umso überraschender ist es, dass insbesondere tolerogene DZ und Treg in diesem Modell bisher nur unzureichend untersucht wurden. Das Ziel der Arbeit war deshalb, diese Immunzellen umfassend zu charakterisieren und ihre Funktion auf das Immunsystem zu untersuchen. Tolerogene DZ wurden mit GM-CSF und IL-4 aus Knochenmarkvorläuferzellen generiert (= IL-4 DC). Der Anteil an natürlich vorkommenden Treg mit einem Phänotyp CD4posCD25posFoxp3pos umfasst ca. 5-8% der peripheren naiven CD4pos TLymphozyten. Die Charakterisierung der IL-4 DC zeigte im Vergleich zu reifen DZ der Milz eine bis zu 26-fach geringere Expression von Oberflächenmolekülen wie MHC-Klasse II Molekül, CD80, CD86, ICAM-1 und CD25. Diese geringe Expression änderte sich auch nicht, wenn die Zellen verschiedensten Reifungssignalen wie das Replattieren,LPS, TNF-α und CD40L ausgesetzt wurden. IL-4 DC verfügen somit über einen robusten und gegenüber Reifungssignalen überaus resistenten Phänotyp. IL-4 DC nehmen Antigene durch Endozytose auf und sind unfähig, sowohl naive TLymphozyten zu aktivieren, als auch antigenspezifische T-Lymphozyten zu restimulieren. Zudem sind sie in der Lage, die Aktivierung naiver T-Lymphozyten und die Restimulierung antigenspezifischer T-Lymphozyten durch reife Milz-DZ zu bzw. zu verzögern. Dabei verringerte sich die Proliferation der TLymphozyten um bis zu 95%. Diese Beeinflussung der Proliferation ist nach Zugabe der IL-4 DC bereits innerhalb von 24 Stunden zu messen. Die verringerte Aktivierung geht zu dem mit einer verringerten Zytokinausschüttung (IL-2 um 49% und IFN-γ um 92%) einher. Die inhibitorischen Eigenschaften der IL-4 DC scheinen aber nicht ausschließlich auf der verringerten Expression kostimulatorischer Moleküle zu beruhen. Der Nachweis der beiden inhibitorischen Oberflächenmoleküle PD-L1 und PD-L2 auf IL-4 DC lässt ebenfalls eine Bedeutung dieser Moleküle bei der Vermittlung inhibierender Signale vermuten. Auch die suppressive Wirkung löslicher Faktoren wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt. Überstände einer 24-stündigen Kultur mit einer Million IL-4 DC hemmten die Aktivierung naiver T-Lymphozyten durch reife Milz-DZ um etwa 90%. Für diese Immunhemmung scheint das in diesen Überständen nachgewiesene Zytokin TGF-β (bis 300 pg/ml) verantwortlich zu sein. Im Vergleich dazu wiesen Überstände reifer Milz-DZ, die nicht die Aktivierung von T-Lymphozyten hemmten, eine TGF-β Konzentrationen von bis 100 pg/ml auf. Im Gegensatz dazu scheint zelltoxisches Stickstoffmonoxid nur eine geringe Rolle bei der Inhibierung der T-Zellproliferation zu spielen. Die Zugabe des NO Synthase-Inhibitors NMMA verringerte zwar den Anteil an NO um ca. 50%, doch führte dies nicht zu einer Steigerung der Proliferation von T-Lymphozyten. IL-4 DC sind zwar nicht in der Lage, T-Lymphozyten zur Proliferation zu bringen, doch bedeutet dies nicht, dass keinerlei Veränderungen auf molekularer Ebene festzustellen wären. So sind T-Lymphozyten nach ihrer Inkubation mit IL-4 DC nicht in der Lage, in Gegenwart von reifen Milz-DZ zu proliferieren. Dieser anergische Zustand wurde nach Zugabe von IL-2 aufgehoben. Zudem können diese TLymphozyten nach ihrer Inkubation mit IL-4 DC die Aktivierung naïver TLymphozyten hemmen. Naïve und aktivierte T-Lymphozyten können dies nicht. Diese Beobachtung, die auf eine Induktion von Treg schließen lässt, wurde genauer untersucht. In der Tat zeigten durchflusszytometrische Analysen eine 1,6-fach verstärkte Expansion von CD4posCD25posFoxp3pos T-Lymphozyten aus natürlich vorkommenden Treg in Gegenwart von IL-4 DC. Dabei erfolgte die Expansion von CD4posCD25posFoxp3pos T-Lymphozyten unabhängig vom Reifegrad der DZ. So waren auch reife Milz-DZ dazu in der Lage, die Zahl der natürlich vorkommenden Treg zu erhöhen. Doch wiesen diese mit Milz-DZ inkubierten Treg einen verminderten inhibitorischen Effekt auf. Im Gegensatz dazu waren die mit IL-4 DC inkubierten Treg in der Lage die Aktivierung naiver T-Lymphozyten zu hemmen. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich das regulatorische Potential von DZ nicht ausschließlich vom Phänotyp bzw. ihrem Reifegrad ableiten lässt, sondern dass hierzu auch ihre funktionellen Eigenschaften zu untersuchen sind. Die Induktion von Treg mit suppressiven Eigenschaften durch in vitro generierte tolerogene IL-4 DC könnte ein wichtiger Mechanismus zur Aufrechterhaltung der peripheren Toleranz darstellen. Vor einer klinischen Umsetzung sind aber noch weitergehende Untersuchungen notwendig, um das Zusammenspiel zwischen tolerogenen DZ und Treg zu verstehen, aber auch um die Auswirkungen eines Transfers großer Mengen regulatorischer Zellen auf das Immunsystem des Empfängers zu untersuchen.
N2  - Tolerogenic dendritic cells (DC) and regulatory T (Treg) cells are able to prevent destructive immune responses. There is reason to hope that it may soon be possible to use DC and Treg cells to suppress immune responses antigen-specific, not only after transplantation, but also in the case of autoimmunity and allergy. At the moment, the generation of such cell types is very time-consuming and not suitable for clinical routine. In addition, it is not yet fully understood how these cells elicit a desired protective immune response in vivo and how the risks of an excessive immune suppression can be managed. The rat is one of the most important animal models in biomedical research. It is therefore surprising that tolerogenic DC and Treg cells in particular have not been more thoroughly investigated in this model. Thus, the aim of the present study was to systematically characterize these immune cells and investigate their impact on the immune system. Tolerogenic DC were generated from bone marrow precursors cultured with GM-CSF and IL-4 (= IL-4 DC). The proportion of naturally occurring Treg cells with a CD4posCD25posFoxp3pos phenotype comprises approximately 5-8% of the peripheral CD4pos T cells. The characterization of IL-4 DC revealed an up to 26-fold reduced expression of surface molecules such as MHC class II molecules, CD80, CD86, ICAM-1 and CD25 in comparison to mature splenic DC (S-DC). This low expression did not change when the cells where stimulated with different maturation-inducing signals such as replating, LPS, TNF- α and CD40L. Thus, these cells possess a robust phenotype resistant to maturation-inducing stimuli. IL-4 DC take up antigen via endocytosis and are not able to activate naïve T cells or to restimulate antigen-specific T cells. Furthermore, they are able to inhibit and prolongate mature S-DC induced T cell proliferation as well as mature S-DC induced restimulation of antigen-specific T cells, respectively. Thereby, the T cell proliferation was reduced up to 95%. This strong inhibitory effect was mediated within 24 hours in association with a reduced cytokine production (IL-2 about 49% and IFN-γ about 92%). The inhibitory properties of IL-4 DC don´t seem to be caused exclusively by the reduced expression of co-stimulatory molecules. In this study, the detection of the inhibitory molecules PD-L1 and PD-L2 on IL-4 DC suggests they have an impact on mediating inhibitory signals to the T cells. In addition, a suppressive effect of soluble factors was shown. The supernatant of one million IL-4 DC, collected after a 24 hour culture, suppressed mature S-DC induced proliferation of naïve T cells by about 90%. TGF-β, which was detected in the supernatant (up to 300 pg/ml), appears to be the causing soluble factor for this immune inhibition. By contrast, the supernatants of mature S-DC, which did not inhibit the activation of T cells, showed a TGF-β concentration of only about 100 pg/ml. The cytotoxic nitric oxide does not contribute to the IL-4 DC-mediated inhibition of T cell proliferation. The NO synthase inhibitor NMMA reduced the amount of NO by about 50%, but the decreased NO levels did not influence T cell proliferation. Indeed, IL-4 DC are not able to induce T cell proliferation, but this doesn´t mean that there is no change on the molecular level. For instance, T cells co-cultured with IL-4 DC during a first culture are not able to proliferate in the presence of mature S-DC during a second culture. This anergic-like state, however, could be abolished by adding exogenous IL-2. In addition, T cells co-cultured with IL-4 DC are able to inhibit the activation of naïve T cells. Naïve and activated T cells were not able to inhibit the mature S-DC induced T cell proliferation. This observation suggests the induction of Treg cells and was investigated in more detail. Indeed, flow cytometric analysis showed a 1.6-fold expansion of CD4posCD25posFoxp3pos T cells from naturally occurring Treg cells in the presence of IL-4 DC. Thereby, the expansion of CD4posCD25posFoxp3pos T cells occurs independently of the maturation state of DC. Both immature IL-4 DC as well as mature S-DC were able to expand the percentage of naturally occurring Treg cells. However, Treg cells pre-incubated with mature S-DC demonstrated a diminished inhibitory effect compared to Treg cells pre-incubated with IL-4 DC. Treg cells pre-incubated with IL-4 DC were able to inhibit the activation of naïve T cells. In this study it was shown that the regulatory potential of DC cannot be deduced solely by their phenotype or maturation state. Other factors, such as functional properties, need to taken into consideration, too. The induction of Treg cells with suppressive properties induced by in vitro generated tolerogenic IL-4 DC might provide an important mechanism for the maintenance of peripheral tolerance. However, for clinical application further investigation is necessary, not only to understand the interactions between tolerogenic DC and Treg cells, but also to investigate the impact of the transfer of a larger quantity of regulatory cells on the immune system of the recipient.
KW  - Dendritische Zelle
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Immuntoleranz
KW  - Allogene Zelle
KW  - Transforming Growth Factor beta
KW  - tolerogen
KW  - Dendritische Zelle
KW  - regulatorische T-Zellen
KW  - allogen
KW  - TGF-ß
KW  - tolerogenic
KW  - dendritic cell
KW  - regulatory T cells
KW  - allogenic
KW  - TGF-ß
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51708
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fazeli, Gholamreza
T1  - Signaling in the induction of genomic damage by endogenous compounds
T1  - Signalwege bei der Induktion von Genomschäden durch endogene Substanzen
N2  - Reactive oxygen species (ROS) are continuously generated in cells and are involved in physiological processes including signal transduction but also their damaging effects on biological molecules have been well described. A number of reports in the literature implicate excessive oxidative stress and/or inadequate antioxidant defense in the pathogenesis of cancer, atherosclerosis, chronic and age related disorders. Several studies have indicated that activation of the renin-angiotensin-aldosterone-system can lead to the formation of ROS. Epidemiological studies have revealed higher renal cell cancer incidences and also higher cancer mortalities in hypertensive individuals. Recently, our group has shown that perfusion of the isolated mouse kidney with Ang II or treatment of several cell lines with Ang II leads to formation of DNA damage and oxidative base modifications. Here, we tried to scrutinize the pathway involved in genotoxicity of Ang II. We confirmed the genotoxicity of Ang II in two kidney cell lines of human origin. Ang II treatment led to the production of superoxide anions which we could hinder when we used the membrane permeable superoxide dismutase (SOD) mimetic TEMPOL. One of the enzymes which is activated in the cells after Ang II treatment and is able to produce ROS is NADPH oxidase. We demonstrated the activation of NADPH oxidase in response to Ang II by upregulation of its p47 subunit using RT-PCR. Also, pPhosphorylation of p47 subunit of NADPH oxidase after Ang II treatment was enhanced. Using two inhibitors we showed that NADPH oxidase inhibition completely prevents DNA damage by Ang II treatment. To differentiate between Nox2 and Nox4 isoforms of NADPH oxidase subunits in the genotoxicity of Ang II, we performed siRNA inhibition and found a role only for Nox4, while Nox2 was not involved. Next, we investigated PKC as a potential activator of NADPH oxidase. We showed that PKC becomes phosphorylated after Ang II treatment and also that inhibition of PKC hinders Ang II from damaging the cells. Our results from using several inhibitors of different parts of the pathway revealed that PKC activation in this pathway is dependent on the action of PLC on membrane phospholipids and production of IP3. IP3 binds to its receptor at endoplasmic reticulum (ER), opening a channel which allows calcium efflux into the cytoplasm. In this manner, both ER calcium stores and extracellular calcium cooperate so that Ang II can exert its genotoxic effect. PLC is activated by AT1R stimulation. We could also show that the genotoxicity of Ang II is mediated via AT1R signaling using the AT1R antagonist candesartan. In conclusion, here we have shown that Ang II is able to damage genomic damage in cell lines of kidney origin. The observed damage is associated with production of ROS. A decrease in Ang II-induced DNA damage was observed after inhibition of G-proteins, PLC, PKC and NADPH oxidase and interfering with intra- as well as extracellular calcium signaling. This leads to the following preliminary model of signaling in Ang II-induced DNA damage: binding of Ang II to the AT1 receptor activates PLC via stimulation of G-proteins, resulting in the activation of PKC in a calcium dependent manner which in turn, activates NADPH oxidase. NADPH oxidase with involvement of its Nox4 subunit then produces reactive oxygen species which cause DNA damage. Dopamine content and metabolism in the peripheral lymphocytes of PD patients are influenced by L-Dopa administration. The PD patients receiving a high dose of L-Dopa show a significantly higher content of dopamine in their lymphocytes compared to PD patients who received a low dose of L-Dopa or the healthy control. Central to many of the processes involved in oxidative stress and oxidative damage in PD are the actions of monoamine oxidase (MAO), the enzyme which is responsible for the enzymatic oxidation of dopamine which leadsing to production of H2O2 as a by-product. We investigated whether dopamine oxidation can cause genotoxicity in lymphocytes of PD patents who were under high dose L-Dopa therapy and afterward questioned the occurrence of DNA damage after dopamine treatment in vitro and tried to reveal the mechanism by which dopamine exerts its genotoxic effect. The frequency of micronuclei in peripheral blood lymphocytes of the PD patients was not elevated compared to healthy age-matched individuals, although the formation of micronuclei revealed a positive correlation with the daily dose of L-Dopa administration in patients who received L-Dopa therapy together with dopamine receptor agonists. In vitro, we describe an induction of genomic damage detected as micronucleus formation by low micromolar concentrations in cell lines with of different tissue origins. The genotoxic effect of dopamine was reduced by addition of the antioxidants TEMPOL and dimethylthiourea which proved the involvement of ROS production in dopamine-induced DNA damage. To determine whether oxidation of dopamine by MAO is relevant in its genotoxicity, we inhibited MAO with two inhibitors, trans-2-phenylcyclopropylamine hydrochloride (PCPA) and Ro 16-6491 which both reduced the formation of micronuclei in PC-12 cells. We also studied the role of the dopamine transporter (DAT) and dopamine type 2 receptor (D2R) signaling in the genotoxicity of dopamine. Inhibitors of the DAT, GBR-12909 and nomifensine, hindered dopamine-induced genotoxicity. These results were confirmed by treatment of MDCK and MDCK-DAT cells, the latter containing the human DAT gene, with dopamine. Only MDCK-DAT cells showed elevated chromosomal damage and dopamine uptake. Although stimulation of D2R with quinpirole in the absence of dopamine did not induce genotoxicity in PC-12 cells, interference with D2R signaling using D2R antagonist and inhibition of G-proteins, phosphoinositide 3 kinase and extracellular signal-regulated kinases reduced dopamine-induced genotoxicity and affected the ability of DAT to take up dopamine. Furthermore, the D2R antagonist sulpiride inhibited the dopamine-induced migration of DAT from cytosol to cell membrane. Overall, the neurotransmitter dopamine causes DNA damage and oxidative stress in vitro. There are also indications that high dose L-Dopa therapy might lead to oxidative stress. Dopamine exerts its genotoxicity in vitro upon transport into the cells and oxidization oxidation by MAO. Transport of dopamine by DAT has the central role in this process. D2R signaling is involved in the genotoxicity of dopamine by affecting activation and cell surface expression of DAT and hence modulating dopamine uptake. We provided evidences for receptor-mediated genotoxicity of two compounds with different mechanism of actions. The involvement of these receptors in many human complications urges more investigations to reveal whether abnormalities in the endogenous compounds-mediated signaling can play a role in the initiation of new conditions like carcinogenesis.
N2  - Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) werden kontinuierlich in Zellen generiert und sind an physiologischen Prozessen wie der Signaltransduktion beteiligt. Aber auch ihre schädigenden Auswirkungen auf biologische Moleküle sind seit langem bekannt. Eine Reihe von Literaturberichten sieht einen Zusammenhang zwischen übermäßigem oxidativen Stress oder einer unzureichenden antioxidativen Verteidigung und Krebs, Atherosklerose und chronischen bzw. altersbedingten Erkrankungen. Mehrere Studien haben belegt, dass die Aktivierung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems zur Bildung von ROS führen kann. Epidemiologische Studien haben gezeigt, dass Nierenkarzinom-Inzidenzen und -Mortalitäten bei Hypertonikern erhöht sind. Vor kurzem konnte unsere Gruppe zeigen, dass die Perfusion von isolierten Maäusen-Nieren und dieoder Behandlung mehrerer Zelllinien mit Angiotensin II (Ang II) zur Bildung von DNA-Schäden und oxidativen Basenmodifikationen führt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Signalwege der Genotoxizität von Ang II zu bestimmen. Wir bestätigten dDie Genotoxiziät von Ang II in zwei Nieren-Zelllinien humaner Herkunft konnte bestätigt werden. Wir zeigten, dass Ang II-Behandlung zur Produktion von Superoxid-Anionen führt, die durch das membrangängige Superoxid-Dismutase-Mimetikum TEMPOL verhindert werden kann. Eines der Enzyme, das in den Zellen nach Ang II-Behandlung aktiviert wird und ROS produzieren kann, ist die NADPH-Oxidase. Die mittels RT-PCR gemessene Hochregulierung von p47 beweist die Aktivierung der NADPH-Oxidase nach Ang II-Behandlung. Auch die Phosphorylierung von p47 nach Ang II-Behandlung wurde gesteigert. Mittels zweier Inhibitoren zeigten wir, dass NADPH-Oxidase-Hemmung DNA-Schäden durch Ang II-Behandlung vollständig verhindert. Wir versuchten, die Rolle der Nox2- und Nox4-Isoformen der NADPH-Oxidase-Untereinheiten bei der Genotoxizität von Ang II zu differenzieren. Hemmung mittels siRNA bestätigte nur eine Beteiligung der Nox4. Anschließend überprüften wir die Rolle der PKC als potentiellem Aktivator der NADPH-Oxidase. Wir zeigten, dass die PKC nach Ang II-Behandlung PKC phosphoryliert wird und durch die Hemmung der PKC Ang II-induzierten Schäden verhindert werdenird. Die Verwendung mehrerer Inhibitoren der verschiedenen Teile des Signalweges zeigte, dass die PKC-Aktivierung von der Reaktion der PLC mit Membranphospholipiden und der Produktion von IP3 und DAG abhängig ist. IP3 bindet an seinen Rezeptor am Endoplasmatischen Retikulum (ER)., dDie in der Folge auftretende Öffnung eines Kanals ermöglicht einen Calcium-Ausstrom in das Cytoplasma. Auf diese Weise sind sowohl ER-Calcium als auch extrazelluläres Calcium an der Ang II-induzierten genotoxische Wirkung beteiligt. PLC wird durch AT1R-Stimulation aktiviert. Wir konnten mit Hilfe des AT1R-Antagonisten Candesartan auch zeigen, dass die Genotoxizität von Ang II über AT1R-Signaltransduktion vermittelt wird. Zusammenfassend haben wir gezeigt, dass Ang II genomische Schäden in humanen Nieren-Zelllinien verursacht. Die Schäden sind mit der Produktion von ROS verbunden. Eine Reduktion der Ang II-induzierten DNA-Schäden wurde nach Hemmung vonder G-Proteinen, der PLC, PKC und NADPH-Oxidase und Beeinflussung intra- sowie extrazellulärer Calium-Signalgebung gezeigt. Dies führt zu folgendem vorläufigen Modell der Signaltransduktion der von Ang II-induzierten DNA-Schäden: Die Bindung von Ang II an den AT1-Rezeptor aktiviert die PLC durch Stimulationerung der G-Proteine und die PKC in Calcium-abhängiger Weise, dies wiederum aktiviert die NADPH-Oxidase. Die NADPH Oxidase unter Beteiligung ihrerseiner Nox4-Untereinheit erzeugt dann reaktive Sauerstoffspezies, die DNA-Schäden verursachen. Dopamingehalt und -stoffwechsel in peripheren Lymphozyten von Parkinson-Patienten werden durch L-Dopa-Gabe beeinflusst. Die Patienten, die eine hohe Dosis L-Dopa erhalten, zeigen einen signifikant höheren Gehalt an Dopamin in den Lymphozyten im Vergleich zu Patienten, die eine niedrige Dosis L-Dopa erhalten oder der gesunden Kontrollgruppe. Im Mittelpunkt vieler Prozesse bei der Entstehung von oxidativem Stress und oxidativer Schäden bei Parkinson-Patienten steht die Monoaminoxidase (MAO), die für die enzymatische Oxidation von Dopamin und in der Folge für die Entstehung von H2O2 verantwortlich ist. Wir untersuchten, ob die Oxidation von Dopamin genotoxische Wirkung in Lymphozyten von Parkinson-Patienten mit hochdosierter L-Dopa-Therapie induzieren kann. Danach überprüftenfragten wir, ob die Behandlung mit Dopamin in vitro DNA-Schäden induzieren kann und versuchten aufzuzeigen, durch welchen Mechanismus Dopamin seine genotoxische Wirkung entfaltet. Die Häufigkeit von Mikrokernen in peripheren Lymphozyten der Parkinson-Patienten war nicht erhöht im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe, allerdings zeigte die Mikrokernfrequenz eine positive Korrelation mit der täglichen L-Dopa-Dosis bei Patienten, die eine L-Dopa-Therapie zusammen mit einem Dopamin-Rezeptor-Agonisten erhielten. In vitro beobachteten wir bei niedrigen mikromolaren Konzentrationen eine Induktion des genomischen Schadens in Zelllinien, die aus verschiedenen Geweben stammten. Die genotoxische Wirkung von Dopamin wurde durch Zugabe der Antioxidantien TEMPOL und DMTU reduziert, wodurch die Beteiligung von ROS gezeigt werden konnte. Um festzustellen, ob die Oxidation von Dopamin durch MAO für die Genotoxizität relevant ist, hemmten wir MAO mit zwei Inhibitoren, trans-2-Phenylcyclopropylamin-Hydrochlorid (PCPA) und Ro 16-6491, die beide die Bildung von Mikrokernen in PC-12-Zellen reduzieren konnten. Wir untersuchten auch die Rolle des Dopamin-Transporters (DAT) und Dopamin-Typ-2-Rezeptor (D2R)-assoziierter Signalwege in der Genotoxizität von Dopamin. Die Inhibitoren des DAT, GBR-12909 und Nomifensin verhinderten die Dopamin-induzierte Genotoxizität. Diese Ergebnisse wurden durch Behandlung von MDCK- und MDCK-DAT- Zellen (die das humane DAT-Gen besitzen) mit Dopamin bestätigt. Nur MDCK-DAT-Zellen zeigten erhöhte chromosomale Schäden und Dopaminaufnahme. Obwohl die Stimulation mit dem D2R-Rezeptor-Agonisten Quinpirol in Abwesenheit von Dopamin keine Genotoxizität in PC-12-Zellen induzierte, reduzierten sowohl ein D2R-Antagonist, wie auch Inhibitoren des in der Signalkaskade involvierten G-Proteins, der Phosphoinositol-3-Kinase und der extrazellulären signalregulierten Kinasen die Aufnahme von Dopamin mittels DAT und die Dopamin-vermittelte Genotoxizität. Der D2R-Antagonist Sulpirid hemmte die Dopamin-induzierte Migration von DAT aus dem Cytosol zur Zellmembran. Insgesamt verursacht der Neurotransmitter Dopamin DNA-Schäden und oxidativen Stress in vitro. Es gibt Hinweise, dass eine hochdosierte L-Dopa-Therapie zu oxidativem Stress führt. In vitro führt Dopamin zu Genotoxizität durch den Transport in die Zellen und Oxidation durch MAO. Der Transport von Dopamin durch DAT spielt eine zentrale Rolle in diesem Prozess. Die D2R-Signalwege sind an der Genotoxizität von Dopamin durch Auswirkung auf die Aktivierung und Membranexpression von DAT und damit der Dopaminaufnahme beteiligt.
KW  - Angiotensin II
KW  - Mutagenität
KW  - DNS-Schädigung
KW  - DNA-Schaden
KW  - Genotoxizität
KW  - genotoxicity
KW  - DNA damage
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55634
ER  - 
TY  - THES
A1  - Barcena Uribarri, Ivan
T1  - Porins in the genus Borrelia : Characterization of P66 and P13
T1  - Porins in der Gattung Borrelia : Charakterizierung von P13 und P66
N2  - Die Gattung Borrelia gehört zur Familie der Spirochaetes, welche sich den Gram-negativen Bakterien zuordnen lassen. Für diese Familie charakteristisch ist eine längliche, helikale Form, die Längen von 5 – 250 µm erreichen kann. Den Spirochaeten gehören diverse Pathogene an wie Treponema und Leptospira, die Erreger der Syphillis und der Leptospirose. Borrelien verursachen beim Menschen zwei schwere Krankheiten: Die Lyme-Borreliose (LB) und das Rückfallfieber (RF). Als Pathogen besitzen Borrelien einen Lebenszyclus, in dem sie zwischen Gliederfüßern als Vektoren und Säugetieren (oft kleinen Nagetieren) als Wirt wechseln. Um das Überleben in derart unterschiedlichen Organismen zu sichern und die Immunantwort des Wirtes zu unterdrücken, benötigt ein Organismus mit einem solch komplexen Lebenszyklus eine außergewöhnliche Regulierung der Proteinexpression. Die Lyme-Borelliose stellt eine multisystemische Krankheit dar, die verschiedene Organe, wie Haut, Gelenke und das Nervensystem betreffen kann. Häufig kommt es zu einer sich kreisförmig ausbreitenden Rötung, die erythema migrans genannt wird, die zur klinischen Diagnose genutzt wird. Sie erscheint nach einem Zeckenbiss und kann einen Durchmesser von bis zu 15 cm weit erreichen. Rückfallfieber erkennt man an plötzlich auftretenden Fieberschüben, die von weiteren Symptomen wie Schüttelfrost, Kopfschmerzen, Muskel und Gelenkschmerzen oder Übelkeit begleitet werden. Beide Krankheiten können in frühen Stadien der Infektion leicht mit der Gabe von Antibiotika behandelt werden. Die verschiedenen Arten der Gattung Borrelia besitzen ein relativ kleines Genom. Da außerdem viele der vorhandenen Gene für Virulenzfaktoren und wirtsspezifische Anpassungen codieren, fehlen den Borrelien wichtige Genen für die Biosynthese von Aminosäuren, Fettsäuren oder Nukleotiden. Diese metabolischen Defizite werden durch die Aufnahme von durch den Wirt produzierten Nährstoffen ausgeglichen. Den ersten Schritt der Nährstoffaufnahme übernehmen Porine. Dies sind wassergefüllte Kanäle, die die Aufnahme und den Transport von essentiellen Molekülen über die äußere Membran ermöglichen. P66, P13 und Oms28 wurden bei Borrelia burgdorferi, Oms38 bei Rückfallfieber verursachenden Spirochaeten gefunden. P66 ist ein einzelnes Porin mit einer extrem hohen Leitfähigkeit von 11 nS. P13 ist ein kleines Protein (13kDa) mit einer α helikalen Sekundärstruktur, die keinerlei Ähnlichkeit zu den bisherigen Modellen von bekannten Porinen aufweist. Aufgrund seiner Assoziation mit der periplasmatischen Seite der Membran wurde die Funktion als Porin für Oms28 in letzter Zeit stark angezweifelt. Oms38 ist ein Dicarboxylat-spezifisches Porin mit Homologen bei Lyme-Borreliose verursachenden Arten. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war das vorhandene Wissen über P66 und P13 als Porine der Gattung Borrelia zu erweitern. Die beiden Proteine unterscheiden sich strukturell stark von den bisher bekannten Porine Gram-negativer Bakterien und sind daher geeignete Forschungsobjekte, um die speziellen Anforderungen an Borrelienporinen zu erforschen. Das Ziel dieser Arbeit war die Erforschung der beiden in Borrelien beschriebenen Proteine P66 und P13. Gerade weil sich beide in Aufbau und Größe von bekannten Porinen Gram-negativer Bakterien unterscheiden und somit in spezifische Prozesse bei der Gattung Borrelia involviert sein könnten, ist die Forschung auf diesem Gebiet auch weiterhin von höchstem Interesse. Im ersten Projekt dieser Arbeit wurden das Vorkommen und die porenformende Aktivität von P66 in verschiedenen Borrelia-Arten (Lyme-Borreliose und Rückfallfieber) untersucht. Bei P66 handelt es sich um das am besten untersuchte Porin der Borrelien, das eine Doppelfunktion als Porin und als Adhesin besitzt. Da sich alle bisherigen Ergebnisse auf B. burgdorferi beziehen, ist wenig bis gar nichts über homologe Proteine in anderen Borrelien-Arten bekannt. Deswegen wurden jeweils drei Arten, die Lyme-Borreliose und Rückfallfieber verursachen, ausgewählt und an deren P66-Homologe die porenformende Aktivität überprüft. Fünf von sechs zeigten dabei eine ähnliche Einzelkanalleitfähigkeit wie P66, die im Bereich von 9 – 11 nS lagen, bei gleichzeitig kaum vorhandener Selektivität für eine bestimmte Ionensorte. Auch eine Spannungsabhängigkeit, die bei 30 – 70 mV begann, war messbar. Nur im Fall von B. hermsii konnten keine Poren gefunden werden. Dabei ist noch nicht geklärt, ob das Fehlen der porenbildenden Aktivität einem evolutionären Verlust der Funktion als Pore oder einer höheren Anfälligkeit gegenüber den verwendeten Detergenzien geschuldet ist. In einem weiteren Projekt wurde der kontrovers diskutierte Porendurchmesser von P66 aus B.burgdorferi mit empirischen Mitteln analysiert. In früheren theoretischen Studien wurde der Kanaldurchmesser auf 2,6 nm geschätzt. Dieser sehr große Durchmesser würde allerdings die Schutzfunktion der Außenmembran verhindern. Mit Hilfe von ungeladenen Substanzen gelang eine Bestimmung des Innendurchmessers von P66 auf 1,8 nm am Eingang und 0,8 nm an der Engstelle der Pore. Zusätzlich führte eine unerwartete Blockierung der Pore durch einige dieser Substanzen zu der Erkenntnis, dass P66 einen oligomeren (wahrscheinlich oktameren) Aufbau besitzt. Ein solcher Aufbau konnte bisher noch nie nachgewiesen werden und könnte von daher ein einzigartiges Merkmal von Borrelien oder Spirochaeten sein. Das dritte Projekt beschäftigte sich mit der rekombinanten Produktion eines Proteins von B. burgdorferi mit immunogenen Eigenschaften. Dieses könnte dazu verwendet werden, neue Diagnose Tests und Therapien zu entwickeln. P13 kommt in verschiedenen LB- und RF-Arten vor und besitzt kein bekanntes bakterielles Homolog. Diese Fakten machen aus P13 einen geeigneten Kandidaten als therapeutisches Ziel. Aus diesem Grund wurde das P13-Gen in zwei unterschiedliche Organismen kloniert. Zum einen in E. coli, wo zwei verschiedene Konstrukte zur Klärung der Rolle des periplasmatisch verdauten C-Terminus dienen sollten. Zum anderen in Tabakpflanzen über Agrobacterium tumefaciens, mittels eines Virus. Dabei vermehrt sich der Vektor in den Zellen der Pflanze, breitet sich aus und produziert gleichzeitig das gewünschte Protein. Mit Hilfe dieser zweiten Expressionsmethode sollte es möglich sein, große Mengen des rekombinanten Proteins zu erzeugen und gleichzeitig die Kosten und den Zeitbedarf zu senken. Das letzte Projekt beschäftigte sich mit dem Außenmembran-Komplexom von B. burgdorferi und konzentrierte sich dabei auf die Komplexe von P13 und P66. Blue Native PAGE und 2D-SDS PAGE wurden als Techniken ausgewählt. Es konnte gezeigt werden, dass P66 das einzige Protein ist, das am vermutlich oktameren Aufbau der 11 nS Pore beteiligt ist. Zusätzlich gelang es, den Komplex in zwei Hälften zu spalten, die ungefähr das halbe Molekulargewicht bei einer Leifähigkeit von 5,5 nS zeigten. Im Fall des P13-Komplexes konnte eine mögliche Verknüpfung mit OspC entdeckt werden. Die Gelelution des Komplexes und anschließende Tests mit Hilfe der Black-Lipid-Bilayer-Methode ergaben eine Aktivität von 0,6 nS. Dies steht im starken Gegensatz zu der vorher für P13beschriebenen Größe von 3,5 nS. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass P66 ein in vielen Borrelienarten vorkommendes und damit weit verbreitetes Porin mit Homologen in LB- und RF-Spezies ist, die ähnliche Charakteristika besitzen. Der Durchmesser dieser Pore konnte unter Berücksichtigung der Eigenschaften eines molekularen Siebes genauer bestimmt werden. Im Fall von P13 könnte dessen rekombinante Produktion es erlauben, dieses Protein als Hilfsmittel zur Diagnose und zur medizinischen Therapie einzusetzen. Zusätzlich könnte der gefundene Bezug zu OspC dazu beitragen, in Zukunft mehr über die Funktion dieses interessanten Proteins herauszufinden.
N2  - The genus Borrelia belongs to the Spirochaetes phylum which is far related to Gram negative bacteria. This phylum possesses a characteristic long helically coiled shape with lengths that vary from 5 to 250 μm. Other pathogens as Treponema and Leptospira which cause syphilis and leptospirosis, also belong to the Spirochaetes. Borrelia itself is the causative agent of two human diseases, the Lyme disease and relapsing fever. Borreliae are pathogenic bacteria which cycle between their arthropod vector, in most cases a tick, and a mammal host, very often small rodents. This complex life cycle requires an extraordinary protein up- and down-regulation in order to survive in such different organisms and avoid their immunologic systems. Lyme disease is a multisystemic disease that can affect different organs like skin, joints and nervous system. A red rash with concentric rings, called erythema migrans is a distinctive manifestation that allows clinical diagnosis. It appears after the bite of an infected tick and spreads out to diameters that can reach 15 cm. Relapsing fever is characterized by sudden recurrent fever peaks accompanied with chills, headache, muscle and joint pain and nausea. Both diseases are easily treated with antibiotics in early infection stages. Borrelia species possess a small genome. Many of their genes are related with virulence and the adaptation to the different hosts. The absence of genes in Borrelia involved in the biosynthesis of amino acids, fatty acids or nucleotide is very remarkable. This metabolic deficiency makes Borrelia species dependent on substances produced by the host. The first step in nutrient uptake is accomplished by porins. Bacterial porins are water-filled channels that facilitate the transport of essential molecules through the outer membrane. Four porins have been described in Borrelia up to this point. P66, P13 and Oms28 have been found in Borrelia burgdorferi while Oms38 was discovered in relapsing fever spirochetes. P66 is a singular porin with an extremely high single channel conductance of 11 nS. P13 is a small protein with an α-helical secondary structure which does not fit into the general porin model. The function of Oms28 as a porin has been questioned recently due to its periplasmic membrane-associated location. Finally, Oms38 is a specific porin for dicarboxilates with homologues in Lyme disease species. The aim of this thesis was to broaden the knowledge of the P66 and P13 porins described in the genus Borrelia. Both differ in structure and size from the general Gram negative porin model and could be highly involved in specific tasks in the genus Borrelia. In the first project of this thesis, the presence and pore forming capacity of P66 was studied in several Borrelia species including members of the relapsing fever group. P66 is the best studied porin in Borrelia with a dual function as porin and adhesin. This knowledge is restricted to B. burgdorferi and little or nothing is known about homologues in other Borrelia species. Therefore, three Lyme disease and three relapsing fever species were chosen as representative agents of the genus and the pore forming activity of their P66 homologues was studied. Five out of the six homologues exhibited a similar single channel conductance in a range from 9 to 11 nS. All of them showed no selectivity for cations or anions, and they were voltage dependent starting at different voltages from 30 to 70 mV. Only in the case of the B. hermsii homologue no pore forming activity could be established. It remains unclear if the lack of activity was due to an evolutionary loss of its porin function or to a higher sensibility to the detergents used for purification. In another project, the controversial P66 pore diameter of B. burgdorferi was analyzed with an empirical method. In a former study, the diameter of the P66 channel was estimated to be 2.6 nm based on theoretical considerations. This diameter is rather large and could impair the outer membrane protective function. Different non-electrolytes were used to study the P66 pore diameter indicating a 1.8 nm entrance diameter and a 0.8 nm inner constriction. In addition, the blockage of the channel with some of those non-electrolytes disclosed an oligomeric organization formed by approximately eight independent channels. Such a structure has not been observed so far in any other living organism and could be exclusive of Borrelia or spirochetes. The third project of this thesis deal with the recombinant production of a B. burgdorferi protein with immunogenic potential. This protein might be used to develop new diagnosis tests and therapeutic treatments. P13 is an outer membrane protein present in LD and RF species and it does not have any other known bacterial homologue. These facts make of P13 a good candidate to be used as a therapeutic target. For such purpose, P13 was cloned in two organisms. First, in Escherichia coli were two different constructs were designed to establish the role of a periplasmic cleaved C-terminus. Second, in a virus based vector delivered by Agrobacterium tumefaciens into tobacco plant cells. The vector replicates inside the plant cells spreading the infection to adjacent cells and at the same time producing the recombinant protein. This second expression method should enable the production of large amounts of the recombinant protein reducing time and costs. The last project of this thesis looked into the outer membrane complexome of B. burgdorferi focusing on the P13 and P66 porin complexes. Blue Native Page and second dimension SDS Page were the technique chosen for this purpose. P66 could be shown to be the only protein involved in the formation of the 11 nS pore which complex is probably formed by eight monomers. It was also possible to divide this complex in two halves with approximately half the molecular weight and a conductance of 5.5 nS. In the case of the P13 complex, a possible association with the lipoprotein OspC was revealed. The gel extraction of the P13 complex and its test with the Back Lipid Bilayer assay exhibited a 0.6 nS activity. This is in high contrast with the 3.5 nS activity previously described for this protein. To sum up, P66 is a porin present in many Borrelia species including not only LD but also RF species and which homologues show similar biophysical properties. The diameter of this pore is smaller than previously thought and it has molecular weight sieving properties. In the case of P13, its recombinant procurement will allow the use of P13 as a diagnostic and therapeutic target. The possible association with OspC could facilitate to unravel in future experiments the function of this intriguing protein.
KW  - Porins
KW  - Borrelia
KW  - Porins
KW  - Borrelia
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-55339
ER  - 
TY  - THES
A1  - Li, Jian-Qiang
T1  - Modulating the expression of enzymes of isoprenoid synthesis: effects on Vgamma9Vdelta2 T cell activation and tumor cell growth
T1  - Modulation der Expression von Enzymen der Isoprenoidsynthese: Effekte auf die Vgamma9Vdelta2 T Zellaktivierung und das Tumorzellwachstum
N2  - This study focuses on phosphoantigen specific Vg9Vd2 T cells which only exist in human and non-human primates. This population accounts for 1%-5% of peripheral blood T-lymphocytes but their frequency can rise to 50% of total blood T cells upon infection. Vg9Vd2 T cells can be activated by nonpeptide compounds with critical phosphate moieties which are termed as phosphoantigens. These include isopentenyl pyrophosphate (IPP), a key compound of isoprenoid synthesis in all organisms, and (E)-4-Hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate (HMBPP), a direct precursor of IPP in DOXP pathway which only exist in eubacteria, plants, apicomplexaen parasites. Its activity as phosphoantigen is at least 1000 fold higher than that of IPP. However, direct structural evidence of phosphoantigen binding to the TCR is missing so far. Moreover, Vg9Vd2 T cells have potent anti-tumor activity e.g. against the B-cell lymphoma Daudi, whose Vg9Vd2 T cell activating properties have been suggested to result from sensing of abnormal intracellular IPP levels by the Vg9Vd2 TCR or Vg9Vd2 TCR binding to other postulated ligands such as an ectopically expressed F1-ATPase or UL-16 binding protein 4 (ULBP4). Aminobisphosphonates and alkymines were hypothesized to activate Vg9Vd2 T cells indirectly by inhibiting the IPP consuming enzyme farnysyl pyrophosphates synthesis (FPPS) although off target effects of these drugs or a direct interaction with the Vg9Vd2 TCR could not be excluded. This thesis presents new approaches for the mechanistic analysis of Vg9Vd2 T cell activation. By employing retroviral transduction of FPPS specific shRNA, it shows that specific shRNA reduces expression of FPPS and is sufficient to convert hematopoietic and non-hematopoietic tumor cell lines into Vg9Vd2 T cell activators. FPPS knockdown cells activated Vg9Vd2 T cells as measured by increased levels of CD69 and CD107a, kill of FPPS knockdown cells and induction of IFN-γ secretion. The IPP-synthesis-inhibiting drug mevastatin reduced Vg9Vd2 T cell activation by FPPS knockdown cells or aminobisphosphonate treated cells but not activation by the phosphoantigen bromohydrin pyrophosphate (BrHPP). A reduced growth of the FPPS knockdown cells has not been observed which is different to what has been reported for aminobisphosphonate treated cells. Finally, the human B-cell lymphoma RAJI has been transduced with Tetracyclin-inducible FPPS specific shRNA and proven to gain and loose the capacity to activate Vg9Vd2 TCR transductants upon doxycylin provision or removal. Another approach for the analysis of Vg9Vd2 T cell activation is Vg9Vd2 TCR transduced mouse cell lines with specificity for phosphoantigens. In contrast to the previously used Vg9Vd2 TCR transduced Jurkat cells, these cells do not present phosphoantigens, and are therefore specially suited for analysis of phosphoantigen presentation. The response of the new TCR transductants to presumed Vg9Vd2 TCR ligands/activators such as phosphoantigens, aminobisphosphonates or FPPS knockdown cells, depended strongly on the expression of a rat/mouse CD28 molecule by the transductants and its ligation by the (CD80) counter receptor on the ligand-presenting cell. The response is likely to reflect recognition of cognate Vg9Vd2 TCR antigens since mutations in the TCR-δ chain CDR2 and 3 abolished this response but activation by TCR or CD3 specific antibodies. A major difference between TCR transductants and primary gd T cells, was the lacking response of TCR transductants to Daudi or IPP. In addition their sensitivity to other soluble phosphoantigens was about 100 fold weaker than that of primary cells, stimulation of both cell type to CD80 expressing FPPS knock down or aminobisphosphonates was similar. Finally, the transductants have also been used to analyze effects of over-expression or knockdown of enzymes of isoprenoid synthesis such as 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA reductase (HMG-CoA reductase or HMGR), mevalonate-5-pyrophosphate decarboxylase (MVD), isopentenyl pyrophosphate isomerase (IDI), geranyl-geranyl pyrophosphate synthase (GGPPS) but no clear effects have been found. In conclusion, this thesis supports the concept of Vg9Vd2 T cells being sensors of a dysregulated isoprenoid metabolism and established new tools to study ligand recognition and TCR mediated activation of this T cell population. These tools will be most useful to address following questions: 1) How does the dysregulation of isoprenoid metabolism affect tumor growth? 2) What is the correlation between the modulation of IPP levels and the Vg9Vd2 TCR binding or expression of other postulated ligands? 3) Are there any mevalonate pathway enzymes other than FPPS and HMGR, which play an important role in Vg9Vd2 T cells activation? 4) What is/are the putative phosphoantigen-presenting molecule(s)?
N2  - Die vorliegende Arbeit widmet sich den phosphoantigenspezifischen Vg9Vd2 T Zellen, die nur im Menschen und nicht-humanen Primaten zu finden ist. Diese Population stellt 1-5% der peripheren Blut T-Zellen aber ihre Frequenz kann bei Infektionen auf bis zu 50% steigen. Vg9Vd2 T Zellen können durch nicht Peptid-Moleküle aktiviert werden, die sich durch eine essentielle Phosphatkomponente auszeichnen. Hierzu gehören das Isopentenyl-pyrophosphat (IPP), ein Schlüsselmolekül der Isoprenoidsynthese aller Organismen, sowie das bezüglich seiner gd T zellaktivierenden Eigenschaften mehr als 1000fach stärkere (E)-hydroxy-3-methyl-but-2-enyl-pyrophosphat (HMBPP), dass der direkte Vorläufer des IPP im DOXP Stoffwechselweg ist, der nur bei Eubakterien, Pflanzen und apikomplexen Bakterien zu finden ist. Direkte strukturelle Belege für die Bindung von Phosphoantigenen an den gd TCR stehen jedoch aus. Darüber hinaus besitzen Vg9Vd2 T Zellen eine direkte gegen Tumoren wie das B-Zelllymphom Daudi gerichtete Aktivität, für deren Erklärung ein „Erspüren“ eines abnormal erhöhten intrazellulären IPP Spiegels durch den Vg9Vd2 TCR oder Bindung des Vg9Vd2 TCR an Liganden, wie einer ectopisch exprimierten F1-ATPase oder des UL-16 bindenden Proteins 4 (ULBP4) herangezogen wurde. Die Vg9Vd2 T Zell Aktivierung durch Aminobisphosphonate und Alkylamine wurde hingegen auf die Inhibition des IPP verbrauchenden Enzyms Farnesylpyrophosphatsynthase (FPPS) zurückgeführt, obgleich Wirkungen auf andere Moleküle oder eine direkte Bindung an den TCR nicht ausgeschlossen werden konnten. Die vorgelegte Dissertationsschrift beschreibt neue Ansätze der Analyse der Mechanismen der Vg9Vd2 T Zell Aktivierung. Sie zeigt, dass eine mittels retroviraler Transduktion von shRNA erzielte Reduktion der FPPS Expression ausreicht, um hematopoietische und nicht-hematopoietische Tumorzellen zu Vg9Vd2 T Zellaktivatoren zu machen. Die FPPS knockdown zellvermittelte Aktivierung der Vg9Vd2 T Zellen zeigte sich in erhöhter Expression von CD69, CD107a, Zytotoxizität gegen FPPS knockdown Zellen und Induktion der IFNg Sekretion. Die, die IPP-Synthese inhibierende Substanz Mevastatin, reduzierte die Vg9Vd2 T Zellaktivierung durch FPPS knockdown Zellen oder Aminobisphosphonat behandelte Zellen, aber nicht die Aktivierung durch das Phosphoantigen Bromhydrin Pyrophosphat. Ein vermindertes Wachstum der FPPS knockdown Zellen wurde nicht nachgewiesen was im Gegensatz zur Literatur über Aminobisphosphonat behandelte Zellen steht. Weiterhin wurde ein Tetracyclin-induzierbares FPPS spezifische shRNA kodierendes lentivirales Konstrukt in humane B-Zelllymphom Raji Zellen transduziert, die anschließlich die durch Zugabe bzw. Entfernung von doxycyclin gesteuerte Fähigkeit erhielten, Vg9Vd2 T Zellen zu aktivieren. Ein anderer Ansatz zur Analyse der Vg9Vd2 T-zellvermittelten Aktivierung war die Entwicklung phosphoantigenspezifischer Vg9Vd2 TCR transduzierter Mauszelllinien. Diese Zellen unterscheiden sich von den bisher benutzten humanen Vg9Vd2 TCR transduzierten Jurkat Zellen dadurch, dass sie keine Phosphoantigene präsentieren, und sind daher für Analyse der Phosphoantigenpräsentation besonders geeignet. Die Antwort der neuen TCR Transduktanten auf wahrscheinliche Vg9Vd2 TCR Zellliganden bzw. Vg9Vd2 T-Zellaktivatoren wie Phosphoantigene, Aminobisphosphonate oder FPPS knockdown Zellen hing im hohen Maße von der Expression eines Ratten/Maus CD28 Moleküls auf den Transduktanten und dessen Bindung an den (CD80) Gegenrezeptor auf der antigenpräsentierenden Zelle ab. Höchstwahrscheinlich reflektiert die Antwort auf eine spezifische Antigenerkennung, da Mutationen in den CDR2 und 3 der TCRd Kette die Antwort verschwinden ließen, aber keine Effekte auf die Stimulation durch CD3 oder TCR spezifische Antikörper hatten. Ein gravierender Unterschied der TCR-Transduktanten zu primären gd T Zellen lag auch darin, dass die TCR Transduktanten weder durch Daudi Zellen noch durch IPP stimuliert wurden und ihre Empfindlichkeit gegenüber löslichen Phosphoantigenen ungefähr 1000fach geringer als bei primären Vg9Vd2 T-Zellen war, während sich die Antwort der beiden Zelltypen auf FPPS knockdown oder Aminobisphosphonate-behandelte Zellen ähnelten. Schließlich wurden die Transduktanten verwendet, um Effekte der Überexpression oder des knockdown von Enzymen der Isoprenoidsynthese wie 3-Hydroxy-3-Methyl-Glutaryl-CoA reductase (HMG-CoA reduktase or HMGR), Mevalonat-5-Pyrophosphat decarboxylase (MVD), Isopentenyl Pyrophosphat Isomerase (IDI), Geranylgeranyl Pyrophosphate Synthase (GGPPS) zu analysieren, wobei keine eindeutigen Effekte beobachtet wurden. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass die vorgelegte Arbeit die Vorstellung von Vg9Vd2 TCR Zellen als Sensoren eines entgleisten Isoprenoidstoffwechsel unterstützt und neue Werkzeuge zur Analyse der Ligandenerkennung und TCR vermittelten Aktivierung dieser Zellpopulation vorstellt. Diese Werkzeuge sollten bei der Beantwortung folgender Fragen helfen: 1) Wie beeinflusst die Fehlregulation des Isoprenoidstoffwechesle das Tumorwachstum. 2) Welche Korrelation besteht zwischen der Modulation der IPP Spiegel und der Vg9Vd2 TCR vermittelten Aktivierung bzw. der Expression anderer vorgeschlagener Vg9Vd2 Liganden. 3) Gibt es Enzyme außer der FPPS und der HMG-CoA Reduktase, die eine wichtige Rolle bei der Vg9Vd2 T-Zellaktivierung spielen und schließlich 4) Welche(s) Molekül(e) präsentiert bzw. präsentieren Phosphoantigene ?
KW  - Primaten
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Tumorwachstum
KW  - Isoprenoide
KW  - Synthese
KW  - Vg9Vd2 T Zellaktivierung
KW  - Isoprenoidsynthese
KW  - Farnesylpyrophosphatsynthase (FPPS)
KW  - Aminobisphosphonat
KW  - Isopentenyl-pyrophosphat (IPP)
KW  - Vg9Vd2 T cell
KW  - Isoprenoid Synthesis
KW  - Farnesyl Pyrophosphate Synthase
KW  - Aminobisphosphonate
KW  - Isopentenyl pyrophosphate (IPP)
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46388
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gerold, Kay
T1  - CTLA4 and CLEC16A in Type 1 Diabetes - Looking behind the association
T1  - CTLA4 und CLEC16A in Typ 1 Diabetes - Ein Blick hinter die Assoziation
N2  - Type 1 diabetes is an autoimmune disease that leads to the destruction of insulin-producing pancreatic beta cells and consequently to hyperglycemia. In the last 60 years, the prevalence of type 1 diabetes has been increasing constantly and is predicted to continue rising. About 80% of the disease risk is attributable to the genetic variation. Thanks to genome wide association studies the number of known disease-associated polymorphisms climbed from five to 53 in the last 10 years. As these studies reveal possible candidate genes but not underlying mechanisms we strove to take the next step and explore the association of two genes suggested by these studies with type 1 diabetes. As a method of choice we decided to use lentiviral RNAi in non obese diabetic (NOD) mice, a widely-used model for type 1 diabetes, introducing a shRNA directed against the target message into the genome of this mouse strain via a lentivirus. This allowed us to study the partial loss-of-function of the target gene within the context of diabetes, directly seeing its effect on autoimmune mechanisms. In this thesis we examined two different genes in this manner, Ctla4 and Clec16a. A type 1 diabetes associated polymorphism in the CTLA4 gene had been found to alter the splicing ratio of its variants soluble CTLA-4 (sCTLA-4) and full length CTLA-4, the associated allele producing less sCTLA-4 than the protective allele. We mimicked this effect by specifically targeting the sCtla4 mRNA via lentiviral RNAi in the NOD model. As a result we could confirm the reduction of sCTLA-4 to accelerate type 1 diabetes development. Furthermore we could show a function of sCTLA-4 in regulatory T cells, more specifically at least partly in their ability to modulate costimulation by antigen presenting cells. The second candidate gene, Clec16a was targeted with the shRNA in a way that was designed to knock down most splice variants. As the gene function and the effect of the associated SUMMARY 10 polymorphism was unknown, we reasoned this method to be feasible to investigate its role in type 1 diabetes. The knockdown of Clec16a in NOD mice resulted in an almost complete protection from diabetes development that could be attributed to T cells dysfunction. However, as expression patterns and a study of the Drospophila orthologue suggested a possible role of CLEC16A in antigen presentation we also examined antigen presenting cells in the thymus and periphery. Although we did not detect any effect of the knockdown on peripheral antigen presenting cells, thymic epithelial cells were clearly affected by the loss of CLEC16A, rendering them more activated and shifting the ratio of cortical to medullary epithelial cells in favor of cortical cells. We therefore suggest a role of CLEC16A in the selection of T cells, that needs, however, to be further investigated. In this thesis we provided a feasible and fast method to study function of genes and even of single splice variants within the NOD mouse model. We demonstrate its usefulness on two candidate genes associated with type 1 diabetes by confirming and unraveling the cause of their connection to the disease.
N2  - Typ 1 Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, bei der es zur Zerstörung von pankreatischen beta-Zellen und daraus folgend zu einer Hyperglykämie kommt. In den letzten 60 Jahren stieg die Diabetes Prävalenz stetig an und Studien sagen voraus, dass sich dieser Trend in Zukunft noch stärker fortsetzen wird. Man geht davon aus, dass ca. 80% des Erkrankungsrisikos für autoimmunen Diabetes genetischer Natur sind. Dank Genom-weiter Assoziationsstudien wurde dieser Beitrag gerade in den letzten zehn Jahren immer weiter aufgeklärt und bis heute wurden 53 mit Typ 1 Diabetes assozierte Polymorphismen identifiziert. Da diese Studien es nur leisten können, mögliche Kandidatengene aufzuzeigen, allerdings keine Aussagen über die zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen machen können, haben wir es uns zum Ziel gesetzt diesen nächsten Schritt zu gehen und zwei der durch diese Studien vorgeschlagenen Gene auf ihre Rolle in der Typ 1 Diabetes Ätiologie zu untersuchen. Unsere Methode der Wahl war die lentivirale RNA Interferenz im Mausmodell der nonobese diabetic mouse (NOD). Via lentiviralen Vektoren wird die Information für eine shRNA, die an die mRNA des Zielgenes bindet, in das Empfängergenom integriert. Die daraus folgende Herabregulierung der Ziel-mRNA erlaubt es uns den Effekt dieser fehlenden Geninformation auf die Immunregulation zu analysieren. Auf diese Weise wurden in dieser Thesis zwei Kandidatengene untersucht, Ctla4 und Clec16a. Der mit Typ 1 Diabetes assoziierte Polymorphismus im CTLA4 Gen verursacht eine Verschiebung im Splice Verhältnis der beiden Isoformen im Menschen, soluble CTLA-4 (sCTLA-4) und full length CTLA-4, zu Gunsten der full length Variante. Im NOD Mausmodell konnte diese Verschiebung durch eine Einführung einer gegen sCtla4 gerichteten shRNA nachgeahmt werden. In Folge dessen konnten wir bestätigen, dass eine eduzierung der sCTLA-4 Variante die Typ 1 Diabetes Entwicklung beschleunigt. Zudem ZUSAMMENFASSUNG 12 konnten wir eine Rolle von sCTLA-4 in der Funktion von regulatorischen T Zellen, genauer in deren Fähigkeit die Kostimulation durch Antigen präsentierenden Zellen zu modulieren, zeigen. Bei dem zweiten Gen, das in dieser Thesis untersucht wurde handelte sich um Clec16a. Es wurde von einer shRNA herunterreguliert, die den Großteil der Varianten abdeckt, da die Funktion des Genes, sowie die Auswirkungen des assoziierten Polymorphismus unbekannt waren. Der Knockdown von Clec16a in der NOD Maus verursachte einen fast vollständigen Schutz vor Diabetes, der im weiteren Verlauf den T Zellen zugerechnet werden konnte. Allerdings hatten das Expressionsmuster, sowie eine Studie am Drosophila Ortholog ema eine Rolle von CLEC16A in Antigen präsentierenden Zellen impliziert. Folglich untersuchten wir die Möglichkeit, dass diese Zellgruppe in der Peripherie oder im Thymus durch den CLEC16A Mangel beeinträchtigt sein könnten. Tatsächlich wies die Zellgruppe, die im Thymus für die Selektion von T Zellen zuständig ist einen erhöhten Aktivierungsstatus auf, was auf eine modifizierte T Zell Selektion hindeuten könnte. Mit dieser Arbeit konnten wir eine praktikable und schnelle Methode, für die funktionelle Analyse von Genen und sogar einzelnen Splice Varianten, aufzeigen. Wir konnten ihren Nutzen weiterhin an zwei mit Typ 1 Diabetes assoziierten Kandidatengenen unter Beweis stellen, indem wir so die Assoziation bestätigen und Licht auf die zugrunde liegenden Mechanismen werfen konnten.
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Typ 1
KW  - Molekulargenetik
KW  - Type 1 Diabetes
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66617
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roth, Heide Marie
T1  - Nucleotide Excision Repair: From Recognition to Incision of damaged DNA
T1  - Nukleotid-Exzisions-Reparatur: Vom Erkennen zum Schneiden der geschädigten DNA
N2  - The Nucleotide Excision Repair (NER) pathway is able to remove a vast diversity of structurally unrelated DNA lesions and is the only repair mechanism in humans responsible for the excision of UV induced DNA damages. The NER mechanism raises two fundamental questions: 1) How is DNA damage recognition achieved discriminating damaged from non damaged DNA? 2) How is DNA incision regulated preventing endonucleases to cleave DNA non specifically but induce and ensure dual incision of damaged DNA? Thus, the aim of this work was to investigate the mechanisms leading from recognition to incision of damaged DNA. To decipher the underlying process of damage recognition in a prokaryotic model system, the intention of the first part of this work was to co crystallize the helicase UvrB form Bacillus caldotenax together with a DNA substrate comprising a fluorescein adducted thymine as an NER substrate. Incision assays were performed to address the question whether UvrB in complex with the endonuclease UvrC is able to specifically incise damaged DNA employing DNA substrates with unpaired regions at different positions with respect to the DNA lesion. The results presented here indicate that the formation of a specific pre incision complex is independent of the damage sensor UvrA. The preference for 5’ bubble substrate suggests that UvrB is able to slide along the DNA favorably in a 5’ → 3’ direction until it directly encounters a DNA damage on the translocating strand to then recruit the endonuclease UvrC. In the second part of this work, the novel endonuclease Bax1 from Thermoplasma acidophilum was characterized. Due to its close association to archaeal XPB, a potential involvement of Bax1 in archaeal NER has been postulated. Bax1 was shown to be a Mg2+ dependent, structure specific endonuclease incising 3’ overhang substrates in the single stranded region close to the ssDNA/dsDNA junction. Site directed mutagenesis of conserved amino acids was employed to identify putative active site residues of Bax1. In complex with the helicase XPB, however, incision activity of Bax1 is altered regarding substrate specificity. The presence of two distinct XPB/Bax1 complexes with different endonuclease activities indicates that XPB regulates Bax1 incision activity providing insights into the physical and functional interactions of XPB and Bax1.
N2  - Die Nukleotid-Exzisions-Reparatur (NER) ist in der Lage, eine Vielfalt an strukturell unterschiedlichen DNA Schädigungen zu entfernen, und ist überdies der einzige DNA-Reparaturmechanismus im Menschen, der UV induzierte DNA-Schädigungen entfernen kann. Der NER Mechanismus impliziert zwei grundlegende Fragen: 1) Wie wird geschädigte DNA erkannt und worauf gründet sich die Unterscheidung zwischen geschädigter und nicht geschädigter DNA? 2) Wie wird das Schneiden der DNA reguliert? Wie wird unspezifisches Schneiden verhindert und sichergestellt, dass die geschädigte DNA auf beiden Seiten der Schädigung herausgeschnitten wird? Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die Mechanismen zu untersuchen, die vom Erkennen zum Herausschneiden geschädigter DNA führen. Um im bakteriellen Modelsystem den zugrundeliegenden Prozess der Schadenserkennung zu entschlüsseln, sollte im ersten Teil dieser Arbeit die Helikase UvrB aus Bacillus caldotenax zusammen mit einem geschädigten DNA Substrat kristallisiert werden. Als Schädigung wurde ein Fluorescein-Molekül genutzt, das an eine Thymin-Base gekoppelt wurde. Biochemische Experimente wurden durchgeführt um herauszufinden, ob UvrB im Komplex mit der Endonuklease UvrC spezifisch geschädigte DNA schneiden kann. Dafür wurden DNA-Substrate eingesetzt, die ungepaarte Basen an verschiedenen Stellen bezüglich der DNA-Schädigung enthielten. Die hier gezeigten Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein spezifischer Komplex gebildet werden kann, der auch unabhängig von dem Schadenssensor UvrA zum Schneiden der DNA befähigt ist. Die Schnitt-Präferenz für die 5‘ ungepaarte Region lässt vermuten, dass UvrB bevorzugt in 5‘→3‘ Richtung an der DNA entlanggleiten kann. Sobald UvrB auf eine Schädigung auf diesem DNA Strang trifft, wird die Endonuklease UvrC rekrutiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die neuartige Endonuklease Bax1 aus Thermoplasma acidophilum charakterisiert. Aufgrund der engen Assoziation zu archaischem XPB wurde eine Beteiligung an der archaischen NER postuliert. Es konnte gezeigt werden, dass Bax1 eine Mg2+ abhängige, strukturspezifische Endonuklease ist, die 3‘-Überhang Substrate im Einzelstrangbereich nahe des Einzelstrang/Doppelstrang Überganges schneidet. Konservierte Aminosäuren wurden gezielt verändert, um diejenigen Reste zu identifizieren, die möglicherweise das aktive Zentrum bilden. Im Komplex mit der Helikase XPB veränderte sich jedoch das Schneideverhalten im Hinblick auf die Substratspezifizität. Die Existenz von zwei verschiedenen XPB/Bax1 Komplexen mit unterschiedlicher Aktivität bezüglich des Schnittverhaltens könnte darauf hinweisen, dass XPB Bax1 reguliert. Diese Beobachtung erlaubt zugleich Einblicke in die Interaktion von XPB und Bax1 auf physikalischer und funktioneller Ebene.
KW  - DNS-Reparatur
KW  - Nucleasen
KW  - Helicasen
KW  - Archaebakterien
KW  - DNA Repair
KW  - Nuclease
KW  - Helicase
KW  - Archaea
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57098
ER  - 
TY  - THES
A1  - Salvador, Ellaine Riciel P.
T1  - Characterization of Asymptomatic Bacteriuria (ABU) Escherichia coli Isolates:  virulence traits and host-pathogen interactions
T1  - Charakterisierung der Virulenzeigenschaften und Wirt-Pathogen-Interaktionen von asymptomatischer Bakteriurie (ABU) Escherichia coli Isolaten
N2  - Urinary tract infection (UTI) is one of the most serious health problems worldwide. It accounts for a million hospital visits annually in the United States. Among the many uropathogenic bacteria, uropathogenic Escherichia coli (UPEC) is the most common causative agent of UTI. However, not all E. coli that inhabit the urinary tract can cause UTI. Some of them thrive for long periods of time in the urinary bladder without causing overt symptoms of infection. This carrier state is called asymptomatic bacteriuria (ABU). E. coli ABU isolates can live in the host without inducing host response due to deletions, insertions and point mutations in the genome leading to the attenuation of virulence genes. They therefore behave in the same way as commensals. Since bacteria that inhabit the urinary tract are said to originate from the lower intestinal tract and ABU behave in a similar way as commensals, this study compared various phenotypic and genotypic characteristics of ABU and commensal E. coli fecal isolates. The two groups did not show a strict clustering with regards to phylogenetic lineage since there appears to be overlaps in their distribution in some clonal complexes. In addition, it was observed that the UPEC virulence genes were more frequently inactivated in ABU than in fecal isolates. Hence, ABU tend to have less functional virulence traits compared to the fecal isolates. The ABU model organism E. coli 83972 which is known not only for its commensal behavior in the urinary bladder but its ability to outcompete other bacteria in the urinary tract is currently being used as prophylactic treatment in patients who have recurrent episodes of UTI at the University Hospital in Lund, Sweden. The pilot studies showed that upon deliberate long-term colonization of the patients with E. coli 83972, they become protected from symptomatic UTI. In this study, the phenotypic and genotypic characteristics of eight re-isolates taken from initially asymptomatically colonized patients enrolled in the deliberate colonization study who reported an episode of symptoms during the colonization period were investigated. Two out of the eight re-isolates were proven to be a result of super infection by another uropathogen. Six re-isolates, on the other hand, were E. coli 83972. The urine re-isolates confirmed to be E. coli 83972 were phenotypically heterogeneous in that they varied in colony size as well as in swarming motility. Four of these re-isolates were morphologically homogenous and similar to the parent isolate E. coli 83972 whereas one of them appeared phenotypically heterogenous as a mixture of smaller and normal-sized colonies. Still another re-isolate phenotypically resembled small colony variants. Meanwhile, three of the six re-isolates did not differ from the parent isolate with regards to motility. On the other hand, three exhibited a markedly increased motility compared to the parent isolate. Transcriptome analysis demonstrated the upregulation of a cascade of genes involved in flagellar expression and biosynthesis in one of the three motile re-isolates. However, upon further investigation, it was found out that the expression of flagella had no effect on bacterial adhesion to host cells in vitro as well as to the induction of host inflammatory markers. Thus, this implies that the increased motility in the re-isolates is used by the bacteria as a fitness factor for its benefit and not as a virulence factor. In addition, among the various deregulated genes, it was observed that gene regulation tends to be host-specific in that there is no common pattern as to which genes are deregulated in the re-isolates. Taken together, results of this study therefore suggest that the use of E. coli 83972 for prophylactic treatment of symptomatic UTI remains to be very promising.
N2  - Harnwegsinfektionen (HWI) sind weltweit ein ernstes Gesundheitsproblem, auf welches allein in den USA jährlich ca. eine Million Krankenhausbesuche entfallen. Innerhalb der Gruppe uropathogener Bakterien stellen die uropathogenen Escherichia coli (UPEC) die wichtigsten Verursacher akuter Harnwegserkrankungen dar. Interessanterweise führen nicht alle E. coli Varianten, die den Harnweg besiedeln, zwangsläufig zu HWI. Einige von ihnen sind in der Lage, die Harnblase über einen langen Zeitraum zu kolonisieren ohne Symptome einer HWI auszulösen. Dieses Phänomen wird als asymptomatische Bakteriurie (ABU) bezeichnet. Die Eigenschaft von E. coli ABU-Isolaten innerhalb des Wirtsorganismus leben zu können, ohne eine deutliche Wirtsabwehrreaktion hervorzurufen, ist unter anderem bedingt durch Deletionen, Insertionen und Punktmutationen im bakteriellen Genom und der daraus resultierenden Inaktivierung einiger Virulenzgene. Ihre Lebensweise ist daher mit der kommensaler Organismen vergleichbar. Da die den Harnweg besiedelnden Bakterien mit hoher Wahrscheinlichkeit ihren Ursprung im unteren Darmtrakt haben und sich die ABU-Isolate ähnlich der Kommensalen verhalten, wurden in dieser Arbeit zahlreiche phäno- und genotypische Charakteristika von ABU-Isolaten mit denen kommensaler E. coli-Fäkalisolate verglichen. Für diese beiden Gruppen konnte hinsichtlich ihrer phylogenetischen Abstammung keine strikte Clusterbildung festgestellt werden, da ihre Verteilung in einigen klonalen Komplexen Überlappungen aufwies. Es zeigte sich jedoch, dass die UPEC-Virulenzgene in den ABU-Isolaten häufiger inaktiviert vorlagen als in den Fäkalisolaten. Demzufolge scheinen die ABU-Isolate weniger funktionale Virulenzeigenschaften zu besitzen als die Fäkalisolate. Der Modell-ABU Stamm E. coli 83972 ist sowohl für sein kommensales Verhalten in der menschlichen Blase bekannt, als auch für seine Fähigkeit, andere Bakterien aus dem Harntrakt zu verdrängen. Er wird gegenwärtig am Universitätsklinikum in Lund (Schweden) als prophylaktisches Therapeutikum bei der Behandlung von Patienten mit rezidivierenden HWI eingesetzt. In Pilotstudien konnte gezeigt werden, dass eine vorsätzliche Langzeit-Kolonisierung von Patienten mit E. coli 83972 zum Schutz vor symptomatischen HWI führt. In der vorliegenden Arbeit wurden die phäno- und genotypischen Charakteristika von acht Patienten-Reisolaten dieser Langzeitstudie untersucht. Die Reisolate wurden aus zunächst asymptomatisch kolonisierten Patienten isoliert, die allerdings im Verlauf der Langzeit-Kolonisierung über eine Reihe von Symptomen klagten. Zwei dieser acht Reisolate waren nachweislich das Resultat einer Superinfektion mit einem anderen uropathogenen Bakterium. Die restlichen sechs Reisolate konnten jedoch als E. coli 83972 identifiziert werden. Für diese sechs Reisolate war eine phänotypische Heterogenität zu beobachten, die sich zum einen in variierender Koloniegröße, zum anderen in unterschiedlichem Schwärmverhalten zeigte: Vier der Reisolate entsprachen morphologisch dem Ausgangsstamm E. coli 83972, wohingegen ein Reisolat phänotypisch abweichend als Mischung von kleineren und normal-großen Kolonien in Erscheinung trat. Ein weiteres Reisolat ähnelte phänotypisch sogenannten „Small Colony Variants“. Das Schwärmverhalten betreffend unterschieden sich indessen drei der sechs Reisolate vom Ausgangsstamm. Sie zeigten im Vergleich eine erhöhte Motilität. In einem dieser drei motilen Reisolate konnte mittels Transkriptomanalyse die hochregulierte Expression einer Reihe von Genen, welche für die Flagellenexpression und -biosynthese verantwortlich sind, aufgezeigt werden. Weiterführende in vitro-Untersuchungen ergaben jedoch, dass diese erhöhte Flagellenexpression weder einen verstärkenden Effekt auf die bakterielle Adhäsion an die Wirtszellen hat, noch in der Wirtszelle die Bildung von Entzündungsmarkern induziert. Dieses Ergebnis impliziert, dass die erhöhte Motilität der Reisolate als Fitnessfaktor und nicht als Virulenzfaktor zu betrachten ist. Ferner führte die genauere Analyse der deregulierten Gene zu der Annahme, dass die Genregulation in den Reisolaten wirtsspezifisch ist, da sich kein übereinstimmendes Muster bezüglich der Deregulation abzeichnete. Unter Berücksichtigung aller Ergebnisse dieser Studie lässt sich abschließend sagen, dass die Verwendung des E. coli Stammes 83972 als prophylaktisches Therapeutikum bei der Behandlung von symptomatischen HWI weiterhin als sehr vielversprechend angesehen werden kann.
KW  - Escherichia coli
KW  - Harnwegsinfektion
KW  - Virulenz
KW  - Escherichia coli
KW  - Urinary tract infection
KW  - asymptomatic bacteriuria
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71283
ER  - 
TY  - THES
A1  - Simon, Christian Marc
T1  - Effects of the neurotrophic factors CNTF and IGF-1 in mouse models for spinal muscular atrophy and diabetic neuropathy
T1  - Effekte der neurotrophen Faktoren CNTF und IGF-1 in Mausmodellen für spinale Muskelatrophie und diabetische Neuropathie
N2  - In this study I investigate the role of Schwann cell and axon-derived trophic signals as modifiers of axonal integrity and sprouting in motoneuron disease and diabetic neuropathy (DNP). The first part of this thesis focuses on the role of the Schwann-cell-derived ciliary neurotrophic factor (CNTF) for compensatory sprouting in a mouse model for mild spinal muscular atrophy (SMA). In the second part, the role of the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) and its binding protein 5 (IGFBP-5) is examined in the peripheral nerves of patients with DNP and in two corresponding mouse models. Proximal SMA is caused by homozygous loss or mutation of the SMN1 gene on human chromosome 5. The different forms of SMA can be divided into four groups, depending on the levels of SMN protein produced from a second SMN gene (SMN2) and the severity of the disease. Patients with milder forms of the disease, type III and type IV SMA, normally reach adulthood and regularly show enlargement of motor units, signifying the reinnervation of denervated muscle fibers. However, the underlying mechanisms are not understood. Smn+/- mice, a model of type III/IV SMA, are phenotypically normal, but they reveal progressive loss of motor neurons and denervation of motor endplates starting at 4 weeks of age. The progressive loss of spinal motor neurons reaches 50% at 12 months but muscle strength is not reduced. The first evidence for axonal sprouting as a compensatory mechanism in these animals was the more than 2-fold increase in amplitude of single motor unit action potentials (SMUAP) in the gastrocnemius muscle. Confocal analysis confirmed pronounced sprouting of innervating motor axons. As CNTF is highly expressed in Schwann cells and known to be involved in sprouting, its role for this compensatory sprouting response and the maintenance of muscle strength in Smn+/- mice was investigated. Deletion of CNTF in this mouse model results in reduced sprouting and decline of muscle strength in Smn+/- Cntf-/- mice. These findings indicate that CNTF is necessary for a sprouting response and thus enhances the size of motor units in skeletal muscles of Smn+/- mice. DNP afflicting motor and sensory nerve fibers is a major complication in diabetes mellitus. The underlying cellular mechanisms of motor axon degeneration are poorly understood. IGFBP-5, an inhibitory binding protein for IGF-1, is highly upregulated in peripheral nerves in patients with DNP. The study investigates the pathogenic relevance of this finding in transgenic mice overexpressing IGFBP-5 in motor axons. These mice develop motor axonopathy similar to that seen in DNP. Motor axon degeneration is also observed in mice in which the IGF-1 receptor (IGF-1R) was conditionally depleted in motoneurons, indicating that reduced activity of IGF-1 on IGF-1R in motoneurons is responsible for the observed effect. These data provide evidence that elevated expression of IGFBP-5 in diabetic nerves reduces the availability of IGF-1 for IGF-1R on motor axons leading to progressive neurodegeneration, and thus offers novel treatment strategies.
N2  - In dieser Arbeit habe ich die Rolle der neurotrophen Faktoren Ciliary neurotrophic factor (CNTF) und Insulin-like-growth factor 1 (IGF-1), die in Schwannzellen gebildet werden, als Modulatoren der axonalen Integrität bei einer degenerativen Motoneuronenerkrankung und bei diabetischer Neuropathie (DNP) untersucht. Im ersten Teil dieser Arbeit wird gezeigt, dass CNTF für ein kompensatorisches Sprouting von motorischen Axonen in einem Mausmodell für spinale Muskelatrophie (SMA) verantwortlich ist. Im zweiten Teil wird die Rolle von IGF-1 und dessen Bindeprotein, IGFBP-5, in Axonen motorischer Nerven bei Patienten mit DNP und zwei korrespondieren Mausmodellen gezeigt. Die proximale SMA wird durch einen homozygoten Verlust oder Mutation des SMN1 Gens auf dem Chromosom 5 verursacht. Bei der spinalen Muskelatrophie unterscheidet man verschiedene Schweregrade, abhängig von der Menge an SMN Protein, das vom zweiten SMN Gen (SMN2) produziert werden kann. Patienten mit einer milderen Form von SMA (Typ III und IV) erreichen das Erwachsenenalter und zeigen oft vergrößerte motorische Einheiten, im Gegensatz zu Patienten mit den schweren kindlichen Formen der Erkrankung. Smn+/- Mäuse, ein Modell für die leichten SMA Formen Typ II und IV, zeigen denervierte Endplatten bereits 4 Wochen nach der Geburt und einen fortschreitenden Verlust von Motoneuronen, der nach 12 Monaten mehr als 50% beträgt, ohne dass sich die Muskelkraft der Tiere verringert. Die Amplitude der Summenpotenziale von einzelnen motorischen Einheiten (Single motor unit action potential, SMUAP) im Wadenmuskel ist mehr als 2-fach erhöht. Konfokale Aufnahmen bestätigen ausgeprägtes Sprouting der noch innervierenden Axone. Smn+/- Mäuse ohne CNTF, das normalerweise stark in Schwann-Zellen exprimiert ist, zeigen reduziertes Sprouting und verringerte Muskelkraft. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass CNTF für das Sprouting und die vergrößerten motorischen Einheiten in Smn+/- Mäusen verantwortlich ist. Dieser kompensatorische Mechanismus könnte neue Behandlungs-möglichkeiten für Motoneuronerkrankungen eröffnen. Die Diabetische Neuropathie (DNP), eine der Hauptkomplikationen bei Diabetes Mellitus, betrifft sowohl motorische als auch sensorische Nervenfasern. Die zugrunde liegenden zellulären Mechanismen, die zur Degeneration motorischer Axone in Spätstadien der Erkrankung führen, sind größtenteils noch ungeklärt. IGFBP-5, ein IGF-1 hemmendes Bindeprotein, ist in peripheren Nervbiopsien von DNP Patienten stark überexprimiert. Diese potenzielle pathogene Relevanz wurde bei IGFBP-5 überexprimierenden transgenen Mäusen untersucht. Diese Mäuse entwickeln ähnlich wie die DNP Patienten eine motorische Axonopathie. Diese Axondegeneration zeigen auch Mäuse, bei denen der IGF-1 Rezeptor (IGF-1R) neuronenspezifisch ausgeschaltet wurde. Das bedeutet, dass reduzierte Wirkung von IGF-1 am IGF-1R auf Axonen von Motoneuronen für die beobachtete Axonopathie verantwortlich ist. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass erhöhtes IGFBP-5 in diabetischen Nerven die Verfügbarkeit von IGF-1 für den IGF-1R reduziert und zu progressiver Neurodegeneration führt. Diese Erkenntnis könnte neue Behandlungsstrategien für Patienten mit DNP eröffnen.
KW  - Spinale Muskelatrophie
KW  - Ciliary neurotrophic factor
KW  - Insulin-like-Growth-Factor-Binding-Protein-5
KW  - Diabetische Polyneuropathie
KW  - Insulin-like Growth
KW  - Spinal muscular atrophy
KW  - Ciliary neurotrophic factor
KW  - Insulin-like-Growth-Factor-Binding-Protein-5
KW  - Diabetic polyneuropathy
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70207
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sareen, Preeti
T1  - Visual attention in Drosophila melanogaster
T1  - Visuelle Aufmerksamkeit bei Drosophila melanogaster
N2  - There is such vast amount of visual information in our surroundings at any time that filtering out the important information for further processing is a basic requirement for any visual system. This is accomplished by deploying attention to focus on one source of sensory inputs to the exclusion of others (Luck and Mangun 2009). Attention has been studied extensively in humans and non human primates (NHPs). In Drosophila, visual attention was first demonstrated in 1980 (Wolf and Heisenberg 1980) but this field remained largely unexplored until recently. Lately, however, studies have emerged that hypothesize the role of attention in several behaviors but do not specify the characteristic properties of attention. So, the aim of this research was to characterize the phenomenon of visual attention in wild-type Drosophila, including both externally cued and covert attention using tethered flight at a torque meter. Development of systematic quantifiable behavioral tests was a key aspect for this which was not only important for analyzing the behavior of a population of wild-type flies but also for comparing the wild-type flies with mutant flies. The latter would help understand the molecular, genetic, and neuronal bases of attention. Since Drosophila provides handy genetic tools, a model of attention in Drosophila will serve to the greater questions about the neuronal circuitry and mechanisms involved which might be analogous to those in primates. Such a model might later be used in research involving disorders of attention. Attention can be guided to a certain location in the visual field by the use of external cues. Here, using visual cues the attention of the fly was directed to one or the other of the two visual half-fields. A simple yet robust paradigm was designed with which the results were easily quantifiable. This paradigm helped discover several interesting properties of the cued attention, the most substantial one being that this kind of external guidance of attention is restricted to the lower part of the fly’s visual field. The guiding cue had an after-effect, i.e. it could occur at least up to 2 seconds before the test and still bias it. The cue could also be spatially separated from the test by at least 20° and yet attract the attention although the extent of the focus of attention (FoA) was smaller than one lower visual half-field. These observations excluded the possibility of any kind of interference between the test and the cue stimuli. Another interesting observation was the essentiality of continuous visibility of the test stimulus but not the cue for effective cuing. When the contrast of the visual scene was inverted, differences in response frequencies and cuing effects were observed. Syndirectional yaw torque responses became more frequent than the antidirectional responses and cuing was no longer effective in the lower visual field with inverted contrast. Interestingly, the test stimulus with simultaneous displacement of two stripes not only effectuated a phasic yaw torque response but also a landing response. A 50 landing response was produced in more than half of the cases whenever a yaw torque response was produced. Elucidation of the neuronal correlates of the cued attention was commenced. Pilot experiments with hydroxyurea (HU) treated flies showed that mushroom bodies were not required for the kind of guidance of attention tested in this study. Dopamine mutants were also tested for the guidance of attention in the lower visual field. Surprisingly, TH-Gal4/UAS-shits1 flies flew like wild-type flies and also showed normal optomotor response during the initial calibration phase of the experiment but did not show any phasic yaw torque or landing response at 18 °C, 25 °C or 30 °C. dumb2 flies that have almost no D1 dopamine receptor dDA1 expression in the mushroom bodies and the central complex (Kim et al. 2007) were also tested and like THGal4/ UAS-shits1 flies did not show any phasic yaw torque or landing response. Since the dopamine mutants did not show the basic yaw torque response for the test the role of dopamine in attention could not be deduced. A different paradigm would be needed to test these mutants. Not only can attention be guided through external cues, it can also be shifted endogenously (covert attention). Experiments with the windows having oscillating stripes nicely demonstrated the phenomenon of covert attention due to the production of a characteristic yaw torque pattern by the flies. However, the results were not easily quantifiable and reproducible thereby calling for a more systematic approach. Experiments with simultaneous opposing displacements of two stripes provide a promising avenue as the results from these experiments showed that the flies had a higher tendency to deliver one type of response than when the responses would be produced stochastically suggesting that attention increased this tendency. Further experiments and analysis of such experiments could shed more light on the mechanisms of covert attention in flies.
N2  - Zu jedem Zeitpunkt stellt unsere Umgebung eine so große Menge an visueller Information zur Verfügung, dass das Herausfiltern der wichtigen Informationen für eine weitere Verarbeitung eine grundlegende Herausforderung für jedes komplexe visuelle System darstellt. Bewerkstelligt wird dies u.a. mittels der selektiven Aufmerksamkeit, die die sensorischen Inputs einer Quelle, unter Ausschluss aller anderen, hervorhebt (Luck und Mangun 2009). Aufmerksamkeit wurde an Menschen und nichtmenschlichen Primaten bereits ausgiebig untersucht. Visuelle Aufmerksamkeit bei Drosophila konnte 1980 zum ersten Mal nachgewiesen werden (Wolf und Heisenberg 1980), jedoch blieb dieses Feld bis heute großen Teils unerforscht. In jüngster Zeit tauchten Studien auf, die der Aufmerksamkeit eine Rolle bei verschiedenen Verhaltensleistungen zuweisen, ohne jedoch die charakteristischen Eigenschaften von Aufmerksamkeit zu spezifizieren. Es ist das Ziel dieser Arbeit, das Phänomen der sowohl durch externe Reize ausgelösten, als auch endogen erzeugten (covert attention) visuellen Aufmerksamkeit bei wildtypischen Drosophila im stationären Flug am Drehmoment-Messgerät zu charakterisieren. Hierbei ist ein wesentlicher Aspekt durch die Entwicklung von quantitativen Tests das Verhalten von wildtypischen Fliegen so zu analysieren, dass es mit dem Verhalten genetischer Varianten verglichen werden kann. Ein solcher Vergleich würde helfen, die molekularen, genetischen und neuronalen Grundlagen der Aufmerksamkeit zu verstehen, da bei Drosophila für solche Untersuchungen einfach anwendbare genetische Werkzeuge zur Verfügung stehen. Ein Modell der Aufmerksamkeit bei Drosophila könnte auch für die visuelle Aufmerksamkeit bei Primaten relevant sein, falls diese Systeme homolog sind, d.h. in der Stammesgeschichte einen gemeinsamen Ursprung haben. Mittels äußerer Reize lässt sich die Aufmerksamkeit auf einen bestimmten Ort im visuellen Feld führen. In dieser Arbeit wird die Aufmerksamkeit einer Fliege durch visuelle Reize auf jeweils eines der beiden visuellen Halbfelder gelenkt. Es wird ein einfaches und robustes Paradigma entwickelt, dessen Ergebnisse ohne viel Aufwand quantifizierbar sind. Eine wesentliche Eigenschaft der exogen gelenkten visuellen Aufmerksamkeit, zu deren Entdeckung dieses Paradigma unter anderen beigetragen hat, ist, dass diese Art der Lenkung der Aufmerksamkeit auf den unteren Teil des visuellen Feldes der Fliege beschränkt ist. Der lenkende Reiz hat einen Nacheffekt, das heißt, er kann bis zu zwei Sekunden vor dem Test auftreten und dessen Ergebnis trotzdem beeinflussen. Auch bei einer räumlichen Trennung des Reizes vom Test um mindestens 20° kann er noch die Aufmerksamkeit auf diesen ziehen, wobei hier dann die Ausdehnung des Aufmerksamkeitsfeldes kleiner als ein unteres visuelles Halbfeld 52 ist. Durch diese Beobachtungen wird eine mögliche Interferenz zwischen Reiz und Test ausgeschlossen. Eine weitere interessante Beobachtung ist, dass für ein effektives Lenken der Aufmerksamkeit der Teststimulus aber nicht der lenkende Reiz durchgehend sichtbar sein muss. Eine Invertierung des Kontrastes der visuellen Reizgebung führt zu veränderten Antwortfrequenzen und Effekten der Aufmerksamkeitslenkung. So treten syndirektionale Drehmoment-Antworten häufiger auf als antidirektionale und die Lenkung der Aufmerksamkeit im unteren visuellen Feld durch einen vorhergehenden Reiz tritt nicht auf. Interessanterweise kann der Teststimulus, die simultane Verschiebung zweier Streifen nicht nur eine phasische Drehmoment-Antwort, sondern auch einen Landeversuch auslösen. Dieser wird in mehr als der Hälfte aller Fälle, in denen eine Drehmomentantwort gezeigt wird, beobachtet. Eine Untersuchung der neuronalen Korrelate der reizgelenkten Aufmerksamkeit wurde begonnen. In Pilotexperimenten mit Fliegen, die mit Hydroxyharnstoff (HU) behandelt worden waren, zeigte sich, dass die adulten Pilzkörper nicht für diese Art der Lenkung der Aufmerksamkeit, wie sie in der vorliegenden Arbeit untersucht wird, benötigt werden. Des weiteren wurden auch Fliegenmutanten mit Defekten im Dopamin-System getestet. Überraschenderweise flogen TH-Gal4/UAS-shits1 Fliegen wie wildtypische Fliegen und zeigten auch ein normales optomotorisches Verhalten während der anfänglichen Kalibrierungsphase des Experimentes. Sie zeigten jedoch weder phasische Drehmoment-Antworten noch Landeversuche bei 18°C, 25°C oder 30°C. Auch dumb2 Fliegen, die so gut wie keine D1 Dopaminrezeptoren in den Pilzkörpern und im Zentralkomplex exprimieren (Kim et al. 2007), zeigten die gleichen Verhaltensdefekte wie TH-Gal4/UAS-shits1 -Fliegen. Da bei den Dopaminmutanten die phasische Drehmomentantwort fehlte, konnte die Bedeutung von Dopamin für Aufmerksamkeit aus diesem Test nicht abgeleitet werden. Um diese Mutanten zu testen, bedarf es eines anderen Paradigmas. Die Richtung der Aufmerksamkeit kann nicht nur durch äußere Reize gelenkt, sondern auch endogen verändert werden (covert attention). Experimente mit zwei oszillierenden Streifenmustern in der rechten und linken Sehfeld-Hälfte verdeutlichen das Phänomen der endogen gesteuerten Aufmerksamkeit anschaulich, da die Fliegen hierbei charakteristische Drehmomentmuster für das eine oder andere Muster erzeugen. Weil diese Einzelbeobachtungen aber nicht leicht quantifizierbar sind, ist hier ein neuer Ansatz notwendig. Die obigen Experimente mit zwei einzelnen Streifen, die gleichzeitig nach rechts und links versetzt werden, versprechen systematischere Ergebnisse. Die Fliegen neigen stärker dazu einen bestimmten Antwort-Typ (Drehmoment nach links bzw. nach rechts) beizubehalten, als eine statistische Verteilung annehmen ließe. Es ist zu vermuten, dass dieser Effekt durch die Aufmerksamkeit hervorgerufen wird. Die Analyse solcher Experimente könnte also die endogene Steuerung der Aufmerksamkeit beleuchten.
KW  - Visuelle Aufmerksamkeit
KW  - Taufliege
KW  - Visuelle Aufmerksamkeit
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - Visual attention
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - torque meter
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69616
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eschbach, Claire
T1  - Classical and operant learning in the larvae of Drosophila melanogaster
T1  - Klassiches und operantes Lernen bei Larven der Drosophila melanogaster
N2  - In dieser Doktorarbeit studiere ich einige psychologische Aspekte im Verhalten der Drosophila, insbesondere von Drosophila Larven. Nach einer Einleitung, in der ich den wissenschaftlichen Kontext darstelle und die Mechanismen der olfaktorischen Wahrnehmung sowie des klassichen und operanten Lernens beschreibe, stelle ich die verschiedenen Experimente meiner Doktorarbeit vor. Wahrnehmung Das zweite Kapitel behandelt die Art, in der adulte Drosophila zwischen Einzeldüften und Duftgemischen generaliseren. Ich habe gefunden, daß die Fliegen eine Mischung aus zwei Düften als gleich verschieden von ihren beiden Elementen wahrnehmen; und daß die Intensität sowie die chemisch-physikalische Natur der Elemente das Ausmass der Generalisierung zwischen der Mischung und ihren beiden Elementen beeinflusst. Diese Entdeckungen sollten für die weitere Forschung anregend sein, wie zum Beispiel zum functional imaging. Gedächtnis Das dritte Kapitel stellt die Etablierung eines neuen Protokolls zur klassischen Konditionierung bei Drosophila Larven dar. Es handelt sich um Experimente, bei denen ein Duft mit einer mechanischen Störung als Strafreiz verknüpft wird. Das Protokoll wird einen Vergleich zwischen zwei Arten vom aversiven Gedächtnissen (Geschmack vs. mechanische Störung als Strafreize) ermöglichen, einschliesslich eines Vergleiches ihrer neurogenetischen Grundlagen; zudem kann nun geforscht werden, ob die jeweiligen Gedächtnisse spezifisch für die Art des verwendeten Strafreizes sind. Selbstgestaltung Das vierte Kapitel umfasst unsere Versuche, operantes Gedächtnis bei Drosophila Larven zu beobachten. Zumindest für die unmittelbar ersten Momente des Tests konnte ich zeigen, dass die Larven ihr Verhalten entsprechend dem Training ausrichten. Dieses Gedächtnis scheint jedoch im Laufe des Tests schnell zu verschwinden. Es ist daher geraten, diese Ergebnisse über operantes Lernen zu wiederholen, eventuell das experimentelle Protokoll zu verbessern, um so eine systematische Analyse der Bedingungen und Mechanismen für das operante Lernen bei der Drosophila Larve zu erlauben. Im fünften Kapitel verwende ich die im Rahmen des vierten Kapitels entwickelten Methoden für eine Analyse der Fortbewegung der Larven. Ich habe insbesondere die Wirkung des pflanzlichen ‚cognitive enhancers’ Rhodiola rosea untersucht, sowie die Auswirkungen von Mutationen in den Genen, welche für Synapsin und SAP47 kodieren; schliesslich habe ich getestet, ob die Geschmacksqualität der Testsituation lokomotorische Parameter verändert. Diese Dissertation erbringt also eine Reihe neuer Aspekte zur Psychologie der Drosophila und wird hoffentlich in diesem Bereich der Forschung neue Wege öffnen.
N2  - In this thesis I studied psychological aspects in the behaviour of Drosophila, and especially Drosophila larvae. After an introduction where I present the general scientific context and describe the mechanisms of olfactory perception as well as of classical and operant conditioning, I present the different experiments that I realised during my PhD. Perception The second chapter deals with the way adult Drosophila generalise between single odours and binary mixtures of odours. I found that flies perceive a mixture of two odours as equally similar to the two elements composing it; and that the intensity as well as the physico-chemical nature of the elements composing a mixture affect the degree of generalisation between this mixture and one of its elements. These findings now call for further investigation on the physiological level, using functional imaging. Memory The third chapter presents a series of experiments in Drosophila larvae in order to define some characteristics of a new protocol for classical aversive learning which involves associating odours with mechanical disturbance as a punishment. The protocol and the first results should open new doors for the study of classical conditioning in Drosophila larvae, by allowing the comparison between two types of aversive memory (gustatory vs. mechanical reinforcement), including a comparison of their neurogenetic bases. It will also allow enquiries into the question whether these respective memories are specific for the kind of reinforcer used. Agency The fourth chapter documents our attempts to establish operant memory in Drosophila larvae. By analysing the first moments of the test, I could reveal that the larvae modified their behaviour according to their previous operant training. However, this memory seems to be quickly extinguished during the course of the test. We now aim at repeating these results and improving the protocol, in order to be able to systematically study the mechanisms allowing and underlying operant learning in Drosophila larvae. In the fifth chapter, I use the methods developed in chapter four for an analysis of larval locomotion. I determine whether larval locomotion in terms of speed or angular speed is affected by a treatment with the “cognitive enhancer” Rhodiola rosea, or by mutations in the Synapsin or SAP47 genes which are involved in the formation of olfactory memory. I also characterize the modifications induced by the presence of gustatory stimuli in the substrate on which the larvae are crawling. This thesis thus brings new elements to the current knowledge of Drosophila
KW  - Lernen
KW  - Taufliege
KW  - Neurobiologie
KW  - Drosophila
KW  - learning
KW  - Drosophila
KW  - neurobiology
KW  - behaviour
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70583
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pletinckx, Katrien
T1  - Dendritic cell maturation and instruction of CD4+ T cell tolerance in vitro
T1  - Reifung der dendritischen Zelle und Instruktion der CD4+ T Zell Toleranz in vitro
N2  - Effective T cell immunity was believed to occur by mature DC, whereas tolerogenicity was attributed strictly to immature DC phenotypes. However, intermediate DC maturation stages were identified conditioned by inflammatory mediators like TNF. Furthermore, the T cell tolerance mechanisms are dependent on distinct modes and intensities of co-stimulation. Therefore, in this study it was addressed how distinct DC maturation signatures instruct CD4+ T cell tolerance mechanisms. DC acquire antigens from apoptotic cells for self-peptide-MHC presentation and functionally adapt presumed tolerogenic DC phenotypes. Here, immature murine bone-marrow derived DC representing both inflammatory and conventional DC subsets adapted a maturationresistant DC signature upon apoptotic cell recognition but no additional tolerogenic features. Immature DC instruct CD4+ FoxP3+ regulatory T cells in a TGF-β prone micro-environment or generate anergic CD4+ T cells hampered in the TCR-induced proliferation and IL-2 secretion. Secondary stimulation of such anergic CD4+ T cells by immature DC increased primarily IL-10 production and conferred regulatory function. These IL-10+ regulatory T cells expressed high levels of CTLA-4, which is potently induced by immature DC in particular. Data in this work showed that anergic T cells can be re-programmed to become IL-10+ regulatory T cells upon ligation of CTLA-4 and CD28 signalling cascades by B7 costimulatory ligands on immature DC. In contrast, semi-mature DC phenotypes conditioned by the inflammatory mediator TNF prevented autoimmune disorders by induction of IL-10+ Th2 responses as demonstrated previously. Here, it was shown that TNF as an endogenous maturation stimulus and pathogenic Trypanosoma brucei variant-specific surface glycoproteins (VSG) induced highly similar DC gene expression signatures which instructed default effector Th2 responses. Repetitive administration of the differentially conditioned semi-mature DC effectively skewed T cell immunity to IL-10+ Th2 cells, mediating immune deviation and suppression. Collectively, the data presented in this work provide novel insights how immature and partially mature DC phenotypes generate T cell tolerance mechanisms in vitro, which has important implications for the design of effective DC-targeted vaccines. Unravelling the DC maturation signatures is central to the long-standing quest to break tolerance mimicked by malignant tumours or re-establish immune homeostasis in allergic or autoimmune disorders.
N2  - Reife DC sind potente Induktoren von T Zell Immunität, wogegen unreife DC Stadien zur Induktion von Immuntoleranz befähigt sind. Zudem sind intermediäre semireife DC Entwicklungsstadien identifiziert worden, wie sie nach Behandlung mit inflammatorischen TNF entstehen. Die bekannten T Zell Toleranzmechanismen sind wiederum abhängig von unterschiedlicher Art und Intensität von Kostimulation. Hier wurde deshalb untersucht wie verschiedene DC Reifungsstadien CD4+ T Zelltoleranz induzieren können. DC nehmen apoptotisches Zellmaterial auf, was als Antigenquelle zur Präsentation von MHC/Selbstpeptid-Komplexen genutzt wird und tolerogene Funktionen in DC hervorrufen kann. Unsere Ergebnisse zeigten dass aus Knochenmark generierte DC der Maus, die sowohl inflammatorische als auch klassische DC Subtypen darstellen, nach Erkennung apoptotischen Zellmaterials reifungsresistent wurden, jedoch unverändert unreif und keine neuen tolerogenen Funktionen erwarben. Unreife DC induzierten in Gegenwart von TGF-β CD4+ FoxP3+ regulatorische T Zellen und in dessen Abwesenheit anergische CD4+ T Zellen. Wiederholte Stimulation anergischer CD4+ T Zellen durch unreife DC, induzierte deren IL-10 Produktion und regulatorische Eigenschaften. Diese IL-10+ regulatorischen T Zellen zeigten keine FoxP3 Expression, jedoch verstärkt CTLA-4, insbesondere nach Interaktion mit unreifen DC. Zusammen zeigten die hier erhaltenen Daten, dass das Reprogrammieren anergischer T Zellen zu IL-10+ regulatorischen T Zellen über CTLA-4 als auch über CD28 Signalkaskaden durch deren B7 Liganden auf der Zelloberfläche unreifer DC gesteuert wird. Frühere Arbeiten zeigten, dass repetitive Injektion semireifer DC, Autoimmunerkrankungen vorbeugen konnten durch die Induktion IL-10+ Th2 Antworten. Hier konnte gezeigt werden dass TNF als endogener Reifungsstimulus sowie pathogene T. brucei Varianten-spezifische Glykoproteine (VSG) sehr ähnliche semireife DC Reifungsqualitäten hervorrufen. Die entsprechend generierten Th2 Effektor Zellen unterschieden sich lediglich geringfügig in deren Zytokinproduktion. Repetitive Injektionen dieser semireifen DC induzierten ebenfalls IL-10+ Th2 Differenzierung und effektive Immundeviation in vivo. Insgesamt hat die vorliegende Arbeit wichtige Erkenntnisse ergeben, wie unreife und semireife DC die Generierung unterschiedlicher T Zell Toleranzmechanismen in vitro unterstützen. Diese Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung effektiver DC-basierter Immunvakzinen. Die Definition der verschiedenen DC Reifungsstadien ist von großer Bedeutung bei der Optimierung von Behandlungsverfahren gegen infektiöse Erreger, Krebs oder Autoimmunerkrankungen.
KW  - Dendritische Zelle
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Immuntoleranz
KW  - Toleranz
KW  - Dendritic cell
KW  - tolerance
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67375
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wolski, Stefanie Carola
T1  - Structural and functional characterization of nucleotide excision repair proteins
T1  - Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von Nucleotid-Exzisions-Reparatur Proteinen
N2  - XPD is a 5‘-3‘ helicase of the superfamily 2. As part of the transcription factor IIH it functions in transcription initiation and nucleotide excision repair. This work focus on the role of XPD in nucleotide excision repair. NER is a DNA repair pathway unique for its broad substrate range. In placental mammals NER is the only repair mechanism able to remove lesions induced by UV-light. NER can be divided into four different steps that are conserved between pro- and eukaryotes. Step 1 consists of the initial damage recognition, during step 2 the putative damage is verified, in step 3 the verified damage is excised and in the 4th and final step the resulting gap in the DNA is refilled. XPD was shown to be involved in the damage verification step. It was possible to solve the first apo XPD structure by a MAD approach using only the endogenous iron from the iron sulfur cluster. Based on the apo XPD structure several questions arise: where is DNA bound? Where is DNA separated? How is damage verification achieved? What is the role of the FeS cluster? These questions were addressed in this work. Hypothesis driven structure based functional mutagenesis was employed and combined with detailed biochemical characterization of the variants. The variants were analyzed by thermal unfolding studies to exclude the possibility that the overall stability could be affected by the point mutation. DNA binding assays, ATPase assays and helicase assays were performed to delineate amino acid residues important for DNA binding, helicase activity and damage recognition. A structure of XPD containing a four base pair DNA fragment was solved by molecular replacement. This structure displays the polarity of the translocated strand with respect to the helicase framework. Moreover the properties of the FeS cluster were studied by electron paramagnetic resonance to get insights into the role of the FeS cluster. Furthermore XPD from Ferroplasma acidarmanus was investigated since it was shown that it is stalled at CPD containing lesions. The data provide the first detailed insight into the translocation mechanism of a SF2B helicase and reveal how polarity is achieved. This provides a basis for further anlayses understanding the combined action of the helicase and the 4Fe4S cluster to accomplish damage verification within the NER cascade.
N2  - XPD ist eine 5‘-3‘ Helicase der Superfamilie 2. Als Untereinheit des Transkriptionsfaktors IIH ist XPD in Transkriptionsinitiation und Nucleotid-Exzisions-Reparatur involviert. Diese Arbeit fokusiert auf die Rolle von XPD in der NER. NER ist ein DNA Reparatur Weg der bekannt ist für seine breite Substratspezifität. In Säugetieren ist NER der einzige Reparaturmechanismus, der fähig ist Läsionen zu reparieren, die durch UV Strahlung induziert werden. NER kann man in vier unterschiedliche Schritte aufteilen die zwischen Pro- und Eukaryoten konserviert sind. Schritt 1 besteht aus der initialen Schadenserkennung, während des zweiten Schrittes wird der mögliche Schaden verifiziert, im dritten Schritt wird der verifizierte Schaden ausgeschnitten und im vierten und letzten Schritt wird die resultierende Lücke in der DNA geschlossen. Es wurde gezeigt, dass XPD in die Schadensverifizierung involviert ist. Ein MAD Versuch, bei dem nur das endogene Eisen des Eisen-Schwefel-Clusters verwendet wurde ermöglichte die Strukturlösung der ersten apo XPD Struktur. Basierend auf der Struktur ergeben sich verschiedene Fragen: wo wird DNA gebunden? Wo wird DNA aufgetrennt? Wie wird Schadenserkennung ermöglicht? Was ist die Rolle des Eisen-Schwefel-Clusters? Diese Fragen werden in dieser Arbeit angesprochen. Strukturbasierte funktionelle Mutagenesestudien, die auf Hypothesen basiert sind, wurden angewendet und mit einer detailierten biochemischen Charakterizierung der Varianten kombiniert. Die Varianten wurden mittels thermischen Entfaltungsstudien analysiert, um die Möglichkeit auszuschliessen, dass die Stabilität durch die Punktmutation betroffen ist. DNA-Bindungs- Assays, ATPase Assays und Helikase Assays wurden durchgeführt um Aminosäurereste zu identifizieren, die für DNA Bindung, Helikase Aktivität und Schadenserkennung wichtig sind. Eine Struktur von XPD, die ein DNA Fragment mit vier Basen enthält, wurde mittels Molekularem Ersatz gelöst. Diese Struktur zeigt die Polarität des translozierenden DNA- Stranges im Verhältnis zu der Helikasestruktur auf. Desweiteren wurden die Eigenschaften des FeS Clusters mittels paramagnetischen Elektronenresonanz Studien untersucht, um Einblicke in die Rolle des FeS Clusters zu bekommen. Ausserdem wurde XPD aus Ferroplasma acidarmanus erforscht, da gezeigt wurde, dass es an CPD enthaltenden Läsionen hängen bleibt. Diese Daten stellen die ersten detailierten Einblicke in den Translokationsmechanismus einer SF2B Helikase dar und zeigen wie Polarität erzielt wird. Das ist eine Basis für weitere Analysen, um die kombinierte Aktion von Helikase und dem 4Fe4S Cluster zu verstehen, die zur Schadenserkennung in der NER Kaskade führt.
KW  - DNS-Reparatur
KW  - Helicasen
KW  - Kristallographie
KW  - XPD
KW  - Xeroderma pigmentosum
KW  - TFIIH
KW  - Nukleotid-Exzisions-Reparatur
KW  - X-ray Crystallography
KW  - XPD
KW  - TFIIH
KW  - Nucleotide-Excision-Repair
KW  - FeS cluster
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67183
ER  - 
TY  - THES
A1  - Angermeier, Hilde Gabriele
T1  - Molecular and ecological investigations of Caribbean sponge diseases
T1  - Molekulare und ökologische Untersuchungen zu Krankheiten Karibischer Meeresschwämme
N2  - Während gewinnbringende Assoziationen von Schwämmen mit Mikroorganismen in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten haben, wurde weit weniger in die Interaktion von Schwämmen mit möglicherweise pathogenen Mikroben investiert. Somit war es das Ziel dieser Studie zwei ausgewählte Karibische Schwammkrankheiten namens „Sponge Orange Band“ und „Sponge White Patch“ mittels ökologischer und molekularer Methoden zu untersuchen. Die Sponge Orange Band (SOB) Erkrankung befällt den bedeutenden karibischen Fass-Schwamm Xestospongia muta, der zu den bakterienhaltigen (HMA) Schwämmen gezählt wird, während die Sponge White Patch (SWP) Erkrankung den häufig vorkommenden Seil-Schwamm Amphimedon compressa betrifft, der zu den bakterienarmen (LMA) Schwämmen gehört. Für beide Karibischen Schwammkrankheiten konnte ich einen Krankheitsverlauf beschreiben, der mit massiver Gewebszerstörung und dem Verlust charakteristischer mikrobieller Signaturen einhergeht. Obwohl ich zeigen konnte, dass zusätzliche Bakterienarten die gebleichten Schwammbereiche kolonisieren, lieferten meine Infektionsversuche in beiden Fällen keinen Beweis für die Beteiligung eines mikrobiellen Pathogens als Krankheitserreger. Somit liegen die eigentlichen Auslöser der Erkrankungen Sponge Orange Band als auch Sponge White Patch noch immer im Dunkeln.
N2  - While beneficial sponge-microbe associations have received much attention in recent years, less effort has been undertaken to investigate the interactions of sponges with potentially pathogenic microorganisms. Thus, the aim of this study was to examine two selected Caribbean disease conditions, termed “Sponge Orange Band” and “Sponge White Patch”, via ecological and molecular methods. Sponge Orange Band (SOB) disease affects the prominent Caribbean barrel sponge Xestospongia muta that is counted among the high-microbial-abundance (HMA) sponges, whereas Sponge White Patch (SWP) disease affects the abundant rope sponge Amphimedon compressa that belongs to the low-microbial-abundance (LMA) sponges. I have documented for both Caribbean sponge diseases a disease progression going along with massive tissue destruction as well as loss of the characteristic microbial signatures. Even though new bacteria were shown to colonize the bleached areas, the infection trials revealed in both cases no indication for the involvement of a microbial pathogen as an etiologic agent of disease leaving us still in the dark about the cause of Sponge Orange Band as well as Sponge White Patch disease.
KW  - Meeresschwämme
KW  - Pathogene Bakterien
KW  - Porifera
KW  - Schwamm
KW  - Bakterien
KW  - Cyanobakterien
KW  - Pathologie
KW  - Mikroskopie
KW  - Denaturierende Gradienten-Gelelektrophorese
KW  - Symbiose
KW  - Sponge diseases
KW  - Porifera
KW  - Bacteria
KW  - Cyanobacteria
KW  - Pathogens
KW  - Symbionts
KW  - Pathology
KW  - Microscopy
KW  - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56855
N1  - weitere Originalveröffentlichungen:
Angermeier H, Glöckner V, Pawlik JR, Lindquist NL & Hentschel U (2012).
Sponge white patch disease affecting the Caribbean sponge Amphimedon
compressa. Diseases of Aquatic Organisms 99 (2): 95-102.
ER  - 
TY  - THES
A1  - Önal-Hartmann, Cigdem
T1  - Emotional Modulation of Motor Memory Formation
T1  - Emotionale Modulation des Motorischen Gedächtnises
N2  - Hintergründe: Wie eine Vielzahl von Studien belegt, kann das explizite Gedächtnis, das die bewusste Erinnerung an enkodierte Informationen beinhaltet, durch Emotionen beeinflusst werden, und zwar über den Einfluss auf verschiedene Verarbeitungsebenen (Enkodierung, Konsolidierung, Abruf usw.). Bisher wenig untersucht ist, ob und wie Emotionen Vorgänge der motorischen Gedächtnisbildung, die nicht auf bewusster Erinnerung beruhen und sich stattdessen durch Veränderungen im Verhalten darstellen, modulieren. Experiment 1: Das Ziel des ersten Experimentes war es, den Einfluss von Emotionen auf motorisches Lernen zu untersuchen. Vier Gruppen von Probanden mussten in einer motorischen Lernaufgabe schnelle, seitliche Bewegungen mit dem Daumen ausführen. Während dieser Aufgabe hörten die Probanden emotionale Klänge, die in Valenz und Arousal variierten: 1. Valenz negativ/ Arousal niedrig (V-/A-), 2. Valenz negativ/ Arousal hoch (V-/A+), 3. Valenz positiv/ Arousal niedrig (V+/A-), 4. Valenz positiv/ Arousal hoch (V+/A+). Die deskriptive Analyse aller Daten sprach für beste Ergebnisse für das motorische Lernen in der Bedingung V-/A-, aber die Unterschiede zwischen den Bedingungen waren nicht signifikant. Die Interaktion zwischen Valenz und Arousal emotionaler Töne scheint demnach motorische Enkodierungsprozesse zu modulieren, jedoch müssen zukünftige Studien mit unterschiedlichen emotionalen Stimuli die Annahme weiter untersuchen, dass negative Stimuli mit niedrigem Arousal während der Enkodierung einen fördernden Effekt auf das motorische Kurzzeitgedächtnis haben. Experiment 2: Die Absicht des zweiten Experimentes war es, die Auswirkungen emotionaler Interferenzen auf die Konsolidierung beim Sequenzlernen zu untersuchen. Sechs Gruppen von Probanden trainierten zuerst in getrennten Sitzungen eine SRTT-Aufgabe (serial reaction time task). Um die Konsolidierung der neu erlernten Fertigkeit zu modulieren, wurden die Probanden nach dem Training einer von drei unterschiedlichen Klassen emotionaler Stimuli (positiv, negativ oder neutral) ausgesetzt. Diese bestanden aus einem Set emotionaler Bilder, die mit emotional kongruenten Musikstücken oder neutralen Klängen kombiniert waren. Bei den Probandengruppen wurde die emotionale Interferenz nach zwei unterschiedlichen Zeitintervallen realisiert, entweder direkt nach der Trainingssitzung oder sechs Stunden später. 72 Stunden nach der Trainingssitzung wurde jede Gruppe erneut mit der SRTT-Aufgabe getestet. Die Leistung in diesem Nachtest wurde mittels Reaktionszeit und Genauigkeit bei der Ausführung der Zielsequenz analysiert. Die emotionale Interferenz beeinflusste weder die Nachtestergebnisse für die Reaktionszeit noch die für die Genauigkeit. Allerdings konnte eine Steigerung der expliziten Sequenzerkennung durch erregende negative Stimuli festgestellt werden, wenn diese direkt nach der ersten Trainingseinheit (0h) dargeboten wurden. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass die Konsolidierung der expliziten Aspekte prozeduralen Lernens in einer stärkeren Wechselwirkung mit emotionalen Interferenzen stehen könnte als die der impliziten Aspekte. Die Konsolidierung unterschiedlicher Ebenen des Fertigkeitserwerbs könnte demnach von unterschiedlichen Mechanismen gesteuert werden. Da Performanz und explizites Sequenzerkennen nicht korrelierten, vermuten wir, dass implizite und explizite Modalitäten bei der Durchführung der SRTT-Aufgabe nicht komplementär sind. Experiment 3: Es sollte untersucht werden, ob es eine Präferenz der linken Gehirnhemisphäre bei der Kontrolle von Flexionsreaktionen auf positive Stimuli gibt und der rechten Hemisphäre bei der Kontrolle von Extensionsreaktionen auf negative Stimuli. Zu diesem Zweck sollten rechtshändige Probanden einen Joystick zu sich ziehen oder von sich weg drücken, nachdem sie einen positiven oder negativen Stimulus in ihrem linken oder rechten Gesichtsfeld gesehen hatten. Die Flexionsreaktionen waren bei positiven Stimuli schneller, Extensionsreaktion hingegen bei negativen Stimuli. Insgesamt war die Performanz am schnellsten, wenn die emotionalen Stimuli im linken Gesichtsfeld präsentiert wurden. Dieser Vorrang der rechten Gehirnhemisphäre war besonders deutlich für negative Stimuli, wohingegen die Reaktionszeiten auf positive Bilder keine hemisphärische Differenzierung zeigten. Wir konnten keine Interaktion zwischen Gesichtsfeld und Reaktionstyp belegen, auch fand sich keine Dreifachinteraktion zwischen Valenz, Gesichtsfeld und Reaktionstyp. In unserem experimentellen Kontext scheint die Interaktion zwischen Valenz und Gesichtsfeld stärker zu sein als die Interaktion zwischen Valenz und motorischem Verhalten. Auf Grund dieser Ergebnisse vermuten wir, dass unter gewissen Bedingungen eine Hierarchisierung der asymmetrischen Muster Vorrang hat, die möglicherweise andere vorhandene Asymmetrien maskieren könnte.
N2  - Background: There is extensive evidence that explicit memory, which involves conscious recall of encoded information, can be modulated by emotions; emotions may influence encoding, consolidation or retrieval of information. However, less is known about the modulatory effects of emotions on procedural processes like motor memory, which do not depend upon conscious recall and are instead demonstrated through changes in behaviour. Experiment 1: The goal of the first experiment was to examine the influence of emotions on motor learning. Four groups of subjects completed a motor learning task performing brisk isometric abductions with their thumb. While performing the motor task, the subjects heard emotional sounds varying in arousal and valence: (1) valence negative / arousal low (V-/A-), (2) valence negative / arousal high (V-/A+), (3) valence positive / arousal low (V+/A-), and (4) valence positive / arousal high (V+/A+). Descriptive analysis of the complete data set showed best performances for motor learning in the V-/A- condition, but the differences between the conditions did not reach significance. Results suggest that the interaction between valence and arousal may modulate motor encoding processes. Since limitations of the study cannot be ruled out, future studies with different emotional stimuli have to test the assumption that exposure to low arousing negative stimuli during encoding has a facilitating effect on short term motor memory. Experiment 2: The purpose of the second experiment was to investigate the effects of emotional interference on consolidation of sequential learning. In different sessions, 6 groups of subjects were initially trained on a serial reaction time task (SRTT). To modulate consolidation of the newly learned skill, subjects were exposed, after the training, to 1 of 3 (positive, negative or neutral) different classes of emotional stimuli which consisted of a set of emotional pictures combined with congruent emotional musical pieces or neutral sound. Emotional intervention for each subject group was done in 2 different time intervals (either directly after the training session, or 6 h later). After a 72 h post-training interval, each group was retested on the SRTT. Re-test performance was evaluated in terms of response times and accuracy during performance of the target sequence. Emotional intervention did not influence either response times or accuracy of re-testing SRTT task performance. However, explicit awareness of sequence knowledge was enhanced by arousing negative stimuli applied at 0 h after training. These findings suggest that consolidation of explicit aspects of procedural learning may be more responsive toward emotional interference than are implicit aspects. Consolidation of different domains of skill acquisition may be governed by different mechanisms. Since skill performance did not correlate with explicit awareness we suggest that implicit and explicit modes of SRTT performance are not complementary. Experiment 3: The aim of the third experiment was to analyze if the left hemisphere preferentially controls flexion responses towards positive stimuli, while the right hemisphere is specialized towards extensor responses to negative pictures. To this end, right-handed subjects had to pull or push a joystick subsequent to seeing a positive or a negative stimulus in their left or right hemifield. Flexion responses were faster for positive stimuli, while negative stimuli were associated with faster extensions responses. Overall, performance was fastest when emotional stimuli were presented to the left visual hemifield. This right hemisphere superiority was especially clear for negative stimuli, while reaction times towards positive pictures showed no hemispheric difference. We did not find any interaction between hemifield and response type. Neither was there a triple interaction between valence, hemifield and response type. In our experimental context the interaction between valence and hemifield seems to be stronger than the interaction between valence and motor behaviour. From these results we suppose that under certain conditions a hierarchy scaling of the asymmetry patterns prevails, which might mask any other existing asymmetries.
KW  - Motorisches Lernen
KW  - Gefühl
KW  - Motorisches Gedächtnis
KW  - Emotionen
KW  - Konsolidierung
KW  - Motor Memory
KW  - Emotion
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64838
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zelman-Femiak, Monika
T1  - Single Particle Tracking ; Membrane Receptor Dynamics
T1  - Einzelpartikelverfolgung ; Dynamik der Membranrezeptoren
N2  - Single-molecule microscopy is one of the decisive methodologies that allows one to clarify cellular signaling in both spatial and temporal dimentions by tracking with nanometer precision the diffusion of individual microscopic particles coupled to relevant biological molecules. Trajectory analysis not only enables determination of the mechanisms that drive and constrain the particles motion but also to reveal crucial information about the molecule interaction, mobility, stoichiometry, all existing subpopulations and unique functions of particular molecules. Efficacy of this technique depends on two problematic issues the usage of the proper fluorophore and the type of biochemical attachment of the fluorophore to a biomolecule. The goal of this study was to evolve a highly specific labeling method suitable for single molecule tracking, internalization and trafficking studies that would attain a calculable 1:1 fluorophore-to-receptor stoichiometry. A covalent attachment of quantum dots to transmembrane receptors was successfully achieved with a techinque that amalgamates acyl carrier protein (ACP) system as a comparatively small linker and coenzyme A (CoA)-functionalized quantum dots. The necessity of optimization of the quantum dot usage for more precise calculation of the membrane protein stoichiometries in larger assemblies led to the further study in which methods maximizing the number of signals and the tracking times of diverse QD types were examined. Next, the optimized techniques were applied to analyze behavior of interleukin-5 β-common chain receptor (IL-5Rβc) receptors that are endogenously expressed at low level on living differentiated eosinophil-like HL-60 cells. Obtained data disclosed that perused receptors form stable and higher order oligomers. Additionally, the mobility analysis based on increased in number (>10%) uninterrupted 1000-step trajectories revealed two patterns of confined motion. Thereupon methods were developed that allow both, determination of stoichiometries of cell surface protein complexes and the acquisition of long trajectories for mobility analysis. Sequentially, the aforementioned methods were used to scrutinize on the mobility, internalization and recycling dynamics characterization of a G protein-coupled receptor (GPCRs), the parathyroid hormone receptor (PTHR1) and several bone morphogenetic proteins (BMPs), a member of the TGF-beta superfamily of receptors. These receptors are two important representatives of two varied membrane receptor classes. BMPs activate SMAD- and non-SMAD pathways and as members of the transforming growth factor β (TGF-β) superfamily are entailed in the regulation of proliferation, differentiation, chemotaxis, and apoptosis. For effective ligand induced and ligand independent signaling, two types of transmembrane serine/threonine kinases, BMP type I and type II receptors (BMPRI and BMPRII, respectively) are engaged. Apparently, the lateral mobility profiles of BMPRI and BMPRII receptors differ markedly, which determinate specificity of the signal. Non-SMAD signaling and subsequent osteoblastic differentiation of precursor cells particularly necessitate the confinement of the BMP type I receptor, resulting in the conclusion that receptor lateral mobility is a dominative mechanism to modulate SMAD versus non-SMAD signaling during differentiation. Confined motion was also predominantly observed in the studies devoted to, entailed in the regulation of calcium homeostasis and in bone remodeling, the parathyroid hormone receptor (PTHR1), in which stimulation with five peptide ligands, specific fragments of PTH: hPTH(1–34), hPTHrP(107–111)NH2; PTH(1–14); PTH(1–28) G1R19, bPTH(3–34), first four belonging to PTH agonist group and the last to the antagonist one, were tested in the wide concentration range on living COS-1 and AD293 cells. Next to the mobility, defining the internalization and recycling rates of the PTHR1 receptor maintained in this investigation one of the crucial questions. Internalization, in general, allows to diminish the magnitude of the receptor-mediated G protein signals (desensitization), receptor resensitization via recycling, degradation (down-regulation), and coupling to other signaling pathways (e.g. MAP kinases). Determinants of the internalization process are one of the most addressed in recent studies as key factors for clearer understanding of the process and linking it with biological responses evoked by the signal transduction. The internalization of the PTH-receptor complex occurs via the clathrin-coated pit pathway involving β-arrestin2 and is initiated through the agonist occupancy of the PTHR1 leading to activation of adenylyl cyclase (via Gs), and phosphatidylinositol-specific phospholipase Cβ (via Gq). Taken together, this work embodies complex study of the interleukin-5 β-common chain receptor (IL-5Rβc) receptors, bone morphogenetic proteins (BMPs) and the parathyroid hormone receptor with the application of single-molecule microscopy with the newly attained ACP-quantum dot labeling method and standard techniques.
N2  - Die Einzelmolekül-Mikroskopie, das Verfolgen der Diffusion einzelner, mikroskopischer Partikel, welche an relevanten biologischen Molekülen gekoppelt sind, ist eine der entscheidenden Verfahren zur räumlichen und zeitlichen Quantifizierung der Zellsignalisierung und hat eine Genauigkeit im Nanometerbereich. Die so gewonnene Trajektorienanalyse ermöglicht nicht nur die Bestimmung der Mechanismen, die der Bewegung der Partikel zugrunde liegen, sondern liefert auch wichtige Informationen über die molekulare Wechselwirkungen, Bewegungsfreiheit und Stöchiometrie sowie über alle existierenden Subpopulationen und besondere Funktionen der einzelnen Moleküle. Die Wirksamkeit dieser Technik hängt von der Verwendung des geeigneten Flurophors und der Art seiner biochemischen Anhaftung ab. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines hochspezifischen Markierungsverfahrens, das zur Verwendung der Einzelmolekül-Mikroskopie für Studien im Bereich Endozytose geeignet ist und gleichzeitig eine Fluorophore-Rezeptor Stöchiometrie von 1:1 erreicht. Eine kovalente Anhaftung von Quantenpunkten an Membranrezeptoren wurde erfolgreich in einer Methode realisiert, die ACP-Systeme (Engl. Acyl-Carrier-Protein) mit Koenzym A (CoA-) funktionalisierten Quantenpunkten amalgamiert. Die notwendige Optimierung der Verwendung von Quantenpunkten mit dem Ziel einer genaueren Berechnung der Stöchiometrie von Membranproteinen sehr großer Anzahl führte zu weiteren Studien. In diesem Zusammenhang wurden Methoden zur Maximierung der Signalanzahl und Beobachtungszeiten diverser Quantenpunktentypen untersucht. Im nächsten Schritt wurden die optimierten Verfahren angewendet, um das Verhalten von IL-5Rßc (Engl. Interleukin-5 ß-common chain receptor) Rezeptoren, die endogen auf niedriger Stufe auf lebende differenzierte eosinophile-ähnlichen HL-60 Zellen existieren, zu analysieren. Die gewonnenen Daten haben gezeigt, dass die Rezeptoren sich in stabilen Oligomeren hoher Ordnung bilden, was zusätzlich mit den Ergebnissen der Analyse der Mobilität, die auf einer hohen Anzahl unterbrochener 1000-Schritt Trajektorien basiert, zwei abgegrenzte Bewegungsmuster ergab. Daraufhin wurden Methoden entwickelt, die eine Bestimmung der Stöchiometrie von Zelloberflächen-Proteinkomplexen und die Erfassung umfangreicher Trajektorien zur Bewegungsanalyse ermöglichen. Im Weiteren wurden die zuvor genannten Methoden zur genauen Überprüfung der Mobilität, Endozytose und der Charakterisierung der rückläufigen Dynamik der repräsentativen Rezeptoren von zwei verschiedenen Membranrezeptoren Klassen, des Parathormon-Rezeptors (Engl. the parathyroid hormone receptor), der zu der G-Protein-gekoppelter Rezeptor Gruppe (GPCRs) gehört und der Rezeptoren der knochenmorphogenetischen Proteine (BMPs) verwendet. BMPs aktivieren SMAD- und non-SMAD Signalkaskaden und als ein Bestandteil des TGF-β-Signalszstem sind sie in die Proliferation, die Differenyiation, die Chemotaxis und die Apoptose involviert. Zwei BMP Rezeptor Typen, BMP Typ I und BMP Typ II (BMPRI und BMPRII) sind nötig für die effektive Signalwirkung. Offenbar sind die Bewegungsmuster für BMPRI und BMPRII sehr unterschiedlich, was hier die Genauigkeit des Signals festlegt. Non-SMAD Kaskade und die nachfolgende Differenzierung von den Osteoblastenzellen benötigt das abgegrenzte Bewegungsmuster von BMPRI. Daraus folgert, dass die laterale Mobilität ein Hauptmechanismus in der SMAD gegen non-SMAD Signalwirkung während der Differenziation ist. Das abgegrenzte Bewegungsmuster war auch für den Parathormon Rezeptor (Engl. the parathyroid hormone receptor) (PTHR1), der in die Calcium Homeostase und den Knochenumbau involviert ist, in den Studien zu beobachten. In diesen Studien wurden fünf Peptide Ligande, spezifische Teile von dem PTH: hPTH(1–34), hPTHrP(107–111)NH2; PTH(1–14); PTH(1–28) G1R19, bPTH(3–34), von denen die ersten vier zu der Agonistengruppe und der Letzte zu der Antagonistengruppe gehören, in verschiedenen Konzentrationen mit lebenden COS-1 und AD293 Zellen verwendet. (oder aufgebracht) Eine der Hauptfragen war die Festlegung der Rate der PTHR1 Internalisierung und des Recycling in dieser Forschung. Im Allgemeinen reduziert Internalisierung die Stärke der Signale, die von den G Proteinen kommen und durch die Rezeptoren übermittelt (die Desensibilisierung) werden. Durch den Rücklauf werden die Rezeptoren wieder sensibilisiert, degradiert und können somit an anderen Signalkaskaden ankoppeln (zB. MAP-Kinase ). Die Determinanten der Internalisierung sind das Hauptthema in den aktuellen Studien, da sie der Schlüssel zum besseren Verständnis der Internalisierung und zu den nachfolgenden biologischen Antworten sind. Die Internalisierung von dem PTH Rezeptor verläuft entsprechend des Clathrin-coated Pit Weges mit der Teilnahme von β-arrestin2 und ist durch den Ligand eingeleitet, der zur Aktivierung von adenylyl cyclase (via Gs), und phosphatidylinositol-specific phospholipase Cβ (via Gq) führt. Zusammenfassend ist diese Arbeit unter Verwendung von Einzelmolekül-Mikroskopie mit der neuen ACP-Quantumpunktmethoden sowie standard Markierungsmethoden ein komplexes Studium über die IL-5Rßc Rezeptoren, die BMP Rezeptoren und den PTH Rezeptor.
KW  - Einzelmolekülmikroskopie
KW  - Membranrezeptor
KW  - Dynamik
KW  - Einzelpartikelverfolgung
KW  - Dynamik von Membranrezeptoren
KW  - Mikroskopie
KW  - Single Particle Tracking
KW  - Membrane Receptor Dynamics
KW  - Microscopy
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65420
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zanucco, Emanuele
T1  - Role of oncogenic and wild type B-RAF in mouse lung tumor models
T1  - Untersuchungen zur Rolle der onkogenen und wildtypischen B-RAF Kinase in Lungentumormodellen der Maus
N2  - Von Wachstumsfaktoren regulierte Signalkaskaden sind Schlüsselelemente in der Gewebeentwicklung und Geweberegeneration. Eine Deregulation dieser Kaskaden führt zu Entwicklungsstörungen und neoplastischen Krankheiten. Für viele humane Krebsformen sind aktivierende Mutationen der Kinasen der RAF Familie verantwortlich. Das erste Projekt dieser Doktorarbeit fokussiert auf der Rolle des B-RAF V600E, welches als eine der am häufigsten vorkommenden Mutantionen in humanen Krebszellen identifiziert worden ist. Um die onkogene Funktion des B-RAF V600E zu untersuchen, haben wir transgene Mauslinien hergestellt, welche das aktivierte Onkogen spezifisch in alveolaren Lungenepithelzellen des Typ II exprimieren. Konstitutive Expression des B-RAF V600E führte zu einer abnormen alveolaren Epithelzellbildung und zu Emphysem-ähnlichen Läsionen. Diese Läsionen wiesen Zeichen einer Gewebsumstrukturierung auf, oft in Assoziation mit chronischer Inflammation und geringer Inzidenz von Lungentumoren. Die Infiltration der entzündlichen Zellen erfolgte erst nach der Entstehung von Emphysem-ähnlichen Läsionen und könnte zur späteren Tumorbildung beigetragen haben. Diese Ergebnisse unterstützen ein Modell, in welchem der kontinuierliche regenerative Prozess eine tumorfördernde Umgebung schafft. Dabei induziert die Aktivität des onkogenen B-RAF eine alveolare Störung, welche ursächlich verantwortlich ist für den kontinuierlichen regenerativen Prozess. Das zweite Projekt fokussiert auf die Rolle von endogenem (wildtypischen) B-RAF in einem durch onkogenes C-RAF induzierten Maus Lungentumormodell. Für unsere Untersuchungen haben wir eine Mauslinie geschaffen, in welcher B-RAF in den C-RAF Lungentumoren konditionell eliminiert werden kann. Eine konditionelle Eliminierung des B-RAF hat die Entstehung von Lungentumoren nicht blockiert, aber zu reduziertem Tumorwachstum geführt. Dieses reduzierte Tumorwachstum konnte auf eine reduzierte Zellproliferation zurückgeführt werden. Außerdem konnten wir durch die B-RAF Elimination eine Reduktion der Intensität der mitogenen Signalkaskade beobachten. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass das onkogene Potential von C-RAF in vivo unabhängig von B-RAF ist und eine Kooperation von B-RAF und C-RAF jedoch für die vollständige Aktivierung der mitogenen Signalkaskade wichtig ist.
N2  - Growth factor induced signaling cascades are key regulatory elements in tissue development, maintenance and regeneration. Deregulation of the cascades has severe consequences, leading to developmental disorders and neoplastic diseases. As a major function in signal transduction, activating mutations in RAF family kinases are the cause of many human cancers. In the first project described in this thesis we focused on B-RAF V600E that has been identified as the most prevalent B-RAF mutant in human cancer. In order to address the oncogenic function of B-RAF V600E, we have generated transgenic mice expressing the activated oncogene specifically in lung alveolar epithelial type II cells. Constitutive expression of B-RAF V600E caused abnormalities in alveolar epithelium formation that led to airspace enlargements. These lung lesions showed signs of tissue remodeling and were often associated with chronic inflammation and low incidence of lung tumors. Inflammatory cell infiltration did not precede the formation of emphysema-like lesions but was rather accompanied with late tumor development. These data support a model where the continuous regenerative process initiated by oncogenic B-RAF-driven alveolar disruption provides a tumor-promoting environment associated with chronic inflammation. In the second project we focused on wild type B-RAF and its role in an oncogenic-C-RAF driven mouse lung tumor model. Toward this aim we have generated compound mice in which we could conditionally deplete B-RAF in oncogenic-C-RAF driven lung tumors. Conditional elimination of B-RAF did not block lung tumor formation however led to reduced tumor growth. The diminished tumor growth was not caused by increased cell death instead was a consequence of reduced cell proliferation. Moreover, B-RAF ablation caused a reduction in the amplitude of the mitogenic signalling cascade. These data indicate that in vivo B-RAF is dispensable for the oncogenic potential of active C-RAF; however it cooperates with oncogenic C-RAF in the activation of the mitogenic cascade.
KW  - Lungenkrebs
KW  - Biochemie
KW  - Maus
KW  - Lung cancer
KW  - RAF
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69603
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rajaraman, Gnana Oli
T1  - Oxidative stress: Role in genomic damage and disease
T1  - Oxidativer Stress: Bedeutung für genomische Schäden und Krankheit
N2  - Bei einem Ungleichgewicht zwischen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und endogenen Antioxidantien (Glutathion (GSH), Superoxiddismutase (SOD), Katalase etc.) ist der oxidative Stress erhöht, was zur Oxidation von Lipiden, Proteinen und DNA führt. Obwohl auch oxidierte Lipide und Proteine mit steigendem Alter akkumulieren können, führen nur DNA-Oxidationen zu veränderter genomischer Information. Ein möglicher Signalweg für gesteigerte ROS-Produktion ist die Aktivierung des Enzyms NADPH-Oxidase (NOX) und die damit verbundene Generierung von ROS durch viele endogene und exogene Substanzen. p47phox ist ein cytosolisches Protein, das eine wichtige Rolle bei der NOX-Aktivierung spielt. Angiotensin II (Ang II) ist ein Beispiel für eine endogene Verbindung, die über NOX-Aktivierung ROS produziert. Rosuvastatin ist ein Arzneistoff mit antioxidativen Eigenschaften (Hochregulation endogener Antioxidantien). Es gehört zur Gruppe der Cholesterinsenker und reduziert ausserdem erhöhtes Auftreten des Angiotensin-II-Typ-1-Rezeptors (AT1R). Normalerweise ist oxidativer Stress im Alter und bei Alterskrankheiten (z. B. Parkinson-Krankheit) erhöht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Modelle in vitro und in vivo die Rolle von DNA-Schaden durch NOX-vermittelte ROS zu untersuchen und den Einfluss von ROS auf den Alterungsprozess und auf Alterskrankheiten zu bestimmen.
N2  - When there is an imbalance between reactive oxygen species (ROS) and endogenous antioxidants (glutathione (GSH), superoxide dismutase (SOD), catalase etc.) the oxidative stress is increased and results in the oxidation of lipids, proteins and DNA. Although oxidation of lipids and proteins may also accumulates with age, only DNA oxidation leads to altered genomic information. As one pathway for increased ROS production, many endogenous and exogenous substances activate NADPH oxidase (NOX) enzyme and produce ROS. p47phox is a cytosolic organizer protein which plays an important role in NOX activation. Angiotensin II (Ang II) is an example for an endogenous compound which causes ROS through NOX activation. Rosuvastatin is an example for a drug with antioxidative capacity (upregulation of endogenous antioxidants). It is a lipid lowering drug which also reduces an elevated level of angiotensin II type 1 receptor (AT1R). Commonly, oxidative stress is elevated in ageing and age related diseases (eg. Parkinson’s disease (PD)). The aim of the present study was to investigate the role of NOX derived ROS induced oxidative DNA damage and the influence of ROS in ageing and age related diseases, using different in vitro and in vivo models.
KW  - Oxidativer Stress
KW  - DNS-Schädigung
KW  - Oxidativer Stress
KW  - genomische Schäden
KW  - Oxidative stress
KW  - genomic damage
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64869
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frey, Monika
T1  - Effects and mechanisms of a putative human pheromone
T1  - Effekte und Mechanismen eines putativen menschlichen Pheromons
N2  - There is evidence that pheromones are communicative signals in animals. However, the existence and function of human pheromones are still under discussion. During the last years several substances have been labeled as putative human pheromones and especially 4,16–androstadien-3-one (androstadienone), found in male and female sweat, became subject of intense investigation. In contrast to common odors androstadienone presumably modulates human physiological and psychological reactions. Data suggest that androstadienone might influence the processing of visual cues, specifically faces or affective stimuli, via projections from the fusiform gyrus and the amygdala. Moreover, attentional processes may be modulated, which is supported by explicit and implicit behavioral data. This thesis includes three experimental studies examining effects of androstadienone exposure on behavioral and cortical reactions to visual and emotional stimuli. The main hypotheses were that androstadienone might influence human behavior to and perception of visual cues. The first study sought to clarify androstadienone effects on attention-related reactions as well as on behavioral tendencies. Motoric approach-avoidance reactions in response to happy and angry facial expressions were investigated in 30 women and 32 men. Participants either inhaled androstadienone or a control solution, without knowing the real content, while performing the following task: they had to push away or to pull towards them a joystick as fast as possible in reaction to either an angry or a happy cartoon face, which was presented on a computer screen. Results showed that androstadienone modulated the participant´s task performance by accelerating the reaction speed compared to the control compound. Faster reactions were observed particularly when reacting to angry faces but not when reacting to happy faces. This might be explained by the finding that human body odors, the source of androstadienone, were found to activate the human fear system, i.e. modulating fear-related attentional processes. Therefore, the quicker reaction towards angry faces with exposure to androstadienone could be due to an enhanced allocation of attentional resources towards fear-related cues like angry faces. Results also showed that androstadienone enhanced men´s approach tendency towards faces independent of emotional expressions. This observation might be explained by androstadienone´s former shown ability to improve attractiveness ratings of other persons. In this regard, the endogenous odor might enhance evaluations of faces in men and, thus, might improve their willingness to approach social stimuli. In contrast to men, women already showed in the control condition higher approach tendency towards faces. Therefore, androstadienone might rather maintain than enhance the approach score in women. In the second study event-related brain potentials (ERPs) triggered by social and non-social visual stimuli were investigated by means of electroencephalography. In a double-blind between-subjects design 51 women participated. Twenty-eight women inhaled androstadienone, whereas 23 women inhaled a control solution. Four different picture categories, i.e. real faces, pictures with couples, pictures with social and non-social scenes, each including three different valence categories, i.e. positive, negative and neutral, should clarify the stimulus type or context androstadienone is acting on. The androstadienone compared to the control odor did not influence brain responses significantly. Explorative analyses, however, suggested that androstadienone influences the processing of faces. While in the control group angry faces elicited larger P300 amplitudes than happy faces, the androstadienone group showed similar P300 amplitudes concerning all emotional expressions. This observation tentatively indicates that the endogenous odor might indeed affect the neuronal responses to emotional facial stimuli, especially late components reflecting evaluative processes. However, this observation has to be verified and further investigated, in particular whether androstadienone caused reduced responses to angry faces or enhanced responses to happy faces. The third study investigated androstadienone effects on face processing especially in men. ERPs elicited by happy, angry and neutral cartoon faces, which were presented on a computer screen, were measured while 16 men, not knowing the applicated odor, inhaled either androstadienone or a control solution. Exposure to androstadienone significantly increased later neuronal responses, the P300 amplitude. This belated component of the ERP reflects attention allocation and evaluative processes towards important stimuli. Therefore, androstadienone might facilitate central nervous face processing by enhancing attention towards these stimuli. In sum, the current results corroborate the notion of androstadienone as an active social chemosignal. In minute amounts and not detectable as an odor it influenced cortical and motoric reactions. Therefore, it might be concluded that androstadienone indeed affects cognitive functions like attentional processes and in turn affects our behavior. The current results further support the notion that androstadienone acts like a human modulator pheromone, namely modulating ongoing behavior or a psychological reaction to a particular context, changing stimulus sensitivity, salience and sensory-motor integration. However, these conclusions remain tentative until further replication takes place, best in ecologically valid environments. Furthermore, one has to keep in mind that the current studies could not replicate several previous findings and could not verify some hypotheses assuming communicative effects of androstadienone. Thus, the main assumption of this thesis that androstadienone is an active chemosignal is still challenged. Also, whether the term “pheromone” is indeed suitable to label androstadienone remains open.
N2  - Pheromone sind als Kommunikationssubstanzen im Tierreich unabkömmlich. Ob jedoch menschliche Pheromone tatsächlich existieren, wird noch immer diskutiert. Während der letzten Jahre wurden mehrere Substanzen als putative menschliche Pheromone bezeichnet. Unter diesen wurde v.a. 4,16–androstadien-3-on (Androstadienon), eine Komponente des männlichen und weiblichen Schweißes, intensiv untersucht. Bisherige Ergebnisse deuten darauf hin, dass Androstadienon im Gegensatz zu herkömmlichen Duftstoffen die Verarbeitung visueller Stimuli, v.a. von Gesichtern und von affektiven Stimuli, vermutlich über eine Modulation der Aktivität des Gyrus fusiformis und der Amygdala beeinflussen kann. Außerdem könnten Aufmerksamkeitsprozesse durch Androstadienon beeinflusst sein, was durch explizite und implizite Verhaltensdaten angedeutet wird. Diese Doktorarbeit untersuchte in drei verschiedenen Studien die Effekte von Androstadienon auf kortikale Reaktionen und Verhalten bei Männern und Frauen, während diese mit visuellen, insbesondere emotionalen Stimuli konfrontiert wurden. Die Haupthypothesen waren, dass Androstadienon die Wahrnehmung visueller Stimuli und menschliches Verhalten gegenüber diesen beeinflussen könnte. Die erste Studie untersuchte Androstadienoneffekte auf aufmerksamkeitsabhängige, motorische Reaktionen sowie auf Verhaltenstendenzen. Motorisches Annäherungs- und Vermeidungsverhalten als Reaktion auf freudige und ärgerliche Gesichter wurden bei 30 Frauen und 32 Männern untersucht. Während diese entweder Androstadienon oder einen Kontrollduft inhalierten, ohne zu wissen welchen, mussten sie so schnell wie möglich einen Joystick jeweils wegdrücken oder zu sich heranziehen, sobald entweder ein freudiges oder ärgerliches Gesicht auf einem Computerbildschirm erschien. Im Vergleich zum Kontrollduft beschleunigte Androstadienon die Reaktionsgeschwindigkeit spezifisch auf ärgerliche Gesichter unabhängig von der Bewegungsrichtung. Dies könnte damit zusammenhängen, dass menschlicher Körpergeruch, die Quelle von Androstadienon, das Angstsystem im menschlichen Gehirn aktiviert. Die schnellere Reaktion auf ärgerliche Gesichter durch den endogenen Geruch könnte dementsprechend auf eine erhöhte Bereitstellung von Aufmerksamkeitsressourcen für angstverwandte Stimuli, wie ärgerliche Gesichter, zurückzuführen sein. Zusätzlich zeigten die Ergebnisse, dass Androstadienon unabhängig vom Emotionsausdruck die Annäherungstendenz bei Männern zu den Gesichtern erhöht. Diese Beobachtung könnte durch die in einer früheren Studie gezeigte Eigenschaft von Androstadienon, die Attraktivitätsbewertungen anderer Personen zu erhöhen, erklärt werden. Demnach könnte der endogene Duftstoff bei Männern die Bewertung von Gesichtern verbessern und folglich die Bereitschaft, sich sozialen Stimuli anzunähern, erhöhen. Im Gegensatz zu Männern zeigten Frauen schon in der Kontrollbedingung eine stärkere Annäherungstendenz zu Gesichtern. Folglich könnte Androstadienon diese verstärkte Tendenz bei Frauen eher aufrechterhalten als verstärken. In der zweiten Studie wurden kortikale Reaktionen, d.h. ereigniskorrelierte Gehirnpotentiale (EKPs), auf soziale und nicht-soziale visuelle Bilder bei 28 Frauen, die Androstadienon rochen, und bei 23 Frauen die einem Kontrollduft ausgesetzt waren, mit Elektroenzephalographie untersucht. Allen Teilnehmerinnen war der Inhalt des applizierten Duftstoffes nicht bewusst. Vier verschiedene Bildkategorien, d.h. echte Gesichter, Bilder mit Paaren, Bilder mit Gruppen von Menschen und Bilder ohne Personen, mit jeweils positiver, negativer und neutraler Valenz wurden verwendet, um den Wirkkontext von Androstadienon zu klären. Androstadienon beeinflusste die Hirnreaktionen auf diese Stimuli nicht signifikant. Explorative Analysen deuteten aber an, dass Androstadienon die späte EKP Komponente, P300, beeinflussen kann. Während in der Kontrollgruppe ärgerliche Gesichter größere P300 Amplituden auslösten als freudige Gesichter, erzeugten in der Androstadienongruppe alle emotionalen Ausdrücke ähnliche P300 Amplituden. Dies könnte andeuten, dass Androstadienon attentive oder evaluative Prozesse bei der Gesichtsverarbeitung beeinflusst, was aber durch weitere Studien bestätigt und präzisiert werden muss. Die dritte Studie untersuchte Androstadienoneffekte auf zentralnervöse Prozesse der Gesichtsverarbeitung von Männern. EKPs auf freudige, ärgerliche und neutrale Cartoongesichter wurden aufgezeichnet, während 16 Männer entweder Androstadienon oder den Kontrollduft inhalierten, ohne jeweils zu wissen welchen. Androstadienon verstärkte eine späte neuronale Reaktion, die P300 Komponente, auf alle Gesichter signifikant. Diese Komponente des ereigniskorrelierten Potenzials spiegelt die Bereitstellung von Aufmerksamkeit auf wichtige Stimuli wider. Androstadienon könnte folglich die zentralnervöse Verarbeitung von Gesichtern erleichtern, indem es Aufmerksamkeit auf diese Stimuli lenkt. Zusammenfassend stützen die genannten Ergebnisse die Annahme, dass Androstadienon ein aktives soziales Chemosignal ist. In winzigen, bewusst nicht wahrnehmbaren Mengen beeinflusste es kortikale und motorische Reaktionen. Demzufolge scheint Androstadienon tatsächlich auf kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit zu wirken und deshalb unser Verhalten beeinflussen zu können. Die aktuellen Ergebnisse unterstützen auch die Annahme, dass Androstadienon ein menschliches Modulatorpheromon ist, das in einem speziellen Kontext unser Verhalten und eine psychologische Reaktion moduliert und Stimulussensitivität und die Sensor-Motor-Integration ändert. Dennoch müssen diese Interpretationen als vorläufig betrachtet werden bis die dargestellten Ergebnisse auch unter ökologisch validen Bedingungen repliziert werden konnten. Außerdem muss berücksichtigt werden, dass in dieser Doktorarbeit einige frühere Ergebnisse und einige Hypothesen bezüglich kommunikativer Effekte von Androstadienone nicht bestätigt werden konnten. Deshalb kann die Annahme, dass Androstadienon ein aktives Chemosignal ist, immer noch in Frage gestellt werden. Auch ob Androstadienon tatsächlich als menschliches Pheromon bezeichnet werden sollte bleibt offen.
KW  - Pheromon
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - Mensch
KW  - Androstadienon
KW  - ereigniskorreliertes Potential
KW  - Antwortverhalten
KW  - Geruchssinn
KW  - androstadienone
KW  - humans
KW  - olfaction
KW  - pheromone
KW  - behavior
KW  - attention
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72292
ER  - 
TY  - THES
A1  - Deb, Jolly
T1  - Role of Transcription Factor NFATc1 in Development, Survival and Function of B Lymphocytes
T1  - Die Bedeutung des Transkriptionsfaktors NFATc1 für die Entwicklung, das Überleben und die Funktion von B-Lymphozyten
N2  - Die Transkriptionsfaktoren der NFAT-Proteinfamilie (Nuclear Factor of Activated T cells, NFATc1-4) sind an entscheidender Stelle in die Regulation des Zellzyklus, des programmierten Zelltodes und der Kanzerogenese involviert. NFATc1 nimmt innerhalb dieser Familie eine Sonderrolle ein, da dessen Aktivität auch durch eine stark induzierbare Expression gesteigert werden kann. Dies ist insbesondere für die Differenzierung und Funktion von T- und B-Lymphozyten von Bedeutung. Weiterhin ist NFATc1 für die Muskel- oder Herzentwicklung notwendig. Eine Reihe von Arbeiten belegen darüber hinaus eine Beteiligung dieses Transkriptionsfaktors an der Entstehung von Leukämien und Lymphomen. Während klassische Hodgkin-Lymphome allerdings durch eine abgeschaltete NFATc1-Expression gekennzeichnet sind, wird für T-ALL (Akute Lymphatische Leukämie der T-Zelle) eine Überexpression beschrieben. Die Kernlokalisation dieses Transkriptionsfaktors erfolgt nach Dephosphorylierung des zytoplasmatischen Proteins durch die Phosphatase Calcineurin. Deren Phosphataseaktivität wird durch einen Anstieg des intrazellulären Ca++-Spiegels aktiviert. Inwiefern die Calcineurin-abhängige Kerntranslokalisation den einzigen Aktivierungsmechanismus für NFAT-Faktoren darstellt, ist noch nicht eindeutig geklärt. Nach optimaler Aktivierung von T- bzw. B-Zellen ist die kurze, induzierbare Isoform NFATc1/A das Hauptprodukt des NFATc1-Gens. In dieser Arbeit wurden für die gezielte Deletion des NFATc1-Gens in der Maus zwei verschiedene konditionelle Systeme verwandt. Hierzu wurden Tiere, die ein mit „flox“-Sequenzen versehenes drittes Exon des NFATc1-Gens in der Keimbahn tragen, mit verschiedenen Cre-Rekombinase expremierenden Linien verkreuzt. Der Verlust funktionellen NFATc1-Proteins erfolgt dann früh in der B-Zell-Differenzierung im Knochenmark (Cd79a/mb-1-cre x Nfatc1flx/fl) bzw. in reifen B-Zellen (Cd23-cre x Nfatc1flx/flx). Während in keiner dieser Linien signifikante Defekte in der Differenzierung “konventioneller B2” B-Lymphozyten beobachtet wurden, hatte die frühe Inaktivierung des NFATc1-Gens im Knochenmark den Verlust der B1a-Zell-Population im Peritoneum zur Folge. In vitro zeigten NFATc1-/--B-Zellen aus der Milz nach Aktivierung über den B-Zell-Rezeptor deutliche Defekte in der Zellteilung bei einer gleichzeitigen Zunahme des aktivierungsinduzierten Zelltodes (AICD, activation induced cell death). Die vergleichende Transkriptomanalyse identifizierte wichtige Gene des Ca++/Calcineurin-Signalweges als NFATc1-Zielgene und mitverantwortlich für die Proliferationsdefekte. In NFATc1-defizienten B-Zellen konnte Re-Expression von NFATc1 in geringer Konzentration den aktivierten Zelltod inhibieren, wohingegen hohe Konzentrationen diesen noch weiter förderten. Zusammengenommen lässt sich daher schließen, dass NFATc1 entscheidend an der Kontrolle von Proliferation und Zelltod peripherer B-Lymphozyten beteiligt ist. Eine weitere wichtige Funktion kommt NFATc1 beim Klassenwechsel im Immunglobulin-Lokus zu. In den untersuchten Mäusen war die IgG3-Produktion nach Immunisierung mit NP-Ficoll (einem T-Zell-unabhängigen Antigen des Typs II) deutlich reduziert, wenn das NFATc1-Gen in den B-Lymphozyten funktionslos war. Auch die Bildung von IgG3+-Plasmablasten war gehemmt. Zu ähnlichen Ergebnissen führten Untersuchungen an isolierten B-Lymphozyten in einem in vitro Klassenwechsel-Modell. Demgegenüber zeigten Immunisierungen der Tiere mit NP-KLH (einem T-Zell-abhängigen Antigen) keine signifikanten Abweichungen im Klassenwechsel. Zusammengefasst zeigen diese Daten die große Bedeutung des Transkriptionsfaktors NFATc1 für das Überleben und die Funktion peripherer B-Lymphozyten.
N2  - The Nuclear Factors of Activated T cells (NFATs) are critical transcription factors playing major roles in the control of the cell cycle, apoptosis and, probably, also cancerogenesis. Of all the four genuine NFATc family members, NFATc1 has the unique induction property which appears to be essential for T and B cell development, along with its considerable role in cytokine gene expression and function in non-lymphoid tissues and during organ development (such as in the development of muscle and heart cells). A number of studies have proved the potential role of NFATc1 protein in development of lymphomas and leukemias and provided evidence of differential expression of the same gene in different tumours (Suppression in classical Hodgkin lymphomas but overexpression in T-ALLs). Although the most commonly accepted pathway is the dephosphorylation of NFAT by calcineurin upon a rise in intracellular Ca++ leading to nuclear translocation followed by transcription of Il2 gene and related cytokines, it is quite possible that signaling mechanisms other than (or in addition to) calcineurin activation lead to NFATc1 induction as well. One of the major isoforms of NFATc1, NFATc1/αA, is the short inducible factor, produced upon full T and B cell activation. Here we used two different conditional knock-out mice as our study model. Inactivation of the murine Nfatc1 gene in bone marrow (of Cd79a/mb-1-cre x Nfatc1flx/flx mice) and spleen (of Cd23-cre x Nfatc1flx/flx mice) resulted in complete ablation of NFATc1 expression in splenic B cells. Although no severe developmental defects were found for the generation of ‘conventional’ B2 cells, NFATc1 inactivation in bone marrow B-cells led to a strong decrease in the peritoneal B1a cell population. In-vitro studies showed a clear-cut decrease in proliferation and an increase in Activation Induced Cell Death (AICD) of NFATc1-/- splenic B cells upon BCR stimulation. While NFATc1 appears to control directly the AICD of peripheral B cells, further studies revealed an effect of NFATc1 on proliferation by a sustained differentiation program controlling Ca++ flux and calcineurin activity which are needed to maintain transcription and proliferation of primary B cells. Re-expression of NFATc1 at a low dose could protect cells against AICD, whereas at a higher dose it initiated AICD. These data suggest an important dual role of NFATc1 in controlling proliferation and apoptosis of peripheral B lymphocytes. NFATc1 ablation also impaired the Ig class switch to IgG3 by T cell-independent (TI) type II antigens and impaired IgG3+ plasmablast formation when studied in-vivo by NP-Ficoll immunization or in-vitro using an in-vitro class-switch model. Contrary to the immunizations with TI-type II antigen, no significant differences were documented in Ig class switch upon immunization with NP-KLH, a T-cell dependent (TD) antigen. Taken together, the data indicate NFATc1/αA as a crucial player in the activation and function of splenic B cells upon BCR stimulation. Missing or incomplete NFATc1/αA induction appears to be one reason for the generation of B cell unresponsiveness, whereas uncontrolled NFATc1/αA expression could lead to unbalanced immune reactions and autoimmune diseases.
KW  - NFATc1
KW  - B-Lymphozyten
KW  - NFATc1
KW  - B Lymphocytes
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57050
ER  - 
TY  - THES
A1  - Polzien, Lisa
T1  - BAD Phosphorylation: A Novel Link between Apoptosis and Cancer
T1  - BAD Phosphorylierung: Eine Neue Verbindung zwischen Apoptose und Krebs
N2  - BAD (Bcl-2 antagonist of cell death, Bcl-2 associated death promoter) is a pro-apoptotic member of the Bcl-2 protein family that is regulated by phosphorylation in response to survival factors. Although much attention has been devoted to the identification of phosphorylation sites in murine BAD (mBAD), little data are available with respect to phosphorylation of human BAD (hBAD) protein. In this work, we investigated the quantitative contribution of BAD targeting kinases in phosphorylating serines 75, 99 and 118 of hBAD (Chapter 3.1). Our results indicate that RAF kinases phosphorylate hBAD in vivo at these established serine residues. RAF-induced phosphorylation of hBAD was not prevented by MEK inhibitors but could be reduced to control levels by use of the RAF inhibitor Sorafenib (BAY 43-9006). Consistently, expression of active RAF suppressed apoptosis induced by hBAD and the inhibition of colony formation caused by hBAD could be prevented by RAF. In addition, using surface plasmon resonance technique we analyzed the direct consequences of hBAD phosphorylation by RAF with respect to complex formation of BAD with 14-3-3 proteins and Bcl-XL. Phosphorylation of hBAD by active RAF promotes 14-3-3 protein association, whereby the phosphoserine 99 represents the major binding site. Furthermore, we demonstrate in this work that hBAD forms channels in planar bilayer membranes in vitro. This pore-forming capacity is dependent on phosphorylation status and interaction with 14-3-3 proteins. Additionally, we show that hBAD pores possess a funnel-shaped geometry that can be entered by ions and non-charged molecules up to 200 Da (Chapter 3.2). Since both lipid binding domains of hBAD (LBD1 and LBD2) are located within the C-terminal region, we investigated this part of the protein with respect to its structural properties (Chapter 3.3). Our results demonstrate that the C-terminus of hBAD possesses an ordered β-sheet structure in aqueous solution that adopts helical disposition upon interaction with lipid membranes. Additionally, we show that the interaction of the C-terminal segment of hBAD with the BH3 domain results in the formation of permanently open pores, whereby the phosphorylation of serine 118 proved to be necessary for effective pore-formation. In contrast, phosphorylation of serine 99 in combination with 14-3-3 association suppresses formation of channels. These results indicate that the C-terminal part of hBAD controls hBAD function by structural transitions, lipid binding and phosphorylation. Using mass spectrometry we identified in this work, besides the established in vivo phosphorylation sites at serines 75, 99 and 118, several novel hBAD phosphorylation sites (serines 25, 32/34, 97, 124 and 134, Chapter 3.1). To further analyze the regulation of hBAD function, we investigated the role of these newly identified phosphorylation sites on BAD-mediated apoptosis. We found that in contrast to the N-terminal phosphorylation sites, the C-terminal serines 124 and 134 act in an anti-apoptotic manner (Chapter 3.4). Our results further indicate that RAF kinases and PAK1 effectively phosphorylate BAD at serine 134. Notably, in the presence of wild type hBAD, co-expression of survival kinases, such as RAF and PAK1, leads to a strongly increased proliferation, whereas substitution of serine 134 by alanine abolishes this process. Furthermore, we identified hBAD serine 134 to be strongly involved in survival signaling in B-RAF-V600E containing tumor cells and found phosphorylation of this residue to be crucial for efficient proliferation in these cells. Collectively, our findings provide new insights into the regulation of hBAD function by phosphorylation and its role in cancer signaling.
N2  - BAD (Bcl-2 antagonist of cell death, Bcl-2 associated death promoter) ist ein pro-apoptotisches Mitglied der Bcl-2 Proteinfamilie und wird in Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren durch Phosphorylierung reguliert. Obwohl der Identifizierung von Phosphorylierungsstellen in murinem BAD (mBAD) in den vergangenen Jahren viel Aufmerksamkeit gewidmet wurde, ist die Phosphorylierung des humanen BAD (hBAD) Proteins kaum charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wird der quantitative Beitrag unterschiedlicher Kinasen in Bezug auf die Phosphorylierung der etablierten Phosphorylierungsstellen Serin 75, 99 und 118 von hBAD dargestellt (Kapitel 3.1). Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass RAF-Kinasen hBAD in vivo an diesen etablierten Stellen phosphorylieren. Die RAF-bedingte Phosphorylierung konnte nicht durch MEK-Inhibitoren beeinflusst werden, dagegen bewirkte die Gabe des RAF-Inhibitors Sorafenib (BAY 43-9006) eine Reduktion der Phosphorylierung auf das Niveau der Kontrollproben. Übereinstimmend konnte durch die Expression von aktiven RAF-Kinasen die BAD-induzierte Apoptose sowie die BAD-bedingte Inhibierung der Koloniebildung unterdrückt werden. Zusätzlich verwendeten wir Oberflächen-Plasmon-Resonanz-Spektroskopie um die Auswirkungen der RAF-bedingten BAD-Phosphorylierung auf die Komplexbildung von hBAD mit 14-3-3-Proteinen und Bcl-XL zu analysieren. Dabei wurde festgestellt, dass die Phosphorylierung von hBAD durch aktive RAF-Kinasen die Assoziierung von 14-3-3 begünstigt, wobei Phosphoserin 99 die Hauptbindungsstelle darstellt. Weiterhin gelang der Nachweis, dass hBAD in vitro Poren in Lipid-Doppelschicht-Membranen bilden kann. Wir wiesen nach, dass die Fähigkeit von hBAD Poren zu bilden phosphorylierungsabhängig ist und durch die Interaktion mit 14-3-3-Proteinen beeinflusst wird. Außerdem demonstrieren wir in dieser Arbeit, dass die BAD-Poren eine zylinderförmige Geometrie aufweisen und sowohl für Ionen als auch für ungeladene Moleküle mit einer Größe von bis zu 200 Da zugänglich sind (Kapitel 3.2). Da beide Lipid-Bindungsstellen (LBD1 und LBD2) am C-Terminus des hBAD lokalisiert sind, charakterisierten wir des Weiteren diesen Teil des Proteins in Hinblick auf seinen strukturellen Aufbau (Kapitel 3.3). Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass der hBAD-C-Terminus in wässriger Lösung eine geordnete β-Faltblattstruktur aufweist und bei Eintritt in eine Lipidumgebung helikale Elemente ausbildet. Zusätzlich zeigen wir in dieser Arbeit, dass die Interaktion des C-terminalen hBAD-Segments mit der BH3-Domäne zur Ausbildung von permanent offenen Poren führt, wobei die Phosphorylierung an Serin 118 eine Notwendigkeit für effektive Porenbildung darstellt. In Gegensatz dazu bewirkte die Phosphorylierung von Serin 99 in Kombination mit der Assoziierung von 14-3-3-Protein eine Inhibierung der Porenbildung. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass der C-terminale Teil von hBAD durch strukturelle Veränderungen, Lipidbindung und Phosphorylierung entscheidend die Funktion von hBAD reguliert. Mit Hilfe von Massenspektroskopie konnten wir im Rahmen dieser Arbeit, zusätzlich zu den etablierten Phosphorylierungsstellen Serin 75, 99 und 118, einige neue in vivo Phosphorylierungsstellen von hBAD identifizieren (Serin 25, 32/34, 97, 124 und 134, Kapitel 3.1). Um die Regulierung der Funktion von hBAD weiter zu analysieren, untersuchten wir die Rolle dieser neu identifizierten Phosphorylierungsstellen in Bezug auf die BAD-induzierte Apoptose (Kapitel 3.4). Wir fanden heraus, dass im Gegensatz zu den N-terminalen Phosphorylierungsstellen, die Phosphorylierungsstellen am C-Terminus an der Apoptoseregulation mitwirken. Weiterhin weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass RAF-Kinasen, neben PAK1, an der Phosphorylierung von Serin 134 von hBAD beteiligt sind. Interessanterweise bewirkte die Co-Expression von RAF oder PAK1 mit dem wildtypischen hBAD eine erhebliche Verstärkung der Zellproliferation. Diese verstärkte Proliferation konnte durch einen Serin-zu-Alanin-Austausch in hBAD an der Stelle 134 vollständig verhindert werden. Weiterhin entdeckten wir, dass die Phosphorylierung dieser Stelle in B-RAF-V600E enthaltenden Tumorzellen bei der Regulation der Zellproliferation mitwirkt und für eine effiziente Proliferation entscheidend ist. Zusammenfassend gewähren unsere Ergebnisse neue Einblicke in die Regulierung der Funktion von hBAD durch Phosphorylierung sowie in die Rolle von hBAD bei der Krebsentwicklung.
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - Apoptosis
KW  - Bcl-2-Proteinfamilie
KW  - Raf <Biochemie>
KW  - BH3-only proteins
KW  - BAD
KW  - cancer
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-56919
ER  - 
TY  - THES
A1  - Halder, Partho
T1  - Identification and characterization of synaptic proteins of Drosophila melanogaster using monoclonal antibodies of the Wuerzburg Hybridoma Library
T1  - Identifikation und Charakterisierung von synaptischen Proteinen von Drosophila melanogaster mit Hilfe von monoklonalen Antikörpern der Würzburger Hybridoma-Bibliothek
N2  - For a large fraction of the proteins expressed in the human brain only the primary structure is known from the genome project. Proteins conserved in evolution can be studied in genetic models such as Drosophila. In this doctoral thesis monoclonal antibodies (mAbs) from the Wuerzburg Hybridoma library are produced and characterized with the aim to identify the target antigen. The mAb ab52 was found to be an IgM which recognized a cytosolic protein of Mr ~110 kDa on Western blots. The antigen was resolved by two-dimensional gel electrophoresis (2DE) as a single distinct spot. Mass spectrometric analysis of this spot revealed EPS-15 (epidermal growth factor receptor pathway substrate clone 15) to be a strong candidate. Another mAb from the library, aa2, was already found to recognize EPS-15, and comparison of the signal of both mAbs on Western blots of 1D and 2D electrophoretic separations revealed similar patterns, hence indicating that both antigens could represent the same protein. Finally absence of the wild-type signal in homozygous Eps15 mutants in a Western blot with ab52 confirmed the ab52 antigen to be EPS-15. Thus both the mAbs aa2 and ab52 recognize the Drosophila homologue of EPS-15. The mAb aa2, being an IgG, is more suitable for applications like immunoprecipitation (IP). It has already been submitted to the Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) to be easily available for the entire research community. The mAb na21 was also found to be an IgM. It recognizes a membrane associated antigen of Mr ~10 kDa on Western blots. Due to the membrane associated nature of the protein, it was not possible to resolve it by 2DE and due to the IgM nature of the mAb it was not possible to enrich the antigen by IP. Preliminary attempts to biochemically purify the endogenously expressed protein from the tissue, gave promising results but could not be completed due to lack of time. Thus biochemical purification of the protein seems possible in order to facilitate its identification by mass spectrometry. Several other mAbs were studied for their staining pattern on cryosections and whole mounts of Drosophila brains. However, many of these mAbs stained very few structures in the brain, which indicated that only a very limited amount of protein would be available as starting material. Because these antibodies did not produce signals on Western blots, which made it impossible to enrich the antigens by electrophoretic methods, we did not attempt their purification. However, the specific localization of these proteins makes them highly interesting and calls for their further characterization, as they may play a highly specialized role in the development and/or function of the neural circuits they are present in. The purification and identification of such low expression proteins would need novel methods of enrichment of the stained structures.
N2  - Für einen Großteil der Proteine, die im menschlichen Gehirn exprimiert werden, ist lediglich die Primärstruktur aus dem Genomprojekt bekannt. Proteine, die in der Evolution konserviert wurden, können in genetischen Modellsystemen wie Drosophila untersucht werden. In dieser Doktorarbeit werden monoklonale Antikörper (mAk) aus der Würzburger Hybridoma Bibliothek produziert und charakterisiert, mit dem Ziel, die erkannten Proteine zu identifizieren. Der mAk ab52 wurde als IgM typisiert, das auf Western Blots ein zytosolisches Protein von Mr ~110 kDa erkennt. Das Antigen wurde durch zwei-dimensionale Gelelektrophorese (2DE) als einzelner Fleck aufgelöst. Massenspektrometrische Analyse dieses Flecks identifizierte dass EPS-15 (epidermal growth factor receptor pathway substrate clone 15) als viel versprechenden Kandidaten. Da für einen anderen mAk aus der Bibliothek, aa2, bereits bekannt war, dass er EPS-15 erkennt, wurden die Western-Blot-Signale der beiden Antikörper nach 1D und 2D Trennungen von Kopfhomogenat verglichen. Die Ähnlichkeit der beiden Muster deuteten darauf hin, dass beide Antigene dasselbe Protein erkennen. Das Fehlen des Wildtyp-Signals in homozygoten Eps15 Mutanten in einem Western Blot mit mAk ab52 bestätigten schließlich, dass EPS-15 das Antigen zu mAk ab52 darstellt. Demnach erkennen beide mAk, aa2 und ab52, das Drosophila Homolog zu EPS-15. Da mAk aa2 ein IgG ist, dürfte er für Anwendungen wie Immunpräzipitation (IP) besser geeignet sein. Er wurde daher bereits bei der Developmental Studies Hybridoma Bank (DSHB) eingereicht, um ihn der ganzen Forschergemeinde leicht zugänglich zu machen. Der mAk na21 wurde ebenfalls als IgM typisiert. Er erkennt ein Membran assoziiertes Antigen von Mr ~10 kDa auf Western Blots. Aufgrund der Membranassoziierung des Proteins war es nicht möglich, es in 2DE aufzulösen und da es sich um ein IgM handelt, war eine Anreicherung des Antigens mittels IP nicht erfolgreich. Vorversuche zur biochemischen Reinigung des endogenen Proteins aus Gewebe waren Erfolg versprechend, konnten aber aus Zeitmangel nicht abgeschlossen werden. Daher erscheint eine biochemische Reinigung des Proteins für eine Identifikation durch Massenspektrometrie möglich. Eine Reihe weiterer mAk wurden hinsichtlich ihrer Färbemuster auf Gefrierschnitten und in Ganzpräparaten von Drosophila Gehirnen untersucht. Allerdings färbten viele dieser mAk sehr wenige Strukturen im Gehirn, so dass nur eine sehr begrenzte Menge an Protein als Startmaterial verfügbar wäre. Da diese Antikörper keine Signale auf Western Blots produzierten und daher eine Anreicherung des Antigens durch elektrophoretische Methoden ausschlossen, wurde keine Reinigung versucht. Andererseits macht die spezifische Lokalisation dieser Proteine sie hoch interessant für eine weitere Charakterisierung, da sie eine besonders spezialisierte Rolle in der Entwicklung oder für die Funktion von neuralen Schaltkreisen, in denen sie vorkommen, spielen könnten. Die Reinigung und Identifikation solcher Proteine mit niedrigem Expressionsniveau würde neue Methoden der Anreicherung der gefärbten Strukturen erfordern.
KW  - Taufliege
KW  - Synapse
KW  - Proteine
KW  - Monoklonaler Antikörper
KW  - synaptische Proteine
KW  - monoklonale Antikörper
KW  - Drosophila melanogaster
KW  - synaptic proteins
KW  - monoclonal antibodies
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67325
N1  - korrigierte Ausgabe der Arbeit aus dem Jahr 2022 unter: https://doi.org/10.25972/OPUS-27020
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jacobs, Graeme Brendon
T1  - HIV-1 resistance analyses from therapy-naïve patients in South Africa, Tanzania and the characterization of a new HIV-1 subtype C proviral molecular clone
T1  - HIV-1 Resistenz-Analysen von nicht-therapierten Patienten aus Südafrika und Tansania und Charakterisierung eines neuen HIV-1 Subtyp C proviralen molekularen Klons
N2  - The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is currently the most infectious disease worldwide. It is caused by the human immunodeficiency virus (HIV). At the moment there are ~33.3 million people infected with HIV. Sub-Saharan Africa, with ~22.5 million people infected accounts for 68% of the global burden. In most African countries antiretroviral therapy (ART) is administered in limited-resource settings with standardised first- and second-line ART regimens. During this study I analysed the therapy-naïve population of Cape Town, South Africa and Mwanza, Tanzania for any resistance associated mutations (RAMs) against protease inhibitors, nucleoside reverse transcriptase inhibitors and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors. My results indicate that HIV-1 subtype C accounts for ~95% of all circulating strains in Cape Town, South Africa. I could show that ~3.6% of the patient derived viruses had RAMs, despite patients being therapy-naïve. In Mwanza, Tanzania the HIV drug resistance (HIVDR) prevalence in the therapy-naïve population was 14.8% and significantly higher in the older population, >25 years. Therefore, the current WHO transmitted HIVDR (tHIVDR) survey that is solely focused on the transmission of HIVDR and that excludes patients over 25 years of age may result in substantial underestimation of the prevalence of HIVDR in the therapy-naïve population. Based on the prevalence rates of tHIVDR in the study populations it is recommended that all HIV-1 positive individuals undergo a genotyping resistance test before starting ART. I also characterized vif sequences from HIV-1 infected patients from Cape Town, South Africa as the Vif protein has been shown to counteract the antiretroviral activity of the cellular APOBEC3G/F cytidine deaminases. There is no selective pressure on the HIV-1 Vif protein from current ART regimens and vif sequences was used as an evolutionary control. As the majority of phenotypic resistance assays are still based on HIV-1 subtype B, I wanted to design an infectious HIV-1 subtype C proviral molecular clone that can be used for in vitro assays based on circulating strains in South Africa. Therefore, I characterized an early primary HIV-1 subtype C isolate from Cape Town, South Africa and created a new infectious subtype C proviral molecular clone (pZAC). The new pZAC virus has a significantly higher transient viral titer after transfection and replication rate than the previously published HIV-1 subtype C virus from Botswana. The optimized proviral molecular clone, pZAC could be used in future cell culture and phenotypic HIV resistance assays regarding HIV-1 subtype C.
N2  - Das erworbene Immundefektsyndrom (“acquired immunodeficiency syndrome”, AIDS), verursacht durch das Humane Immundefizienzvirus (HIV), ist derzeit die häufigste Infektionskrankheit weltweit. Zirka 33,3 Millionen Menschen sind gegenwärtig mit HIV infiziert, wobei hiervon etwa 22,5 Millionen Infizierte (68%) in den Ländern südlich der Sahara leben. In den meisten dieser Länder ist die antiretrovirale Therapie (ART) in nur zwei standardisierten Medikamentenkombinationen verfügbar. In dieser Arbeit wurden nichttherapierte Patienten aus Kapstadt (Südafrika) und Mwanza (Tansania) auf resistenzassoziierte Mutationen (RAMs) gegen Protease Inhibitoren, nukleosidische- und nichtnukleosidische Reverse Transkriptase Inhibitoren analysiert. Meine Ergebnisse zeigten, dass in 3,6 % der Patienten RAMs gefunden wurden, obwohl diese nicht vortherapiert waren. In der Patientengruppe aus Tansania wurden sogar in 14,8 % der Patientenviren RAMs gefunden. Dieses Patientenkollektiv war signifikant älter als 25 Jahre und damit außerhalb der von der WHO beobachteten Altersgruppe. Meine Studie legt nahe, dass die WHO-Kriterien zur Überwachung der Übertragung von resistenten HIVs die Weitergabe von resistenten Viren unterschätzt, da Patienten über 25 Jahre ausgeschlossen werden. Weiterhin wurden vif Sequenzen von HIV-1 infizierten Patienten aus Kapstadt charakterisiert, da bereits gezeigt wurde, dass das HIV Vif Protein die antiretrovirale Aktivität der Cytidin Deaminase APOBEC3G/F antagonisieren kann. Da jedoch keine Medikamenten induzierte Selektion auf diesen Sequenzen liegt, wurden diese zur Analyse der viralen Evolution verwendet. Phenotypische Resistenzanalysen basieren gegenwärtig meist auf dem HIV Subtyp B, jedoch sind die meisten Infizierten in Südafrika und sogar weltweit mit Subtyp C infiziert. Deshalb war es ein Ziel dieser Arbeit einen proviralen HIV Subtyp C Plasmid zu entwickeln. Dazu wurde das Virus aus einem frühen HIV Subtyp C Isolat kloniert. Das hier neu klonierte Virus (HIV-ZAC) zeigt sowohl einen höheren viralen Titer nach der Transfektion und auch eine höhere Replikationsrate als das zuvor publizierte HIV-1 Suptyp C Virus aus Botswana. Deshalb könnte der von mir optimierte und neu charakterisierte provirale molekulare Klon, pZAC, zukünftig in der Zellkultur und bei phenotypischen HIV Resistenztests als wildtypisches HIV-1 Suptyp C Virus eingesetzt werden.
KW  - HIV
KW  - Immunität <Medizin>
KW  - Südafrika
KW  - Tansania
KW  - HIV-1
KW  - Subtyp C
KW  - HIV-1
KW  - resistance
KW  - diversity
KW  - South Africa
KW  - Tanzania
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67319
ER  - 
TY  - THES
A1  - Beisser, Daniela
T1  - Integrated functional analysis of biological networks
T1  - Integrierte funktionelle Analyse biologischer Netzwerke
N2  - In recent years high-throughput experiments provided a vast amount of data from all areas of molecular biology, including genomics, transcriptomics, proteomics and metabolomics. Its analysis using bioinformatics methods has developed accordingly, towards a systematic approach to understand how genes and their resulting proteins give rise to biological form and function. They interact with each other and with other molecules in highly complex structures, which are explored in network biology. The in-depth knowledge of genes and proteins obtained from high-throughput experiments can be complemented by the architecture of molecular networks to gain a deeper understanding of biological processes. This thesis provides methods and statistical analyses for the integration of molecular data into biological networks and the identification of functional modules, as well as its application to distinct biological data. The integrated network approach is implemented as a software package, termed BioNet, for the statistical language R. The package includes the statistics for the integration of transcriptomic and functional data with biological networks, the scoring of nodes and edges of these networks as well as methods for subnetwork search and visualisation. The exact algorithm is extensively tested in a simulation study and outperforms existing heuristic methods for the calculation of this NP-hard problem in accuracy and robustness. The variability of the resulting solutions is assessed on perturbed data, mimicking random or biased factors that obscure the biological signal, generated for the integrated data and the network. An optimal, robust module can be calculated using a consensus approach, based on a resampling method. It summarizes optimally an ensemble of solutions in a robust consensus module with the estimated variability indicated by confidence values for the nodes and edges. The approach is subsequently applied to two gene expression data sets. The first application analyses gene expression data for acute lymphoblastic leukaemia (ALL) and differences between the subgroups with and without an oncogenic BCR/ABL gene fusion. In a second application gene expression and survival data from diffuse large B-cell lymphomas are examined. The identified modules include and extend already existing gene lists and signatures by further significant genes and their interactions. The most important novelty is that these genes are determined and visualised in the context of their interactions as a functional module and not as a list of independent and unrelated transcripts. In a third application the integrative network approach is used to trace changes in tardigrade metabolism to identify pathways responsible for their extreme resistance to environmental changes and endurance in an inactive tun state. For the first time a metabolic network approach is proposed to detect shifts in metabolic pathways, integrating transcriptome and metabolite data. Concluding, the presented integrated network approach is an adequate technique to unite high-throughput experimental data for single molecules and their intermolecular dependencies. It is flexible to apply on diverse data, ranging from gene expression changes over metabolite abundances to protein modifications in a combination with a suitable molecular network. The exact algorithm is accurate and robust in comparison to heuristic approaches and delivers an optimal, robust solution in form of a consensus module with confidence values. By the integration of diverse sources of information and a simultaneous inspection of a molecular event from different points of view, new and exhaustive insights into biological processes can be acquired.
N2  - In den letzten Jahren haben Hochdurchsatz-Experimente gewaltige Mengen an molekularbiologischen Daten geliefert, angefangen mit dem ersten sequenzierten Genom von Haemophilus influenzae im Jahr 1995 und dem menschlichen Genom im Jahr 2001. Mittlerweile umfassen die resultierenden Daten neben der Genomik die Bereiche der Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik. Die Analyse der Daten mithilfe von bioinformatischen Methoden hat sich entsprechend mit verändert und weiterentwickelt. Durch neuartige, systembiologische Ansätze versucht man zu verstehen, wie Gene und die aus ihnen resultierenden Proteine, biologische Formen und Funktionen entstehen lassen. Dabei interagieren sie miteinander und mit anderen Molekülen in hoch komplexen Strukturen, welche durch neue Ansätze der Netzwerkbiologie untersucht werden. Das tiefgreifende Wissen über einzelne Moleküle, verfügbar durch Hochdurchsatz-Technologien, kann komplementiert werden durch die Architektur und dynamischen Interaktionen molekularer Netzwerke und somit ein umfassenderes Verständnis biologischer Prozesse ermöglichen. Die vorliegende Dissertation stellt Methoden und statistische Analysen zur Integration molekularer Daten in biologische Netzwerke, Identifikation robuster, funktionaler Subnetzwerke sowie die Anwendung auf verschiedenste biologische Daten vor. Der integrative Netzwerkansatz wurde als ein Softwarepaket, BioNet, in der statistischen Programmiersprache R implementiert. Das Paket beinhaltet statistische Verfahren zur Integration transkriptomischer und funktionaler Daten, die Gewichtung von Knoten und Kanten in biologischen Netzwerken sowie Methoden zur Suche signifikanter Bereiche, Module, und deren Visualisierung. Der exakte Algorithmus wird ausführlich in einer Simulationsstudie getestet und übertrifft heuristische Methoden zur Lösung dieses NP-vollständigen Problems in Genauigkeit und Robustheit. Die Variabilität der resultierenden Lösungen wird bestimmt anhand von gestörten integrierten Daten und gestörten Netzwerken, welche zufällige und verzerrende Einflüsse darstellen, die die Daten verrauschen. Ein optimales, robustes Modul kann durch einen Konsensusansatz bestimmt werden. Basierend auf einer wiederholten Stichprobennahme der integrierten Daten, wird ein Ensemble von Lösungen erstellt, aus welchem sich das robuste und optimale Konsensusmodul berechnen lässt. Zusätzlich erlaubt dieser Ansatz eine Schätzung der Variabilität des Konsensusmoduls und die Berechnung von Konfidenzwerte für Knoten und Kanten. Der Ansatz wird anschließend auf zwei Genexpressionsdatensätze angewandt. Die erste Anwendung untersucht Genexpressionsdaten für akute lymphoblastische Leukämie (ALL) und analysiert Unterschiede in Subgruppen mit und ohne BRC/ABL Genfusion. Die zweite Anwendung wertet Genexpressions- und Lebenszeitdaten für diffuse großzellige B-Zell Lymphome (DLBCL) aus, beruhend auf molekularen Unterschieden zwischen zwei DLBCL Subtypen mit unterschiedlicher Malignität. In einer dritten Anwendung wird der integrierte Netzwerkansatz benutzt, um Veränderungen im Metabolismus von Tardigraden aufzuspüren und Signalwege zu identifizieren, welche für die extreme Anpassungsfähigkeit an wechselnde Umweltbedingungen und Überdauerung in einem inaktiven Tönnchenstadium verantwortlich sind. Zum ersten Mal wird dafür ein metabolischer Netzwerkansatz vorgeschlagen, der metabolische Veränderungen durch die Integration von metabolischen und transkriptomischen Daten bestimmt. Abschließend ist zu bemerken, dass die präsentierte integrierte Netzwerkanalyse eine adäquate Technik ist, um experimentelle Daten aus Hochdurchsatz-Methoden, die spezialisiert auf eine Molekülart sind, mit ihren intermolekularen Wechselwirkungen und Abhängigkeiten in Verbindung zu bringen. Sie ist flexibel in der Anwendung auf verschiedenste Daten, von der Analyse von Genexpressionsveränderungen, über Metabolitvorkommen bis zu Proteinmodifikationen, in Kombination mit einem geeigneten molekularen Netzwerk. Der exakte Algorithmus ist akkurat und robust in Vergleich zu heuristischen Methoden und liefert eine optimale, robuste Lösung in Form eines Konsensusmoduls mit zugewiesenen Konfidenzwerten. Durch die Integration verschiedenster Informationsquellen und gleichzeitige Betrachtung eines biologischen Ereignisses von diversen Blickwinkeln aus, können neue und vollständigere Erkenntnisse physiologischer Prozesse gewonnen werden.
KW  - Bioinformatik
KW  - differenzielle Genexpression
KW  - Bioinformatik
KW  - Netzwerkanalyse
KW  - differenzielle Genexpression
KW  - funktionelle Module
KW  - bioinformatics
KW  - networkanalysis
KW  - differential geneexpression
KW  - functional modules
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70150
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TY  - THES
A1  - Joseph, Julie
T1  - Studying the role of Th17 cells in autoimmune diabetes and generation of a beta cell reporter mouse by lentiviral transgenesis
T1  - Lentivirale transgene Technologie zur Erforschung der Rolle von Th17 Zellen im autoimmunen Diabetes und zur Generierung einer Beta-Zell-Reportermaus
N2  - Type 1 diabetes affects around 0.5% of the population in developed countries and the incidence rates have been rising over the years. The destruction of beta cells is irreversible and the current therapy available to patients only manages the symptoms and does not prevent the associated pathological manifestations. The patients need lifelong therapy and intensive research is being carried out to identify ways to eliminate autoimmune responses directed against pancreatic beta cells and to replace or regenerate beta cells. The work presented herein aimed at analyzing the role of the Th17 T cell subset, characterized by secretion of the pro- inflammatory cytokine IL-17A, in autoimmune diabetes and also at generating a beta cell reporter mouse line in the NOD background, the most widely- used mouse model for type 1 diabetes. We generated IL- 17A knockdown (KD) NOD mice, using RNAi in combination with lentiviral transgenesis. We analyzed diabetes frequency in IL-17A deficient mice and found that the loss of IL-17A did not protect the transgenic mice from diabetes. Based on these observations, we believe that Th17 cells do not play a critical role in type 1 diabetes through the IL-17A pathway, though they might still be involved in the disease process through alternate pathways. We also generated NOD and NOD-SCID mice with a transgene that drives the beta cell specific expression of a luciferase reporter gene. We used a lentiviral construct, which combined a luciferase sequence and a short- hairpin RNA (shRNA) expression cassette, allowing gene- knockdown under the beta cell specific rat insulin promoter (RIP). These mice will be of use in studying beta cell phenotypes resulting from the knockdown of target genes, using non- invasive bioimaging. We believe that the generation of these reporter mouse lines for diabetes studies will prove valuable in future investigations. Furthermore, the demonstration that the loss of IL-17A does not alter susceptibility to type 1 diabetes should help clarify the controversial involvement of Th17 cells in this disease.
N2  - In Industrieländern erkranken etwa 0,5 % der Bevölkerung an Typ-1-Diabetes und die Krankheitsrate ist in den letzten Jahren angestiegen. Die dabei stattfindende Zerstörung der insulinproduzierenden Beta-Zellen ist irreversibel und die derzeitig verfügbaren Therapien behandeln lediglich Symptome, verhindern die pathologischen Auswirkungen aber nicht. Patienten benötigen daher eine lebenslange Therapie und es wird intensiv daran gearbeitet, Wege zu identifizieren, die die autoimmune Antwort gegen pankreatische Beta-Zellen unterbinden, oder aber Beta-Zellen ersetzen, beziehungsweise regenerieren lassen. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, die Rolle der Th17 T-Zellen, welche durch die Sekretion des proinflammatorischen Zytokins IL-17A gekennzeichnet sind, in Typ-1- Diabetes zu analysieren. Zusätzlich wurden Reportermauslinien im NOD Hintergrund, dem am weitesten verbreiteten Mausmodell für Typ-1-Diabetes, generiert. Durch RNAi, in Kombination mit lentiviraler transgener Technologie, wurden IL-17A Knockdown (KD) NOD Mäuse generiert. Die Diabeteshäufigkeit in IL-17A defizienten Mäusen wurde mit dem Ergebnis untersucht, dass der Verlust von IL-17A die transgenen Mäuse nicht vor Diabetes schützt. Von dieser Beobachtung ausgehend wurde gefolgert, dass Th17 Zellen zumindest über den IL-17A Signalweg keine entscheidende Rolle bei Typ-1-Diabetes spielen, diese allerdings durch alternative Signalwege durchaus im Krankheitsprozess beteiligt sein könnten. Außerdem wurden NOD und NOD-SCID Mäuse mit einem Transgen, das die Beta-Zell spezifische Expression eines Luciferasereporters steuert, generiert. Hierbei wurde ein lentivirales Konstrukt genutzt, welches sowohl die Luciferase, als auch eine short-hairpin RNA (shRNA) Expressionssequenz beinhaltet, um einen Genknockdown unter Kontrolle des spezifischen Insulinpromotors der Ratte (RIP) zu erlauben. Diese Mäuse werden bei zukünftigen nicht-invasiven bildgebenden Untersuchungen des Beta-Zell Phänotyps, der aus dem Knockdown von Zielgenen resultiert, von großem Nutzen sein. In zukünftigen Untersuchungen wird sich die Generierung dieser Reportermauslininien für Diabetesstudien sicherlich als wertvoll erweisen. Des Weiteren sollte die Erkenntnis, dass der Verlust von IL-17A die Anfälligkeit für Typ-1-Diabetes nicht verändert, zu einem besseren Verständnis der kontrovers diskutierten Beteiligung der Th17 Zellen führen.
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Typ 1
KW  - RNS-Interferenz
KW  - Interleukin 17
KW  - Diabetes
KW  - Insulin
KW  - type 1 diabetes
KW  - RNAi
KW  - Lentiviral transgenesis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66571
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TY  - THES
A1  - Saumweber, Timo
T1  - Mechanism of Learning and Plasticity in Larval Drosophila
T1  - Lern- und Plastizitätsmechanismen in Drosophila Larven
N2  - According to a changing environment it is crucial for animals to make experience and learn about it. Sensing, integrating and learning to associate different kinds of modalities enables animals to expect future events and to adjust behavior in the way, expected as the most profitable. Complex processes as memory formation and storage make it necessary to investigate learning and memory on different levels. In this context Drosophila melanogaster represents a powerful model organism. As the adult brain of the fly is still quite complex, I chose the third instar larva as model - the more simple the system, the easier to isolate single, fundamental principles of learning. In this thesis I addressed several kinds of questions on different mechanism of olfactory associative and synaptic plasiticity in Drosophila larvae. I focused on short-term memory throughout my thesis. First, investigating larval learning on behavioral level, I developed a one-odor paradigm for olfactory associative conditioning. This enables to estimate the learnability of single odors, reduces the complexity of the task and simplify analyses of "learning mutants". It further allows to balance learnability of odors for generalization-type experiments to describe the olfactory "coding space". Furthermore I could show that innate attractiveness and learnability can be dissociated and found finally that paired presentation of a given odor with reward increase performance, whereas unpaired presentations of these two stimuli decrease performance, indicating that larva are able to learn about the presence as well as about the absence of a reward. Second, on behavioral level, together with Thomas Niewalda and colleagues we focussed on salt processing in the context of choice, feeding and learning. Salt is required in several physiological processes, but can neither be synthesized nor stored. Various salt concentrations shift the valence from attraction to repulsion in reflexive behaviour. Interestingly, the reinforcing effect of salt in learning is shifted by more than one order of magnitude toward higher concentrations. Thus, the input pathways for gustatory behavior appear to be more sensitive than the ones supporting gustatory reinforcement, which is may be due to the dissociation of the reflexive and the reinforcing signalling pathways of salt. Third, in cooperation with Michael Schleyer we performed a series of behavioral gustatory, olfactory preference tests and larval learning experiments. Based on the available neuroanatomical and behavioral data we propose a model regarding chemosensory processing, odor-tastant memory trace formation and the 'decision' like process. It incorporates putative sites of interaction between olfactory and gustatory pathways during the establishment as well as behavioral expression of odor-tastant memory. We claim that innate olfactory behavior is responsive in nature and suggest that associative conditioned behavior is not a simple substitution like process, but driven more likely by the expectation of its outcome. Fourth, together with Birgit Michels and colleagues we investigated the cellular site and molecular mode of Synapsin, an evolutionarily conserved, presynaptic vesicular phosphoprotein and its action in larval learning. We confirmed a previously described learning impairment upon loss of Synapsin. We localized this Synapsin dependent memory trace in the mushroom bodies, a third-order "cortical" brain region, and could further show on molecular level, that Synapsin is as a downstream element of the AC-cAMP-PKA signalling cascade. This study provides a comprehensive chain of explanation from the molecular level to an associative behavioral change. Fifth, in the main part of my thesis I focused on molecular level on another synaptic protein, the Synapse associated protein of 47kDa (Sap47) and its role in larval behavior. As a member of a phylogenetically conserved gene family of hitherto unknown function. It is localized throughout the whole neuropil of larval brains and associated with presynaptic vesicles. Upon loss of Sap47 larvae exhibit normal sensory detection of the to-be-associated stimuli as well as normal motor performance and basic synaptic transmission. Interestingly, short-term plasticity is distorted and odorant–tastant associative learning ability is reduced. This defect in associative function could be rescued by restoring Sap47 expression. Therefore, this report is the first to suggest a function for Sap47 and specifically argues that Sap47 is required for synaptic as well as for behavioral plasticity in Drosophila larva. This prompts the question whether its homologs are required for synaptic and behavioral plasticity also in other species. Further in the last part of my thesis I contributed to the study of Ayse Yarali. Her central topic was the role of the White protein in punishment and relief learning in adult flies. Whereas stimuli that precede shock during training are subsequently avoided as predictors for punishment, stimuli that follow shock during training are later on approached, as they predict relief. Concerning the loss of White we report that pain-relief learning as well as punishment learning is changed. My contribution was a comparison between wild type and the white1118 mutant larvae in odor-reward learning. It turned out that a loss of White has no effect on larval odorant-tastant learning. This study, regarding painrelief learning provides the very first hints concerning the genetic determinants of this form of learning.
N2  - In einer belebten, sich stetig wandelnden Umwelt ist es essenziell für Lebewesen, Informationen wahrzunehmen und Erfahrungen zu sammeln, um ihr Verhalten entsprechend zu modifizieren. Verschiedene Arten von Reizen werden wahrgenommen, integriert und gespeichert. Dies ermöglicht Tieren künftige Ereignisse vorherzusehen und ihr Verhalten entsprechend ihren Erwartungen anzupassen. Die Komplexität von Lernprozessen und Gedächtnisspeicherung macht es notwendig, diese Prozesse auf unterschiedlichen Ebenen zu untersuchen. In diesem Zusammenhang hat sich Drosophila melanogaster als besonders geeigneter Modellorganismus herauskristallisiert. Trotz einer relativ geringen neuronalen Komplexität im Vergleich zu höheren Organismen, zeigt sie ein reichhaltiges Verhaltensrepertoire. Dennoch ist das Gehirn von adulten Furchtfliegen ein hoch komplexes System. Je einfacher ein System ist, umso vielversprechender ist es scheinbar, einzelne fundamentale Aspekte dieses Systems zu isolieren und zu untersuchen. In meiner Arbeit nutzte ich daher als Modelorganismus das dritte Larvenstadium der Fliege und untersuchte auf verschiedenen Ebenen unterschiedliche Mechanismen olfaktorischer, assoziativer und synaptischer Plastizität. Dabei fokussierte ich mich stets auf Kurzzeitgedächtnis. Zunächst untersuchte ich assoziatives Lernen auf Verhaltensebene. Hierfür entwickelte ich ein Ein-Duft-Lernparadigma für olfaktorische klassische Konditionierung von Drosophila Larven. Dies ermöglicht, die Lernbarkeit von einzelnen Düften zu untersuchen, reduziert die Komplexität der Aufgabenstellung für die Larven und vereinfacht die Analyse von Lernmutanten. Weiterhin erlaubt es die Lernbarkeit von Düften für Generalisierungs-experimente zu balancieren, um zu beschreiben, wie Duftidentitäten im Nervensystem kodiert werden. Ich konnte zeigen, dass die Lernbarkeit von Düften nicht unmittelbar mit der naiven Duftpräferenz korreliert. Ferner konnte in dieser Studie nachgewiesen werden, dass durch gepaarte Präsentation von Duft und Zuckerbelohnung die Präferenz im Bezug auf diesen Duft zunimmt, wohingegen ungepaarte Präsentation dieser beiden Reize zu einer Abnahme der Duftpräferenz führt. Dies weist darauf hin, dass es Larven auch möglich ist etwas über die Abwesenheit der Belohnung zu lernen. In einer zweiten Studie befasste ich mich, in Zusammenarbeit mit Thomas Niewalda, mit der Verarbeitung von Salz im Bezug auf das Wahl-, Fress- und Lernverhalten von Drosophila Larven. Salze spielen in mehreren physiologischen Prozessen eine bedeutende Rolle, können von Larven aber weder synthetisiert noch gespeichert werden. Unterschiedliche Salzkonzentrationen haben unterschiedliche Auswirkungen auf das Larvenverhalten. Während niedrige Konzentrationen von Larven bevorzugt werden, werden hohe Salzkonzentrationen vermieden. Lernexperimente zeigten, dass Salz ebenfalls dosisabhängig als positiver oder negativer Verstärker wirkt. Interessanterweise zeigt sich im Vergleich zum Wahl- und Fressverhalten, dass der Punkt, an dem Salz von einem appetitiven zu einem aversiven Stimulus wird, um mehr als eine Größenordnung in Richtung höherer Konzentrationen verschoben ist. Die Sensitivität der gustatorischen Transduktion ist somit höher als die Transduktion des Verstärkersignals. Möglicherweise liegt dies an der Dissoziation dieser beiden Transduktionswege. In der dritten Studie dieser Arbeit wurden, in Kooperation mit Michael Schleyer, eine Vielzahl an olfaktorischen und gustatorischen Präferenztests, sowie eine Reihe an Lernexperimenten durchgeführt. Basierend auf bekannten Neuroanatomiestudien und unseren Verhaltensdaten, propagieren wir ein Model für Duft- und Geschmacksprozessierung, die Etablierung von Gedächtnisspuren, sowie Entscheidungsprozessen. Sowohl mögliche Interaktionen zwischen olfaktorischen und gustatorischen Transduktionswegen, sowie der Abruf von Gedächtnisinhalten werden berücksichtigt. Wir schlagen vor, dass naives olfaktorisches Verhalten natürlicherweise reflexiv ist. Assoziativ konditioniertes Verhalten kann allerdings nicht als reiner Substitutionsprozess betrachtet werden, sondern wird besser interpretiert im Hinblick auf die Erwartung, die er auslöst, woraufhin ein bestimmtes Verhaltensprogramm gestartet wird. In Zusammenarbeit mit Birgit Michels untersuchte ich auf zellulärer Ebene die molekulare Funktion von Synapsin im assoziativen Lernen von Drosophila Larven. Synapsin gehört zu den hochkonservierten, präsynaptischen, vesikulären Phosphoproteinen. Wir konnten einen früher bereits beschriebenen Lernphänotyp von Synapsin Mutanten Larven bestätigen. Die Synapsin abhängige Gedächtnisspur konnten wir auf wenige Zellen im Pilzkörper, einer dem olfaktorischen Cortex der Vertebraten homologen Struktur, lokalisieren. Auf molekularer Ebene wurde nachgewiesen, dass Synapsin ein Zielprotein in der bekannten AC-cAMP-PKA Lernkaskade ist. Diese Studie zeigt einen Zusammenhang zwischen molekularen Mechanismen assoziativer Plastizität und einer daraus resultierenden Verhaltensänderung der Tiere. In meinem Hauptprojekt befasste ich mich auf molekularer Ebene mit einem weiteren synaptischen Protein, dem Synapsen assoziierten Protein von 47kDa (Sap47) und seiner Rolle im Verhalten von Drosophila Larven. Sap47 wird in allen neuropilen Bereichen expremiert und ist mit synaptischen Vesikeln assoziiert. Das Fehlen von Sap47 beeinflusst weder die Detektion der zu assoziierenden Reize, noch das Kriechverhalten der Larven. Auch die synaptische Übertragung, ausgelöst durch einzelne Stimulationen an der neuromuskulären Synapse, ist nicht beeinträchtigt. Interessanterweise führt das Fehlen von Sap47 sowohl zu veränderter Kurzzeit-Plastizität an dieser Synapse, sowie zu einer Einschränkung in der Bildung von Duft-Zucker-Gedächtnis. Diese Studie liefert einen ersten Hinweis auf eine Funktion von Sap47 in synaptischer und assoziativer Plastizität. Es stellt sich die Frage, ob auch in anderen Organismen die zu Drosophila Sap47-homologen Proteine notwendig für synaptische und Lernplastizität sind. Im letzten Teil meiner Dissertation war ich an einem Projekt von Ayse Yarali beteiligt. Die zentrale Fragestellung in dieser Studie war, ob eine Mutation im white Gen Bestrafungs- und/ oder Erleichterungslernen beeinflusst. Wird ein neutraler Reiz während einer Trainingsphase mit einem Elektroschock bestraft, wird dieser später konsequent vermieden, da er einen Elektroschock vorhersagt (Bestrafungslernen). Eine Umkehrung der Reihenfolge der Stimulipräsentation, sodass dem Schock stets ein neutraler Stimulus folgt, führt später, in der Testphase, zu einer positiven Reaktion auf diesen naiv neutralen Reiz (Erleichterungslernen). Ein Verlust des White Proteins in white1118 Mutanten verändert beide Arten von Gedächtnissen in adulten Fliegen. Meine Beteiligung an dieser Arbeit war ein Vergleich zwischen wildtypischen Larven und white1118 mutanten Larven in Duft-Zucker Assoziationsexperimenten. Es zeigte sich, dass der Verlust dieses Proteins auf larvale Duft-Zucker Konditionierung keinen Einfluss hat. Im Larvenlernen kann somit das Verhalten von transgenen Tieren, die zumeist eine Mutation im white Gen als Markergen tragen, interpretiert werden, ohne die Funktion des white Gens berücksichtigen zu müssen. Im Bezug auf Erleichterungslernen liefert diese Arbeit einen ersten Hinweis auf eine genetische Komponente, der entscheidend für diese Art des assoziativen Lernens ist.
KW  - Taufliege
KW  - Larve
KW  - Verhalten
KW  - Lernen
KW  - Geruchswahrnehmung
KW  - Drosophila Larve
KW  - Olfaktion
KW  - Attraktion
KW  - Drosophila Larva
KW  - Behavior
KW  - Learning
KW  - Olfaction
KW  - Attraction
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66354
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dieler, Alica Christina
T1  - Investigation of variables influencing cognitive inhibition: from the behavioral to the molecular level
T1  - Untersuchung der Einflussgrößen kognitiver Unterdrückung:  Vom verhaltensorientierten zum molekularen Ansatz
N2  - The present work investigated the neural mechanisms underlying cognitive inhibition/thought suppression in Anderson’s and Green’s Think/No-Think paradigm (TNT), as well as different variables influencing these mechanisms at the cognitive, the neurophysiological, the electrophysiological and the molecular level. Neurophysiological data collected with fNIRS and fMRI have added up to the existing evidence of a fronto-hippocampal network interacting during the inhibition of unwanted thoughts. Some evidence has been presented suggesting that by means of external stimulation of the right dlPFC through iTBS thought suppression might be improved, providing further evidence for an implication of this region in the TNT. A combination of fNIRS with ERP has delivered evidence of a dissociation of early condition-independent attentional and later suppression-specific processes within the dlPFC, both contributing to suppression performance. Due to inconsistencies in the previous literature it was considered how stimulus valence would influence thought suppression by manipulating the emotional content of the to-be-suppressed stimuli. Findings of the current work regarding the ability to suppress negative word or picture stimuli have, however, been inconclusive as well. It has been hypothesized that performance in the TNT might depend on the combination of valence conditions included in the paradigm. Alternatively, it has been suggested that inconsistent findings regarding the suppression of negative stimuli or suppression at all might be due to certain personality traits and/or genetic variables, found in the present work to contribute to thought inhibition in the TNT. Rumination has been shown to be a valid predictor of thought suppression performance. Increased ruminative tendencies led to worse suppression performance which, in the present work, has been linked to less effective recruitment of the dlPFC and in turn less effective down-regulation of hippocampal activity during suppression trials. Trait anxiety has also been shown to interrupt thought suppression despite higher, however, inefficient recruitment of the dlPFC. Complementing the findings regarding ruminative tendencies and decreased thought inhibition a functional polymorphism in the KCNJ6 gene, encompassing a G-to-A transition, has been shown to disrupt thought suppression despite increased activation of the dlPFC. Through the investigation of thought suppression at different levels, the current work adds further evidence to the idea that the TNT reflects an executive control mechanism, which is sensitive to alterations in stimulus valence to some extent, neurophysiological functioning as indicated by its sensitivity to iTBS, functional modulations at the molecular level and personality traits, such as rumination and trait anxiety.
N2  - Diese Arbeit befasste sich mit der Untersuchung der neuronalen Grundlagen kognitiver Inhibition /Gedankenunterdrückung in Anderson’s und Green’s ‘Think/No-Think‘ Paradigma (TNT), sowie der Erfassung verschiedener Einflussgrößen auf der kognitiven, der neurophysiologischen, der elektrophysiologischen und der molekularen Ebene. Mit fNIRS und fMRT durchgeführte neurophysiologische Studien haben die Annahme der Beteiligung eines Fronto-Hippocampalen Netzwerkes an der Unterdrückung unerwünschter Gedanken bekräftigt. Hinweise auf eine Verbesserung der Unterdrückungsleistung mittels externer Manipulation der neuronalen Aktivität durch iTBS unterstützen die Annahme einer Beteiligung des dlPFC an den Mechanismen innerhalb des TNT weiter. Durch die Kombination von fNIRS und ERP wurde eine Dissoziation zwischen frühen bedingungsunabhängigen Aufmerksamkeits- und späteren unterdrückungsspezifischen Prozessen innerhalb des dlPFC aufgezeigt. Vor dem Hintergrund widersprüchlicher Resultate bezüglich des Einflusses der Stimulus-Valenz auf die kognitive Inhibition in der vorhandenen Literatur wurde dieser Aspekt auch in der vorliegenden Arbeit berücksichtigt. Auch in dieser Arbeit aufgetretene widersprüchliche Ergebnisse bezüglich der Unterdrückung negativer Stimuli führten zu der Hypothese, dass die Unterdrückungsleistung in dem TNT in Abhängigkeit der Valenz der weiteren eingeschlossenen Stimuli erfolgt. Alternativ wurde eine Abhängigkeit von Persönlichkeitsmerkmalen und/oder genetischen Variablen vorgeschlagen, welche in der vorliegenden Arbeit als Einflussgrößen nachgewiesen wurden. So konnte gezeigt werden, dass die Erhebung ruminativer Tendenzen eine zuverlässige Vorhersage der Unterdrückungsleistung zulässt. Höhere ruminative Tendenzen führten zu signifikant verschlechterter Unterdrückungsleistung. Dies konnte auf eine ineffektive Rekrutierung des dlPFC gefolgt von ungenügender Aktivierungsabnahme im Hippocampus während der Gedankeninhibition zurückgeführt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass mit der Zunahme ängstlicher Persönlichkeitsmerkmale die Unterdrückungsleistung trotz erhöhter Aktivität im dlPFC abnimmt. In Ergänzung zu den Ergebnissen bezüglich ruminativer Tendenzen und gestörter kognitiver Inhibition konnte ein störender Einfluss eines funktionellen genetischen Polymorphismus im KCNJ6 Gen unter Einbeziehung einer Punktmutation (G-A Transition) nachgewiesen werden. Durch die Untersuchung der Gedankenunterdrückung auf unterschiedlichen Ebenen, konnte die vorliegende Arbeit weitere Hinweise dafür liefern, dass mit dem TNT exekutive Kontrollfunktionen abgegriffen werden, welche durch Stimulusvalenz, neurophysiologische Prozesse (durch eine die iTBS betreffende Sensitivität angezeigt), funktionelle Modulationen auf der molekularen Ebene, sowie Persönlichkeitsmerkmale wie ruminative Tendenzen und Ängstlichkeit beeinflussbar sind.
KW  - Kognitiver Prozess
KW  - Inhibition
KW  - Kognitive Inhibition
KW  - Funktionelle Bildgebung
KW  - Think/No-Think
KW  - Emotion
KW  - Bildgebendes Verfahren
KW  - Molekulare Bildgebung
KW  - Genetik
KW  - cognitive inhibition
KW  - functional imaging
KW  - think/no-think
KW  - emotion
KW  - personality traits
KW  - genomic imaging
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65955
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TY  - THES
A1  - Pahl, Mario
T1  - Honeybee Cognition: Aspects of Learning, Memory and Navigation in a Social Insect
T1  - Kognition bei Honigbienen: Aspekte zu Lernverhalten, Gedächtnis und Navigation bei einem sozialen Insekt
N2  - Honeybees (Apis mellifera) forage on a great variety of plant species, navigate over large distances to crucial resources, and return to communicate the locations of food sources and potential new nest sites to nest mates using a symbolic dance language. In order to achieve this, honeybees have evolved a rich repertoire of adaptive behaviours, some of which were earlier believed to be restricted to vertebrates. In this thesis, I explore the mechanisms involved in honeybee learning, memory, numerical competence and navigation. The findings acquired in this thesis show that honeybees are not the simple reflex automats they were once believed to be. The level of sophistication I found in the bees’ memory, their learning ability, their time sense, their numerical competence and their navigational abilities are surprisingly similar to the results obtained in comparable experiments with vertebrates. Thus, we should reconsider the notion that a bigger brain automatically indicates higher intelligence.
N2  - Honigbienen (Apis mellifera) furagieren an vielen verschiedenen Pflanzenarten, und navigieren über große Distanzen zu wichtigen Ressourcen. Die räumliche Lage von Futterquellen und potentiellen neuen Nistplätzen teilen sie ihren Nestgenossinnen mithilfe einer symbolischen Tanzsprache mit. Um all dies leisten zu können, haben sie ein reiches Repertoire von adaptiven Verhaltensweisen evolviert. Mehr und mehr Verhaltensweisen, die man nur bei Vertebraten vermutet hätte, werden auch bei der Honigbiene entdeckt. In meiner Dissertation habe ich einige der Mechanismen erforscht, die beim Lernverhalten, der Gedächtnisbildung, der numerischen Kompetenz und der Navigation eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse, die in meiner Dissertation erzielt wurden, zeigen dass Honigbienen keineswegs die einfachen, reflexgesteuerten Organismen sind, als die sie lange Zeit angesehen wurden. Die Komplexität die ich im Gedächtnis, der Lernfähigkeit, dem Zeitsinn, der numerischen Kompetenz und der Navigationsfähigkeit der Bienen gefunden habe, ist erstaunlich ähnlich zu den Ergebnissen, die in vergleichbaren Experimenten mit Vertebraten erzielt wurden. Deshalb sollten wir die allgemeine Annahme, dass ein größeres Gehirn automatisch höhere Intelligenz bedeutet, überdenken.
KW  - Biene
KW  - Visuelles Gedächtnis
KW  - Räumliches Gedächtnis
KW  - Assoziatives Gedächtnis
KW  - Navigation
KW  - Zählen
KW  - Kognitives Lernen
KW  - Kognition
KW  - Honigbiene
KW  - Gedächtnis
KW  - Zählen
KW  - Honeybee
KW  - Memory
KW  - Counting
KW  - Subitizing
KW  - Cognition
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66165
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TY  - THES
A1  - Weißflog, Lena
T1  - Molecular Genetics of Emotional Dysregulation in Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder
T1  - Molekulargenetik emotionaler Dysregulation bei Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom
N2  - Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a genetically complex childhood onset neurodevelopmental disorder which is highly persistent into adulthood. Several chromo-somal regions associated with this disorder were identified previously in genome-wide linkage scans, association (GWA) and copy number variation (CNV) studies. In this work the results of case-control and family-based association studies using a can-didate gene approach are presented. For this purpose, possible candidate genes for ADHD have been finemapped using mass array-based SNP genotyping. The genes KCNIP4, CDH13 and DIRAS2 have been found to be associated with ADHD and, in addition, with cluster B and cluster C personality disorders (PD) which are known to be related to ADHD. Most of the associations found in this work would not withstand correction for multiple testing. However, a replication in several independent populations has been achieved and in conjunction with previous evidence from linkage, GWA and CNV studies, it is assumed that there are true associations between those genes and ADHD. Further investigation of DIRAS2 by quantitative real-time PCR (qPCR) revealed expression in the hippocampus, cerebral cortex and cerebellum of the human brain and a significant increase in Diras2 expression in the mouse brain during early development. In situ hybrid-izations on murine brain slices confirmed the results gained by qPCR in the human brain. Moreover, Diras2 is expressed in the basolateral amygdala, structures of the olfactory system and several other brain regions which have been implicated in the psychopatholo-gy of ADHD. In conclusion, the results of this work provide further support to the existence of a strong genetic component in the pathophysiology of ADHD and related disorders. KCNIP4, CDH13 and DIRAS2 are promising candidates and need to be further examined to get more knowledge about the neurobiological basis of this common disease. This knowledge is essential for understanding the molecular mechanisms underlying the emergence of this disorder and for the development of new treatment strategies.
N2  - Bei Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) handelt es sich um eine ge-netisch komplexe neuronale Entwicklungsstörung, die im Kindesalter einsetzt und eine hohe Persistenz ins Erwachsenenalter aufweist. Mehrere chromosomale Regionen zeigten eine Assoziation mit dieser Erkrankung in genomweiten Kopplungsanalysen, Assoziations- (GWA) und Copie Number Variation (CNV) Studien. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse von Fall-Kontroll- und Familien-basierten Assozia-tionsstudien, basierend auf der Annahme bestimmter Kandidatengene, vorgestellt. Die möglichen Kandidatengene wurden mit Hilfe eines massenspektrometrischen Verfahrens für SNP Genotypisierungen untersucht. Für die Gene KCNIP4, CDH13 und DIRAS2 konnte eine Assoziation mit ADHS und zudem mit Persönlichkeitsstörungen gefunden werden. Die meisten der in dieser Arbeit berichteten Assoziationen würden einer Korrektur für multiples Testen nicht standhalten. Dennoch kann von einer tatsächlichen Assoziation dieser Gene mit ADHS ausgegangen werden da eine Replikation in verschiedenen unab-hängigen Stichproben stattgefunden hat und zudem vorangegangene Kopplungsanalysen, GWA und CNV Studien auf eine Assoziation hindeuten. Die weitere Untersuchung des DIRAS2 Gens mit Hilfe von quantitativer real-time PCR (qPCR) ergab eine Expression des Gens im Hippocampus, dem zerebralen Kortex und dem Kleinhirn des Menschen. Zudem wurde ein signifikanter Anstieg der Diras2 Expression im murinen Gehirn während der frühen Entwicklungsstadien beobachtet. In situ Hybridisie-rungen auf Maushirnschnitten bestätigten die Ergebnisse der qPCR im menschlichen Ge-hirn. Außerdem wird Diras2 in der basolateralen Amygdala, in Komponenten des olfakto-rischen Systems und in mehreren anderen Hirnarealen, die vermutlich an der Pathologie von ADHS beteiligt sind, exprimiert. Zusammenfassend untermauern die Ergebnisse dieser Arbeit die Tatsache dass eine star-ke genetische Komponente an der Entstehung von ADHS beteiligt ist. KCNIP4, CDH13 und DIRAS2 sind vielversprechende Kandidatengene und sollten weiter untersucht werden um nähere Einblicke in die Neurobiologie dieser häufigen Erkrankung zu erhalten. Das dadurch erlangte Wissen ist notwendig um die molekularen Mechanismen die ADHS zu-grunde liegen zu verstehen und um neue Behandlungsstrategien entwickeln zu können.
KW  - Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom
KW  - Molekulargenetik
KW  - Assoziation
KW  - ADHD
KW  - genetics
KW  - association studies
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69345
ER  - 
TY  - THES
A1  - May, Frauke
T1  - The role of the (hem)ITAM-coupled receptors C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) and Glycoprotein (GP) VI for platelet function: in vitro and in vivo studies in mice
T1  - Die Rolle der (hem)ITAM-gekoppelten Rezeptoren C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) und Glykoprotein (GP) VI in der Thrombozytenfunktion: in vitro- und in vivo-Studien in Mäusen
N2  - Die Thrombozytenaktivierung und –adhäsion sowie die nachfolgende Thrombusbildung ist ein essentieller Prozess in der primären Hämostase, der aber auch irreversible Gefäßverschlüsse und damit Herzinfarkt oder Schlaganfall verursachen kann. Erst kürzlich wurde beschrieben, dass der C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) auf der Thrombozytenoberfläche exprimiert wird, jedoch wurde für diesen Rezeptor noch keine Funktion in den Prozessen der Hämostase und Thrombose gezeigt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von CLEC-2 in der Thrombozytenfunktion und Thrombusbildung im Mausmodel untersucht. In dem ersten Teil dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Behandlung von Mäusen mit dem neu generierten monoklonalen Antikörper INU1, der gegen murines CLEC-2 gerichtet ist, zu dem vollständigen und hochspezifischen Verlust des Rezeptors in zirkulierenden Thrombozyten führte, ein Prozess, der als „Immundepletion“ bezeichnet wird. Die CLEC-2-defizienten Thrombozyten waren nicht mehr durch den CLEC-2-spezifischen Agonisten Rhodozytin aktivierbar, während die Aktivierung durch alle anderen getesteten Agonisten nicht beeinträchtigt war. Dieser selektive Defekt führte unter Flussbedingungen ex vivo zu stark verminderter Aggregatbildung der Thrombozyten. Außerdem zeigten in vivo-Thrombosestudien, dass die gebildeten Thromben instabil waren und vermehrt embolisierten. Infolgedessen war die CLEC-2 Defizienz mit einem deutlichen Schutz vor arterieller Thrombose verbunden. Außerdem ließ die in INU1-behandelten Mäusen beobachtete variable Verlängerung der Blutungszeit auf einen moderaten hämostatischen Defekt schließen. Diese Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass CLEC-2 in vitro und in vivo signifikant zur Thrombusstabilität beiträgt und eine essentielle Rolle in der Hämostase und arteriellen Thrombose spielt. Daher stellt CLEC-2 eine potentiell neue antithrombotische Zielstruktur dar, die in vivo inaktiviert werden kann. Diese in vivo-Herabregulierung von Thrombozytenoberflächenrezeptoren könnte einen vielversprechenden Ansatz für zukünftige antithrombotische Therapien darstellen. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelte den Effekt einer Doppelimmundepletion der immunoreceptor tyrosine-based activation motiv (ITAM)- und hemITAM-gekoppelten Rezeptoren Glykoprotein (GP) VI und CLEC-2 auf Hämostase und Thrombose mittels einer Kombination der GPVI- beziehungsweise CLEC-2-spezifischen Antikörper JAQ1 und INU1. Eine Einzeldepletion von GPVI oder CLEC-2 in vivo beeinträchtigte nicht die Expression und Funktion des jeweils anderen Rezeptors. Eine gleichzeitige Behandlung mit beiden Antikörpern führte jedoch zu dem nachhaltigen Verlust der GPVI- und CLEC-2-vermittelten Signale in Thrombozyten, während andere Signalwege nicht betroffen waren. Im Gegensatz zu den Einzeldefizienzen, wiesen die GPVI/CLEC-2 doppeldefizienten Mäuse einen schwerwiegenden Blutungsphänotyp auf. Außerdem führte die Behandlung zu einer starken Beeinträchtigung der arteriellen Thrombusbildung, die die Effekte der Einzeldefizienzen weit übertraf. Von Bedeutung ist auch, dass gleiche Ergebnisse in Gp6-/- Mäusen gefunden wurden, die mittels INU1-Behandlung CLEC-2-depletiert wurden. Dies veranschaulicht, dass der Blutungsphänotyp nicht durch Sekundäreffekte der kombinierten Antikörperbehandlung hervorgerufen wurde. Diese Daten deuten darauf hin, dass GPVI und CLEC-2 sowohl unabhängig voneinander als auch gleichzeitig in vivo von der Thrombozytenoberfläche herabreguliert werden können und lassen unerwartete redundante Funktionen der beiden Rezeptoren in Hämostase und Thrombose erkennen. Da beide Rezeptoren, GPVI und CLEC-2, als neue antithrombotische Zielstrukturen diskutiert werden, könnten diese Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung von anti-GPVI oder anti-CLEC-2-basierenden Antithrombotika haben.
N2  - Platelet activation and adhesion results in thrombus formation that is essential for normal hemostasis, but can also cause irreversible vessel occlusion leading to myocardial infarction or stroke. The C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) was recently identified to be expressed on the platelet surface, however, a role for this receptor in hemostasis and thrombosis had not been demonstrated. In the current study, the involvement of CLEC-2 in platelet function and thrombus formation was investigated using mice as a model system. In the first part of the thesis, it was found that treatment of mice with a newly generated monoclonal antibody against murine CLEC-2 (INU1) led to the complete and highly specific loss of the receptor in circulating platelets (a process termed “immunodepletion”). CLEC-2-deficient platelets were completely unresponsive to the CLEC-2-specific agonist rhodocytin, whereas activation induced by all other tested agonists was unaltered. This selective defect translated into severely decreased platelet aggregate formation under flow ex vivo; and in vivo thrombosis models revealed impaired stabilization of formed thrombi with enhanced embolization. Consequently, CLEC-2 deficiency profoundly protected mice from occlusive arterial thrombus formation. Furthermore, variable bleeding times in INU1-treated mice indicated a moderate hemostatic defect. This reveals for the first time that CLEC-2 significantly contributes to thrombus stability in vitro and in vivo and plays a crucial role in hemostasis and arterial thrombosis. Thus, CLEC-2 represents a potential novel anti-thrombotic target that can be functionally inactivated in vivo. This in vivo down-regulation of platelet surface receptors might be a promising approach for future anti-thrombotic therapy. The second part of the work investigated the effect of double-immunodepletion of the immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)- and hemITAM-coupled receptors, platelet glycoprotein (GP) VI and CLEC-2, on hemostasis and thrombosis using a combination of the GPVI- and CLEC-2-specific antibodies, JAQ1 and INU1, respectively. Isolated targeting of either GPVI or CLEC-2 in vivo did not affect expression or function of the respective other receptor. However, simultaneous treatment with both antibodies resulted in the sustained loss of GPVI and CLEC-2 signaling in platelets, while leaving other activation pathways intact. In contrast to single deficiency of either receptor, GPVI/CLEC-2 double-deficient mice displayed a dramatic hemostatic defect. Furthermore, this treatment resulted in profound impairment of arterial thrombus formation that far exceeded the effects seen in single-depleted animals. Importantly, similar results were obtained in Gp6-/- mice that were depleted of CLEC-2 by INU1-treatment, demonstrating that this severe bleeding phenotype was not caused by secondary effects of combined antibody treatment. These data suggest that GPVI and CLEC-2 can be independently or simultaneously down-regulated in platelets in vivo and reveal an unexpected functional redundancy of the two receptors in hemostasis and thrombosis. Since GPVI and CLEC-2 have intensively been discussed as potential anti-thrombotic targets, these results may have important implications for the development of novel, yet save anti-GPVI or anti-CLEC-2-based therapies.
KW  - Thrombozyt
KW  - Rezeptor
KW  - Thrombose
KW  - Biologie
KW  - Zelle
KW  - Biology
KW  - Cell
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65383
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gan, Qiang
T1  - Investigation on Distinct Roles of Smad Proteins in Mediating Bone Morphogenetic Proteins Signals
T1  - Untersuchung auf Unterschiedliche Rollen von Smad Proteinen in der Signalübertragung der Knochenmorphogenetischen Proteine
N2  - Knochenmorphogenetische Proteine (engl. Bone morphogenetic Proteins, BMPs) sind eine Bestandteil von transforming growth factor-β (TGF-β)-Superfamilie und spielen wichtige Rollen in zahlreichen biologischen Ereignissen in der Entwicklung fast aller mehrzelligen Organismen. Fehlregulierte BMP-Signalweg ist die zugrunde liegenden Ursachen von zahlreichen erblichen und nicht erblichen Krankheiten wie Krebs. Die von BMP induziete breite Palette von biologischen Reaktionen konvergiert auf drei eng verwandten Smad Proteine. Sie vermitteln intrazelluläre Signale von BMP-Rezeptoren in den Zellkern. Die Spezifität des BMP-Signalwegs wurde intensiv auf der Ebene der Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen erforscht, aber, wie die verschiedenen Smad Proteine die durch BMPs hervorgerufen differenziellen Signale beitragen, bleibt unklar. In dieser Arbeit haben wir die BMP / Smad Signalweg in verschiedenen Aspektenuntersucht. Auf der Suche nach einem geeigneten Fluoreszenz-Reporter im Zebrafisch, verglichen wir verschiedene photo-schaltbaren Proteine und fand EosFP der beste Kandidat für diesen Modellorganismus im Bezug auf seine schnelle Reifung und Fluoreszenz-Intensität. Wir haben durch molekulare Modifizierung geeignete Vektoren erstellt, die Tol2-Transposon basieren trangenesis im Zebrafisch zu ermöglichen. Damit wurden schließlich transgenzebrafisch-Linien erzeugt. Wir kombinierten Fluoreszenz-Protein-Tagging mit hochauflösender Mikroskopie und untersuchten die Dynamik der Smad-Proteine in Modellsystem Zebrafisch. Es wurde beobachteten, dass Smad5 Kern-Translokation erfährt, als BMP Signalgeber bei Zebrafisch Gastrulation. Wir erkundeten die Beteiligung der Smad Proteine während der Myogenese-zu-Osteogenese Umwandlung von C2C12 Zelllinie, die durch BMP4 induziert wurde. Mit siRNA versuchten wir die endogene Smad Proteine niederzuschlagen, wobei die Auswirkungen auf diesen gekoppelten noch unterschiedlichen Verfahren durch quantitative real-time PCR und Terminal-Marker Färbung ausgewertet. Wir spekulieren, dass verschiedene Smad-Komplex Stöchiometrie für unterschiedliche durch BMPs hervorgerufe zelluläre Signale verantwortlich sein könnte.
N2  - Bone morphogenetic proteins (BMPs) belong to the transforming growth factor-β (TGF-β) superfamily and play important roles in numerous biological events in the development of almost all multi-cellular organisms. Dysregulated BMP signaling is the underlying causes of numerous heritable and non-heritable human diseases including cancer. The vast range of biological responses induced by BMPs converges on three closely related Smad proteins that convey intracellular signals from BMP receptors to the nucleus. The specificity of BMP signaling has been intensively investigated at the level of ligand-receptor interactions, but how the different Smad proteins contribute to differential signals elicited by BMPs remains unclear. In this work, we investigated the BMP/Smad signaling in different aspects. In search for an appropriate fluorescence reporter in zebrafish, we compared different photo-switchable proteins and found EosFP the best candidate this model system for its fast maturation and fluorescence intensity. We modified and created appropriate vectors enabling Tol2-transposon based trangenesis in zebrafish, with which transgenic zebrafish lines were generated. We combined fluorescence protein tagging with high resolution microscopy and investigate the dynamics of Smad proteins in model system zebrafish. We observed that Smad5 undergoes nucleo-translocation as BMP signal transmitter during zebrafish gastrulation. We explored the Smad involvement during myogenic-to-osteogenic conversion of C2C12 cell line induced by BMP4. We created transient loss-of-function of Smads by siRNA-mediated knockdowns and analyzed the effects on these coupled yet distinct procedures by quantitative real-time PCR and terminal marker staining. We found that different Smad-complex stoichiometry might be responsible for distinct cellular signals elicited by BMPs.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Zebrabärbling
KW  - Signaltransduktion
KW  - Bone morphogenetic proteins
KW  - Smad
KW  - Signaling
KW  - Zebrafish
KW  - Cell line
KW  - Differentiation
KW  - Differenzierung
KW  - Zelllinie
KW  - Zebrafisch
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71127
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schlipp [verh.: Wölfel], Angela
T1  - Characterization of anti-beta1-adrenoceptor antibodies with Förster resonance energy transfer microscopy
T1  - Charakterisierung von anti-beta1-Adrenozeptor Antikörpern mittels Förster Resonanz Energie Transfer Mikroskopie
N2  - Dilated cardiomyopathy (DCM) represents an important subgroup of patients suffering from heart failure. The disease is supposed to be associated with autoimmune mechanisms in about one third of the cases. In the latter patients functionally active conformational autoantibodies directed against the second extracellular loop of the β1-adrenergic receptor (AR, β1ECII-aabs) have been detected. Such antibodies chronically stimulate the β1-AR thereby inducing the adrenergic signaling cascade in cardiomyocytes, which, in the long run, contributes to heart failure progression. We analyzed the production of cAMP after aab-mediated β1-AR activation in vitro using a fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay. This assay is based on HEK293 cells stably expressing human β1-AR as well as the cAMP-sensor Epac1-camps. The assay showed a concentration-dependent increase in intracellular cAMP upon stimulation with the full agonist (-) isoproterenol. This response was comparable to results obtained in isolated adult murine cardiomyocytes and was partially blockable by a selective β1-AR antagonist. In the same assay poly- and monoclonal anti-β1ECII-abs (induced in different animals) could activate the adrenergic signaling cascade, whereas isotypic control abs had no effect on intracellular cAMP levels. Using the same method, we were able to detect functionally activating aabs in the serum of heart failure patients with ischemic and hypertensive heart disease as well as patients with DCM, but not in sera of healthy control subjects. In patients with DCM we observed an inverse correlation between the stimulatory potential of anti-β1-aabs and left ventricular pump function. To adopt this assay for the detection of functionally activating anti-β1ECII-aabs in clinical routine we attempted to establish an automated large-scale approach. Neither flow cytometry nor FRET detection with a fluorescence plate reader provided an acceptable signal-to-noise ratio. It was possible to detect (-) isoproterenol in a concentration-dependent manner using two different FRET multiwell microscopes. However, due to focus problems large-scale detection of activating anti-β1ECII-abs could not be implemented. Neutralization of anti-β1-aabs with the corresponding epitope-mimicking peptides is a possible therapeutic approach to treat aab-associated autoimmune DCM. Using our FRET assay we could demonstrate a reduction in the stimulatory potential of anti-β1ECII-abs after in vitro incubation with β1ECII-mimicking peptides. Cyclic (and to a lesser extent linear) peptides in 40-fold molar excess acted as efficient ab-scavengers in vitro. Intravenously injected cyclic peptides in a rat model of DCM also neutralized functionally active anti-β1ECII-abs efficiently in vivo. For a detailed analysis of the receptor-epitope targeted by anti-β1ECII-abs we used sequentially alanine-mutated β1ECII-mimicking cyclic peptides. Our data revealed that the disulfide bridge between the cysteine residues C209 and C215 of the human β1-AR appears essential for the formation of the ab-epitope. Substitution of further amino acids relevant for ab-binding in the cyclic scavenger peptide by alanine reduced its affinity to the ab and the receptor-activating potential was blocked less efficiently. In contrast, the non-mutant cyclic peptide almost completely blocked ab-induced receptor activation. Using this ala-scan approach we were able to identify a “NDPK”-epitope as essential for ab binding to the β1ECII. In summary, neutralization of conformational activating anti-β1ECII-(a)abs by cyclic peptides is a plausible therapeutic concept in heart failure that should be further exploited based on the here presented data.
N2  - Dilatative Kardiomyopathie (DCM) stellt eine wichtige Subgruppe von Patienten mit Herzinsuffizienz dar und ist vermutlich in etwa einem Drittel der Fälle mit einem Autoimmunmechanismus assoziiert. In diesen Patienten konnten funktionell aktive konformationelle Autoantikörper gegen die zweite extrazelluläre Schleife des β1-adrenergen Rezeptors (Anti-β1ECII-AAK) nachgewiesen werden. Diese AK stimulieren chronisch den β1-AR und induzieren dadurch die adrenerge Signaltransduktionskaskade in Kardiomyozyten, was, auf lange Sicht, zur Verschlimmerung der Herzinsuffizienz beiträgt. Mittels eines Fluoreszenz-Resonanz Energie Transfer (FRET) Assays analysierten wir die Bildung von cAMP nach aab-vermittelter β1-AR Aktivierung in vitro. Dieser Assay verwendet HEK293 Zellen, die den humanen β1-AR sowie den cAMP-Sensor Epac1-camps stabil exprimieren. Der Assay zeigte einen konzentrationsabhängigen Anstieg von cAMP bei Stimulation mit dem vollen Agonisten (-) Isoproterenol. Diese Antwort war mit den Ergebnissen an isolierten adulten murinen Kardiomyozyten vergleichbar und konnte durch einen selektiven β1-AR Antagonist blockiert werden. In verschiedenen Tieren induzierte poly- und monoklonale Anti-β1¬ECII-abs konnten die adrenerge Signalkaskade in dem gleichen FRET Assay aktivieren, wogegen isotypische Kontroll-AK keine intrazellulären cAMP Änderungen herbeiführten. Mit dem gleichen Ansatz konnten wir funktionell aktivierende AAK im Serum von Herzinsuffizienzpatienten mit ischämischer und hypertensiver Herzerkrankung sowie bei Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie nachweisen, jedoch nicht im Serum von gesunden Kontrollpersonen. Bei Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie beobachteten wir eine inverse Korrelation zwischen dem stimulierenden Potential der Anti-β1-AAKs und der linksventrikulären Pumpfunktion. Um diesen Assay zur Detektion funktionell aktivierender Anti-β1ECII-aabs in der klinischen Routinediagnostik einzusetzen, versuchten wir ein automatisiertes Hochdurchsatzverfahren zu etablieren. Weder die Durchflusszytometrie noch die FRET Detektion mittels eines Fluoreszenz Plattenlesegeräts wiesen einen akzeptabelen Signal-zu-Rausch-Quotienten auf. Es gelang mit zwei verschiedenen FRET-Multiwell-Mikroskopsystemen die Aktivierung durch (-) isoproterenol konzentrationsabhängig zu detektieren, allerdings war es aufgrund von Fokusproblemen nicht möglich aktivierende Anti- β1¬ECII-AAKs im Hochdurchsatzverfahren zu detektieren. Einen möglichen Therapieansatz zur Behandlung der Anti-β1-AAK-assoziierten autoimmunen DCM stellt die Neutralisierung der AAKs mittels korrespondierender Epitop-imitierender Peptide dar. Wir konnten im FRET Assay eine Reduktion des aktivierenden Effekts von Anti-β1¬ECII-AAKs nach in vitro Inkubation mit β1¬ECII-imitierenden Peptiden nachweisen. Hierbei erwiesen sich zyklische (in geringerem Maß als lineare) Peptide in 40-fachem molarem Überschuss als effektive Antikörper-„Fänger“ in vitro. Eine intravenöse Gabe der Zyklopeptide in einem Rattenmodell der DCM neutralisierte funktionell aktivierende Anti-β1¬ECII-abs ebenfalls effizient in vivo. Zur genaueren Analyse des von Anti-β1¬ECII-AAK gebundenen Rezeptor-Epitops setzten wir sequentiell Alanin-mutierte β1ECII-imitierende Zyklopeptide ein. Unsere Daten zeigten, dass die Disulfidbrücke zwischen den Cysteinresten C209 und C215 des humanen β1¬AR essentiell für die Ausbildung des AAK-Epitops zu sein scheinen. Ein Austausch weiterer AK-bindungsrelevanter Aminosäuren im zyklischen Fängerpeptid durch Alanin verminderte dessen Avidität zum AK und inhibierte dessen Rezeptor-aktivierendes Potential weniger effizient. Im Gegensatz dazu verhinderte das nicht-mutierte Zyklopeptid nahezu vollständig die AK-vermittelte Rezeptoraktivierung. Durch diesen Ala-Scan Ansatz konnten wir ein „NDPK“-Epitop identifizieren, das für die AK-Bindung an β1¬ECII essentiell zu sein scheint. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Neutralisation von konformationellen aktivierenden Anti-β1¬ECII-(A)AKs durch Zyklopeptide ein viel versprechendes Therapiekonzept bei Herzinsuffizienz darstellt, das im Hinblick auf die hier vorgestellten Daten weiter ausgebaut werden sollte.
KW  - Adrenerger Rezeptor
KW  - Beta-1-Rezeptor
KW  - Antikörper
KW  - Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer
KW  - Kongestive Herzmuskelkrankheit
KW  - Adrenergic receptor
KW  - Beta-1-receptor
KW  - Antibodies
KW  - Fluorescence-resonance-energy-transfer
KW  - Dilated cardiomyopathy
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67162
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hagedorn, Ina
T1  - Novel mechanisms underlying arterial thrombus formation: in vivo studies in (genetically modified) mice
T1  - Neue Mechanismen der arteriellen Thrombusbildung: in vivo-Studien in (genetisch veränderten) Mäusen
N2  - Thrombus formation at sites of vascular lesions is a dynamic process that requires a defined series of molecular events including the action of platelet adhesion/activation receptors, intracellular signal transduction, cytoskeletal rearrangements and activation of plasma coagulation factors. This process is essential to limit post-traumatic blood loss but may also contribute to acute thrombotic diseases such as myocardial infarction and stroke. With the help of genetically modified mice and the use of specific protein inhibitors and receptordepleting antibodies, the work presented in this thesis identified novel mechanisms underlying thrombus formation in hemostasis and thrombosis. In the first part of the study, it was shown that von Willebrand Factor (vWF) binding to glycoprotein (GP)Iba is critical for the formation of stable pathological thrombi at high shear rates, suggesting GPIba as an attractive pharmacological target for antithrombotic therapy. The subsequent analysis of recently generated phospholipase (PL)D1-deficient mice identified this enzyme, whose role in platelet function had been largely unknown, as a potential target protein downstream of GPIba. This was based on the finding that PLD1- deficient mice displayed severely defective GPIba-dependent thrombus stabilization under high shear conditions in vitro and in vivo without affecting normal hemostasis. The second part of the thesis characterizes the functional relevance of the immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-bearing collagen receptor GPVI and the recently identified hemITAM-coupled C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) for in vivo thrombus formation. Genetic- and antibody-induced GPVI deficiency was found to similarly protect mice from arterial vessel occlusion in three different thrombosis models. These results confirmed GPVI as a promising antithrombotic target and revealed that antibody-treatment had no obvious off-target effects on platelet function. Similarly, immunodepletion of CLEC-2 by treating mice with the specific antibody INU1 resulted in markedly impaired thrombus growth and stabilization under flow in vitro and in vivo. Furthermore, it could be demonstrated that double-immunodepletion of GPVI and CLEC-2 resulted in severely decreased arterial thrombus formation accompanied by dramatically prolonged bleeding times. These data revealed an unexpected redundant function of the two receptors for in vivo thrombus formation and might have important implications for the potential development of anti-GPVI and anti-CLEC-2 antithrombotic agents. The third part of the thesis provides the first functional analysis of megakaryocyte- and platelet-specific RhoA knockout mice. RhoA-deficient mice displayed a defined signaling defect in platelet activation, leading to a profound protection from arterial thrombosis andand ischemic brain infarction, but at the same time also strongly increased bleeding times. These findings identified the GTPase as an important player for thrombus formation in hemostasis and thrombosis. Based on the previous proposal that the coagulation factor (F)XII might represent an ideal target for safe antithrombotic therapy without causing bleeding side effects, the last part of this thesis assesses the antithrombotic potential of the newly generated FXIIa inhibitor rHAInfestin- 4. It was found that rHA-Infestin-4 injection into mice resulted in virtually abolished arterial thrombus formation but no change in bleeding times. Moreover, rHA-Infestin-4 was similarly efficient in a murine model of ischemic stroke, suggesting that the inhibitor might be a promising agent for effective and safe therapy of cardio- and cerebrovascular diseases.
N2  - Thrombusbildung an einer verletzten Gefäßstelle ist ein dynamischer Prozess, der ein definiertes Zusammenspiel von Thrombozytenadhäsions-/aktivierungsrezeptoren, intrazellulären Signalen, Zytoskelettumstrukturierungen sowie die Aktivierung von Plasma Koagulationsfaktoren benötigt. Dieser Prozess ist essenziell um Blutungen nach einer Gefäßverletzung zu stoppen, kann aber auch zu akuten thrombotischen Erkrankungen wie Herzinfarkt und Schlaganfall führen. Mit Hilfe von genetisch veränderten Mäusen und der Verwendung von spezifischen Proteininhibitoren und Rezeptor-depletierenden Antikörpern wurden in der hier vorliegenden Dissertation neue Mechanismen der Thrombusbildung in Hämostase und Thrombose identifiziert. In dem ersten Teil der Studie konnte gezeigt werden, dass die Interaktion zwischen von Willebrand Faktor (vWF) und Glykoprotein (GP)Iba entscheidend für die Bildung von pathologischen Thromben bei hohen Scherraten ist, was auf die Eignung von GPIba als eine attraktive pharmakologische Zielstruktur (Target) für eine antithrombotische Therapie hindeutet. Die anschließende Analyse von vor kurzem generierten Phospholipase (PL)D1- defizienten Mäusen identifizierte dieses Enzym, dessen Rolle in der Thrombozytenfunktion bislang unbekannt war, als eine mögliches Targetprotein im Signalweg von GPIba. Dies basierte vor allem auf der Erkenntnis, dass PLD1-defiziente Mäuse eine stark gestörte GPIba-abhängige Thrombusstabilisierung unter hohen Scherbedingungen aufwiesen, ohne jedoch dabei die normale Hämostase zu beeinflussen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die funktionelle Relevanz des immunoreceptor tyrosinebased activation motif (ITAM)-gekoppelten Kollagenrezeptors GPVI und des vor kurzem entdeckten hemITAM-gekoppelten C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) für die in vivo Thrombusbildung charakterisiert. Es wurde gezeigt, dass genetisch- und durch Antikörperinduzierte GPVI-Defizienz Mäuse gleichermaßen vor arteriellem Gefäßverschluss in drei verschiedenen Thrombosemodellen schützt. Diese Ergebnisse bestätigten GPVI als ein viel versprechendes antithrombotisches Target und zeigten, dass eine Antikörperbehandlung in Mäusen keine offensichtlichen unspezifischen Effekte auf die Thrombozytenfunktion hatte. Eine gleichermaßen induzierte Immunodepletion von CLEC-2 durch die Behandlung von Mäusen mit dem spezifischen Antikörper INU1 führte zu deutlich vermindertem Thrombuswachstum und reduzierter Thrombusstabilisierung unter Flussbedingungen in vitro und in vivo. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine Doppel-Immunodepletion von GPVI und CLEC-2 zu einer stark reduzierten arteriellen Thrombusbildung führte, die mit dramatisch verlängerten Blutungszeiten einherging. Diese Ergebnisse machten eineunerwartete funktionelle Redundanz der beiden Rezeptoren deutlich und könnten möglicherweise einen wichtigen Einfluss auf eine eventuelle Entwicklung von anti-GPVI und anti-CLEC-2 antithrombotischen Wirkstoffen haben. Der dritte Teil der Arbeit liefert die erste funktionelle Analyse von Megakaryozyten- und Thrombozyten-spezifischen RhoA-Knockout Mäusen. RhoA-defiziente Mäuse zeigten einen definierten Signaldefekt in der Thrombozytenaktivierung, der zu einem deutlichen Schutz vor arterieller Thrombose und ischämischen Hirninfarkt aber gleichzeitig auch zu stark erhöhten Blutungszeiten führte. Dieses Ergebnis identifizierte die GTPase als einen wichtigen Spieler für die Thrombusbildung in Hämostase und Thrombose. Basierend auf dem vorausgegangenen Vorschlag, dass der Koagulationsfaktor XII (FXII) ein ideales Target für eine sichere antithrombotische Therapie darstellen könnte, ohne Blutungsnebenwirkungen zu verursachen, untersucht der letzte Teil der Arbeit das antithrombotische Potential des neu generierten FXIIa Inhibitors rHA-Infestin-4. Es konnte gezeigt werden, dass eine Injektion von rHA-Infestin-4 in Mäuse die arterielle Thrombusbildung nahezu aufhob aber Blutungszeiten nicht veränderte. Außerdem war rHAInfestin- 4 gleichermaßen effizient in einem Mausmodell des ischämischen Schlaganfalls, was darauf schließen lässt, dass der Inhibitor ein vielversprechender Wirkstoff für eine effektive und sichere Therapie von kardio- und zerebrovaskulären Erkrankungen sein können
KW  - Thrombus
KW  - Gerinnungsfaktor
KW  - Arterielles Blut
KW  - Zielstruktur
KW  - Maus
KW  - biomedicine
KW  - cell
KW  - blood
KW  - vascular system
KW  - Allgemeine Zelle
KW  - Zellkern
KW  - Blutgefäßsystem
KW  - Blut-Hirn-Schranke
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85752
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TY  - THES
A1  - Stieb, Sara Mae
T1  - Synaptic plasticity in visual and olfactory brain centers of the desert ant Cataglyphis
T1  - Synaptische Plastizität visueller und olfaktorischer Gehirnzentren der Wüstenameise Cataglyphis
N2  - Wüstenameisen der Gattung Cataglyphis wurden zu Modellsystemen bei der Erforschung der Navigationsmechanismen der Insekten. Ein altersabhängiger Polyethismus trennt deren Kolonien in Innendienst-Arbeiterinnen und kurzlebige lichtausgesetzte Fourageure. Nachdem die Ameisen in strukturlosem oder strukturiertem Gelände bis zu mehrere hundert Meter weite Distanzen zurückgelegt haben, können sie präzise zu ihrer oft unauffälligen Nestöffnung zurückzukehren. Um diese enorme Navigationsleistung zu vollbringen, bedienen sich die Ameisen der sogenannten Pfadintegration, welche die Informationen aus einem Polarisationskompass und einem Entfernungsmesser verrechnet; des Weiteren orientieren sie sich an Landmarken und nutzen olfaktorische Signale. Im Fokus dieser Arbeit steht C. fortis, welche in Salzpfannen des westlichen Nordafrikas endemisch ist - einem Gebiet, welches vollständig von anderen Cataglyphis Arten gemieden wird. Die Tatsache, dass Cataglyphis eine hohe Verhaltensflexibilität aufweist, welche mit sich drastisch ändernden sensorischen Anforderungen verbunden ist, macht diese Ameisen zu besonders interessanten Studienobjekten bei der Erforschung synaptischer Plastizität visueller und olfaktorischer Gehirnzentren. Diese Arbeit fokussiert auf plastische Änderungen in den Pilzkörpern (PK) - sensorischen Integrationszentren, die mutmaßlich an Lern- und Erinnerungsprozessen, und auch vermutlich am Prozess des Landmarkenlernens beteiligt sind - und auf plastische Änderungen in den synaptischen Komplexen des Lateralen Akzessorischen Lobus (LAL) – einer bekannten Relaisstation in der Polarisations-Leitungsbahn. Um die strukturelle synaptische Plastizität der PK in C. fortis zu quantifizieren, wurden mithilfe immunozytochemischer Färbungen die prä- und postsynaptischen Profile klar ausgeprägter synaptischer Komplexe (Mikroglomeruli, MG) der visuellen Region (Kragen) und der olfaktorischen Region (Lippe) der PK-Kelche visualisiert. Die Ergebnisse legen dar, dass eine Volumenzunahme der PK-Kelche während des Übergangs von Innendiensttieren zu Fourageuren von einer Abnahme der MG-Anzahl im Kragen und, mit einem geringeren Anteil, in der Lippe - dieser Effekt wird als Pruning bezeichnet - und einem gleichzeitigen Auswachsen an Dendriten PK-intrinsischer Kenyonzellen begleitet wird. Im Dunkeln gehaltene Tiere unterschiedlichen Alters zeigen nach Lichtaussetzung den gleichen Effekt und im Dunkel gehaltene, den Fourageuren altersmäßig angepasste Tiere weisen eine vergleichbare MG-Anzahl im Kragen auf wie Innendiensttiere. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die immense strukturelle synaptische Plastizität in der Kragenregion der PK-Kelche hauptsächlich durch visuelle Erfahrungen ausgelöst wird und nicht ausschließlich mit Hilfe eines internen Programms abgespielt wird. Ameisen, welche unter Laborbedingungen bis zu einem Jahr alt wurden, zeigen eine vergleichbare Plastizität. Dies deutet darauf hin, dass das System über die ganze Lebensspanne eines Individuums flexibel bleibt. Erfahrene Fourageure wurden in Dunkelheit zurückgeführt, um zu untersuchen, ob die lichtausgelöste synaptische Umstrukturierung reversibel ist, doch ihre PK zeigen nur einige die Zurückführung widerspiegelnde Plastizitätsausprägungen, besonders eine Änderung der präsynaptischen Synapsinexprimierung. Mithilfe immunozytochemischer Färbungen, konfokaler Mikroskopie und 3D-Rekonstruktionen wurden die prä- und postsynaptischen Strukturen synaptischer Komplexe des LAL in C. fortis analysiert und potentielle strukturelle Änderungen bei Innendiensttieren und Fourageuren quantifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Komplexe aus postsynaptischen, in einer zentralen Region angeordneten Fortsätzen bestehen, welche umringt sind von einem präsynaptischen kelchartigen Profil. Eingehende und ausgehende Trakte wurden durch Farbstoffinjektionen identifiziert: Projektionsneurone des Anterioren Optischen Tuberkels kontaktieren Neurone, welche in den Zentralkomplex ziehen. Der Verhaltensübergang wird von einer Zunahme an synaptischen Komplexen um ~13% begleitet. Dieser Zuwachs suggeriert eine Art Kalibrierungsprozess in diesen potentiell kräftigen synaptischen Kontakten, welche vermutlich eine schnelle und belastbare Signalübertragung in der Polarisationsbahn liefern. Die Analyse von im Freiland aufgenommener Verhaltenweisen von C. fortis enthüllen, dass die Ameisen, bevor sie mit ihrer Fouragiertätigkeit anfangen, bis zu zwei Tage lang in unmittelbarer Nähe des Nestes Entdeckungsläufe unternehmen, welche Pirouetten ähnliche Drehungen beinhalten. Während dieser Entdeckungsläufe sammeln die Ameisen Lichterfahrung und assoziieren möglicherweise den Nesteingang mit spezifischen Landmarken oder werden anderen visuellen Informationen, wie denen des Polarisationsmusters, ausgesetzt und adaptieren begleitend ihre neuronalen Netzwerke an die bevorstehende Herausforderung. Darüber hinaus könnten die Pirouetten einer Stimulation der an der Polarisationsbahn beteiligten neuronalen Netzwerke dienen. Videoanalysen legen dar, dass Lichtaussetzung nach drei Tagen die Bewegungsaktivität der Ameisen heraufsetzt. Die Tatsache, dass die neuronale Umstrukturierung in visuellen Zentren wie auch die Veränderungen im Verhalten im selben Zeitrahmen ablaufen, deutet darauf hin, dass ein Zusammenhang zwischen struktureller synaptischer Plastizität und dem Verhaltensübergang von der Innendienst- zur Fouragierphase bestehen könnte. Cataglyphis besitzen hervorragende visuelle Navigationsfähigkeiten, doch sie nutzen zudem olfaktorische Signale, um das Nest oder die Futterquelle aufzuspüren. Mithilfe konfokaler Mikroskopie und 3D-Rekonstruktionen wurden potentielle Anpassungen der primären olfaktorischen Gehirnzentren untersucht, indem die Anzahl, Größe und räumliche Anordnung olfaktorischer Glomeruli im Antennallobus von C. fortis, C. albicans, C. bicolor, C. rubra, und C. noda verglichen wurde. Arbeiterinnen aller Cataglyphis-Arten haben eine geringere Glomeruli-Anzahl im Vergleich zu denen der mehr olfaktorisch-orientierten Formica Arten - einer Gattung nah verwandt mit Cataglyphis - und denen schon bekannter olfaktorisch-orientierter Ameisenarten. C. fortis hat die geringste Anzahl an Glomeruli im Vergleich zu allen anderen Cataglyphis-Arten und besitzt einen vergrößerten Glomerulus, der nahe dem Eingang des Antennennerves lokalisiert ist. C. fortis Männchen besitzen eine signifikant geringere Glomeruli-Anzahl im Vergleich zu Arbeiterinnen und Königinnen und haben einen hervorstechenden Männchen-spezifischen Makroglomerulus, welcher wahrscheinlich an der Pheromon-Kommunikation beteiligt ist. Die Verhaltensrelevanz des vergrößerten Glomerulus der Arbeiterinnen bleibt schwer fassbar. Die Tatsache, dass C. fortis Mikrohabitate bewohnt, welche von allen anderen Cataglyphis Arten gemieden werden, legt nahe, dass extreme ökologische Bedingungen nicht nur zu Anpassungen der visuellen Fähigkeiten, sondern auch des olfaktorischen Systems geführt haben. Die vorliegende Arbeit veranschaulicht, dass Cataglyphis ein exzellenter Kandidat ist bei der Erforschung neuronaler Mechanismen, welche Navigationsfunktionalitäten zugrundeliegen, und bei der Erforschung neuronaler Plastizität, welche verknüpft ist mit der lebenslangen Flexibilität eines individuellen Verhaltensrepertoires.
N2  - Desert ants of the genus Cataglyphis have become model systems for the study of insect navigation. An age-related polyethism subdivides their colonies into interior workers and short-lived light-exposed foragers. While foraging in featureless and cluttered terrain over distances up to several hundred meters, the ants are able to precisely return back to their often inconspicuous nest entrance. They accomplish this enormous navigational performance by using a path integration system - including a polarization compass and an odometer - as their main navigational means in addition to landmark-dependent orientation and olfactory cues. C. fortis, being the focus of the present thesis, is endemic to the salt flats of western North Africa, which are completely avoided by other Cataglyphis species. The fact that Cataglyphis ants undergo a behavioral transition associated with drastically changing sensory demands makes these ants particularly interesting for studying synaptic plasticity in visual and olfactory brain centers. This thesis focuses on plastic changes in the mushroom bodies (MBs) - sensory integration centers supposed to be involved in learning and memory presumably including landmark learning - and in synaptic complexes belonging to the lateral accessory lobe (LAL) known to be a relay station in the polarization processing pathway. To investigate structural synaptic plasticity in the MBs of C. fortis, synaptic complexes (microglomeruli, MG) in the visual (collar) and olfactory (lip) input regions of the MB calyx were immunolabeled and their pre- and postsynaptic profiles were quantified. The results show that a volume increase of the MB calyx during behavioral transition is associated with a decrease of MG number - an effect called pruning - in the collar and, less pronounced, in the lip that goes along with dendritic expansion in MB intrinsic Kenyon cells. Light-exposure of dark-reared ants of different age classes revealed similar effects and dark-reared ants age-matched to foragers had MG numbers comparable to those of interior workers. The results indicate that the enormous structural synaptic plasticity of the MB calyx collar is primarily driven by visual experience rather than by an internal program. Ants aged artificially for up to one year expressed a similar plasticity indicating that the system remains flexible over the entire life-span. To investigate whether light-induced synaptic reorganization is reversible, experienced foragers were transferred back to darkness with the result that their MBs exhibit only some reverse-type characteristics, in particular differences in presynaptic synapsin expression. To investigate the structure of large synaptic complexes in the LAL of C. fortis and to detect potential structural changes, pre- and postsynaptic profiles in interior workers and foragers were immunolabeled and quantified by using confocal imaging and 3D-reconstruction. The results show that these complexes consist of postsynaptic processes located in a central region that is surrounded by a cup-like presynaptic profile. Tracer injections identified input and output tracts of the LAL: projection neurons from the anterior optic tubercle build connections with neurons projecting to the central complex. The behavioral transition is associated with an increase by ~13% of synaptic complexes suggesting that the polarization pathway may undergo some sort of calibration process. The structural features of these synaptic contacts indicate that they may serve a fast and reliable signal transmission in the polarization vision pathway. Behavioral analyses of C. fortis in the field revealed that the ants perform exploration runs including pirouette-like turns very close to the nest entrance for a period of up to two days, before they actually start their foraging activity. During these orientation runs the ants gather visual experience and might associate the nest entrance with specific landmarks or get entrained to other visual information like the polarization pattern, and, concomitantly adapt their neuronal circuitries to the upcoming challenges. Moreover, the pirouettes may serve to stimulate and calibrate the neuronal networks involved in the polarization compass pathway. Video recordings and analyses demonstrate that light experience enhanced the ants’ locomotor activity after three days of exposure. The fact that both the light-induced behavioral and neuronal changes in visual brain centers occur in the same time frame suggests that there may be a link between structural synaptic plasticity and the behavioral transition from interior tasks to outdoor foraging. Desert ants of the genus Cataglyphis possess remarkable visual navigation capabilities, but also employ olfactory cues for detecting nest and food sites. Using confocal imaging and 3D-reconstruction, potential adaptations in primary olfactory brain centers were analyzed by comparing the number, size and spatial arrangement of olfactory glomeruli in the antennal lobe of C. fortis, C. albicans, C. bicolor, C. rubra, and C. noda. Workers of all Cataglyphis species have smaller numbers of glomeruli compared to those of more olfactory-guided Formica species - a genus closely related to Cataglyphis - and to those previously found in other olfactory-guided ant species. C. fortis has the lowest number of glomeruli compared to all other species, but possesses a conspicuously enlarged glomerulus that is located close to the antennal nerve entrance. Males of C. fortis have a significantly smaller number of glomeruli compared to female workers and queens and a prominent male-specific macroglomerulus likely to be involved in sex pheromone communication. The behavioral significance of the enlarged glomerulus in female workers remains elusive. The fact that C. fortis inhabits microhabitats that are avoided by all other Cataglyphis species suggests that extreme ecological conditions may not only have resulted in adaptations of visual capabilities, but also in specializations of the olfactory system. The present thesis demonstrates that Cataglyphis is an excellent candidate for studying the neuronal mechanisms underlying navigational features and for studying neuronal plasticity associated with the ant’s lifelong flexibility of individual behavioral repertoires.
KW  - Neuroethologie
KW  - Plastizität
KW  - Cataglyphis
KW  - Visuelles System
KW  - Soziale Insekten
KW  - Synaptische Plastizität
KW  - Verhaltenplastizität
KW  - Pilzkörper
KW  - Mikroglomeruli
KW  - Antennallobus
KW  - synaptic plasticity
KW  - behavioral maturation
KW  - mushroom body
KW  - microglomeruli
KW  - antennal lobe
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85584
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TY  - THES
A1  - Jakob, Sissi
T1  - Molecular mechanisms of early-life stress in 5-Htt deficient mice: Gene x environment interactions and epigenetic programming
T1  - Molekulare Mechanismen von Entwicklungsstress bei 5-Htt defizienten Mäusen: Gen x Umwelt Interaktionen und epigenetische Programmierung
N2  - Early-life stress has been shown to influence the development of the brain and to increase the risk for psychiatric disorders later in life. Furthermore, variation in the human serotonin transporter (5-HTT, SLC6A4) gene is suggested to exert a modulating effect on the association between early-life stress and the risk for depression. At the basis of these gene x environment (G x E) interactions, epigenetic mechanisms, such as DNA-methylation, seem to represent the primary biological processes mediating early-life programming for stress susceptibility or resilience, respectively. The exact molecular mechanisms however remain to be elucidated, though. In the present study, we used two different stress paradigms to assess the molecular mechanisms mediating the relationship between early-life stress and disorders of emotion regulation later in life. First, a 5-Htt x prenatal stress (PS) paradigm was applied to investigate whether the effects of PS are dependent on the 5-Htt genotype. For this purpose, the effects of PS on cognition and anxiety- / depression-related behavior were examined using a maternal restraint stress paradigm of PS in C57BL/6 wild-type (WT) and heterozygous 5-Htt deficient (5-Htt+/-) mice. Additionally, in female offspring, a genome-wide hippocampal gene expression and DNA methylation profiling was performed using the Affymetrix GeneChip® Mouse Genome 430 2.0 Array and the AffymetrixGeneChip® Mouse Promoter 1.0R Array. Some of the resulting candidate genes were validated by quantitative real-time PCR. Further, the gene expression of these genes was measured in other brain regions of the PS animals as well as in the hippocampus of offspring of another, 5-Htt x perinatal stress (PeS) paradigm, in which pregnant and lactating females were stressed by an olfactory cue indicating infanticide. To assess resilience to PS and PeS, correlation studies between gene expression and behaviour were performed based on an initial performance-based LIMMA analysis of the gene expression microarray. 5-Htt+/- offspring of the PS paradigm showed enhanced memory performance and signs of reduced anxiety as compared to WT offspring. In contrast, exposure of 5-Htt+/- mice to PS was associated with increased depression-like behavior, an effect that tended to be more pronounced in female offspring. Further, 5-Htt genotype, PS and their interaction differentially affected the expression and DNA methylation of numerous genes and related pathways within the female hippocampus. Specifically, MAPK and neurotrophin signaling were regulated by both the 5-Htt+/- genotype and PS exposure, whereas cytokine and Wnt signaling were affected in a 5-Htt genotype x PS manner, indicating a gene x environment interaction at the molecular level. The candidate genes of the expression array could be validated and their expression patterns were partly consistent in the prefrontal cortex and striatum. Furthermore, the genotype effect of XIAP associated factor 1 (Xaf1) was also detected in the mice of the PeS paradigm. Concerning resilience, we found that the expression of growth hormone (Gh), prolactin (Prl) and fos-induced growth factor (Figf) were downregulated in WTPS mice that performed well in the forced swim test (FST). At the same time, the results indicated that Gh and Prl expression correlated positively with adrenal weight, whereas Figf expression correlated positively with basal corticosteron concentration, indicating an intricate relationship between depression-like behavior, hippocampal gene expression and the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis activity. Correlation studies in the PeS animals revealed a link between Gh / Prl expression and anxiety-like behavior. In conclusion, our data suggest that although the 5-Htt+/- genotype shows clear adaptive capacity, 5-Htt+/- mice, particularly females, appear to be more vulnerable to developmental stress exposure when compared to WT offspring. Moreover, hippocampal gene expression and DNA methylation profiles suggest that distinct epigenetic mechanisms at the molecular level mediate the behavioral effects of the 5-Htt genotype, PS exposure, and their interaction. Further, resilience to early-life stress might be conferred by genes whose expression is linked to HPA axis function.
N2  - Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass Stress während der Entwicklung die Gehirnentwicklung beinflusst und das Risiko an psychischen Störungen zu erkranken erhöht. Weiterhin wird vermutet, dass eine Variation im humanen Serotonintransportergen (5-HTT, SLC6A4) einen modulierenden Einfluss auf die Assoziation zwischen Entwicklungsstress und dem Risiko für Depression ausübt. Als Basis dieser Gene x Umwelt (GxE)-Interaktion scheinen epigenetische Mechanismen, wie DNA-Methylierung, die biologischen Prozesse darzustellen, die die Programmierung von Stressanfälligkeit oder Resilienz vermitteln. Die exakten molekularen Mechanismen sind jedoch noch unbekannt. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Stressparadigma verwendet um die molekularen Mechanismen zu klären, die Stress während der Entwicklung und emotionalen Störungen später im Leben zu Grunde liegen. Zuerst wurde ein 5-Htt x pränatales Stress (PS)-Paradigma verwendet um zu untersuchen, ob die Effekte von pränatalem Stress abhängig von dem 5-Htt Genotypen sind. Aus diesem Grund wurden die Effekte von PS auf Kognition, Angst- und Depressions-ähnliches Verhalten untersucht indem ein “maternal restraint stress”-Paradigma in C57BL/6-Wildtyp (WT) und heterozygoten 5-Htt defizienten (5-Htt+/-) Mäusen angewandt wurde. Zusätzlich wurde mit Hilfe des Affymetrix GeneChip® Mouse Genome 430 2.0 Arrays und des AffymetrixGeneChip® Mouse Promoter 1.0R Arrays bei den weiblichen Nachkommen ein Genexpressions- und DNA-Methylierungsprofil erstellt. Einige der daraus resultierenden Kandidatengene wurden mit quantitativer real-time PCR (qRT-PCR) validiert. Weiterhin wurde die Genexpression von diesen Genen auch in anderen Gehirnregionen der PS-Mäuse und im Hippocampus von Nachkommen aus einem perinatalem (PeS) Paradigma gemessen. In dem PeS-Paradigma wurden schwangere und stillende Weibchen durch einen olfaktorischen Stimulus, der Infantizid anzeigt, gestresst und die Nachkommen (WT und 5-Htt+/-) untersucht. Um PS- und PeS-Resilienz zu messen wurden Korrelationsstudien durchgeführt. Zuvor wurde eine LIMMA-Analyse, die auf dem Verhalten von den Mäusen im Forced swim-Test (FST) beruht, gerechnet. Im Vergleich zu WT Nachkommen zeigten 5-Htt+/- Nachkommen des PS-Paradigmas verbesserte Gedächtnisleistung und Zeichen von reduzierter Angst. Im Gegensatz dazu war PS-Exposition von 5-Htt+/- Mäusen mit erhöhtem Depressions-ähnlichem Verhalten assoziiert, ein Effekt, der tendenziell eher in den weiblichen Nachkommen auffiel. Weiterhin beeinflussten der 5-Htt-Genotyp, PS und die Interaktion von beiden die Genexpression und DNA-Methylierung zahlreicher Gene und damit verbundene Signalwege im weiblichen Hippocampus. Der MAPK- und Neurotrophin-Signalweg wurden zum Beispiel durch den 5-Htt-Genotyp und PS-Exposition reguliert, wohingegen der Zytokin-und Wnt-Signalweg in einer 5-Htt x PS Art beeinflusst wurden, was Gen x Umwelt-Interaktionen auf der molekularen Ebene andeutet. Die Kandidatengene konnten zumeist validiert werden und waren zum Teil auch im präfrontalen Kortex sowie im Striatum differentiell exprimiert. Weiterhin konnte der Genotypeffekt von XIAP associated factor 1 (Xaf1) in den Mäusen des PeS-Paradigmas nachgewiesen werden. Bezüglich der Resilienz konnten wir eine Herunterregulierung der Expression des Wachstumshormons (Gh), Prolaktins (Prl) und des fos-induzierten Wachstumsfaktors (Figf) in den WTPS-Mäusen detektieren, die eine gute Leistung im FST gezeigt haben. Gleichzeitig korrelierten die Gh- und Prl-Expression positiv mit dem Gewicht der Nebennieren, wohingegen die Figf-Expression mit dem basalen Kortikosteron-Konzentration positiv korrelierte, was eine komplizierte Beziehung zwischen Depressions-ähnlichem Verhalten, hippocampaler Genexpression und der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren (HPA)-Achsenaktivität andeutet. Korrelationsstudien über die PeS-Tiere deckten einen Link zwischen der Gh- und Prl-Expression und Angst-ähnlichem Verhalten auf. Schließlich lassen unsere Daten den Schluss zu, dass, auch wenn der 5-Htt-Genotyp eine klare adaptive Kapazität aufweist, die 5-Htt+/- Mäuse, insbesondere die Weibchen im Vergleich zu den WT-Mäusen eine erhöhte Vulnerabilität für Entwicklungsstress zu zeigen scheinen. Weiterhin könnten die hippocampale Genexpressions- und DNA-Methylierungsprofile darauf schließen lassen, dass epigenetische Mechanismen auf der molekularen Ebene die Verhaltenseffekte des 5-Htt Genotyps, PS-Exposition und ihrer Interaktion vermitteln. Darüber hinaus könnte Resilienz zu Entwicklungsstress durch Gene reguliert werden, die mit der HPA-Achsen-Funktion assoziiert sind.
KW  - Stressreaktion
KW  - Serotonin
KW  - Epigenetik
KW  - pränataler Stress
KW  - Serotonintransporter
KW  - Gen Umweltinteraktion
KW  - prenatal stress
KW  - serotonin transporter
KW  - gene environment interaction
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74150
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zheng, Peilin
T1  - Ptpn22 silencing in the NOD model of type 1 diabetes indicates the human susceptibility allele of PTPN22 is a gain-of-function variant
T1  - Ptpn22 knockdown im NOD Modell für Diabetes Typ 1 belegt einen Aktivitätsgewinn der humanen Krankheitsvariante
N2  - PTPN22 encodes the lymphoid tyrosine phosphatase Lyp that can dephosphorylate Lck, ZAP-70 and Fyn to attenuate TCR signaling. A single-nucleotide polymorphism (C1858T) causes a substitution from arginine (R) to tryptophan (W) at 620 residue (R620W). Lyp-620W has been confirmed as a susceptible allele in multiple autoimmune diseases, including type 1 diabetes (T1D). Several independent studies proposed that the disease-associated allele is a gain-of-function variant. However, a recent report found that in human cells and a knockin mouse containing the R620W homolog that Ptpn22 protein degradation is accelerated, indicating Lyp-620W is a loss-of-function variant. Whether Lyp R620W is a gain- or loss-of-function variant remains controversial. To resolve this issue, we generated two lines (P2 and P4) of nonobese diabetic (NOD) mice in which Ptpn22 can be inducibly silenced by RNAi. We found long term silencing of Ptpn22 increased spleen cellularity and regulatory T (Treg) cell numbers, replicating the effect of gene deletion reported in the knockout (KO) B6 mice. Notably, Ptpn22 silencing also increased the reactivity and apoptotic behavior of B lymphocytes, which is consistent with the reduced reactivity and apoptosis of human B cells carrying the alleged gain-of-function PTPN22 allele. Furthermore, loss of Ptpn22 protected P2 KD mice from spontaneous and Cyclophosphamide (CY) induced diabetes. Our data support the notion that Lyp-620W is a gain-of-function variant. Moreover, Lyp may be a valuable target for the treatment of autoimmune diseases.
N2  - PTPN22 kodiert die lymphoid tyrosine phosphatase Lyp, die Lck, ZAP-70 und Fyn dephosphorilieren kann, um T Zell Rezeptor Signale zu vermindern. Ein Polymorphismus (C1858T) verursacht einen Aminosäurenaustausch auf Position 620 von Arginin zu Tryptophan (R620W). Lyp-620W erhöht das Risiko einer Vielfalt von Autoimmunerkrankungen, darunter auch Diabetes Typ 1 (T1D). Mehrere Studien haben belegt, dass dieses Krankheitsallel die Funktion von Lyp verstärkt. Eine neuere Studie hat andererseits gezeigt, dass die R620W Variante schneller degradiert wird, was bedeuten würde, dass das C1858T Allel einen Funktionsverlust verursachen könnte. Ob Lyp R620W die Funktion dieser Phosphatase erhöht oder mindert bleibt demnach bis jetzt ungewiss. Um diese Frage zu klären haben wir zwei transgene Mauslinien (P2 und P4) im diabetischen Hintergrund der NOD Maus generiert, in denen Ptpn22 auf induzierbare Weise durch RNAi gehemmt werden kann. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die langfristige Hemmung von Ptpn22 zu einer Zunahme der Milzzellularität und der Anzahl regulatorischer T Zellen führt, was dem Phänotyp des Ptpn22 knockout im B6 Hintergrund entspricht. Bemerkenswert ist, dass die Hemmung von Ptpn22 auch zu einer Zunahme der Reaktivität und des apoptotischen Verhaltens von B Lymphozyten führt, also dem entgegengesetzten Phänotypen, der in menschlichen B Zellen beobachtet wurde, die das Krankheitsallel exprimierten. Zusätzlich konnte die Ptpn22 Inhibierung NOD Mäuse vor spontanem und Cyclophosphamid-induziertem Diabetes schützen. Unsere Daten unterstützen also die Hypothese, dass Lyp-620W eine stärkere Aktivität vorweist. Dies würde auch bedeuten, dass Ptpn22 möglicherweise zu therapeutischen Zwecken inhibiert werden könnte, um Autoimmunerkrankungen zu bekämpfen.
KW  - Diabetes mellitus
KW  - Typ 1
KW  - Genexpression
KW  - Ptpn22
KW  - Diabetes Typ 1
KW  - Type 1 diabetes
KW  - PTPN22
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73869
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TY  - THES
A1  - Waider, Jonas
T1  - The effects of serotonin deficiency in mice: Focus on the GABAergic system
T1  - Die Effekte einer Serotonindefizienz in der Maus: Das GABAerge System im Blickpunkt
N2  - Based on genetic association and functional imaging studies, reduced function of tryptophan hydroxylase-2 (TPH2) has been shown to be critically involved in the pathophysiology of anxiety-disorders and depression. In order to elucidate the impact of a complete neuronal 5-HT deficiency, mice with a targeted inactivation of the gene encoding Tph2 were generated. Interestingly, survival of Tph2-/- mice, the formation of serotonergic neurons and the pathfinding of their projections was not impaired. Within this thesis, I investigated the influence of 5-HT deficiency on the γ-amino butyric acid (GABA) system. The GABAergic system is implicated in the pathophysiology of anxiety disorders. Therefore, measurement of GABA concentrations in different limbic brain regions was carried out. These measurements were combined with immunohistochemical estimation of GABAergic cell subpopulations in the dorsal hippocampus and amygdala. In Tph2-/- mice GABA concentrations were increased exclusively in the dorsal hippocampus. In heterozygous Tph2+/- mice concentrations of GABA were increased in the amygdala compared to Tph2-/- and wt control mice, while the reverse was found in the prefrontal cortex. The changes in GABA concentrations were accompanied by altered cell density of GABAergic neurons within the basolateral complex of the amygdala and parvalbumin (PV) neurons of the dorsal hippocampus and by adaptational changes of 5-HT receptors. Thus, adaptive changes during the development on the GABA system may reflect altered anxiety-like and depressive-like behavior in adulthood. Moreover, chronic mild stress (CMS) rescues the depressive-like effects induced by 5-HT deficiency. In contrast, 5-HT is important in mediating an increased innate anxiety-like behavior under CMS conditions. This is in line with a proposed dual role of 5-HT acting through different mechanisms on anxiety and depressive-like behavior, which is influenced by gene-environment interaction effects. Further research is needed to disentangle these complex networks in the future.
N2  - Genomweite Assoziationsstudien in Kombination mit bildgebenden Studien zeigten, dass eine verringerte Funktion der Tryptophanhydroxylase-2 (Tph2) eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie von Angststörungen und Depression spielt. Jedoch sind die einer Angststörung oder Depression zugrundeliegenden genauen Mechanismen noch nicht verstanden. Um den Einfluss einer 5-HT Defizienz zu untersuchen, wurden Tph2 ablatierte (Tph2-/-) Mäuse mittels zielgerichteter Mutagenese generiert. Der Verlust des Tph2 Gens hatte interessanterweise keinen Einfluss auf die Entwicklung vormals serotonerger Neurone und das Überleben der Tiere. In vorherigen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass 5-HT das GABAerge System, welches in der Pathophysiologie von Angststörungen eine zentrale Rolle spielt, in seiner Entwicklung beeinflusst. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit in verschiedenen Gehirnregionen des limbischen Systems Konzentrationen von GABA gemessen. Außerdem wurden mittels immunhistologischer Untersuchungen die Auswirkungen einer 5-HT Defizienz auf GABAerge Neuronenpopulationen hin untersucht. In Tph2-/- Mäusen wurden erhöhte Konzentrationen im Vergleich zu Tph2+/- und wt Kontrollen von GABA im Hippocampus festgestellt. In der Amygdala zeigten die Tph2+/- Mäuse dagegen eine erhöhte Konzentration von GABA. Dieser Effekt auf Tph2+/- Mäuse war umgekehrt im PFC Kortex zu finden, der erniedrigte GABA Konzentrationen in Tph2+/- aufwies. Die Veränderungen auf der neurochemischen Ebene wurden begleitet von veränderten GABAergen Zelldichten im basolateralen Komplex der Amygdala und parvalbuminergen GABAergen Neuronen in der CA3 Region des dorsalen hippocampus. Zudem waren 5-HT1A Rezeptoren und ihre Signalwege hochreguliert. Es scheint, dass der Verlust von 5-HT adaptive Veränderungen in der Entwicklung auf das GABAerge System zur Folge hat und die Basis für verändertes angstähnliches und depressionsähnliches Verhalten im Erwachsenenalter darstellt. Zusätzlich scheint eine 5-HT Defizienz den depressiven Phänotyp im Porsolt Test auszugleichen. Demgegenüber scheint 5-HT wichtig für ein erhöhtes angstähnliches Verhalten unter CMS Bedingungen zu sein. Dies unterstützt die Hypothese einer Doppelrolle von 5-HT innerhalb von Signalwegen und Mechanismen des angst- und depressionsähnlichem Verhalten, die durch Umweltfaktoren wie Stress stark beeinflusst werden. Um den Patienten noch besser helfen zu können erfordert dies in der Zukunft weiterhin eine fundierte Entschlüsselung der dahinter verborgenen Mechanismen.
KW  - Knockout <Molekulargenetik>
KW  - Serotonin
KW  - Maus
KW  - Knockout-Maus
KW  - GABA
KW  - serotonin deficiency
KW  - GABA
KW  - knockout-mice
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74565
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TY  - THES
A1  - Aminake, Makoah Nigel
T1  - Towards malaria combination therapy: Characterization of hybrid molecules for HIV/malaria combination therapy and of thiostrepton as a proteasome-targeting antibiotic with a dual mode of action
T1  - Die Entwicklung von Malaria-Kombinationstherapien: Die Charakterisierung von Hybridmolekülen für eine HIV/Malaria-Kombinationstherapie und von Thiostrepton als ein gegen das Proteasom-gerichtetes Antibiotikum mit dualem Wirkmodus
N2  - Malaria and HIV are among the most important global health problems of our time and together are responsible for approximately 3 million deaths annually. These two diseases overlap in many regions of the world including sub-Saharan Africa, Southeast Asia and South America, leading to a higher risk of co-infection. In this study, we generated and characterized hybrid molecules to target P. falciparum and HIV simultaneously for a potential HIV/malaria combination therapy. Hybrid molecules were synthesized by covalent fusion between azidothymidine (AZT) and dihydroartemisinin (DHA), tetraoxane or chloroquine (CQ); and a small library was generated and tested for antiviral and antimalarial activity. Our data suggest that dihyate is the most potent molecule in vitro, with antiplasmodial activity comparable to that of DHA (IC50 = 26 nM, SI > 3000), a moderate activity against HIV (IC50 = 2.9 µM; SI > 35) and safe to HeLa cells at concentrations used in the assay (CC50 > 100 µM). Pharmacokinetic studies further revealed that dihyate is metabolically unstable and is cleaved following an O-dealkylation once in contact with cytochrome P450 enzymes. The later further explains the uneffectiveness of dihyate against the CQ-sensitive P. berghei N strain in mice when administered by oral route at 20 mg/kg. Here, we report on a first approach to develop antimalarial/anti-HIV hybrid molecules and future optimization efforts will aim at producing second generation hybrid molecules to improve activity against HIV as well as compound bioavailability. With the emergence of resistant parasites against all the counterpart drugs of artemisinin derivatives used in artemisinin based combination therapies (ACTs), the introduction of antibiotics in the treatment of malaria has renewed interest on the identification of antibiotics with potent antimalarial properties. In this study we also investigated the antiplasmodial potential of thiostrepton and derivatives, synthesized using combinations of tail truncation, oxidation, and addition of lipophilic thiols to the terminal dehydroamino acid. We showed that derivatives SS231 and SS234 exhibit a better antiplasmodial activity (IC50 = 1 µM SI > 59 and SI > 77 respectively) than thiostrepton (IC50 = 8.95 µM, SI = 1.7). The antiplasmodial activity of these derivatives was observed at concentrations which are not hemolytic and non-toxic to human cell lines. Thiostrepton and derivatives appeared to exhibit transmission blocking properties when administered at their IC50 or IC90 concentrations and our data also showed that they attenuate proteasome activity of Plasmodium, which resulted in an accumulation of ubiquitinated proteins after incubation with their IC80 concentrations. Our results indicate that the parasite’s proteasome could be an attractive target for therapeutic intervention. In this regard, thiostrepton derivatives are promising candidates by dually acting on two independent targets, the proteasome and the apicoplast, with the capacity to eliminate both intraerythrocytic asexual and transmission stages of the parasite. To further support our findings, we evaluated the activity of a new class of antimalarial and proteasome inhibitors namely peptidyl sulfonyl fluorides on gametocyte maturation and analogues AJ34 and AJ38 were able to completely suppress gametocytogenesis at IC50 concentrations (0.23 µM and 0.17 µM respectively) suggesting a strong transmission blocking potential. The proteasome, a major proteolytic complex, responsible for the degradation and re-cycling of non-functional proteins has been studied only indirectly in P. falciparum. In addition, an apparent proteasome-like protein with similarity to bacterial ClpQ/hslV threonine-peptidases was predicted in the parasite. Antibodies were generated against the proteasome subunits alpha type 5 (α5-SU), beta type 5 (β5-SU) and pfhslV in mice and we showed that the proteasome is expressed in both sexual and asexual blood stages of P. falciparum, where they localize in the nucleus and in the cytoplasm. However, expression of PfhslV was only observed in trophozoites and shizonts. The trafficking of the studied proteasome subunits was further investigated by generating parasites expressing GFP tagged proteins. The expression of α5-SU-GFP in transgenic parasite appeared to localize abundantly in the cytoplasm of all blood stages, and no additional information was obtained from this parasite line. In conclusion, our data highlight two new tools towards combination therapy. Hybrid molecules represent promising tools for the cure of co-infected individuals, while very potent antibiotics with a wide scope of activities could be useful in ACTs by eliminating resistant parasites and limiting transmission of both, resistances and disease.
N2  - Malaria und HIV gehören zu den wichtigsten weltweiten Gesundheitsproblemen unserer Zeit und verursachen jährlich zusammen fast drei Millionen Todesfälle. Das Verbreitungsgebiet beider Krankheit überschneidet sich in vielen Weltregionen wie Afrika südlich der Sahara, Südostasien und Südamerika, was zu einem erhöhten Risiko für Koinfektionen führt. Während der vorliegenden Arbeit stellten wir Hybridmoleküle her und charakterisierten diese in Bezug auf ihre gleichzeitige Wirksamkeit gegen P. falciparum und HIV mit dem Ziel einer möglichen Kombinationstherapie gegen beide Krankheiten. Diese Hybridmoleküle wurden durch kovalente Verbindung von Azidothymidin (AZT) mit Dihydroartemisinin (DHA), Tetraoxan und Chloroquin (CQ) hergestellt. Die dabei hergestellte kleine Molekülsammlung wurde auf antivirale Wirkung und Wirkung gegen Malaria getestet. In vitro ist, gemäß unserer Daten, Dihyate das wirksamste Molekül, mit einer dem DHA vergleichbaren Wirksamkeit gegen Plasmodium (IC50 = 26 nM, SI > 3000), einer mittelmäßigen Wirksamkeit gegen HIV (IC50 = 2.9 µM; SI > 35) und keiner Wirkung auf HeLa-Zellen bei den im Versuch verwendeten Konzentrationen (CC50 > 100 µM). Weiterhin ergaben pharmakokinetische Studien, dass Dihyate metabolisch instabil ist und nach einer O-Dealkylierung gespalten wird, sobald es in Kontakt mit Cytochrom P450 Enzymen kommt. Dies erklärt auch die Unwirksamkeit von Dihyate gegen dem CQ-sensitiven P. berghei N Stamm im Mausversuch bei oraler Gabe von 20mg/kg. Wir berichten hier von einem ersten Ansatz Hybridmoleküle gegen Malaria/ HIV zu entwickeln. Zukünftige Verbesserungen werden darauf abzielen Hybridmoleküle der zweiten Generation herzustellen um sowohl die Wirksamkeit gegen HIV als auch die Bioverfügbarkeit zu verbessern. Auf Grund der Entwicklung von Resistenzen gegenüber sämtliche Substanzen, die zusammen mit Artemisinin in Kombinationstherapien genutzt werden, hat die Verwendung von Antibiotika bei der Behandlung der Malaria das Interesse daran neu geweckt, Antibiotika mit starker Wirksamkeit gegenüber Plasmodium aufzuspüren. Während der vorliegenden Studie untersuchten wir die Wirksamkeit von Thiostrepton und seinen Derivaten gegenüber Plasmodium. Diese Derivate wurden durch Kombinationen von Verkürzung der Seitenkette, Oxidation und der Anbringung von lipophilen Thiolen an die endständige Dehydroaminosäure hergestellt. Wir konnten zeigen, dass die Derivate SS231 und SS234 (IC50 = 1 µM SI > 59 und SI > 77) eine bessere Wirksamkeit gegen Plasmodium besitzen als Thiostrepton (IC50 = 8.95 µM, SI = 1.7). Diese Wirksamkeit konnte bei Konzentrationen beobachtet werden, die nicht hämolytisch sind und ungiftig gegenüber menschlichen Zelllinien. Thiostrepton und seine Derivate zeigten transmissionsblockierende Eigenschaften, wenn sie in Konzentrationen, die ihren IC50- oder IC90-Werten entsprachen, eingesetzt wurden. Unsere Daten zeigen auch, dass diese Substanzen die Aktivität des Proteasoms von Plasmodium abschwächen, was zu einer Anreicherung von ubiquitinierten Proteinen führte, wenn die Parasiten mit den Substanzen in IC80-Konzentrationen inkubiert wurden. Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass das Proteasom ein attraktives Ziel für therapeutische Maßnahmen sein kann. In diesem Zusammenhang sind die Derivate des Thiostreptons vielversprechende Kandidaten, da sie gleichzeitig an zwei unabhängigen Zielstrukturen angreifen, dem Proteasom und dem Apicoplasten und die Fähigkeit besitzen, sowohl die asexuellen Blutstadien als auch diejenigen Blutstadien, die für die Weitergabe des Parasiten verantwortlich sind, zu beseitigen. Um unsere Ergebnisse weiter zu untermauern, untersuchten wir die Wirkung von Peptidyl-Sulfonyl-Fluoriden, einer neuen Klasse von Substanzen mit Wirksamkeit gegen Malaria und hemmender Wirkung gegenüber dem Proteasom auf die Reifung von Gametozyten. Die Substanzen AJ34 und AJ38 unterdrückten die Bildung von Gametozyten vollständig, wenn sie in Konzentrationen, die ihren IC50-Werten (0.23 µM und 0.17 µM) entsprachen, eingesetzt wurden. Dies spricht für ein starkes transmissionsblockierendes Potential dieser Substanzen. Das Proteasom, ein bedeutender proteinabbauender Komplex, der für den Abbau und die Wiedergewinnung nicht funktioneller Proteine verantwortlich ist, wurde bisher nur indirekt in P. falciparum untersucht. Zusätzlich wurde die Existenz eines, dem Proteasom-ähnlichen, Proteins mit Ähnlichkeiten zu bakteriellen ClpQ/hslV Threonin-Peptidasen in Plasmodium vermutet. Gegen die Untereinheiten alpha 5 (α5-SU), beta 5 (β5-SU) und gegen pfhslV wurden in Mäusen Antikörper generiert. Mit diesen konnten wir zeigen, dass das Proteasom sowohl in den asexuellen als auch in den sexuellen Blutstadien von P. falciparum exprimiert wird und im Zellkern und im Zytoplasma lokalisiert sind. Die Expression von PfhslV konnte jedoch nur in Trophozoiten und Schizonten beobachtet werden. Der Transport der Proteasomuntereinheiten wurde weiterhin durch die Herstellung von transgenen Parasiten, die GFP-markierte Proteine bilden, untersucht. Die Expression von α5-SU-GFP in transgenen Parasiten schien im Zytoplasma aller Blutstadien lokalisiert zu sein, wobei durch diese Parasiten keine zusätzlichen Informationen gewonnen werden konnten. Zusammengefasst sprechen unsere Daten für zwei neue Werkzeuge für Kombinationstherapien. Hybridmoleküle sind vielversprechende Werkzeuge zur Heilung von gleichzeitig mit Malaria und HIV infizierten Patienten. Sehr wirksame Antibiotika mit einem breiten Wirkungsspektrum könnten in Artemisinin-Kombinationstherapien nützlich werden, wenn es darum geht, resistente Parasiten zu beseitigen und die Übertragung sowohl der Resistenz als auch der Krankheit zu verringern.
KW  - Malaria
KW  - HIV
KW  - Thiostrepton
KW  - Arzneimitteldesign
KW  - Malaria
KW  - HIV
KW  - co-infection
KW  - drug
KW  - screening
KW  - hybrid
KW  - proteasome
KW  - thiostrepton
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71841
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TY  - THES
A1  - Oschatz, Chris Tina
T1  - Mechanisms and functions of the mast cell-activated contact system in inflammatory reactions
T1  - Mechanismen und Funktionen des Mastzell-aktivierten Kontaktsystems für Entzündungsreaktionen
N2  - SUMMARY Mast cell activation in allergic and inflammatory disease causes increased vascular permeability and edema. This thesis identifies a paracrine mechanism, by which heparin released from intracellular granules, is involved in mast cell-evoked alteration of endothelial barrier function in vivo. Negatively charged heparin initiated factor XII-driven contact activation. Activated factor XII triggered the formation of the inflammatory mediator bradykinin in plasma. Congenital deficiency and pharmacological targeting of factor XII and kinin B2 receptor provided protection from mast cell-heparin-induced leukocyte-endothelial adhesion and hypotension in rats and mice. Intravital laser scanning microscopy and tracer measurements showed that heparin increased leakage with fluid extravasation in skin microvessels in mice. Deficiency in factor XII or kinin B2 receptor conferred resistance to heparin-induced skin edema and largely protected mice from endothelial barrier dysfunction, caused by allergen-induced mast cell activation and anaphylactic reactions. In contrast, heparin and mast cell activation caused excessive edema formation in mice, deficient in the major inhibitor of factor XII, C1 esterase inhibitor. Hereditary angioedema patients, lacking C1 esterase inhibitor, suffered from allergeninduced edema. The data indicate that mast cell-heparin-initiated bradykinin formation plays a fundamental role in defective barrier function of pathological mast cell-mediated inflammation, hypotension and edema formation.
N2  - ZUSAMMENFASSUNG Aktivierte Mastzellen sind bei Allergien und Entzündungskrankheiten an der Ödembildung beteiligt. Diese Arbeit zeigt, wie von aktivierten Mastzellen freigesetztes Heparin die Gefäßpermeabilität erhöht. Mastzell-Heparin aktiviert im Plasma den Blutgerinnungsfaktor XII. Aktiver Faktor XII startet die Bildung des Entzündungsmediators Bradykinin durch Plasmakallikrein-vermittelte Spaltung von hochmolekularem Kininogen. Bradykinin führt zur Ödembildung und Vasodilatation. Bei Ratten und Mäusen blockieren Faktor XII- oder Kinin B2 Rezeptor-Inhibitoren die Heparin-induzierte und Bradykinin-vermittelte Leukozyten-Endothel Adhäsion und den arteriellen Blutdruckabfall. Um den Heparin-vermittelten Flüssigkeitsaustritt aus Mikrogefäßen in der Haut von Mäusen zu analysieren, wurde eine intravitale konfokale Mikroskopietechnik etabliert. Genetische Inaktivierung oder pharmakologische Blockierung von Faktor XII oder Kinin B2 Rezeptoren hemmen den Heparinvermittelten Flüssigkeitsaustritt. Sowohl in systemischen als auch in cutanen passiven Anaphylaxiemodellen waren Faktor XII- und Kinin B2 Rezeptor-defiziente Mäuse vor Allergen-induzierten Ödemen und anaphylaktischen Reaktionen geschützt. Im Gegensatz dazu führte eine Allergenexposition zu einer überschiessenden Ödembildung in C1 Esterase Inhibitor-defizienten Mäusen, bei denen das Gen für den wichtigsten Inhibitor von Faktor XII inaktiviert wurde. Bei Hereditären Angioödem- Patienten, denen funktionaler C1 Esterase Inhibitor fehlt, lösen allergischen Reaktionen Ödemattacken aus. Zusammenfassend zeigen diese Daten erstmals, dass die durch Heparin gestartet Bradykinin-Bildung, eine bedeutende Rolle bei der fehlerhaften Barrierenfunktion der pathologischen Mastzell-vermittelten Entzündungen, Blutdruckabfall und Ödembildung spielt.
KW  - Heparin
KW  - Allergie
KW  - Mastzelle
KW  - Gerinnungsfaktor XII
KW  - Allergie
KW  - Faktor XII
KW  - Heparin
KW  - Mast cells
KW  - Allergy
KW  - Factor XII
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71539
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TY  - THES
A1  - Sandwick, Sarah
T1  - Suppression of Experimental Autoimmune-Encephalomyelitis by Myeloid-Derived Suppressor Cells
T1  - Suppression der Experimentellen Autoimmun-Enzephalomyelitis durch Myeloide Suppressorzellen
N2  - Autoimmune diseases, unwanted overshooting immune responses against self antigens, are due to an imbalance in immunity and tolerance. Although negatively impacting cancer prognosis, myeloid derived suppressor cells (MDSC), with their potent suppressive capabilities, might be applicable in a more beneficial light when applied in to autoimmunity. As previous shown MDSC have protective roles in Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) (Zhu et al., 2007), the established inducible mouse model for the autoimmune disease multiple sclerosis (MS). This decrease in disease severity indicates in vitro generated immature myeloid cells (IMC) from bone marrow (BM) as precursors of MDSC are promising candidates for cellular therapy. Important to any cellular therapy by adoptive transfer, the major questions regarding IMC efficacy was addressed within the thesis. This thesis attempts to elucidate how IMC operate in EAE. This thesis defines the factors within the autoimmune microenvironment that lead to the activation of MDSC, where IMC home once delivered in vivo, and the protective mechanisms BMIMC employ. To emulate BM cells when they first enter circulation through the blood, IMC were injected intravenously (i.v.). IMC are protective with no regard to the various routes delivered (i.v., i.p.). They protect to a lesser extent when pre-activated before injection. IMC suppress by causing a delay and/or by decreasing the severity of the disease via a mechanism yet determined. To understand the migration pattern of IMC after i.v. injection, in vivo kinetics experiments employing bioluminescence imaging were performed. This techinique allows for whole in vivo mouse imaging daily, allowing the tracking of cell migration over days within a single mouse. During steady-state, BMIMC circulate and appear to accumulate in the spleen by day 4 after injection, whereas they alternatively home to inflammatory sites (immunization site), draining lymph nodes, and the spleen within mice with low grade EAE. Visualization of CMDiI-labelled BMIMC by fluorescence microscopy could locate IMC injected cells outside the white pulp, as they were colocalizing in the regions stained with CD169 or outside, but not within the follicles of spleens on day 4. Consistant with these findings, the attempt to analyze the phenotype of these cells by flow cytometry was problematic as these cells seem to adhere strongly to collagen also indicating the cells are located in the collagenous area of the marginal zone and the red pulp.To determine factors influencing MDSC activation, we utilized different stimuli through a high throughput method detecting release of nitric oxide (NO). Extracts from yeast, fungi, and bacteria were observed to activate MDSC to produce nitric oxide. Surprisingly, material mimicking viral DNA (CpG) and RNA (poly I:C), and several self glycolipids, could not activate the MDSC to produce NO. Upon attempts to understand synergistic effects between microbial pathogens and host cytokines, IFNg was determined to boost the signal of pathogen stimuli, whereas IL17, another cytokine which causes pathology during EAE, and IFNb, a drug used in therapy to treat MS, did not cause any additional effects. Activation of MDSC was determined by the microbial pathogens components LPS, curdlan, and zymosan, to induce upregulation of B7H1 on the cell surface. MDSC did not increase any co-stimulatory markers, such as CD40, CD80, CD86, CD70, or the co-inhibitory marker, PDL2. On day 1 after EAE induction, endogenous MDSC populations when stimulated showed an increase in B7H1 expression and a downregulation of CD80. After further analysis, these cells were concluded to be mostly granulocytic cells (Ly6G+). As the B7H1 ligand PD1 is upregulated in chronic diseases and correlates to an exhausted phenotype, the PD1 : B7H1 interaction was a good candidate for the mechanism our cells may employ for their suppressive capacity. To investigate this interaction, fixed BM-IMC deficient in B7H1 were incubated with restimulated memory T cells. IMC deficient in B7H1 resulted in a significant loss of T cell suppression, as compared to the wildtype control BMIMC. To assess this interaction in vivo, we injected wildtype (WT) and B7H1-/- IMC into mice followed by induction of EAE to assess whether B7H1 mediated this suppression. The lack of B7H1 did not alter their suppressive capacity under these conditions, contrary to other findings which have described this interaction to be important in their suppressive capacity when administered post EAE induction (Ioannou et al., 2012). Interestingly, EAE mice pre-treated with IMC had similar amounts of cytokine production in the CNS after restimulation. Spleens from IMC injected mice had increased amounts of Arg-1 suggesting suppression is via oxidation or recruitment by soluble mediators may lead to this protection. We speculate this may inhibit T cell reactivation in the CNS.
N2  - Autoimmunerkrankungen, unerwünschte, überschießende Immunantworten gegen Selbstantigene, resultieren aus einem Ungleichgewicht von Immunität und Toleranz. Obwohl sie einen negativen Einfluss auf Tumorerkrankungen haben, könnten Myeloide Suppressorzellen (MDSC) durch ihre potenten immunsuppressiven Eigenschaften, in einem besseren Licht bei Anwendung gegen Autoimmunerkrankungen erscheinen. Wie zuvor gezeigt, können MDSC eine protektive Rolle bei der Experimentellen Autoimmunenzephalomyelitis (EAE) entfalten, dem etablierten induzierbaren Mausmodel für die Autoimmunerkrankung Multiple Sklerose (MS). Die Verminderung der Erkrankungssymptome deutet darauf hin, dass in vitro aus Knochenmark generierte unreife myeloide Zellen (IMC) als Vorläufer von MDSC viel versprechende Kandidaten für eine Zelltherapie darstellen. Da für jede Art der Zelltherapie die Effektivität der transferierten Zellen eine entscheidende Rolle spielt, sollte in dieser Arbeit die Funktionalität von IMC untersucht werden. Diese Dissertation erarbeitet wie IMC bei der EAE funktionieren. Die Arbeit versucht die Faktoren innerhalb der AutoimmunMikroumgebung zu definieren, welche zur MDSC Aktivierung führen, wohin applizierte IMC in vivo wandern und welche protektiven Mechanismen IMC anwenden. Um nachzubilden, wie BM Zellen bei ihrem Eintritt in das Blut sich in der Zirkulation verhalten, wurden IMC intravenös injiziert. Die injizierten gemischten IMC verhielten sich protektiv, unabhängig von der Art der Injektion (iv, ip). Sie sind jedoch weniger protektiv, wenn sie voraktiviert injiziert wurden. IMC supprimieren auf eine Weise, dass sie eine Verzögerung und/oder Verminderung der Erkrankungssymptome bewirken, wobei die dafür zugrunde liegenden Mechanismen noch nicht definiert sind. Um die Wanderungsmuster der BMIMC nach iv Injektion zu verstehen, wurden in vivo Kinetikexperimente mittels der Biolumineszenz-Darstellung durchgeführt. Diese Technik erlaubt eine tägliche Betrachtung der gesamten lebenden Maus, so dass die Zell-Wanderungsmuster über Tage in derselben Maus aufgezeichnet werden können. Unter homöostatischen Bedingungen zirkulieren IMC bis sie nach 4 Tagen in der Milz akkumulieren, wogegen sie alternativ zu Entzündungsherden wandern (Immunisierungssstelle), in Lymphknoten und Milz in Mäusen mit milden EAE Symptomen. Deren Lokalisierung konnte durch Fluoreszenzmikroskopie von CMDiI-markierten IMC in der roten Pulpa der Milz an Tag 4 lokalisiert werden. In Übereinstimmung mit diesem Befund, waren durchflusszytometrische Phänotyp-Analysen problematisch, da die Zellen fest an Kollagenfasern gebunden schienen, was als weiterer Hinweis auf ihre Kollagenbindung dienen kann. Um Faktoren zur Aktivierung zu bestimmen, wurden verschiedene MDSC Stimuli benutzt und deren Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) mittels einer Hochdurchsatzmethode bestimmt. Es konnte nachgewiesen werden, dass Extrakte aus Hefen, Pilzen und Bakterien MDSC aktivieren und zur NO Produktion führen. Überraschenderweise konnten DNS (CpG) oder RNS-Bestandteile (Poly I:C) mit viralen Charakteristika oder verschiedenen Selbst-Glykolipide keine NO Freisetzung hervorrufen. Darüber hinaus konnte für das Zytokin IFNg eine wichtige verstärkende Rolle gezeigt werden, wobei ein anderes bei der EAE-Pathogenese beteiligte beteiligtes Zytokin, IL17, und auch IFNb, eine Substanz zur Therapie der MS, keinerlei Effekte zeigten. Untersuchungen nach MDSC-Aktivierung mit den mikrobiellen Komponenten LPS, Curdlan und Zymosan zeigten eine Hochregulation des B7H1 Moleküls auf der Zelloberfläche. Andere kostimulatorische Marker, wie CD40, CD80, CD86, CD70 oder der inhibitorische Marker PDL2 nahmen nicht zu. Einen Tag nach EAE-Induktion exprimierten auch die endogene MDSC Populationen nach Stimulation eine erhöhte B7H1 und eine erniedrigte CD80 Expression. Nach weiterer Analyse konnten diese Zellen überwiegend als granulozytär (Ly6G+) eingestuft werden. Da der B7H1-Ligand PD1 bei chronischen Erkrankungen hochreguliert wird, und mit einem verbrauchten Phänotyp korreliert, sollte die PD1:B7H1 Interaktion als guter Kandidat für den Suppressionsmechanismus untersucht werden. Fixierte B7H1-defiziente IMC wurden auf ihre Suppressorfunktion auf Gedächtnis-T-Zellen getestet. B7H1-defiziente IMC zeigten eine signifikant niedrigere Suppression, im Vergleich zu Wildtyp IMC. Um diese Interaktion in vivo zu untersuchen, wurden Wildtyp oder B7H1defiziente IMC in Mäuse injiziert und danach EAE induziert um auch hier eine B7H1-vermittelte Suppression nachzuweisen. Die Abwesenheit von B7H1 veränderte jedoch die suppressiven Eigenschaften unter diesen Bedingungen nicht, im Gegensatz zu anderen beschriebenen Befunden bei denen eine wichtige suppresive Rolle bei Injektion nach EAE-Induktion beschrieben wurde. Interessanterweise zeigten Mäuse, welche mit BMIMC vorbehandelt wurden, eine vergleichbare Zytokinfreisetzung im ZNS nach Restimulation. Milzen zeigten nach IMC Injektion auch erhöhte Mengen Arg-1 könnte dies auf eine Suppression durch oxidative Mediatoren hindeuten. Man kann also annehmen, dass so eine Reaktivierung der T Zellen im ZNS verhindert wird.
KW  - Encephalomyelitis
KW  - Autoaggressionskrankheit
KW  - Suppressorzelle
KW  - Myeloblast
KW  - Experimentellen Autoimmun-Enzephalomyelitis
KW  - Myeloide Suppressorzellen
KW  - myeloid derived suppressor cells
KW  - experimental autoimmune encephalomyelitis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72690
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zhang, Guoliang
T1  - Phytochemical Research on Two Ancistrocladus Species, Semi-Synthesis of Dimeric Naphthylisoquinoline Alkaloids, and Structure Optimization of Antitumoral Naphthoquinones
T1  - Phytochemische Untersuchungen an zwei Ancistrocladus-Arten, Semi-Synthese dimerer Naphthylisochinolin-Alkaloide und Strukturoptimierung von antitumoralen Naphthochinonen
N2  - Plant-derived natural products and their analogs continue to play an important role in the discovery of new drugs for the treatment of human diseases. Potentially promising representatives of secondary metabolites are the naphthylisoquinoline alkaloids, which show a broad range of activities against protozoan pathogens, such as plasmodia, leishmania, and trypanosoma. Due to the increasing resistance of those pathogens against current therapies, highly potent novel agents are still urgently needed. Thus, it is worthy to discover new naphthylisoquinoline alkaloids hopefully with pronounced bioactivities by isolation from plants or by synthesis. The naphthylisoquinoline alkaloids are biosynthetically related to another class of plant-derived products, the naphthoquinones, some of which have been recently found to display excellent anti-multiple myeloma activities without showing any cytotoxicities on normal blood cells. Multiple myeloma still remains incurable, although remissions may be induced with co-opted therapeutic treatments. Therefore, more potent naphthoquinones are urgently required, and can be obtained by isolation from plants or by synthesis. In detail, the results in this thesis are listed as follows: 1) Isolation and characterization of naphthylisoquinoline alkaloids from the stems of a Chinese Ancistrocladus tectorius species. Nine new naphthylisoquinoline alkaloids, named ancistectorine A1 (60), N-methylancistectorine A1 (61), ancistectorine A2 (62a), 5-epi-ancistectorine A2 (62b), 4'-O-demethylancistectorine A2 (63), ancistectorine A3 (64), ancistectorine B1 (65), ancistectorine C1 (66), and 5-epi-ancistrolikokine D (67) were isolated from the Chinese A. tectorius and fully characterized by chemical, spectroscopic, and chiroptical methods. Furthermore, the in vitro anti-infectious activities of 60-62 and 63-66 have been tested. Three of the metabolites, 61, 62a, and 62b, exhibited strong antiplasmodial activities against the strain K1 of P. falciparum without showing significant cytotoxicities. With IC50 values of 0.08, 0.07, and 0.03 μM, respectively, they were 37 times more active than the standard chloroquine (IC50 = 0.26 μM). Moreover, these three compounds displayed high antiplasmodial selectivity indexes ranging from 100 to 3300. According to the TDR/WHO guidelines, they could be considered as lead compounds. In addition, seven alkaloids, 69-74 (structures not shown here), were isolated from A. tectorius that were known, but new to the plant, together with another fourteen known compounds (of these, only the structures of the three main alkaloids, 5a, 5b, and 78 are shown here), which had been previously found in the plant. The three metabolites ancistrocladine (5a), hamatine (5b), and (+)-ancistrocline (78) were found to show no or moderate activities against the MM cell lines. 2) Isolation and characterization of naphthylisoquinoline alkaloids from the root bark of a new, botanically yet undescribed Congolese Ancistrocladus species. An unprecedented dimeric Dioncophyllaceae-type naphthylisoquinoline alkaloid, jozimine A2 (84), as first recognized by G. Bauckmann from an as yet undescribed Ancistrocladus species, was purified and characterized as part of this thesis. Its full structural assignment was achieved by spectroscopic and chiroptical methods, and further confirmed by an X-ray diffraction analysis, which had never succeeded for any other dimeric naphthylisoquinoline alkaloids before. Structurally, the dimer is composed of two identical 4'-O-demethyldioncophylline A halves, coupled through a sterically hindered central axis at C-3',3'' of the two naphthalene moieties. Pharmacologically, jozimine A2 (84) showed an extraordinary antiplasmodial activity (IC50 = 1.4 nM) against the strain NF54 of P. falciparum. Beside jozimine A2 (85), another new alkaloid, 6-O-demethylancistrobrevine C (84), and four known ones, ancistrocladine (5a), hamatine (5b), ancistrobrevine C (86), and dioncophylline A (6) were isolated from the Ancistrocladus species, the latter in a large quantity (~500 mg), showing that the plant produces Ancistrocladaceae-type, mixed-Ancistrocladaceae/Dioncophyllaceae-type, and Dioncophyllaceae-type naphthyl- isoquinoline alkaloids. Remarkably, it is one of the very few plants, like A. abbreviatus, and A. barteri, that simultaneously contain typical representatives of all the above three classes of alkaloids. 3) Semi-synthesis of jozimine A2 (85), 3'-epi-85, jozimine A3 (93) and other alkaloids from dioncophylline A (6). The dimeric naphthylisoquinoline alkaloids, jozimine A2 (85) and 3'-epi-85, constitute rewarding synthetic targets for a comparative analysis of their antiplasmodial activities and for a further confirmation of the assigned absolute configurations of the isolated natural product of 85. They were semi-synthesized in a four-step reaction sequence from dioncophylline A (6) in cooperation with T. Büttner. The key step was a biomimetic phenol-oxidative dimerization at C-3' of the N,O-dibenzylated derivative of 89 by utilizing Pb(OAc)4. This is the first time that the synthesis of such an extremely sterically hindered (four ortho-substituents) naphthylisoquinoline alkaloid – with three consecutive biaryl axes! – has been successfully achieved. A novel dimeric naphthylisoquinoline, jozimine A3 (93), bearing a 6',6''-central biaryl axis, was semi-synthesized from 5'-O-demethyldioncophylline A (90) by a similar biomimetic phenol-oxidative coupling reaction as a key step, by employing Ag2O. HPLC analysis with synthetic reference material of 3'-epi-85 and 93 for co-elution revealed that these two alkaloids clearly are not present in the crude extract of the Ancistrocladus species from which jozimine A2 (85) was isolated. This evidences that jozimine A2 (85) is very specifically biosynthesized by the plant with a high regio- and stereoslectivity. Remarkably, the two synthetic novel dimeric naphthylisoquinoline alkaloids 3'-epi-85 and 93 were found to display very good antiplasmodial activities, albeit weaker than that of the natural and semi-synthetic product 85. Additionally, the two compounds 3'-epi-85 and 93 possessed high or moderate selectivity indexes, which were much lower than that of 85. However, they can still be considered as new lead structures. Two unprecedented oxidative products of dioncophylline A, the diastereomeric dioncotetralones A (94a) and B (94b), were synthesized from dioncophylline A (6) in a one-step reaction. Remarkably, the aromatic properties in the “naphthalene” and the “isoquinoline” rings of 94a and 94b are partially lost and the “biaryl” axis has become a C,C-double bond, so that the two halves are nearly co-planar to each other, which has never been found among any natural or synthetic naphthylisoquinoline alkaloid. Their full structural characterization was accomplished by spectroscopic methods and quantum-chemical CD calculations (done by Y. Hemberger). The presumed reaction mechanism was proposed in this thesis. In addition, one of the two compounds, 94a, exhibited a highly antiplasmodial activity (IC50 = 0.09 μM) with low cytotoxicity, and thus, can be considered as a new promising lead structure. Its 2'-epi-isomer, 94b, was inactive, evidencing a significant effect of chirality on the bioactivity. Of a number of naphthylisoquinoline alkaloids tested against the multiple-myeloma cell lines, the three compounds, dioncophylline A (6), 4'-O-demethyldioncophylline A (89), and 5'-O-demethyldioncophylline A (90) showed excellent activities, even much stronger than dioncoquinones B (10), C (102), the epoxide 175, or the standard drug melphalan. 4) Isolation and characterization of bioactive naphthoquinones from cell cultures of Triphyophyllum peltatum. Three new naphthoquinones, dioncoquinones C (102), D (103), and E (104), the known 8-hydroxydroserone (105), which is new to this plant, and one new naphthol dimer, triphoquinol A (107), were isolated from cell cultures of T. peltatum in cooperation with A. Irmer. Dioncoquinone C (102) showed an excellent activity against the MM cells, very similar to that of the previously found dioncoquinone B (10), without showing any inhibitory effect on normal cells. The other three naphthoquinones, 103105, were inactive or only weakly active. 5) Establishment of a new strategy for a synthetic access to dioncoquinones B (10) and C (102) on a large scale for in vivo experiments and for the synthesis of their analogs for first SAR studies. Before the synthesis of dioncoquinone B (10) described in this thesis, two synthetic pathways had previously been established in our group. The third approach described here involved the preparation of the joint synthetic intermediate 42 with the previous two routes. The tertiary benzamide 135 was ortho-deprotonated by using s-BuLi/TMEDA, followed by transmetallation with MgBr2▪2Et2O, and reaction with 2-methylallyl bromide (139). It resulted in the formation of ortho-allyl benzamide 140, which was cyclized by using methyl lithium to afford the naphthol 42. This strategy proved to be the best among the established three approaches with regard to its very low number of steps and high yields. By starting with 136, this third strategy yielded the related bioactive natural product, dioncoquinone C (102), which was accessed by total synthesis for the first time. To identify the pharmacophore of the antitumoral naphthoquinones, a library of dioncoquinone B (10) and C (102) analogs were synthesized for in vitro testing. Among the numerous naphthoquinones tested, the synthetic 7-O-demethyldioncoquinone C (or 7-O-hydroxyldioncoquinone B) (145), constitutes another promising basic structure to develop a new anti-MM agent. Furthermore, preliminary SAR results evidence that the three hydroxy functions at C-3, C-5, and C-6 are essential for the biological properties as exemplarily shown through the compounds 10, 102, and 145. All other mixed OH/OMe- or completely OMe-substituted structures were entirely inactive. By a serendipity the expoxide 175 was found to display the best anti-MM activity of all the tested isolated metabolites from T. peltatum, the synthesized naphthoquinones, and their synthetic intermediates. Toxic effects of 175 on normal cells were not observed, in contrast to the high toxicities of all other epoxides. Thus, the anti-MM activity of 175 is of high selectivity. The preliminary SAR studies revealed that the 6-OMe group in 175 is required, thus differed with the above described naphthoquinones (where 6-OH is a requisite in 10, 102, and 145), which evidenced potentially different modes of action for these two classes of compounds. 6) The first attempted total synthesis of the new naturally occurring triphoquinone (187a), which was recently isolated from the root cultures of T. peltatum in our group. A novel naphthoquinone-naphthalene dimer, 187a (structure shown in Chapter 10), was isolated in small quantities from the root cultures of T. peltatum. Thus, its total synthesis was attempted for obtaining sufficient amounts for selected biotestings. The key step was planned to prepare the extremely sterically hindered (four ortho-substituents) binaphthalene 188 by a coupling reaction between the two 2-methylnaphthalene derivatives. Test reactions involving a system of two simplified 2-methylnaphthylboron species and 2-methylnaphthyl bromide proved the Buchwald ligand as most promising. The optimized conditions were then applied to the two true - highly oxygenated - coupling substrates, between the 2-methylnaphthylboron derivatives 210, 211, 213, or 214 and the 2-methylnaphthyl iodides (or bromides) 215 (206), 215 (206), 212 (205), or 212 (205), respectively. Unfortunately, this crucial step failed although various bases and solvent systems were tested. This could be due to the high electron density of the two coupling substrates, both bearing strongly OMOM/OMe-donating function groups. Therefore, a more powerful catalyst system or an alternative synthetic strategy must be explored for the total synthesis of 187a. 7) Phytochemical investigation of the Streptomyces strain RV-15 derived from a marine sponge. Cyclodysidins A-D (216-219), four new cyclic lipopeptides with a- and ß-amino acids, were isolated from the Streptomyces strain RV15 derived from a marine sponge by Dr. U. Abdelmohsen. Their structures were established as cyclo-(ß-AFA-Ser-Gln-Asn-Tyr-Asn-Ser-Thr) by spectroscopic analysis using 2D NMR techniques and CID-MS/MS in the course of this thesis. In conclusion, the present work contributes to the discovery of novel antiplasmodial naphthylisoquinoline alkaloids and antitumoral naphthoquinones, which will pave the way for future studies on these two classes of compounds.
N2  - Naturstoffe pflanzlichen Ursprungs und deren Derivate waren seit jeher eine wichtige Quelle für die Entdeckung neuer Arzneistoffe. Darunter stellen die Naphthylisochinolin-Alkaloide eine besonders bedeutsame Klasse an Sekundärmetaboliten dar, die gegen eine breite Vielfalt an pathogenen Protozoen, wie z.B. Plasmodien, Leishmanien und Trypanosomen, aktiv sind. Die zunehmende Resistenz dieser Krankheitserreger gegen vorhandene Therapeutika macht die Erschließung neuer hochwirksamer Substanzen – durch direkte Isolierung aus Pflanzenmaterial oder chemische Synthese – zu einer lohnenswerten Aufgabe. Kürzlich wurde entdeckt, dass Naphthochinone, eine biosynthetisch eng mit den Naphthylisochinolin-Alkaloiden verwandte Naturstoffklasse, exzellente Aktivitäten gegen das Multiple Myelom aufweist. Diese Krebserkrankung ist mit gegenwärtigen Arzneimitteln nicht heilbar, wenngleich unterstützende Therapeutika zu einer Remission führen können. Die Suche nach pharmakologisch wirksamen Naphthochinonen, mittels Isolierung aus Pflanzen oder durch chemische Synthese, ist daher dringend geboten. Die Ergebnisse dieser Arbeit umfassen im Detail die folgenden Teilbereiche: 1) Isolierung diverser Naphthylisochinolin-Alkaloide aus dem Stamm der chinesischen Ancistrocladus tectorius Spezies. Es Wurch neun neue Naphthylisochinlin-Alkaloide aus der in China beheimateten Pflanze A. tectorius. Diese umfassten die sechs 5,1'-gekuppelten Verbindungen Ancistectorin A1 (60), N-Methylancistectorin A1 (61), Ancistectorin A2 (62a), 5-epi-Ancistectorin A2 (62b), 4'-O-Demethylancistectorin A2 (63), Ancistectorin A3 (64), das 7,1'-gekuppelte Ancistectorin B1 (65), das 7,8'-verknüpfte Ancistectorin C1 (66), sowie das 5,8'-verknüpfte 5-epi-Ancistrolikokin D (65) die allesamt vollständig charakterisiert und auf ihre antiplasmodiale Aktivität untersucht wurden. Drei dieser Metabolite, 61, 62a, und 62b, zeigten eine starke antiplasmodiale Aktivität gegen den Stamm K1 von P. falciparum und dennoch keine signifikante Cytotoxizität. Mit IC50-Werten von 0.08, 0.07 und 0.03 μM waren sie 37 mal aktiver als der Standard Chloroquin (IC50 = 0.26 μM). Darüber hinaus verfügten diese drei Verbindungen über einen hohen antiplasmodialen Index von 100 bis 300. Laut WHO-Richtlinien können diese erfolgversprechenden Antimalaria-Wirkstoffe als neue Leitstrukturen angesehen werden. Des Weiteren wurden sieben bekannte Alkaloide, 69-74 (nicht abgebildet), erstmals aus A. tectorius isoliert. 14 weitere, aus dieser Pflanze bereits bekannte, Verbindungen (z.B. 5a, 5b, und 78) wurden ebenfalls gefunden. Die drei Hauptalkaloide Ancistrocladin (5a), Hamatin (5b) und (+)-Ancistroclin (78) hatten jedoch keine bzw. nur mäßige Aktivitäten gegen MM-Zelllinien. 2) Isolierung der Naphthylisochinolin-Alkaloide aus der Stammrinde einer neuen und botanisch noch unbeschriebenen, kongolesichen Ancistrocladus Spezies. Ein beispielloses dimeres Naphthylisochinolin-Alkaloid aus der Klasse der Dioncophyllaceae, Jozimin A2 (85), wurde aus einer bis dahin noch nicht beschriebenen Ancistrocladus Spezies in Zusammenarbeit mit G. Bauckmann isoliert. Mithilfe von spektroskopischen und chiroptischen Methoden erfolgte die vollständige Strukturaufklärung. Zum ersten Mal bei einem dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloid wurde darüber hinaus dessen Struktur mittels Röntgenstrukturanalyse verifiziert. Die Struktur weist zwei identische miteinander verknüpfte 4'-O-Demethyldioncophyllin A Hälften auf, die in den Naphthalin-Einheiten an C-3' und C-3'' sterisch so stark gehindert sind, dass eine dritte rotationsstabile – und daher chirale – Achse vorliegt. Jozimin A2 (85) ragt pharmakologisch betrachtet durch die beste bis dahin gemessene antiplasmodiale Aktivität (IC50 = 1.4 nM, P. falciparum NF54) aller natürlichen monomeren und dimeren Naphthylisochinoline heraus. Neben Jozimin A2 (85) wurde ein weiteres neues Alkaloid, 6-O-Demethylancistrobrevin C (84), und die vier bekannten Monomere Ancistrocladin (5a), Hamatin (5b), Dioncophyllin A (6), und Ancistrobrevin C (86) aus dieser Ancistrocladus Spezies isoliert. Man konnte zeigen, dass die Pflanze Naphthylisochinolin-Alkaloide vom Ancistrocladaceae Typ, vom gemischten Ancistrocladaceae/Dioncophyllaceae Typ und vom Dioncophyllaceae Typ produziert. Dies ist umso bemerkenswerter, als dass nur wenige Pflanzen wie A. abbreviatus und A. barteri bekannt sind, die typische Vertreter aller drei Alkaloid-Klassen beinhalten. 3) Semi-Synthese des dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloids Jozimine A2 (85) und seiner Derivate. Aufgrund seiner exzellenten antiplasmodialen Aktivität stellte das Naphthylisochinolin-Alkaloid Jozimin A2 (85), eine lohneswerte Zielstruktur für eine Synthese dar. Die Verbindung wurde durch Semisynthese in vier Stufen aus Dioncophyllin A (6) in Zusammenarbeit mit T. Büttner erschlossen. Als Schlüsselschritt erwies sich die biomimetische, oxidative Kupplung von 89 an C-3’ unter Verwendung von Pb(OAc)4. Der Aufbau einer solch sterisch gehinderten, zentralen Achse mit vier ortho-Substituenten wurde zum ersten Mal an Naphthylisochinolin-Alkaloiden erfolgreich durchgeführt. Zusammen mit Jozimin A2 (85) erhielt man sein 3',3''-Atropisomer 3'-epi-85. Parallel dazu wurde Jozimine A3 (93) dargestellt, dessen 6',6''-Zentral-Achse ebenfalls ausgehend von Dioncophyllin A (6) in einer Schlüsselsequenz mittels Ag2O aufgebaut wurde. HPLC-Coelutionsexperimente der synthetisch erhaltenen Verbindungen 3'-epi-85 und 93 zeigten zweifelsfrei, dass die beiden Alkaloide nicht im Rohextrakt der bisher unbestimmten Ancistrocladus-Art, aus welcher Jozimin A2 (85) isoliert wurde, vorhanden waren. Die Biosynthese von 85 erfolgt in der Pflanze offensichtlich mit hoher Spezifität. Die neuen synthetisch hergestellten, dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloide 3'-epi-85 und 93 zeigten sehr gute, wenn auch im Vergleich zum natürlichen und semi-synthetisch erhaltenen 85 schwächere, antiplasmodiale Aktivitäten. Desweiteren besitzen die beiden Verbindungen 3'-epi-85 und 93 hohe bzw. moderate Selektivitäts-Indices, welche allerdings weit unter dem Wert von 85 liegen. Nichtsdestotrotz können sie als neue Leitstrukturen betrachtet werden. Im Verlauf der Synthese von Jozimin A2-Derivaten wurden des weiteren die zwei unbekannten Diastereoisomere, Dioncophynon A (94a) and B (94b), synthetisiert. Man erhielt diese in einer Stufe aus Dioncophyllin A (6). Die Strukturen von 94a und 94b zeichneten sich durch einen partiellen Verlust der Aromatizität am Naphthalin-Ring und eine C,C-Doppelbindung an der früheren Biarylachse aus. Die gefundenen Strukturmotive waren bis dahin weder von natürlichen noch von synthetischen Naphthylisochinolinen bekannt. Die vollständige Charakterisierung gelang durch spektroskopische Methoden und quantenchemische CD-Berechnungen (Y. Hemberger). Ein möglicher Mechanismus zur Bildung dieser Moleküle wurde ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt. Darüber hinaus zeigte eine dieser Verbindungen, 94a, eine hohe antiplasmodiale Aktivität (IC50 = 0.09 μM) bei gleichzeitig nur geringer Toxizität und konnte daher als vielversprechende Leitstruktur betrachtet werden. Dagegen war 94b inaktiv, was den signifikanten Effekt stereogener Elemente auf die Bioaktivität unterstrich. Aus einer ganzen Reihe von Naphthylisochinolin-Alkaloiden, die bzgl. ihrer Aktivität gegen das Multiple Myelom getestet wurden, zeigten v.a. drei Verbindungen, nämlich Dioncophyllin A (6), 4'-O-Demethyldioncophyllin A (89) und 5'-O-Demethyldioncophyllin A (90), exzellente Wirksamkeiten und übertrafen dabei sogar die Dioncochinone B (10) und C (102), das Epoxid 175 und die Referenzsubstanz Melphalan. 4) Isolierung der bioaktiven Naphthochinone aus Zellkulturen von Triphyophyllum peltatum. Drei neue Dioncochinone C (102), D (103) und E (104), das für diese Pflanze noch unbekannte 8-Hydroxydroseron (105) und ein neues Naphthalin-Dimer 107 wurden aus Zellkulturen von T. peltatum in Kooperation mit A. Irmer isoliert. Dioncochinon C (102) wies eine ausgezeichnete Aktivität gegen MM-Zellen, ähnlich zu der von Dioncochinon B, auf, wobei jedoch kein inhibierender Effekt auf normale Zellen beobachtet wurde. Die anderen drei Naphthochinone 103105 waren inaktiv oder nur sehr schwach aktiv gegenüber MM-Zellen. 5) Etablierung neuer Strategien für einen Zugang zu den Dioncochinonen B und C im großen Maßstab für In-vivo-Biotests sowie Synthese von Dioncochinon B-Analoga für SAR-Untersuchungen. Vor Beginn dieser Arbeiten zur Synthese von Dioncochinon B (10) existierten bereits zwei, in unserem Arbeitskreis erschlossene, Synthesewege. Die hier beschriebene dritte Möglichkeit zur Darstellung von Dioncochinon B (10) etablierte einen neuen Zugang zu dem gemeinsamen Intermediat 42. Man ortho-deprotonierte zunächst das tertiäre Amid 135 mit sec-BuLiTMEDA, führte anschließend eine Transmetallierung mit MgBr2▪2Et2O durch und setzte das Intermediat mit 2-Methylallylbromid (139) zum ortho-Allylbenzamid 140 um, welches schließlich mit Methyllithium zum Naphthol 42 zyklisiert wurde. Diese Strategie war den beiden früheren Ansätzen hinsichtlich der hohen Ausbeute und der geringen Anzahl an Synthesestufen überlegen. Darauf aufbauend gelang die erste Totalsynthese des bioaktiven Naturstoffes Dioncochinon C (102). Zur Untersuchung der Struktur-Wirkungs-Beziehung und zur Identifizierung des Pharmakophors der antitumoralen Naphthochinone wurden ca. 30 Analoga von Dioncochinon B (10) und C (102) synthetisiert und auf ihre Anti-MM-Wirkung getestet. Unter den zahlreichen dabei untersuchten Derivaten stellte die synthetische Verbindung 7-O-Demethyldioncochinon C (oder 7-O-Hydroxyldioncochinon B) (145) eine weitere vielversprechende Leitstruktur für die Entwicklung neuer Anti-MM-Kandidaten dar. Als besonders bemerkenswert erwiesen sich die antitumoralen Eigenschaften der Verbindungen 10, 102, und 145. Diese besitzen drei Hydroxygruppen an C-3, C-5 und C-6, die für Ihre biologischen Eigenschaften essentiell zu sein scheinen, da alle anderen Strukturen mit einem gemischten OH/OMe-Muster und jene vollständig OMe-substituierten Verbindungen inaktiv waren. Das Expoxid 175, zeigte unter allen natürlich vorkommenden als auch synthetischen Naphthochinonen und deren Derivaten die beste Aktivität gegen das Multiple Myelom. Gleichzeitig wurde keine Toxizität gegenüber normalen Zellen festgestellt. Dies stand im Gegensatz zu anderen Epoxiden, die über recht hohe Toxizitäten verfügten, wenngleich bei sehr guten Anti-MM-Aktivitäten. Umso bemerkenswerter ist die hohe Selektivität von 175 gegenüber Multiple-Myelom-Zellen. Einleitende SAR Studien zu 175 zeigten, dass die O-Me-Gruppe unbedingt erforderlich ist. Dies lässt auf einen von den Naphthochinonen 10, 102 und 145 verschiedenen Wirkmechanismus schließen, da die drei genannten Verbindungen an C-6 eine OH-Funktionalität tragen. 6) Die erste Totalsynthese eines neuen natürlichen Dimers aus T. peltatum, bestehend aus einer Naphthalin- und einer 1,2-Naphthochinon-Einheit. Man isolierte nur in Spuren ein neuartiges Naphthochinon-Naphthalin-Dimer 187a aus Wurzelkulturen von T. peltatum. Die Totalsynthese von 187a sollte deshalb ausreichende Mengen für ausgewählte Biotests verfügbar machen. Den Schlüsselschritt stellte die Kupplung von zwei sterisch sehr stark gehinderten 2-Methylnaphthalin-Ringen mit jeweils zwei ortho-Substituenten dar. Die Kupplung der 2-Methylnaphthylboronsäure -Derivate mit 2-Methylnaphthylbromid führte unter Verwendung des von Buchwald entwickelten Liganden 196, Pd2(dba)3 und geeigneten Lösungsmitteln und Basen zum racemischen Produkt. Die für das oben beschriebene System optimierten Bedingungen wurden auf die beiden genuinen – hoch-oxygenierten – Substrate die 2-Methylnaphthyl boronsäure-Derivate 210, 211, 213, oder 214 und 2-Methylnaphthyliodide (oder -bromide) 215 (206), 215 (206), 212 (205) oder 212 (205) angewandt. Leider führten zahlreiche Versuche unter Erprobung diverser Basen- und Lösungsmittelsysteme nicht zum Erfolg. Eine mögliche Erklärung liegt in der hohen Elektronendichte der beiden Kupplungspartner, die von den zwei bzw. drei Sauerstoffsubstituenten herrührt. Eine alternative Synthesestrategie oder der Einsatz eines leistungsfähigeren Katalysatorsystems muss deshalb zur Totalsynthese von 187a in Erwägung gezogen werden. 7) Phytochemische Untersuchung des marinen Streptomyces-Stammes RV-15 aus Schwämmen. Die vier neuen cyclischen Lipopeptide Cyclodysidin A-D (216219), welche sowohl aus - als auch - Aminosäuren aufgebaut sind, wurden aus RV-15, einem Streptomyces- Stamm, der mit Schwämmen vergesellschaft ist, isoliert. In Zusammenarbeit mit Dr. U. Abdelmohsen identifizierte man deren Struktur als Cyclo-(ß-AFA-Ser-Gln-Asn-Tyr-Asn- Ser-Thr) mithilfe von 2D-NMR-Spektroskopie und CID-MS/MS.
KW  - Ancistrocladus
KW  - dimerer Naphthylisochinolin-Alkaloide
KW  - Naphthochinonen
KW  - Ancistrocladus
KW  - Dimeric Naphthylisoquinoline Alkaloids
KW  - Naphthoquinones
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72734
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schnitzer, Johannes K.
T1  - Mechanism of dendritic cell-based vaccination against Leishmania major
T1  - Mechanismus der auf dendritischen Zellen beruhenden Impfung gegen Leishmania major
N2  - Die Impfung mittels Antigen-beladener dendritischer Zellen [DZ] ist mittlerweile eine gut etablierte Technik, die dann zum Einsatz kommt, wenn Standard-Impftechniken versagen, vor Krankheiten zu schützen beziehungsweise diese zu heilen. Die Effizienz dieser Technik konnte bereits für diverse Infektionskrankheiten und Krebserkrankungen in experimentellen Tiermodellen sowie am Menschen gezeigt werden. Hierbei ist die Möglichkeit zur wohldefinierten Manipulation und Antigenbeladung der DZ ein großer Vorteil gegenüber den konventionellen Ansätzen. Jedoch ist vor allem bei der Anwendung im klinischen Bereich die Präparation, Herstellung und Manipulation dieser autologen DZ mit einem erheblichen technischen, zeitlichen sowie finanziellen Aufwand verbunden. Hinsichtlich einer Präventivimpfung gegen eine pandemische Infektionskrankheit, die in hauptsächlich unterentwickelten Ländern vorkommt, wird dieser Aufwand sicherlich ein Hindernis darstellen. Daher muss für solche Fälle ein maßgeschneiderter Impfstoff entwickelt werden, der sich am Vorbild des effektiven DZ-basierten Impfstoffs orientiert. Für die Impfung gegen die Leishmania Parasiten besteht so ein DZ-basierter Impfstoff bereits. Dessen Wirkung, eine T-Zell Antwort vom Typ Th1 zu induzieren, wurde bereits in mehreren Veröffentlichungen demonstriert. Zusätzlich hat aber eine unserer Studien gezeigt, dass das typische Th1-bezogene Zytokin IL-12 zur Differenzierung naiver T-Zellen nicht von den injizierten DZ bereitgestellt werden muss, sondern von der geimpften Maus. Dies gab erste Hinweise auf eine stärkere Beteiligung des Wirts-Immunsystems als zuvor angenommen. Daher sollte hier vertieft der Mechanismus dieser DZ-basierten Impfung untersucht werden, wobei modifizierte Impfstoff-Ansätze zum Einsatz kommen sollten. Dabei wurden die Fragen nach der vom Impfstoff transportierten Information und dem Empfänger dieser Information berücksichtigt. Das aktuelle Paradigma zur DZ-basierten Impfung besagt, dass transferierte DZ im direkten Kontakt mittels dreier Signale T-Zellen stimulieren und aktivieren. Dafür müssen diese DZ mit dem entsprechenden Antigen beladen und aktiviert worden sein um das Antigen-Peptide mittels MHC Molekül im Kontext der Co-Stimulation präsentieren zu können. Jedoch zeigt diese Studie hier, dass weder eine Aktivierung der DZ noch die Präsentation des Antigens mittels passender MHC Moleküle notwendig ist für die Induktion einer protektiven Immunantwort gegen Leishmania Parasiten. Aufgeschlossene, mit Antigen beladene DZ müssen nicht vor dem Transfer mit CpG ODN aktiviert worden sein, um entsprechende Immunität zu verleihen. Ebenso hat der MHC Typ in diesem Falle auch keinen Einfluss auf die Effektivität des Impfstoffs. Da im Weiteren aufgeschlossene mit Leishmania-Antigen beladene Makrophagen nach Impfung die gleiche Wirkung erzielen, wie vorangegangene DZ-basierte Impfstoffe, können keine DZ spezifischen Mechanismen Schlüsselkomponenten der Induktion einer protektiven Immunität sein. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die DZ der geimpften Mäuse, eine maßgebliche Rolle bei der Verarbeitung transferierter Signale spielen. Suspensionen aufgeschlossener DZ stellen eine Kombination aus freigesetzten löslichen Molekülen sowie Membranvesikeln dar, die sich nach dem Aufschluss gebildet haben. Nach Auftrennung dieser beiden Fraktionen konnte gezeigt werden, dass ausschließlich die Membran-Fraktion nach Verimpfung eine geeignete Immunantwort zum Schutz vor Leishmania Parasiten induzieren kann. Als Vorteil dieser Aufreinigung erweist sich zudem die stabile Lagermöglichkeit bei -80°C. Somit ist klar gezeigt, dass die Immunität-verleihende Einheit dieser Impfstoffvarianten in der Membran-Fraktion liegt. Verfolgt man die Induktion Th1-zugehöriger Zytokine in in vivo Experimenten so ergibt sich im Falle der Gesamtsuspension aufgeschlossener, mit Leishmania-Antigen beladener DZ ein klares Bild. Diese Suspension erzeugt das volle Spektrum der DZ-basierten Impfung gegen Leishmania Parasiten. Es kann sowohl Produktion von IL-12 und IL-2 als auch eine antigenspezifische T-Zell Proliferation nach Stimulation von Splenozyten mit der entsprechenden Suspension verzeichnet werden. Außerdem produzieren Splenozyten von entsprechend geimpften Mäusen nach Stimulation mit Leishmania-Antigen erhebliche Mengen des entscheidenden Zytokins IFNγ. Obwohl jedoch die Verimpfung aufgereinigter Membranvesikel dieses Ansatzes im Tierversuch zu biologisch sowie statistisch signifikanten Ergebnissen führt, lassen sich die entsprechend Th1-bezogenen Zytokine im in vivo Ansatz nur in geringen Maße nachweisen. Ob dies jedoch für einen in vivo unbemerkten Aktivitätsverlust des Vakzins oder für andere lymphatische Organe als Ort der T-Zell Instruktion spricht, ist noch unbekannt und muss noch geklärt werden.
N2  - Dendritic cell-based vaccination is a well established technique for preventive and therapeutic instruction of the immune system where conservative vaccine formulations fail to cure or prevent diseases, respectively. Efficiency of this technique already was demonstrated in infectious diseases as well as for cancer in animal or human studies. Well controlled manipulation and antigen-loading of immature DC is most beneficial to this technique. But, time-consuming and cost-extensive procedures for preparation of DC precursors, expansion and stimulation of DC and inpatient administration are big disadvantages regarding vaccine development for pandemic infectious diseases that occur mainly in underdeveloped countries. Therefore vaccines are needed that are pathogen-tailored and able to induce equal immune responses as their DC-based vaccine models. For vaccination against Leishmania parasites such a DC-based vaccine is feasible and its efficacy to induce protective Th1-based immune responses was already demonstrated in several animal studies. But, one of our own studies indicated supportive activity of host cells exceeding the allocation of T cells to become activated by transferred DC. IL-12, an important cytokine for the induction of Th1-related immune responses, has to be produced by host cells. Therefore, the aim of this study was to investigate the mechanism of BMDC-based vaccination with regard to simplification of the vaccine formulation. Key questions that have been addressed are: Which cells process the information that is transferred by the injected DC and what are the key components of this information? Further more, it was looked at whether altered vaccine formulations are able to induce protective immunity and whether they share equal molecular mechanisms. The current paradigm of BMDC-based vaccination proposes direct interaction of transferred BMDC with host T cells. These BMDC have to be antigen-loaded for stimulation via antigen-peptide-MHC molecule-complexes and they have to be activated for proper co-stimulation of T cells. Here, this study demonstrates that neither activation for co-stimulation nor direct interaction with adequate MHC molecules is needed for the induction of protective immunity against infection with Leishmania-parasites. Disrupted antigen-loaded BMDC are able to induce protective immunity in BALB/c mice without pre-stimulation via CpG ODN. Beyond, if BMDC were used with a different MHC-background than recipient mice then the vaccine still would be efficient in terms of reduction of footpad swelling and parasite load in draining lymph nodes. Even more, DC-specific features are no key component that leads to protective immunity as vaccination with disrupted antigen-loaded MΦ shows equal properties than before mentioned vaccine formulations. Further more, it was found that host DC play a major role in transforming the incoming signal, received from transferred antigen-loaded DC, into Th1-related stimuli and Leishmania-antigen-specific T cell activation. Suspensions of disrupted antigen-loaded DC resemble a combination of laid off soluble molecules together with exosome-like vesicles that formed after disruption of membranes. Here it was shown that separation of the membranous and soluble fractions and subsequent transfer into BALB/c mice will lead to protection of these mice against infection with L. major promastigotes only if the membranous fraction is used as vaccine. More, this vaccine formulation takes advantage of easy storage at -80°C with no need of fresh production. This clearly demonstrates that the immunity-inducing principle of disrupted DC-based vaccination lies within the membrane enclosed fraction. On a molecular level, disrupted antigen-loaded DC induce Th1-related cytokines during vaccination and as response on pathogen encounter. In vivo assays revealed IL-12 production and antigen-specific T cell proliferation among splenocytes that were stimulated with disrupted antigen-loaded DC. Splenocytes of accordingly vaccinated mice produce tremendous amounts of IFNγ after stimulation with Leishmania parasites. In summary, disrupted antigen-loaded BMDC fulfil all characteristics of DC-based vaccination against Leishmania major. But, while purification of membranes of antigen-loaded DC and subsequent transfer to BALB/c mice leads to control of the disease in the animal model, only slight levels of Th1-related cytokines are seen in the in vivo assays. Whether this points towards a loss of vaccine activity on unseen levels or unknown sites where Th1-related immunity is induced by both, complete solution and purified membranes, still has to be determined.
KW  - Leishmania major
KW  - Immunsystem
KW  - Impfung
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Makrophage
KW  - Interferon <gamma->
KW  - Interleukin 12
KW  - Leishmania
KW  - Immunologie
KW  - Dendritic cell
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74865
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ahmad, Ruhel
T1  - Neurogenesis from parthenogenetic human embryonic stem cells
T1  - Neurogenese von parthenogenetischen humanen embryonalen Stammzellen
N2  - Imprinted genes play important roles in brain development. As the neural developmental capabilities of human parthenogenetic embryonic stem cells (hpESCs) with only a maternal genome were not assessed in great detail, hence here the potential of hpESCs to differentiate into various neural subtypes was determined. In addition DNA methylation and expression of imprinted genes upon neural differentiation was also investigated. The results demonstrated that hpESC-derived neural stem cells (hpNSCs) showed expression of NSC markers Sox1, Nestin, Pax6, and Musashi1 (MS1), the silencing of pluripotency genes (Oct4, Nanog) and the absence of activation of neural crest (Snai2, FoxD3) and mesodermal (Acta1) markers. Moreover, confocal images of hpNSC cultures exhibited ubiquitous expression of NSC markers Nestin, Sox1, Sox2 and Vimentin. Differentiating hpNSCs for 28 days generated neural subtypes with neural cell type-specific morphology and expression of neuronal and glial markers, including Tuj1, NeuN, Map2, GFAP, O4, Tau, Synapsin1 and GABA. hpNSCs also responded to region-specific differentiation signals and differentiated into regional phenotypes such as midbrain dopaminergic- and motoneuron-type cells. hpESC-derived neurons showed typical neuronal Na+/K+ currents in voltage clamp mode, elicited multiple action potentials with a maximum frequency of 30 Hz. Cell depicted a typical neuron-like current pattern that responded to selective pharmacological blockers of sodium (tetrodotoxin) and potassium (tetraethylammonium) channels. Furthermore, in hpESCs and hpNSCs the majority of CpGs of the differentially methylated regions (DMRs) KvDMR1 were methylated whereas DMR1 (H19/Igf2 locus) showed partial or complete absence of CpG methylation, which is consistent with a parthenogenetic (PG) origin. Upon differentiation parent-of-origin-specific gene expression was maintained in hpESCs and hpNSCs as demonstrated by imprinted gene expression analyses. Together this shows that despite the lack of a paternal genome, hpNSCs are proficient in differentiating into glial- and neuron-type cells, which exhibit electrical activity similar to newly formed neurons. Moreover, maternal-specific gene expression and imprinting-specific DNA-methylation are largely maintained upon neural differentiation. hpESCs are a means to generate histocompatible and disease allele-free ESCs. Additionally, hpESCs are a unique model to study the influence of imprinting on neurogenesis.
N2  - Imprinted Gene spielen eine wichtige Rolle bei der Gehirnentwicklung. Da das neurale Entwicklungspotenzial von hpESCs bisher noch nicht ausführlich untersucht wurde, war das Ziel dieser Arbeit das Differenzierungspotenzial von hpESCs zu verschiedenen neuralen Subtypen zu untersuchen. Außerdem wurden die DNA-Methylierung und Expression imprinted Gene in hpESCs während der neuralen Differenzierung analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass von hpESCs abgeleitete neurale Stammzellen (hpNSCs) die NSC-Marker Sox1, Nestin, Pax6 und Musashi1 (MS1) exprimierten, Pluripotenzmarker-Gene (Oct4, Nanog) abschalteten und keine Aktivierung von Markern der Neuralleistenzellen (Snai2, FoxD3) sowie dem mesodermalen Marker Acta1 stattfand. Immunfärbungen zeigten weiterhin, dass aus hpESCs abgeleitete Stammzellen die NSC-Marker Nestin, Sox1, Sox2 und Vimentin auf Proteinebene exprimierten. Durch gerichtete neurale Differenzierung für 28 Tage konnten aus hpESCs neurale Subtypen abgeleitet werden, die eine neurale Zelltyp-spezifische Morphologie aufweisen und positiv für neuronale und gliale Marker wie Tuj1, NeuN, Map2, GFAP, O4, Tau, Synapsin1 und GABA sind. Um aus hpNSCs dopaminerge und Motoneuronen abzuleiten, wurden während der Differenzierung Morphogene und trophische Faktoren zugegeben. Elektrophysiologische Analysen konnten zeigen, dass die in vitro differenzierten Neuronen, die von hpESCs abgeleitet wurden, für Neurone typische Na+/K+ Ströme sowie Aktionspotentiale (30 Hz) vorweisen ausbilden und auf ausgewählte pharmakologische Natrium- (Tetrodotoxin) und Kalium- (Tetraethylammonium) Kanal-Blocker reagierten. Desweiteren war der Großteil der CpGs von differentiell methylierten Regionen (DMRs) KvDMR1 in hpESCs und hpNSCs methyliert, während DMR1 (H19/Igf2 Locus) eine partiell oder komplett abwesende CpG-Methylierung zeigte, was dem parthenogenetischen Ursprung entspricht. Während der Differenzierung wurde die elternabhängige (parent-of-origin) spezifische Genexpression in hpESCs und hpNSCs aufrechterhalten, wie mit Genexpressionsanalysen imprinted Gene gezeigt werden konnte. In der Summe zeigen die hier dargestellten Ergebnisse, dass hpESCs, die kein paternales Genom besitzen, keine Beeinträchtigung im neuralen Differenzierungspotential zeigten und zu Gliazellen und Neurone differenziert werden konnten. Elektrophysiologische Analysen zeigten ferner, dass von hpESCs abgeleitete Neurone funktionell sind. Zudem wird die Expression maternal-spezifischer Gene und die Imprinting-spezifische DNA-Methylierung während der Differenzierung größtenteils aufrechterhalten. In der Summe stellen hpESCs ein einzigartiges Modell dar, um den Einfluss des Imprintings auf die Neurogenese zu untersuchen.
KW  - Embryonale Stammzelle
KW  - Neurogenese
KW  - Zelldifferenzierung
KW  - Stammzelle
KW  - human parthenogenetic stem cells
KW  - in vitro neural differentiation
KW  - human parthenogenetic neural stem cells
KW  - PG neurons
KW  - imprinting.
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-75935
ER  - 
TY  - THES
A1  - Masic, Anita
T1  - Signaling via Interleukin-4 Receptor alpha chain during dendritic cell–mediated vaccination is required to induce protective immunity against Leishmania major in susceptible BALB/c mice
T1  - Die auf dendritischen Zellen basierende Immunisierungsstrategie gegen Leishmania major in BALB/c Mäusen ist abhängig von der Stimulation der Interleukin-4 Rezeptor alpha Kette
N2  - Cutaneous leishmaniasis is endemic in tropical and subtropical regions of the world. Effective vaccination strategies are urgently needed because of the emergence of drug-resistant parasites and severe side effects of chemotherapy. The research group of Heidrun Moll previously established a DC-based vaccination strategy to induce complete and long-lasting immunity to experimental leishmaniasis using LmAg-loaded and CpG ODN-activated DC as a vaccine carrier. Prevention of tissue damages at the site of L. major inoculation can be achieved if the BALB/c mice were systemically given LmAg-loaded BMDC that had been exposed to CpG ODN. The interest in further exploring the role of IL-4 aroused as previous studies allowed establishing that IL-4 was involved in the redirection of the immune response towards a type 1 profile. Thus, wt BALB/c mice or DC-specific CD11ccreIL-4Rα-/lox BALB/c mice were given either wt or IL-4Rα-deficient LmAg-loaded BMDC exposed or not to CpG ODN prior to inoculation of 2 x 105 stationary phase L. major promastigotes into the BALB/c footpad. The results provide evidence that IL4/IL-4Rα-mediated signaling in the vaccinating DC is required to prevent tissue damages at the site of L. major inoculation, as properly conditioned wt DC but not IL-4Rα-deficient DC were able to confer resistance. Furthermore, uncontrolled L. major population size expansion was observed in the footpad and the footpad draining LN in CD11ccreIL-4Rα-/lox mice immunized with CpG ODN-exposed LmAg-loaded IL-4Rα-deficient DC, indicating the influence of IL-4R-mediated signaling in host DC to control parasite replication. In addition, no footpad damage was observed in BALB/c mice that were systemically immunized with LmAg-loaded wt DC doubly exposed to CpG ODN and recombinant IL-4. Discussing these findings allow the assumption that triggering the IL4/IL4Rα signaling pathway could be a precondition when designing vaccines aimed to prevent damaging processes in tissues hosting intracellular microorganisms.
N2  - Die kutane Leishmaniose ist vor allem in den tropischen und subtropischen Regionen endemisch. Die Notwendigkeit der Erforschung und Etablierung einer Impfstoffstrategie basiert auf dem Auftreten von starken Nebenwirkungen während einer medikamentösen Behandlung, als auch auf die Entwicklung von Resistenzen des Parasiten gegenüber herkömmlichen Behandlungsmethoden. Die Arbeitsgruppe um Heidrun Moll etablierte eine auf dendritischen Zellen (DZ) basierende Immunisierungsstrategie, welche langlebige Immunität gegen experimentelle Leishmaniose vermittelt. Dabei dienen CpG ODN-stimulierte DZ als Adjuvans für L.-major–Antigene (LmAg). Die durch Infektion mit Leishmania-Parasiten hervorgerufene Gewebeschädigung kann in BALB/c-Mäusen verhindert werden, vorausgesetzt eine systemische Verabreichung von LmAg-beladenen und CpG ODN-aktivierten DZ erfolgte eine Woche vor der Infektion. Es konnte gezeigt werden, dass der Schutz durch die Induktion einer von Interleukin (IL)-12 und Interferon (IFN)-gamma dominierten T-Helfer (Th)1-Immunantwort herbeigeführt wurde und kranke Kontrollmäuse eine IL-4-dominierte Th2 Immunantwort aufwiesen. Mittlerweile zeigen zahlreiche Studien, dass IL-4 nicht ausschließlich eine krankheitsfördernde Funktion innehat, sondern auch die Fähigkeit zur Einleitung eine Typ-1-Immunantwort besitzt. Auf Grund dieser Studien wurde das Augenmerk auf die Rolle von IL-4 in der DZ-basierten Immunisierung gegen Leishmaniose in BALB/c Mäusen gelegt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Notwendigkeit der Stimulation der IL-4 Rezeptor alpha (IL-4Rα) Kette auf DZ, während einer DZ-basierten Immunisierung gegen Leishmaniose in BALB/c Mäusen gezeigt. Um dies zu erreichen, wurden Wildtyp (wt)-BALB/c-Mäuse oder DZ-spezifische CD11ccreIL-4Rα-/lox BALB/c Mäuse entweder mit wt oder IL-4Rα-defizienten LmAg-beladenen DZ mit oder ohne Aktivierung durch CpG ODN, eine Woche vor der Infektion mit 2x105 L. major Promastigoten in den Hinterfuß, immunisiert. Die in dieser Doktorarbeit gezeigten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Stimulation der IL-4Rα-Kette auf den als Adjuvans eingesetzten DZ erforderlich ist, um eine Gewebsschädigung an der Infektionsstelle zu verhindern, da konditionierte wt DZ, nicht aber IL-4Rα-defiziente DZ in der Lage sind, Schutz gegen Leishmaniose zu vermitteln. Des Weiteren konnte eine unkontrollierte Ausdehnung von Leishmania-Parasiten im infizierten Fuß und in den angrenzenden Lymphknoten von CD11ccreIL-4Rα-/lox Mäusen beobachtet werden, welche mit CpG ODN-aktivierten und LmAg-beladenen IL-4Rα-defizienten DZ immunisiert wurden. Dieser Befund zeigt den Einfluss der Stimulation der IL-4Rα-Kette auf wirtsansässigen DZ im Hinblick auf die Eindämmung der Parasitenreplikation und Parasitenverbreitung. Zusätzliche Analysen in BALB/c-Mäusen, welche mit LmAg-beladenen, CpG ODN- und rekombinanten IL-4-stimulierten DZ immunisiert wurden, zeigten einen resistenten klinischen Verlauf der Infektion. Die hier gezeigten Ergebnisse lassen die Vermutung zu, dass die durch die IL-4/IL-4Rα-Kette ausgelösten Signale in den DZ eine Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Immunisierung sind und sollten deswegen unbedingt bei der Entwicklung eines Impfstoffes gegen die gewebsschädigenden Folgen einer Leishmaniose oder anderer durch intrazelluläre Mikroorganismen verursachten Infektionen berücksichtigt werden.
KW  - Leishmania major
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Immunisierung
KW  - murine leishmaniasis
KW  - IL-4 Rezeptor alpha
KW  - Leishmania major
KW  - murine leishmaniasis
KW  - dendritic cells
KW  - IL-4
KW  - IL-4 receptor alpha chain
KW  - vaccine
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-75508
ER  - 
TY  - THES
A1  - Glaser, Nina
T1  - Influence of natural food compounds on DNA stability
T1  - Einfluss natürlicher Nahrungsbestandteile auf die DNA Stabilität
N2  - Cancer is one of the leading causes of death all over the world. Malnutrition and toxic contaminations of food with substances such as mycotoxins have been thought to account for a high percentage of cancers. However, human diet can deliver both mutagens and components that decrease the cancer risk. Genomic damage could be reduced by food components through different mechanisms such as scavenging of reactive oxygen species. In the first part of this study we tried to investigate the effects of patulin and resveratrol on DNA stability in V79 cells. Patulin is a mycotoxin, which is frequently found in spoiled apples and other fruits. The WHO has established a safety level of 50 µg/L, which is indeed not observed by all manufacturers. The acute toxicity of patulin in high concentrations is well known, however its potential carcinogenicity is still a matter of debate. Therefore we wanted to investigate further steps in the mechanism of patulin-induced genotoxicity. Patulin caused the formation of micronuclei and nucleoplasmic bridges in a dose-dependent manner. Further analysis revealed that patulin induced both kinetochore-negative and positive micronuclei. Time course of incubation indicate a new mechanism for patulin-induced nucleoplasmic bridge formation. We hypothized a mechanism via cross-linking of DNA, which was confirmed by a modified version of comet assay. Incubations of cells with patulin led to an increased number of multinucleated cells and multipolar mitoses. Cell cytometry revealed a G2 arrest by patulin, which might explain the amplification of centrosomes and patulin-induced aneuploidy. Patulin cause a dose-dependent DNA damage in comet assay which was influenced by the cellular GSH content. However, an induction of oxidative stress was just seen with higher concentrations of patulin. Levels of cellular glutathione were increased after 24 h incubation indicating an adaptive response to patulin-induced stress. There is growing interest in polyphenols such as resveratrol which have shown many positive effects on human health. The beneficial properties are partially attributed to their ability to scavenge reactive oxygen species. Co-incubation of V79 cells with patulin and 10 µM of the antioxidant resveratrol led to a slight reduction of micronucleus frequency compared to cells which were just treated with patulin. However, in higher concentrations resveratrol themselves caused the formation of micronuclei in V79 cells. Kinetochore analysis indicated only clastogenic properties for resveratrol but no disturbance of mitosis. The antioxidant properties of resveratrol were shown in ferric reducing antioxidant power (FRAP) assay. However, in cellular system resveratrol in higher concentrations revealed also prooxidative properties, as shown in 2,7-dichlordihydrofluorescein (DCF) assay. The increased level of glutathione after resveratrol treatment might reflect an adaptive response to resveratrol-induced oxidative stress. For the second part of this thesis we investigated the effects of an anthocyanin-rich grape extract on hypertensive Ren-2 rats. Ren-2 rats are an accepted genetically modified rat model for the investigation of hypertension and increased oxidative stress. We divided 23 female Ren-2 rats into three groups. One group was fed with an anthocyanin-rich Dacapo grape extract, one group was treated with the angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitor ramipril and the third group was kept without medication during the experiment. After one week untreated group showed a clear increase in systolic and diastolic blood pressure compared to the ramipril treated rats. This was in part attenuated in the animals fed with anthocyanin-rich Dacapo grape extract. Effects on blood pressure were also reflected in an increased thirst of untreated and extract fed animals. Comet assay with cells of kidney and liver revealed a slight protective impact of Dacapo extract on DNA damage compared to the other groups. Similar results were obtained after evaluation of ɣ-H2AX-staining of kidney and heart sections. However, in the small intestine oppositional effects were seen, indicating an increased number of double strand breaks probably due to the high local concentration of polyphenols after oral ingestion. Antioxidative properties of the extract were shown in FRAP assay. However, this effect was not reflected in an increased antioxidative capacity in serum or a protective impact in the dihydroethidium (DHE) assay. The extract showed protective effects on DNA damage in comet assay and ɣ-H2AX-staining, but was not able to reduce hypertension back to the control level of ramipril treated animals. High local concentrations could also result in an increased damage of the affected tissue. Therefore, the administration of such concentrated compounds should be handled with care.
N2  - Krebs ist eine der häufigsten weltweiten Todesursachen. Fehlernährung und Kontaminationen der Nahrungsmittel mit Toxinen wie Schimmelpilzgift tragen zu einem hohen Prozentsatz zu Krebserkrankungen bei. Allerdings enthält die Nahrung neben Mutagenen auch Bestandteile, die dazu beitragen das Krebsrisiko zu senken. Schäden am Genom können durch Nahrungsbestandteile über verschiedene Mechanismen, wie zum Beispiel das Abfangen von freien Radikalen reduziert werden. Im ersten Teil dieser Studie haben wir versucht die Effekte von Patulin und Resveratrol auf die DNA Stabilität von V79 Zellen zu untersuchen. Patulin ist ein Schimmelpilztoxin, welches häufig in verfaulten Äpfeln und anderen Früchten gefunden wird. Die WHO hat einen Grenzwert von 50 µg/L festgelegt, der jedoch nicht von allen Herstellern eingehalten wird. Die akute Giftwirkung von Patulin in hohen Dosen ist gut bekannt, wohingegen seine potentielle Kanzerogenität immer noch umstritten ist. Daher wollten wir weitere Schritte der Patulin induzierten Genotoxizität aufdecken. Patulin führte zu einer dosisabhängigen Bildung von Mikrokernen und Nucleoplasmic Bridges. Weitere Untersuchungen zeigten, dass Patulin sowohl kinetochor-positive wie auch kinetochor-negative Mikrokerne verursacht. Bei der Analyse des Zeitverlaufs einer Patulininkubation deutete sich ein neuer Mechanismus für die Patulin induzierte Bildung von Nucleoplasmic Bridges an. Wir haben die Hypothese einer Quervernetzung von DNA-Strängen aufgestellt, die durch eine modifizierte Version des Comet Assays bestätigt wurde. Die Inkubation mit Patulin führte zudem zu einer erhöhten Anzahl von vielkernigen Zellen und multipolaren Mitosen. Mittels Durchflusszytometrie konnten wir einen durch Patulin verursachten G2 Arrest nachweisen, der die Amplifikation von Centrosomen und die Patulin induzierte Aneuploidie erklären könnte. Patulin verursachte einen dosisabhängigen Schaden im Comet Assay, der durch den zellulären Glutathiongehalt beeinflusst ist. Eine Auslösung von oxidativem Stress wurde dagegen erst bei höheren Konzentrationen an Patulin beobachtet. Der zelluläre Gluathiongehalt war nach 24 h Inkubationszeit erhöht, was auf eine adaptive Antwort auf den durch Patulin verursachten zellulären Stress hindeutet. Polyphenole wie Resveratrol gewinnen zunehmend an Bedeutung, da zahlreiche positive Effekte auf die menschliche Gesundheit bewiesen wurden. Diese vorteilhaften Eigenschaften werden zum Teil ihrer Eigenschaft als Radikalfänger zugeschrieben. Die Co-Inkubation von V79 Zellen mit Patulin und Resveratrol führte zu einer leichten Reduktion der Mikrokernfrequenz im Vergleich zu Zellen, die nur mit Patulin inkubiert wurden. Allerdings löste Resveratrol in höheren Konzentrationen selbst die Bildung von Mikrokernen aus. Die Kinetochor-Analyse zeigte für Resveratrol clastogene Eigenschaften aber keine störende Effekte auf den Ablauf der Mitose. Die antioxidativen Eigenschaften von Resveratrol wurden im FRAP (ferric reducing antioxidant power) -Assay nachgewiesen. Im Gegensatz dazu wurden im zellulären System mittels DCF (2,7-Dichlordihydro-fluorescein) -Assay in höheren Konzentrationen auch prooxidative Eigenschaften festgestellt. Der erhöhte zelluläre Glutathionspiegel nach Resveratrol-Behandlung könnte dabei auf eine adaptive Anwort auf den durch Resveratrol ausgelösten oxidativen Stress hindeuten Im zweiten Teil dieser Doktorabeit haben wir die Effekte eines anthocyanreichen Traubenextrakts auf hypertensive Ren-2 Ratten untersucht. Ren-2 Ratten sind ein anerkanntes genetisch modifiziertes Rattenmodell zur Untersuchung von Bluthochdruck und erhöhtem oxidativem Stress. Wir haben 23 weibliche Ren-2 Ratten in 3 Gruppen geteilt. Eine Gruppe wurde mit einem anthocyan-reichen Dacapo Traubenextrakt gefüttert, eine Gruppe wurde mit dem ACE (angiotensin converting enzyme) Inhibitor Ramipril behandelt und eine dritte Gruppe wurde während dem Experiment nicht medikamentös behandelt. Nach einer Woche zeigte die nicht therapierte Gruppe einen deutlichen Anstieg des systolischen und diastolischen Blutdrucks. Dieser Anstieg war bei der mit anthocyanreichem Dacapo Traubenextrakt gefütterten Gruppe abgeschwächt. Die Effekte auf den Blutdruck spiegelten sich auch in einer erhöhten Trinkmenge der unbehandelten und mit Extrakt behandelten Tiere wider. Ein Comet Assay mit Nieren- und Leberzellen zeigte einen schwachen schützenden Einfluß des Dacapoextrakts auf den DNA Schaden im Vergleich zu den anderen Behandlungsgruppen. Ähnliche Ergebnisse wurden auch bei der Auswertung der ɣ-H2AX Färbung in Nieren- und Herzschnitten erzielt. Im Dünndarm wurden dagegen gegensätzliche Effekte beobachtet, die auf eine erhöhte Doppelstrangfrequenz durch die hohe lokale Konzentration an Polyphenolen nach oraler Aufnahme hindeuten. Die antioxidative Eigenschaften des Extrakts wurden im FRAP_Assay nachgewiesen. Diese Effekte spiegelten sich jedoch nicht in einer erhöhten antioxidativen Kapazität des Serums oder einem schützenden Effekt im DHE-Assay wider. Der Extrakt zeigte schützende Eigenschaften im Comet Assay und in der ɣ-H2AX-Färbung, war aber nicht in der Lage den Bluthochdruck auf das Kontrollniveau der Ramipril-behandelten Tiere herabzusenken. Hohe lokale Konzentrationen können auch zu einem erhöhten Schaden des betroffenen Gewebes führen. Daher sollte die Anwendung solcher hochkonzentrierter Präparate mit Vorsicht bedacht werden.
KW  - Patulin
KW  - Anthocyane
KW  - Resveratrol
KW  - Oxidativer Stress
KW  - Mutagenität
KW  - Genotoxizität
KW  - Patulin
KW  - anthocyanins
KW  - resveratrol
KW  - genotoxicity
KW  - oxidative stress
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72872
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wippel, Carolin
T1  - Alterations of brain dendrite and synapse structure by the Streptococcus pneumoniae neurotoxin pneumolysin - Insights and pharmacological modulation
T1  - Morphologische Veränderungen von Dendriten und Synapsen durch das Neurotoxin Pneumolysin - Einblicke und pharmakologischer Ansatz
N2  - Streptococcus pneumoniae (Pneumococcus) is one of the leading causes of childhood meningitis,pneumonia and sepsis. Despite the availability of childhood vaccination programs and antimicrobial agents, childhood pneumococcal meningitis is still a devastating illness with mortality rates among the highest of any cause of bacterial meningitis. Especially in low-income countries, where medical care is less accessible, mortality rates up to 50 % have been reported. In surviving patients, neurological sequelae, including hearing loss, focal neurological deficits and cognitive impairment, is reported in 30 to 50 %. Growing resistance of pneumococci towards conventional antibiotics emphasize the need for effective therapies and development of effective vaccines against Streptococcus pneumoniae. One major virulence factor of Streptococcus pneumoniae is the protein toxin Pneumolysin (PLY). PLY belongs to a family of structurally related toxins, the so-called cholesterol-dependent cytolysins (CDCs). Pneumolysin is produced by almost all clinical isolates of the bacterium. It is expressed during the late log phase of bacterial growth and gets released mainly through spontaneous autolysis of the bacterial cell. After binding to cholesterol in the host cell membranes, oligomerization of up to 50 toxin monomers and rearrangement of the protein structure, PLY forms large pores, leading to cell lysis in higher toxin concentrations. At sub-lytic concentrations, however, PLY mediates several other effects, such as activation of the classic complement pathway and the induction of apoptosis. First experiments with pneumococcal strains, deficient in pneumolysin, showed a reduced virulence of the organism, which emphasizes the contribution of this toxin to the course of bacterial meningitis and the urgent need for the understanding of the multiple mechanisms leading to invasive pneumococcal disease. The aim of this thesis was to shed light on the contribution of pneumolysin to the course of the disease as well as to the mental illness patients are suffering from after recovery from pneumococcal meningitis. Therefore, we firstly investigated the effects of sub-lytic pneumolysin concentrations onto primary mouse neurons, transfected with a GFP construct and imaged with the help of laser scanning confocal microscopy. We discovered two major morphological changes in the dendrites of primary mouse neurons: The formation of focal swellings along the dendrites (so-called varicosities) and the reduction of dendritic spines. To study these effects in a more complex system, closer to the in vivo situation, we established a reproducible method for acute brain slice culturing. With the help of this culturing method, we were able to discover the same morphological changes in dendrites upon challenge with sub-lytic concentrations of pneumolysin. We were able to reverse the seen alterations in dendritic structure with the help of two antagonists of the NMDA receptor, connecting the toxin´s mode of action to a non-physiological stimulation of this subtype of glutamate receptors. The loss of dendritic spines (representing the postsynapse) in our brain slice model could be verified with the help of brain slices from adult mice, suffering from pneumococcal meningitis. By immunohistochemical staining with an antibody against synapsin I, serving as a presynaptic marker, we were able to identify a reduction of synapsin I in the cortex of mice, infected with a pneumococcal strain which is capable of producing pneumolysin. The reduction of synapsin I was higher in these brain slices compared to mice infected with a pneumococcal strain which is not capable of producing pneumolysin, illustrating a clear role for the toxin in the reduction of dendritic spines. The fact that the seen effects weren´t abolished under calcium free conditions clarifies that not only the influx of calcium through the pneumolysin-pore is responsible for the alterations. These findings were further supported by calcium imaging experiments, where an inhibitor of the NMDA receptor was capable of delaying the time point, when the maximum of calcium influx upon PLY challenge was reached. Additionally, we were able to observe the dendritic beadings with the help of immunohistochemistry with an antibody against MAP2, a neuron-specific cytoskeletal protein. These observations also connect pneumolysin´s mode of action to excitotoxicity, as several studies mention the aggregation of MAP2 in dendritic beadings in response to excitotoxic stimuli. All in all, this is the first study connecting pneumolysin to excitotoxic events, which might be a novel chance to tie in other options of treatment for patients suffering from pneumococcal meningitis.
N2  - Streptococcus pneumoniae ist einer der Hauptauslöser für bakterielle Meningitis, Lungenentzündung und Sepsis. Ungeachtet der Tatsache, dass es heutzutage viele Impfprogramme zur Prävention, sowie Antibiotika zur Behandlung gibt, ist die bakterielle Meningitis im Kindesalter, ausgelöst durch S. pneumoniae, immer noch eine ernstzunehmende Krankheit mit Sterberaten von bis zu 50 %. Bei 30 bis 50 % der Patienten, die die Krankheit überstehen, bleiben teilweise schwere neurologische Störungen zurück. Die steigende Resistenz des Erregers gegenüber herkömmlichen Antibiotika macht zudem die Dringlichkeit zur Entwicklung effektiver Therapieansätze deutlich. Ein Hauptpathogenitätsfaktor von Streptococcus pneumoniae ist das Proteintoxin Pneumolysin (PLY). PLY gehört zu einer Familie strukturell verwandter Toxine; die sogenannten cholesterinabhängigen Cytolysine (CDCs). Das Toxin wird hauptsächlich nach spontaner Autolyse des Bakteriums freigesetzt. Nach Bindung des Proteins an das Cholesterin in den Zellmembranen des Wirtsorganismus, Oligomerisierung von bis zu 50 Toxinmonomeren und Umordnung der Proteinstruktur, bildet das Toxin Poren in der Zellmembran, die in höheren Konzentrationen von PLY zur Zelllyse führen. In niedrigeren Konzentrationen löst das Toxin jedoch verschiedene andere Prozesse, darunter Apoptose und Aktivierung des Komplementsystems, aus. Erste Experimente, die mit einem mutierten Pneumokokkenstamm (unfähig, Pneumolysin zu exprimieren) durchgeführt wurden, konnten eine reduzierte Virulez des Erregers zeigen, was die Beteiligung des Toxins am Verlauf der Krankheit verdeutlicht. Ziel vorliegender Arbeit war, die Beteiligung von Pneumolysin sowohl am Verlauf der bakteriellen Meningitis, hervorgerufen durch Pneumolysin, zu erforschen, als auch dessen Beteiligung an der Entstehung von neurologischen Störungen, wie sie auch nach Rehabilitation von einer Meningitis noch bestehen können. Dafür wurden zuerst die Effekte von sublytischen Konzentrationen des Toxins auf primäre Mausneuronen (transfiziert mit GFP und mit Hilfe eines Konfokalmikroskopes aufgenommen) erfasst. Dabei zeigten sich hauptsächlich zwei morphologische Veränderungen in den Dendriten der mikroskopierten Neurone: Die Entstehung von fokalen Schwellungen der Dendriten (sogenannte „varicosities“) sowie eine Verminderung der Anzahl von dendritischen Dornfortsätzen (sogenannte „dendritic spines“). Um diese Effekte in einem komplexeren System näher untersuchen zu können, entwickelten wir eine reproduzierbare Methode um akute Gehirnschnitte über längere Zeit kultivieren zu können. Mithilfe dieser Methode konnten wir die Veränderungen, die wir schon in der Primärkultur beobachteten, ebenso nachweisen. Die Entwicklung der fokalen Schwellungen der Dendriten konnten mithilfe zweier Antagonisten des NMDA Rezeptors rückgängig gemacht werden, wodurch erstmals eine Verbindung der Effekte mit einer Aktivierung von Glutamatrezeptoren aufgezeigt wurde. Die Verminderung der Anzahl dendritischer Dornfortsätze im Gehirnschnittmodell wurde untermauert von den Ergebnissen, die wir durch Gehirnschnitte von Mäusen, die tatsächlich an pneumokokkaler Meningitis erkrankt waren, erlangen konnten. Durch immunohistologische Färbungen mit einem Antikörper gegen Synapsin I (ein präsynaptisches Protein) konnten wir eine Reduktion dieses Proteins im Cortex erkrankter Mäuse nachweisen. Die Tatsache, dass die morphologischen Veränderungen der Dendriten ebenfalls in calciumfreiem Puffer beobachtet werden konnten, macht deutlich, dass nicht nur der Calciuminflux durch die Pneumolysinpore verantwortlich ist für dessen Neurotoxizität. Diese These wird untermauert durch die Ergebnisse, die wir mithilfe der Calciummikroskopie erhielten: Die Applikation eines Antagonisten des NMDA Rezeptors konnte den Zeitpunkt des maximalen Calciuminfluxes in die Zelle nach Behandlung mit Pneumolysin hinauszögern. Zudem konnten wir die Schwellungen in den Dendriten auch durch einen Antikörper gegen MAP2 (ein neuronenspezifisches Protein des Zytoskeletts) darstellen, was ebenfalls eine Verbindung von Pneumolysin zu „excitotoxicity“ (Toxizität aufgrund einer Übererregung von Glutamatrezeptoren) darstellt, da verschiedene Studien die Aggregation von MAP2 in fokalen dendritischen Schwellungen als Reaktion auf die Einwirkung von „excitotoxischen“ Stimuli nachweisen konnten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dies die erste Studie ist, die Pneumolysin in Zusammenhang mit einer Überaktivierung von Glutamatrezeptoren bringt, was eine komplett neue Sichtweise darstellt und eventuell neue Möglichkeiten der Therapie für Patienten, die an dieser Form der bakteriellen Hirnhautentzündung leiden, eröffnet.
KW  - Nervenzelle
KW  - Nervennetz
KW  - Bakterien
KW  - Bakterielle Hirnhautentzündung
KW  - Bakteriengift
KW  - Bacterial meningitis
KW  - Pneumolysin
KW  - Excitotoxicity
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72016
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TY  - THES
A1  - Rathod, Reenaben Jagdishbhai
T1  - Study of local protein synthesis in growth cones of embryonic mouse motor neurons
T1  - Analyse der lokalen Proteinsynthese in Wachstumskegeln von embryonalen Maus Motoneuronen
N2  - In cultured motoneurons of a mouse model for the motoneuron disease spinal muscular atrophy (SMA), reduced levels of the protein SMN (survival of motoneurons) cause defects in axonal growth. This correlates with reduced β-actin mRNA and protein in growth cones, indicating that anterograde transport and local translation of β-actin mRNA are crucial for motoneuron function. However, direct evidence that indeed local translation is a physiological phenomenon in growth cones of motoneurons was missing. Here, a lentiviral GFP-based reporter construct was established to monitor local protein synthesis of β-actin mRNA. Time-lapse imaging of fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) in living motoneurons revealed that β-actin is locally translated in the growth cones of embryonic motoneurons. Interestingly, local translation of the β-actin reporter construct was differentially regulated by different laminin isoforms, indicating that laminins provide extracellular cues for the regulation of local translation in growth cones. Notably, local translation of β-actin mRNA was deregulated when motoneurons of a mouse model for type I SMA (Smn-/-; SMN2) were analyzed. In situ hybridization revealed reduced levels of β-actin mRNA in the axons of Smn-/-; SMN2 motoneurons. The distribution of the β-actin mRNA was not modified by different laminin isoforms as revealed by in situ hybridization against the mRNA of the eGFP encoding element of the β-actin reporter. In case of the mRNA of α-actin and γ-actin isoforms, the endogenous mRNA did not localize to the axons and the localization pattern was not affected by the SMN levels expressed in the cell. Taken together our findings suggest that regulation of local translation of β-actin in growth cones of motoneurons critically depends on laminin signaling and the amount of SMN protein. Embryonic stem cell (ESC)-derived motoneurons are an excellent in vitro system to sort out biochemical and cellular pathways which are defective in neurodegenerative diseases like SMA. Here, a protocol for the differentiation and antibody-mediated enrichment of ESC-derived motoneurons is presented, which was optimized during the course of this study. Notably, this study contributes the production and purification of highly active recombinant sonic hedgehog (Shh), which was needed for the efficient differentiation of mouse ESCs to motoneurons. ESC-derived motoneurons will now offer high amounts of cellular material to allow the biochemical identification of disease-relevant molecular components involved in regulated local protein synthesis in axons and growth cones of motoneurons.
N2  - In kultivierten Motoneuronen eines Maus-Models für die Motoneuronen-Erkrankung Spinale Muskelatrophie (SMA) verursachen verminderte Mengen des Proteins SMN (survival of motoneurons) Schäden im axonalen Wachstum. Dies korreliert mit einer verminderten Menge an β-Aktin kodierender mRNA und β-Aktin Protein. Dies impliziert, dass anterograder Transport und lokale Translation von β-Aktin mRNA für die Motoneuronfunktion notwendig ist. Bislang gab es jedoch keinen direkten Nachweiß funktioneller lokaler Translation in Wachstumskegeln von Motoneuronen. In dieser Arbeit wurde ein lentivirales GFP-basierendes Reporterkonstrukt etabliert, welches lokale Proteinsynthese von β-Aktin mRNA nachweißt. Zeitraffermikroskopie von GFP-vermittelter Fluoerszenzregeneration nach Fotobleichung (fluorescence recovery after photobleaching; FRAP) in lebenden Motoneuronen zeigte, dass β-Aktin in Wachstumskegeln embryonaler Motoneuronen lokal translatiert wird. Interessanterweise wurde die lokale Translation des β-Aktin Reporterkonstrukts differentiell durch verschiedene Laminin-Isoformen reguliert. Dies gibt einen Hinweis, dass Laminin als extrazelluläres Signalmolekül die Regulation der lokalen Translation in Wachstumskegeln reguliert. Die lokale Translation von β-Aktin mRNA war dereguliert wenn Motoneurone eines Mausmodels für die Typ I SMA (Smn-/-;SMN2) analysiert wurden. In situ Hybridisierung bestätigte eine Reduktion von β-Aktin mRNA in den Axonen von Smn-/-;SMN2 Motoneuronen. Die Verteilung der β-Aktin mRNA wurde von verschiedenen Laminin-Isoformen nicht beeinflusst, wie durch in situ Hybridisierung gegen eGFP kodierende Elemente des β-Aktin Reporters bestätigt werden konnte. Im Fall der mRNA für α-Aktin und γ-Aktin Isoformen wurde keine axonale Lokalisierung der endogenen mRNAs festgestellt und das Lokalisierungsmuster dieser mRNAs war durch reduzierte zelluläre SMN Mengen nicht beeinflusst. Zusammenfassend deuten diese Befunde darauf hin, dass die lokale Translation von β-Aktin in Wachstumskegeln von Motoneuronen von Laminin-Signalgebung und von der Menge an SMN Protein abhängt. Motoneurone aus embryonalen Stammzellen sind ein etabliertes in vitro System um biochemische und zelluläre Signalwege zu identifizieren, die in neurodegenerativen Erkrankungen wie SMA betroffen sind. Hier wird ein Protokoll zur Differenzierung und Antikörper-gestützten Anreicherung von Motoneuron aus embryonalen Stammzellen präsentiert, welches im Rahmen dieser Arbeit optimiert wurde. Im Besonderen wird die Herstellung und Reinigung von hochaktivem Sonic Hedgehog (Shh) vorgestellt, welches für die effiziente Differenzierung von embryonalen Stammzellen der Maus notwendig war. Motoneurone aus embryonalen Stammzellen werden in zukünftigen Studien nun große Mengen an zellulärem Material liefern, und somit auf biochemischer Ebene die Identifizierung von krankheitsrelevanten molekularen Komponenten ermöglichen, die in der Regulation der lokalen Proteinsynthese in Axonen und Wachstumskegeln von Motoneuronen involviert sind.
KW  - Motoneuron
KW  - Maus
KW  - Embryo
KW  - Proteinsynthese
KW  - lokale Proteinsynthese
KW  - embryonale Maus
KW  - SMN
KW  - local translation
KW  - SMN
KW  - motor neuron
KW  - beta actin
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72045
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TY  - THES
A1  - Seo, Ean Jeong
T1  - Construction of recombinant E. coli Nissle 1917 (EcN) strains for the expression and secretion of defensins
T1  - Konstruktion von rekombinanten E. coli Nissle 1917 (EcN) Stämmen, die Defensine exprimieren bzw. sekretieren
N2  - Der probiotische Escherichia coli Stamm Nissle 1917 (EcN) ist eines der wenigen Probiotika, die als aktive Komponente eines Medikaments in mehreren Ländern zugelassen sind. Am besten ist die Wirksamkeit des EcN für die Remissionserhaltung von an Colitis Ulcerosa leidenden Patienten dokumentiert. Diese Fähigkeit ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass EcN in der Lage ist die Produktion des humanen beta-Defensins 2 (HBD2) mittels seiner Flagelle zu Induzieren. In dieser Studie wurden rekombinante EcN Stämme konstruiert, die ein Defensin zu produzieren vermögen. Zu diesem Zweck wurden Kodon-optimierte Defensingene in Expressionsplasmidvektoren kloniert, die entweder die Proform mit der Signalsequenz oder die reife Defensinform des humanen -Defensins 5 (HD5) oder des humanen -Defensins 2 (HBD2) unter der Kontrolle des T7-Promotors kodieren. Die Synthese dieser Defensine wurde mittels Western-Blot nach der Induktion der Expression und der Lyse der rekombinanten EcN Stämme demonstriert. Das rekombinante reife HBD2 mit einem N-terminalen His-Tag konnte mittels Ni-Säulen-Chromatographie aufgereinigt werden. Das so gewonnene HBD2 zeigte antimikrobielle Aktivität gegen E. coli, Salmonella enterica Serovar Typhimurium und Listeria monocytogenes. In einem zweiten Ansatz wurde der Teil des HBD2-Gens mit dem yebF-Gen fusioniert, der das reife HBD2 kodiert. Das resultierende Fusionsprotein YebFMHBD2 wurde von dem entsprechenden EcN Stamm nach Induktion der Expression sekretiert. Die Präsenz von YebFMHBD2 im Medium war nicht das Ergebnis von Zellyse wie Western-Blots spezifisch für die -Galaktosidase und das Maltose-Bindeprotein mit dem Kulturüberstand zeigten. Dieser Kulturüberstand inhibierte das Wachstum von E. coli, Salmonella enterica Serovar Typhimurium und Listeria monocytogenes nach Dialyse und Aufkonzentration sowohl in Agardiffusionsassays als auch in Flüssigcokultur. Damit konnte gezeigt werden, dass EcN ein für die Produktion von bestimmten humanen Defensinen geeignetes Probiotikum darstellt. EcN ist bei der Behandlung von Morbus Crohn Patienten nicht aktiv. Dies ist vermutlich in der genetisch bedingten Unfähigkeit zur ausreichenden Defensinproduktion solcher Individuen begründet. Als ein erster Schritt in der Entwicklung von alternativen Ansätzen zur Behandlung Morbus Crohn Patienten wurden in dieser Arbeit EcN Stämme konstruiert, die in der Lage sind HD5 oder HBD2 zu produzieren.
N2  - The probiotic Escherichia coli strain Nissle 1917 (EcN) is one of the few probiotics licensed as a medication in several countries. Best documented is its effectiveness in keeping patients suffering from ulcerative colitis (UC) in remission. This might be due to its ability to induce the production of human beta defensin 2 (HBD2) in a flagellin-dependent way in intestinal epithelial cells. In contrast to ulcerative colitis, for Crohn´s disease (CD) convincing evidence is lacking that EcN might be clinically effective, most likely due to the genetically based inability of sufficient defensin production in CD patients. As a first step in the development of an alternative approach for the treatment of CD patients, EcN strains were constructed which were able to produce human alpha-defensin 5 (HD5) or beta-defensin 2 (HBD2). For that purpose codon-optimized defensin genes encoding either the proform with the signal sequence or the mature form of human alpha defensin 5 (HD5) or the gene encoding HBD2 with or without the signal sequence were cloned in an expression vector plasmid under the control of the T7 promoter. Synthesis of the encoded defensins was shown by Western blots after induction of expression and lysis of the recombinant EcN strains. Recombinant mature HBD2 with an N-terminal His-tag could be purified by Ni-column chromatography and showed antimicrobial activity against E. coli, Salmonella enterica serovar Typhimurium and Listeria monocytogenes. In a second approach, that part of the HBD2-gene which encodes mature HBD2 was fused with yebF gene. The resulting fusion protein YebFMHBD2 was secreted from the encoding EcN mutant strain after induction of expression. Presence of YebFMHBD2 in the medium was not the result of leakage from the bacterial cells, as demonstrated in the spent culture supernatant by Western blots specific for ß-galactosidase and maltose-binding protein. The dialyzed and concentrated culture supernatant inhibited the growth of E. coli, Salmonella enterica serovar Typhimurium and Listeria monocytogenes in radial diffusion assays as well as in liquid coculture. This demonstrates EcN to be a suitable probiotic E. coli strain for the production of certain defensins.
KW  - Escherichia coli
KW  - Probiotikum
KW  - Rekombinante DNS
KW  - Genexpression
KW  - Defensine
KW  - Probiotic
KW  - Recombinant defensins
KW  - E. coli Nissle 1917
KW  - HBD2
KW  - HD5
KW  - Antimicrobial activity
KW  - Secretion
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72005
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dwertmann, Anne
T1  - Impact of the Tumor Suppressor Arf on Miz1 and Sumoylation of Myc and Miz1
T1  - Wirkung des Tumorsuppressors Arf auf Miz1 und Sumoylierung von Myc und Miz1
N2  - Upon oncogenic stress, the tumor suppressor Arf can induce irreversible cell cycle arrest or apoptosis, depending on the oncogenic insult. In this study, it could be shown that Arf interacts with Myc and the Myc-associated zinc-finger protein Miz1 to facilitate repression of genes involved in cell adhesion. Formation of a DNA-binding Arf/Myc/Miz1 complex disrupts interaction of Miz1 with its coactivator nucleophosmin and induces local heterochromatinisation, causing cells to lose attachment and undergo anoikis. The assembly of the complex relies on Myc, which might explain why high Myc levels trigger apoptosis and not cell cycle arrest in the Arf response. This mechanism could play an important role in eliminating cells harboring an oncogenic mutation. Arf furthermore induces sumoylation of Miz1 at a specific lysine by repressing the desumoylating enzyme Senp3. A sumoylation-deficient mutant of Miz1 however does not show phenotypic differences under the chosen experimental conditions. Myc can also be modified by Sumo by multisumoylation at many different lysines, which is unaffected by Arf. The exact mechanism and effect of this modification however stays unsolved.
N2  - Der Tumorsuppressor Arf wird durch onkogenen Stress induziert und kann entweder einen irreversiblen Zellzyklusarrest oder Apoptose auslösen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Arf mit Myc und dem Myc-interagierenden Zinkfingerprotein Miz1 assoziiert und dadurch Gene der Zelladhäsion reprimiert. Die Ausbildung eines DNA-bindenden Arf/Myc/Miz1 Komplexes verhindert eine Interaktion von Miz1 mit seinem Koaktivator Nucleophosmin und führt zur lokalen Ausbildung von Heterochromatin, was zum Ablösen der Zellen und schließlich zur Anoikis führt. Die Komplexbildung setzt die Beteiligung von Myc voraus, was erklären könnte warum hohe Mengen an Myc über Arf Apoptose und nicht Zellzyklusarrest auslösen. Dieser Mechanismus könnte eine wichtige Rolle bei der Eliminierung von Zellen mit einer onkogenen Mutation spielen. Arf induziert darüber hinaus die Sumoylierung von Miz1 an einem bestimmten Lysin indem es das desumoylierende Enzyme Senp3 inhibiert. Eine Mutante von Miz1 die nicht mehr sumoyliert werden kann zeigt jedoch in den durchgeführten Untersuchungen keinen anderen Phänotyp als Wildtyp Miz1. Myc kann ebenfalls an vielen verschiedenen Lysinen mit Sumo modifiziert werden, wobei Arf jedoch keine Rolle spielt. Der genaue Mechanismus und Effekt dieser Modifikation konnte jedoch nicht geklärt werden.
KW  - Apoptosis
KW  - Myc
KW  - Repression <Genetik>
KW  - Anoikis
KW  - Zelladhäsion
KW  - Miz1
KW  - Sumo
KW  - Sumoylierung
KW  - arf
KW  - anoikis
KW  - cell adhesion
KW  - Miz1
KW  - sumo
KW  - sumoylation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71876
ER  - 
TY  - THES
A1  - Koetschan, Christian
T1  - The Eukaryotic ITS2 Database - A workbench for modelling RNA sequence-structure evolution
T1  - Die Eukaryotische ITS2 Datenbank - Eine Plattform zur Modellierung von RNA  Sequenzstruktur Evolution
N2  - In den vergangenen Jahren etablierte sich der Marker „internal transcribed spacer 2" (ITS2) zu einem häufig genutzten Werkzeug in der molekularen Phylogenetik der Eukaryoten. Seine schnell evolvierende Sequenz eignet sich bestens für den Einsatz in niedrigeren phylogenetischen Ebenen. Die ITS2 faltet jedoch auch in eine sehr konservierte Sekundärstruktur. Diese ermöglicht die Unterscheidung weit entfernter Arten. Eine Kombination aus beiden in einer Sequenzstrukturanalyse verbessert die Auflösung des Markers und ermöglicht die Rekonstruktion von robusteren Bäumen auf höherer taxonomischer Breite. Jedoch war die Durchführung solch einer Analyse, die die Nutzung unterschiedlichster Programme und Datenbanken vorraussetzte, für den klassischen Biologen nicht einfach durchführbar. Um diese Hürde zu umgehen, habe ich den „ITS2 Workbench“ entwickelt, eine im Internet nutzbare Arbeitsplattform zur automatisierten sequenzstrukturbasierten phylogenetischen Analyse basierend auf der ITS2 (http://its2.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de). Die Entwicklung begann mit der Längenoptimierung unterschiedlicher „Hidden Markov Model“ (HMM)-Topologien, die erfolgreich auf ein Modell zur Sequenzstrukturvorhersage der ITS2 angewandt wurden. Hierbei wird durch die Analyse von Sequenzbestandteilen in Kombination mit der Längenverteilung verschiedener Helixregionen die Struktur vorhergesagt. Anschließend konnte ich HMMs auch bei der Sequenzstrukturgenerierung einsetzen um die ITS2 innerhalb einer gegebenen Sequenz zu lokalisieren. Dieses neu implementierte Verfahren verdoppelte die Anzahl vorhergesagter Strukturen und verkürzte die Laufzeit auf wenige Tage. Zusammen mit weiteren Optimierungen des Homologiemodellierungsprozesses kann ich nun erschöpfend Sekundärstrukturen in mehreren Interationen vorhersagen. Diese Optimierungen liefern derzeit 380.000 annotierte Sequenzen einschließlich 288.000 Strukturvorhersagen. Um diese Strukturen für die Berechnung von Alignments und phylogenetischen Bäumen zu verwenden hab ich das R-Paket „treeforge“ entwickelt. Es ermöglicht die Generierung von Sequenzstrukturalignments auf bis zu vier unterschiedlich kodierten Alphabeten. Damit können erstmals auch strukturelle Basenpaarungen in die Alignmentberechnung mit einbezogen werden, die eine Schätzung neuer Scorematrizen vorraussetzten. Das R-Paket ermöglicht zusätzlich die Rekonstruktion von „Maximum Parsimony“, „Maximum Likelihood“ und „Neighbour Joining“ Bäumen auf allen vier Alphabeten mittels weniger Zeilen Programmcode. Das Paket wurde eingesetzt, um die noch umstrittene Phylogenie der „chlorophyceae“ zu rekonstruieren und könnte in zukünftigen Versionen des ITS2 workbench verwendet werden. Die ITS2 Plattform basiert auf einer modernen und sehr umfangreichen Web 2.0 Oberfläche und beinhaltet neuste AJAX und Web-Service Technologien. Sie umfasst die HMM basierte Sequenzannotation, Strukturvorhersage durch Energieminimierung bzw. Homologiemodellierung, Alignmentberechnung und Baumrekonstruktion basierend auf einem flexiblen Datenpool, der Änderungen am Datensatz automatisch aktualisiert. Zusätzlich wird eine Detektion von Sequenzmotiven ermöglicht, die zur Kontrolle von Annotation und Strukturvorhersage dienen kann. Eine BLAST basierte Suche auf Sequenz- und Strukturebene bietet zusätzlich eine Vereinfachung des Taxonsamplings. Alle Funktionen sowie die Nutzung der ITS2 Webseite sind in einer kurzen Videoanleitung dargestellt. Die Plattform lässt jedoch nur eine bestimmte Größe von Datensätzen zu. Dies liegt vor allem an der erheblichen Rechenleistung, die bei diesen Berechnungen benötigt wird. Um die Funktion dieses Verfahrens auch auf großen Datenmengen zu demonstrieren, wurde eine voll automatisierte Rekonstruktion des Grünalgenbaumes (Chlorophyta) durchgeführt. Diese erfolgreiche, auf dem ITS2 Marker basierende Studie spricht für die Sequenz-Strukturanalyse auf weiteren Daten in der Phylogenetik. Hier bietet der ITS2 Workbench den idealen Ausgangspunkt.
N2  - During the past years, the internal transcribed spacer 2 (ITS2) was established as a commonly used molecular phylogenetic marker for the eukaryotes. Its fast evolving sequence is predestinated for the use in low-level phylogenetics. However, the ITS2 also consists of a very conserved secondary structure. This enables the discrimination between more distantly related species. The combination of both in a sequence-structure based analysis increases the resolution of the marker and enables even more robust tree reconstructions on a broader taxonomic range. But, performing such an analysis required the application of different programs and databases making the use of the ITS2 non trivial for the typical biologist. To overcome this hindrance, I have developed the ITS2 Workbench, a completely web-based tool for automated phylogenetic sequence-structure analyses using the ITS2 (http://its2.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de). The development started with an optimization of length modelling topologies for Hidden Markov Models (HMMs), which were successfully applied on a secondary structure prediction model of the ITS2 marker. Here, structure is predicted by considering the sequences' composition in combination with the length distribution of different helical regions. Next, I integrated HMMs into the sequence-structure generation process for the delineation of the ITS2 within a given sequence. This re-implemented pipeline could more than double the number of structure predictions and reduce the runtime to a few days. Together with further optimizations of the homology modelling process I can now exhaustively predict secondary structures in several iterations. These modifications currently provide 380,000 annotated sequences including 288,000 structure predictions. To include these structures in the calculation of alignments and phylogenetic trees, I developed the R-package "treeforge". It generates sequence-structure alignments on up to four different coding alphabets. For the first time also structural bonds were considered in alignments, which required the estimation of new scoring matrices. Now, the reconstruction of Maximum Parsimony, Maximum Likelihood as well as Neighbour Joining trees on all four alphabets requires just a few lines of code. The package was used to resolve the controversial chlorophyceaen dataset and could be integrated into future versions of the ITS2 workbench. The platform is based on a modern, feature-rich Web 2.0 user interface equipped with the latest AJAX and Web-service technologies. It performs HMM-based sequence annotation, structure prediction by energy minimization or homology modelling, alignment calculation and tree reconstruction on a flexible data pool that repeats calculations according to data changes. Further, it provides sequence motif detection to control annotation and structure prediction and a sequence-structure based BLAST search, which facilitates the taxon sampling process. All features and the usage of the ITS2 workbench are explained in a video tutorial. However, the workbench bears some limitations regarding the size of datasets. This is caused mainly due to the immense computational power needed for such extensive calculations. To demonstrate the validity of the approach also for large-scale analyses, a fully automated reconstruction of the Chlorophyta (Green Algal) Tree of Life was performed. The successful application of the marker even on large datasets underlines the capabilities of ITS2 sequence-structure analysis and suggests its utilization on further datasets. The ITS2 workbench provides an excellent starting point for such endeavours.
KW  - Ribosomale RNA
KW  - Datenbank
KW  - Marker
KW  - Phylogenie
KW  - Evolution
KW  - Sequenz
KW  - Struktur
KW  - Hidden Markov Model
KW  - Evolution
KW  - ribosomal RNA
KW  - workbench
KW  - sequence-structure
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73128
ER  - 
TY  - THES
A1  - Simon, Nina Monica
T1  - Molecular interactions of the malaria parasite Plasmodium falciparum during the sexual reproduction in the mosquito midgut
T1  - Molekulare Wechselwirkungen des Malariaparasiten Plasmodium falciparum während der sexuellen Fortpflanzung im Mitteldarm der Mücke
N2  - The sexual phase of Plasmodium falciparum begins with the differentiation of intraerythrocytic sexual stages, termed gametocytes, in the human host. Mature gametocytes circulate in the peripheral blood and are taken up by the mosquito during the blood meal. These stages are essential for the spread of the malaria disease and form gametes in the mosquito midgut within minutes. A highly conserved family of six secreted proteins has been identified in Plasmodium falciparum. They comprise multiple adhesive domains and are termed PfCCp1 through PfCCp5, and PfFNPA. It was revealed in this work that PfCCp multi-domain adhesion proteins form protein complexes in gametocytes and on the surface of newly emerged macrogametes by adhesion domain-mediated binding. Co-Immunoprecipitation assays with activated gametocyte lysates show interactions between PfCCp proteins and indicate surface association via Pfs230 and Pfs25. Pfs230 is connected with the plasma membrane of the parasite by its interaction partner Pfs48/45. This protein is linked to the plasma membrane by a GPI anchor and presumably retains the multi-protein complex on the surface of newly emerged macrogametes in the mosquito midgut. A WD40 domain containing protein was identified to be part of this protein complex. It might serve as platform for the assembly of the multi protein complex or mediate the interplay among proteins, as suggested from known functions of the WD40 domain repeats. During egress from the host erythrocyte, the emerging gametes become vulnerable to factors of the human complement, which is taken up with the blood meal. In this thesis it was found that the complement system is active for about one hour post feeding. Macrogametes defend against complement-mediated lysis by co-opting the human complement regulators Factor H and FHL-1 from the blood-meal. These serum proteins bind via its SCR domains 5-7 to the surface of macrogametes. Once bound, they trigger complement inactivation of the alternative pathway, which prevents induction of complement lysis on the surface of the malaria parasite. Antibodies against Factor H are able to impair the sexual development in vitro and are able to block transmission to the mosquito. Interaction studies on endogenous proteins and immobilized recombinant proteins revealed the PfGAP50 protein as binding partner of Factor H and FHL-1. This protein was hitherto described as a glideosome-associated protein in invasive parasite stages, but has not yet been characterized in gametes. First localization studies indicate a relocation of PfGAP50 from the inner membrane complex to the surface of macrogametes. Malaria still persists as one of the deadliest infectious diseases worldwide. Investigations on the essential transmissive stages, gametocytes and gametes of Plasmodium falciparum, stood in the background of research for a long time. This work deciphered details on protein interactions on the surface of the malaria parasite and provides first information about coactions between the parasite and the human complement in the mosquito midgut.
N2  - Die Sexualphase von Plasmodium falciparum beginnt mit der Ausbildung von intraerythrozytären Sexualstadien, sogenannten Gametozyten, im menschlichen Wirt. Reife Gametozyten zirkulieren im peripheren Blut und werden während der Blutmahlzeit von der Mücke aufgenommen. Dieses Parasitenstadium ist ausschlaggebend für die Verbreitung von Malaria und bildet im Mückendarm innerhalb von Minuten Gameten. In Plasmodium falciparum wurde eine hochkonservierte Familie bestehend aus sechs sekretierten Proteinen entdeckt. Diese bestehen aus verschiedenen Adhäsionsdomänen und werden PfCCp1 bis PfCCp5 und PfFNPA genannt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass PfCCp Multiadhäsionsproteine Komplexe in Gametozyten und auf der Oberfläche von jungen Makrogameten mittels domänenvermittelter Bindungen bilden. Ko-Immunpräzipitationen mit Lysat aus aktivierten Gametozyten zeigten oberflächenvermittelte Interaktionen der PfCCp Proteine durch Pfs230 und Pfs25. Pfs230 ist mit seinen Interaktionspartner Pfs48/45 durch einen GPI-Anker mit der Plasmamembran des Parasiten verbunden. Der Multi-Proteinkomplex wird somit auf der Oberfläche von jungen weiblichen Gameten festgehalten. Zudem wurde in dem neu identifizierten Proteinkomplex ein Protein entschlüsselt welches WD40-Domänen aufweist. Bereits bekannte Funktionen von sich wiederholenden WD40-Domänen lassen vermuten, dass dieses Protein möglicher-weise als Plattform für den Zusammenbau des Proteinkomplexes dient oder das Wechselspiel zwischen Proteinen vermittelt. Während des Ausbruchs aus der Wirtszelle, dem Erythrozyten, werden Gameten angreifbar für Faktoren des humanen Komplements, welches mit der Blutmahlzeit in den Mückendarm aufgenommen wird. In dieser Arbeit wurde ermittelt, dass das Komplementsystem nach der Blutmahlzeit etwa eine Stunde lang im Mückendarm aktiv ist. Durch die Bindung der Regulatoren Faktor H und FHL-1 des menschlichen Komplementsystems aus der Blutmahlzeit, schützen sich Makrogameten gegen eine komplementvermittelte Lyse. Diese Serumproteine binden mittels ihrer SCR-Domänen 5-7 an die Oberfläche von Makrogameten und vermitteln damit die Inaktivierung des alternativen Komplementweges. Dadurch schützen sie sich vor der komplementinduzierten Lyse auf der Oberfläche des Parasiten. Antikörper gegen Faktor H vermindern die sexuelle Entwicklung in vitro und können die Weiterentwicklung des Erregers in der Mücke blockieren. Interaktionsstudien mit endogenen Proteinen und immoblilisierten rekombinanten Proteinen offenbarten PfGAP50 als Bindungspartner von Faktor H und FHL-1. PfGAP50 wurde bislang einem Motorkomplex zugeschrieben, welcher für die Parasitenbewegung von invasiven Stadien zuständig ist. Es wurde jedoch bis heute nicht in Gameten charakterisiert. Erste Lokalisationsstudien weisen auf eine Relokalisierung von PfGAP50 vom inneren Membrankomplex zur Oberfläche von Makrogameten hin. Malaria ist weiterhin eine der tödlichsten Infektionskrankheiten weltweit. Die Erforschung dieser für die Übertragung essentiellen Stadien, den Gametozyten und Gameten von Plasmodium falciparum, stand lange im Hintergrund der Forschung. Diese Arbeit entschlüsselt Details über Proteininteraktionen auf der Oberfläche des Malariaparasiten und beschreibt das Zusammenwirken des Parasiten mit dem menschlichen Komplementsystem im Darm der Mücke.
KW  - Plasmodium falciparum
KW  - Sexuelle Entwicklung
KW  - Malaria
KW  - Transmissionsblockierende Impfstoffe
KW  - Oberflächenproteine der Sexualstadien
KW  - Malaria
KW  - Gametozyt
KW  - humaner Faktor H
KW  - transmission blocking vaccine
KW  - sexual stage surface proteins
KW  - malaria
KW  - gametocyte
KW  - human factor H
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72403
ER  - 
TY  - THES
A1  - Alcantarino Menescal, Luciana
T1  - In vivo characterization of genetic factors involved in Xmrk driven melanoma formation in Medaka (Oryzias latipes): a closer look at braf, Stat5 and c-myc
T1  - In vivo Charakterisierung genetischer Faktoren mit Einfluss auf Xmrk induzierte Melanome in Medaka (Oryzias latipes): Untersuchung von braf, Stat5 und c-myc.
N2  - Melanoma arises from the malignant transformation of melanocytes and is one of the most aggressive forms of human cancer. In fish of the genus Xiphophorus, melanoma development, although very rarely, happens spontaneously in nature and can be induced by interspecific crossing. The oncogenic receptor tyrosine kinase, Xmrk, is responsible for melanoma formation in these fishes. Since Xiphophorus are live-bearing fishes and therefore not compatible with embryonic manipulation and transgenesis, the Xmrk melanoma model was brought to the medaka (Oryzias latipes) system. Xmrk expression under the control of the pigment cell specific mitf promoter leads to melanoma formation with 100% penetrance in medaka. Xmrk is an orthologue of the human epidermal growth factor receptor (EGFR) and activates several downstream signaling pathways. Examples of these pathways are the direct phosphorylation of BRAF and Stat5, as well as the enhanced transcription of C-myc. BRAF is a serine-threonine kinase which is found mutated at high frequencies in malignant melanomas. Stat5 is a transcription factor known to be constitutively activated in fish melanoma. C-myc is a transcription factor that is thought to regulate the expression of approximately 15% of all human genes and is involved in cancer progression of a large number of different tumors. To gain new in vivo information on candidate factors known to be involved in melanoma progression, I identified and analysed BRAF, Stat5 and C-myc in the laboratory fish model system medaka. BRAF protein motifs are highly conserved among vertebrates and the results of this work indicate that its function in the MAPK signaling is maintained in medaka. Transgenic medaka lines carrying a constitutive active version of BRAF (V614E) showed more pigmented skin when compared to wild type. Also, some transiently expressing BRAF V614E fishes showed a disrupted eye phenotype. In addition, I was able to identify two Stat5 copies in medaka, named Stat5ab/a and Stat5ab/b. Sequence analysis revealed a higher similarity between both Stat5 sequences when compared to either human Stat5a or Stat5b. This suggests that the two Stat5 copies in medaka arose by an independent duplication processes. I cloned these two Stat5 present in medaka, produced constitutive active and dominant negative gene versions and successfully established transgenic lines carrying each version under the control of the MITF promoter. These lines will help to elucidate questions that are still remaining in Stat5 biology and its function in melanoma progression, like the role of Stat5 phosphorylation on tumor invasiveness. In a third project during my PhD work, I analysed medaka C-myc function and indentified two copies of this gene in medaka, named c-myc17 and c-myc20, according to the chromosome where they are located. I produced conditional transgenic medaka lines carrying the c-myc17 gene coupled to the hormone binding domain of the estrogen receptor to enable specific transgene activation at a given time point. Comparable to human C-myc, medaka C-myc17 is able to induce proliferation and apoptosis in vivo after induction. Besides that, C-myc17 long-term activation led to liver hyperplasia. In summary, the medaka models generated in this work will be important to bring new in vivo information on genes involved in cancer development. Also, the generated transgenic lines can be easily crossed to the melanoma developing Xmrk medaka lines, thereby opening up the possibility to investigate their function in melanoma progression. Besides that, the generated medaka fishes make it possible to follow the whole development of melanocytes, since the embryos are transparent and can be used for high throughput chemical screens.
N2  - Melanome entstehen durch die krankhafte Transformation von Melanozyten und sind eine der aggressivsten Krebsarten beim Menschen. In Fischen der Gattung Xiphophorus können, wenn auch sehr selten, spontan Melanome entstehen oder durch spezielle Artenkreuzungen induziert werden. Grundlage für das Entstehen der Melanome in diesen Fischen ist die Rezeptortyrosinkinase Xmrk. Da alle Xiphophorus-Arten lebendgebärend sind und keine Manipulationen an Embryonen vorgenommen werden können, wurde ein Xmrk Melanommodel für Medaka (Oryzias latipes) etabliert. Die Expression von Xmrk in Pigmentzellen dieser Fischart resultiert mit 100%iger Penetranz in Melanomen. Das Xmrk ist ein Ortholog des menschlichen „epidermal growth factor“ (EGFR) und aktiviert verschiedene nachgeschaltete Signalwege. Beispiele für diese Aktivierungen sind die Phosphorylierung von BRAF, Stat5 und die erhöhte Expression von c-myc. BRAF ist eine Serin-Threoninkinase, welche oft in malignen Melanomen mutiert ist. Stat5 ist ein Transkriptionsfaktor, welcher dauerhaft in Fischtumoren aktiviert ist. C-myc ist ein Transkriptionsfaktor, welcher etwa 15% aller menschlichen Gene sowie die Entstehung vieler menschlicher Tumore reguliert. Um neue Einsichten in die Funktion der Kanidatengene im Prozess der Melanomentstehung in vivo zu erlangen, habe ich Orthologe von BRAF, Stat5 und C-myc bei Medaka identifiziert und analysiert. Die Domänen des BRAF Proteins sind hoch konserviert in allen Vertebraten. Weiterhin deuten die Ergebnisse meiner Arbeit auf eine Beibehaltung der Funktionen im MAPK Signalweg hin. Transgene Medakalinien, welche eine dauerhaft aktive Version des BRAF Gens (V614E) exprimieren, weisen einerseits eine stärkere Hautpigmentierung auf. Weiterhin treten in diesen Fischen Veränderungen der Augen auf. In einem weiteren Projekt meiner Arbeit gelang es mir, zwei Kopien des Stat5 Gens im Medaka zu identifizieren, Stat5ab/a und Stat5ab/b. Sequenzanalysen zeigten eine höhere Übereinstimmung zwischen den beiden Genkopien, als zwischen denen von Medaka und Menschen. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die beiden Medaka Gene durch eine unabhängige Duplikation entstanden. In meiner Arbeit habe ich beide Gene des Medakas kloniert und jeweils eine konstitutiv aktive und eine dominant negative Version der Gene hergestellt. Weiterhin konnte ich erfolgreich für jede Genversion eine transgene Medakalinie etablieren, welche die verschiedenen Genvarianten unter der Kontrolle des pigmentzellspezifischen Promoters des mitf Gens exprimieren. Diese Linien werden in Zukunft helfen, den Einfluss von Stat5 Signalen auf den Prozess der Melanomverbreitung und dessen Invasivität zu erklären. In einem dritten Projekt meiner Doktorarbeit untersuchte ich das Vorkommen und die Funktion der C-myc Gene des Medakas. Ich konnte zwei Genkopien identifizieren, c-myc17 und c-myc20, welche auf unterschiedlichen Chromosomen lokalisiert sind. Ich konnte induzierbare, stabil transgene Linien herstellen, welche ein Fusionsprotein aus C-myc17 und der Hormonbindungsdomäne des Östrogenrezeptors von Maus exprimiert. Diese Linie ermöglichte eine induzierbare Aktivität des Transgens. Vergleichbar zum menschlichen MYC ist C-myc17 fähig, nach Aktivierung Proliferation und Apoptose in vivo auszulösen. Dauerhafte Aktivierung über einen längeren Zeitraum führt in diesen Linien zu Hyperplasie in Leber. Die verschiedenen Fischmodelle, die während dieser Arbeit generiert wurden, werden essentiell sein, um neue Einsichten in die Rolle diese Faktoren während der Krebsentwicklung in vivo zu erlangen. Weiterhin ermöglichen diese transgenen Linien durch einfaches Auskreuzen auf Xmrk Linien, deren Einfluss auf die Verbreitung von Melanomen zu untersuchen. Letztendlich sind mit diesen Linien auch Untersuchungen der Entwicklung von Pigmentzellen über Zeit möglich, da die Embryonen transparent sind und sich für chemisches Hochdurchsatz-Screening eignen.
KW  - Japankärpfling
KW  - Melanom
KW  - Myc
KW  - Molekulargenetik
KW  - melanoma
KW  - medaka
KW  - BRAF
KW  - Stat5
KW  - c-myc
KW  - melanoma
KW  - medaka
KW  - BRAF
KW  - Stat5
KW  - c-myc
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70762
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hupp, Sabrina
T1  - Modulation of Actin Dynamics by the Cholesterol-Dependent Cytolysin Pneumolysin - a novel mechanism beyond pore formation
T1  - Einfluß des CDCs Pneumolysin auf die Aktin-Dynamik - neue Eigenschaften eines Poren-bildenden Toxins
N2  - Streptococcus pneumoniae is one of the major causes of bacterial meningitis, which mainly affects young infants in the developing countries of Africa, Asia (esp. India) and South America, and which has case fatality rates up to 50% in those regions. Bacterial meningitis comprises an infection of the meninges and the sub-meningeal cortex tissue of the brain, whereat the presence of pneumolysin (PLY), a major virulence factor of the pneumococcus, is prerequisite for the development of a severe outcome of the infection and associated tissue damage (e. g. apoptosis, brain edema, and ischemia). Pneumolysin belongs to the family of pore forming, cholesterol-dependent cytolysins (CDCs), bacterial protein toxins, which basically use membrane-cholesterol as receptor and oligomerize to big aggregates, which induce cell lysis and cell death by disturbance of membrane integrity. Multiple recent studies, including this work, have revealed a new picture of pneumolysin, whose cell-related properties go far beyond membrane binding, pore formation and the induction of cell death and inflammatory responses. For a long time, it has been known that bacteria harm the tissues of their hosts in order to promote their own survival and proliferation. Many bacterial toxins aim to rather hijack cells than to kill them, by interacting with cellular components, such as the cytoskeleton or other endogenous proteins. This study was able to uncover a novel capacity of pneumolysin to interact with components of the actin machinery and to promote rapid, actin-dependent cell shape changes in primary astrocytes. The toxin was applied in disease-relevant concentrations, which were verified to be sub-lytic. These amounts of toxin induced a rapid actin cortex collapse in horizontal direction towards the cell core, whereat membrane integrity was preserved, indicating an actin severing function of pneumolysin, and being consistent with cell shrinkage, displacement, and blebbing observed in live cell imaging experiments. In contrast to neuroblastoma cells, in which pneumolysin led to cytoskeleton remodeling and simultaneously to activation of Rac1 and RhoA, in primary astrocytes the cell shape changes were seen to be primarily independent of small GTPases. The level of activated Rac1 and RhoA did not increase at the early time points after toxin application, when the initial shape changes have been observed, but at later time points when the actin-dependent displacement of cells was slower and less severe, probably presenting the cell’s attempt to re-establish proper cytoskeleton function. A GUV (giant unilamellar vesicle) approach provided insight into the effects of pneumolysin in a biomimetic system, an environment, which is strictly biochemical, but still comprises cellular components, limited to the factors of interest (actin, Arp2/3, ATP, and Mg2+ on one side, and PLY on the other side). This approach was able to show that the wildtype-toxin, but not the Δ6 mutant (mutated in the unfolding domain, and thus non-porous), had the capacity to exhibit its functions through a membrane bilayer, meaning it was able to aggregate actin, which was located on the other side of the membrane, either via direct interaction with actin or in an Arp2/3 activating manner. Taking a closer look at these two factors with the help of several different imaging and biochemical approaches, this work unveiled the capacity of pneumolysin to bind and interact both with actin and Arp2 of the Arp2/3 complex. Pneumolysin was capable to slightly stabilize actin in an actin-pyrene polymerization assay. The same experimental setup was applied to show that the toxin had the capacity to lead to actin polymerization through activation of the Arp2/3 complex. This effect was additionally confirmed with the help of fluorescent microscopy of rhodamine (TRITC)-tagged actin. Strongest Arp2/3 activation, and actin nucleation/polymerization is achieved by the VCA domain of the WASP family proteins. However, addition of PLY to the Arp2/3–VCA system led to an enhanced actin nucleation, suggesting a synergistic activation function of pneumolysin. Hence, two different effects of pneumolysin on the actin cytoskeleton were observed. On the one hand an actin severing property, and on the other hand an actin stabilization property, both of which do not necessarily exclude each other. Actin remodeling is a common feature of bacterial virulence strategies. This is the first time, however, that these properties were assigned to a toxin of the CDC family. Cytoskeletal dysfunction in astrocytes leads to dysfunction and unregulated movement of these cells, which, in context of bacterial meningitis, can favor bacterial penetration and spreading in the brain tissue, and thus comprises an additional role of pneumolysin as a virulence factor of Streptococcus pneumonia in the context of brain infection.
N2  - S. pneumoniae gehört zur Gruppe der Pathogene, die bakterielle Meningitis verursachen, eine Infektion, die hauptsächlich bei Neugeborenen und Kleinkindern in den Entwicklungsländern von Afrika, Asien und Südamerika auftritt, und in diesen Regionen Sterblichkeitsraten von bis zu 50% aufweist. Meningitis ist eine Infektion der Hirnhäute und dem sich direkt darunter befindlichen Cortex-Gewebe. Pneumolysin (PLY), ein Haupt-Pathogenitätsfaktor des sog. Pneumococcus, ist hauptsächlich verantwortlich für einen schweren Verlauf der Infektion und für Gewebeschädigungen, wie Apoptose, Hirnödemen und Ischämie. Pneumolysin gehört zur Familie der Cholesterol-abhängigen Cytolysine (CDCs), bakteriellen Protein-Toxinen, die an Membran-Cholesterol binden, sich zu großen Aggregaten zusammenschließen und durch die Beeinträchtigung der Membranintegrität (Porenbildung) Zell-Lyse und Zelltod verursachen. Zahlreiche neuere Studien, darunter auch diese Arbeit, haben ein neues Bild von Pneumolysin aufgezeigt, dessen Eigenschaften weit über die Membranbindung, die Poren-Bildung und die Induktion von Zelltod und inflammatorischen Prozessen hinausgehen. Es ist weithin bekannt, dass Bakterien das Gewebe ihres Wirts schädigen, um ihre eigene Vermehrung und ihre Ausbreitung zu begünstigen. In diesem Zusammenhang fungieren bakterielle Toxine als Pathogenitätsfaktoren, die mit zellulären Komponenten, wie dem Zytoskelett und anderen Zytosol-Proteinen interagieren, was allerdings bevorzugt zu Zellveränderungen, und seltener zum Zelltod führt. Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, dass Pneumolysin schnelle, und zum Teil gravierende, Aktin-abhängige Zellstruktur-Veränderungen in primären Astrozyten hervorruft. Hierbei wurde das Toxin in Konzentrationen appliziert, die im Liquor von Meningitis-Patienten detektiert werden können, und die zusätzlich als sub-lytisch für Astrozyten in Zellkultur verifiziert wurden. Diese Toxin-Mengen führten zu einem schnellen, horizontalen Aktinkortex-Kollaps, wobei die Membranintegrität erhalten blieb. Dies deutete auf eine „Severing“-Funktion (das Abtrennen oder Zerschneiden von Aktinfilamenten) von Pneumolysin hin, was mit den Beobachtungen übereinstimmt, die in Experimenten mit lebendigen Zellen gemacht wurden (Zellveränderungen, Zellbewegungen und „Blebbings“). Im Gegensatz zu Neuroblastoma Zellen, in denen Pneumolysin Zytoskelett-Veränderungen, und gleichzeitig die Aktivierung von Rac1 und RhoA verursachte, waren die Zell-Veränderungen bei Astrozyten primär unabhängig von der Aktivierung kleiner GTPasen. Obwohl gezeigt werden konnte, dass die Veränderungen vom Aktin-Zytosklett abhängig waren, war das Level an Rac1 und RhoA in den frühen Phasen nach der Toxin-Gabe nicht erhöht. Eine Aktivierung der GTPasen konnte dahingegen zu späteren Zeitpunkten detektiert werden, in denen die Zellbewegung abgeschwächt und verlangsamt war. Die späte Aktivierung kann als Reaktion der Zelle auf die vom Toxin ausgelösten Veränderungen gesehen werden, die zu einer Wiederherstellung der normalen Zytoskelett-Funktion führen soll. GUV-Experimente ermöglichten eine genauere Betrachtung der Pneumolysin-Effekte in einem biomimetischen, jedoch strikt biochemischen Ansatz, der alle zellulären Komponenten enthält, die untersucht werden sollen (Pneumolysin, Aktin, Arp2/3, ATP, und Mg2+). Im GUV-System befand sich das Toxin im Inneren der Vesikel, und Aktin in der extra-vesikulären Suspension, einem Verhältnis genau umgekehrt zum zellullären System. Zusätzlich wurden Arp2/3 und ATP/Mg2+, für die Aktin-Polymerisierung essentielle Faktoren, in der Aktin-Suspension zur Verfügung gestellt. Die GUV-Experimente konnten zeigen, dass Wildtyp-Pneumolysin, allerdings nicht seine Mutante Δ6-PLY (Mutation in der sog. unfolding domain, und deshalb nicht Poren-bildend), seine Effekte auf das Aktin-Zytoskelett durch die Membran-Barriere hindurch, in einer Membran-gebundenen Form ausüben kann. Aktin wurde an den Stellen höchster Toxinbindung aggregiert, was entweder über eine direkte Interaktion von PLY mit Aktin, oder über eine Aktivierung des Aktin-Effektors Arp2/3 durch Pneumolysin erklärt werden kann. Weitere biochemische Ansätze (wie enzyme-linked sorbent assays, ELSAs) und Mikroskopie-Techniken (Immunocyto-Chemie) konnten beweisen, dass Pneumolysin sowohl mit Aktin, als auch mit Arp2 (einer Komponente des heptameren Arp2/3 Proteinkomplexes) direkt interagieren kann. Aktin-Pyren Experimente und Fluoreszenzmikroskopie (von TRITC-markiertem Aktin) wiesen auf eine Kapazität von Pneumolysin hin, Aktin direkt zu stabilisieren, und über die Aktivierung von Arp2/3 eine Aktin-Polymerisierung hervorrufen zu können.
KW  - Hirnhautentzündung
KW  - Bakteriengift
KW  - Perforine
KW  - Actin
KW  - Meningitis
KW  - Meningitis
KW  - Bacterial Toxins
KW  - Pneumolysin
KW  - Actin
KW  - Pore formation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70889
ER  - 
TY  - THES
A1  - Förtsch, Christina
T1  - Pneumolysin: the state of pore-formation in context to cell trafficking and inflammatory responses of astrocytes
T1  - Pneumolysin: Einfluss der Porenbildung auf zelluläre Transportprozesse und inflammatorische Antworten in Astrozyten
N2  - Pneumolysin, a protein toxin, represents one of the major virulence factors of Streptococcus pneumoniae. This pathogen causes bacterial meningitis with especially high disease rates in young children, elderly people and immunosuppressed patients. The protein toxin belongs to the family of cholesterol-dependent cytolysins, which require membrane cholesterol in order to bind and to be activated. Upon activation, monomers assemble in a circle and undergo conformational change. This conformational change leads to the formation of a pore, which eventually leads to cell lysis. This knowledge was obtained by studies that used a higher concentration compared to the concentration of pneumolysin found in the cerebrospinal fluid of meningitis patients. Thus, a much lower concentration of pneumolysin was used in this work in order to investigate effects of this toxin on primary mouse astrocytes. Previously, a small GTPase activation, possibly leading to cytoskeletal changes, was found in a human neuroblastoma cell line. This led to the hypothesis that pneumolysin can lead to similar cytoskeletal changes in primary cells. The aim of this work was to investigate and characterise the effects of pneumolysin on primary mouse astrocytes in terms of a possible pore formation, cellular trafficking and immunological responses. Firstly, the importance of pore-formation on cytoskeletal changes was to be investigated. In order to tackle this question, wild-type pneumolysin and two mutant variants were used. One variant was generated by exchanging one amino acid in the cholesterol recognising region, the second variant was generated by deleting two amino acids in a protein domain that is essential for oligomerisation. These variants should be incapable of forming a pore and were compared to the wild-type in terms of lytic capacities, membrane binding, membrane depolarisation, pore-formation in artificial membranes (planar lipid bilayer) and effects on the cytoskeleton. These investigations resulted in the finding that the pore-formation is required for inducing cell lysis, membrane depolarisation and cytoskeletal changes in astrocytes. The variants were not able to form a pore in planar lipid bilayer and did not cause cell lysis and membrane depolarisation. However, they bound to the cell membrane to the same extent as the wild-type toxin. Thus, the pore-formation, but not the membrane binding was the cause for these changes. Secondly, the effect of pneumolysin on cellular trafficking was investigated. Here, the variants showed no effect, but the wild-type led to an increase in overall endocytotic events and was itself internalised into the cell. In order to characterise a possible mechanism for internalisation, a GFP-tagged version of pneumolysin was used. Several fluorescence-labelled markers for different endocytotic pathways were used in a co-staining approach with pneumolysin. Furthermore, inhibitors for two key-players in classical endocytotic pathways, dynamin and myosin II, were used in order to investigate classical endocytotic pathways and their possible involvement in toxin internalisation. The second finding of this work is that pneumolysin is taken up into the cell via dynamin- and caveolin-independent pinocytosis, which could transfer the toxin to caveosomes. From there, the fate of the toxin remains unknown. Additionally, pneumolysin leads to an overall increase in endocytotic events. This observation led to the third aim of this work. If the toxin increases the overall rate of endocytosis, the question arises whether toxin internalisation favours bacterial tissue penetration of the host or whether it serves as a defence mechanism of the cell in order to degrade the protein. Thus, several proinflammatory cytokines were investigated, as previous studies describe an effect of pneumolysin on cytokine production. Surprisingly, only interleukin 6-production was increased after toxin-treatment and no effect of endocytotic inhibitors on the interleukin 6-production was observed. The conclusion from this finding is that pneumolysin leads to an increase of interleukin 6, which would not depend on the endocytotic uptake of pneumolysin. The production of interleukin 6 would enhance the production of acute phase proteins, T-cell activation, growth and differentiation. On the one hand, this activation could serve pathogen clearance from infected tissue. On the other hand, the production of interleukin 6 could promote a further penetration of pathogen into host tissue. This question should be further investigated.
N2  - Das Protein-Toxin Pneumolysin ist einer der entscheidenden Virulenzfaktoren von Streptococcus pneumoniae. Dieses Protein-Toxin gehört zur Familie der cholesterinabhängigen Zytolysine, die Membrancholesterol für ihre Aktivierung und Bindung benötigen. Nach der Membranbindung ordnen sich die Toxinmonomere kreisförmig an und ändern ihre Konformation, wodurch eine Pore entsteht, die dann zu einer Lyse der Zelle führt. Vor kurzem wurde nach Pneumolysinbehandlung in einer humanen Neuroblastomzelllinie eine Aktivierung kleiner GTPasen gefunden, die für zytoskelettale Veränderungen entscheidend sind (z.B. Zellbewegungen). Deshalb wurde die Hypothese aufgestellt, dass Pneumolysin diese zytoskelettalen Veränderungen auch in primären neuronalen Zellen auslösen könnte. Das Ziel dieser Arbeit war, die Effekte von Pneumolysin auf primäre Mausastrozyten im Hinblick auf Porenbildung, zelluläre Transportprozesse und immunologische Antworten zu untersuchen. Im ersten Teil wird die Bedeutung der Porenbildung auf zytoskelettale Veränderungen untersucht. Hierbei wurden lytische Fähigkeiten, Membranbindung, Membrandepolarisation, Porenbildung im künstlichen Bilayer und Effekte auf das Zytoskelett untersucht. Sowohl der Wildtyp als auch die Varianten zeigten die gleiche Stärke an Membranbindung. Diese Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Porenbildung für die Zell-Lyse, Membrandepolarisation und zytoskelettale Veränderungen in Mausastrozyten wichtig ist und führt zu der Schlussfolgerung, dass nicht die Membranbindung, sondern die Porenbildung entscheidend für die beobachteten zytoskelettalen Veränderungen ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt des Pneumolysin auf zelluläre Transportprozesse untersucht. Erneut zeigten die Pneumolysinvarianten keine Wirkung, während der Wildtyp die Gesamtrate der Endozytose erhöhte. Weiterhin wurde nur der Wildtyp internalisiert. Um einen möglichen Mechanismus für die Internalisierung des Toxins vorschlagen zu können, wurde Pneumolysin als GFP-markiertes Toxin genutzt. Weiterhin wurden einige Marker für unterschiedliche endozytotische Transportprozesse genutzt um eine Ko-lokalisation mit Pneumolysin-GFP zu ermöglichen. Des Weiteren wurden Inhibitoren für zwei Schlüsselproteine endozytotischer Vorgänge, Dynamin und Myosin II, genutzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten, dass Pneumolysin wahrscheinlich durch dynamin- und caveolin-unabhängige Pinozytose in die Zelle aufgenommen wird. Dieser Mechanismus führt zu der Bildung von Caveosomen, deren weiterer Transport, und somit das Schicksal des internalisierten Toxins, bis heute noch nicht aufgeklärt ist. Die Beobachtung, dass Pneumolysin die Gesamtrate an Endozytose erhöht, führte zum dritten Teil dieser Arbeit. Wenn das Toxin die Gesamtrate an Endozytose erhöht, stellt sich die Frage, ob dieser Vorgang der Zerstörung des Toxins – also einer Abwehr der Zelle – dient, oder ob diese Internalisierung eine Strategie des Pathogens ist, um tiefer in das Wirtsgewebe einzudringen. Aktuelle Studien belegen, dass Pneumolysin einen Einfluss auf inflammatorische Antworten des Immunsystems hat. Aus diesem Grund wurden unterschiedliche proinflammatorische Zytokine untersucht. Überraschenderweise zeigte sich nur eine Erhöhung des Interleukin 6 nach der Toxinbehandlung. Weiterhin hatten die Endozytoseinhibitoren keinen Effekt auf die Produktion dieses proinflammatorischen Zytokins. Pneumolysin führt also zu einem Anstieg der Interleukin 6 Produktion, diese Produktion ist jedoch unabhängig von der Internalisierung dieses Toxins. Die Produktion dieses Interleukins würde zur Produktion der Akute-Phase Proteine, der Aktivierung der T-Zell Antwort, zu Wachstum und Zelldifferenzierung führen. Einerseits könnte diese Aktivierung die Infektion durch das Pathogen bekämpfen. Andererseits könnte S. pneumoniae die erhöhte Produktion durch PLY an Interleukin 6 nutzen um weiter in das Wirtsgewebe vordringen zu können. Diese Frage sollte noch durch weitere Experimente untersucht werden.
KW  - Streptococcus pneumoniae
KW  - Toxin
KW  - Hirnhautentzündung
KW  - Entzündung
KW  - Astrozyt
KW  - Pore
KW  - Pneumolysin
KW  - Meningitis
KW  - Inflammation
KW  - Zelltransport
KW  - Porenbildung
KW  - Pneumolysin
KW  - Meningitis
KW  - Inflammation
KW  - cellular-trafficking
KW  - Pore-formation
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70892
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tyagi, Anu
T1  - Role of SWI/SNF in regulating pre-mRNA processing in Drosophila melanogaster
T1  - Funktion von SWI/SNF in der Regulation der prämRNA-Prozessierung in Drosophila melanogaster
N2  - ATP dependent chromatin remodeling complexes are multifactorial complexes that utilize the energy of ATP to rearrange the chromatin structure. The changes in chromatin structure lead to either increased or decreased DNA accessibility. SWI/SNF is one of such complex. The SWI/SNF complex is involved in both transcription activation and transcription repression. The ATPase subunit of SWI/SNF is called SWI2/SNF2 in yeast and Brahma, Brm, in Drosophila melanogaster. In mammals there are two paralogs of the ATPase subunit, Brm and Brg1. Recent studies have shown that the human Brm is involved in the regulation of alternative splicing. The aim of this study was to investigate the role of Brm in pre-mRNA processing. The model systems used were Chironomus tentans, well suited for in situ studies and D. melanogaster, known for its full genome information. Immunofluorescent staining of the polytene chromosome indicated that Brm protein of C. tentans, ctBrm, is associated with several gene loci including the Balbiani ring (BR) puffs. Mapping the distribution of ctBrm along the BR genes by both immuno-electron microscopy and chromatin immunoprecipitation showed that ctBrm is widely distributed along the BR genes. The results also show that a fraction of ctBrm is associated with the nascent BR pre-mRNP. Biochemical fractionation experiments confirmed the association of Brm with the RNP fractions, not only in C. tentans but also in D. melanogaster and in HeLa cells. Microarray hybridization experiments performed on S2 cells depleted of either dBrm or other SWI/SNF subunits show that Brm affects alternative splicing and 3´ end formation. These results indicated that BRM affects pre-mRNA processing as a component of SWI/SNF complexes. 1
N2  - ATP abhängige Chromatin Remodelling Komplexe bestehen aus diversen Faktoren, welche die bei der Umsetzung von ATP freiwerdende Energie dazu nutzen, die Chromatinstruktur neu zu ordnen. Diese Veränderungen führen zu einer Zu- bzw. Abnahme in der Zugänglichkeit der DNA. Ein Beispiel dafür ist der SWI/SNF-Komplex, der sowohl in die Aktivierung als auch die Inhibierung der Transkription involviert ist. Die ATPase-Untereinheit von SWI/SNF heißt in Hefe SWI2/SNF2 und in Drosophila melanogaster Brahma (Brm). Im Gegensatz dazu besitzen Säuger zwei Paraloge der ATPase-Einheit, nämlich Brm und Brg1. Neueste Studien haben gezeigt, dass das humane Brm in der Regulation des Alternativen Spleißen beteiligt ist. Ziel dieser Arbeit ist es, die Rolle von Brm in der prä-mRNA-Prozessierung zu untersuchen. Als Versuchssysteme wurden Chironomus tentans und D. melanogaster herangezogen. Dabei eignete sich C. tentans vor allem für die in situ Studien während bei D. melanogaster das vollständig sequenzierte Genom von Vorteil war. Immunfluoreszenzfärbungen von Polytän-Chromosomen zeigen eine Assoziation von Brm von C. tentans, ctBrm; mit unterschiedlichen Genloci, einschließlich der Balbiani-Ringe (BR). Mit Hilfe von Immun-Elektronenmikroskopie und Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP) wird die Verteilung von ctBrm entlang der BR-Gene untersucht. Dabei zeigt ctBrm eine weite Streuung. Die Ergebnisse lassen außerdem darauf schließen, dass ein Teil des ctBrm-Proteins mit naszierenden BRprä- mRNPs interagiert. Biochemische Fraktionierungs-experimente bestätigen die Assoziation von Brm mit RNP-Fraktionen nicht nur in C. tentans, sondern auch in D. melanogaster und in HeLa-Zellen. Microarray-Untersuchungen in S2-Zellen, in denen entweder dBrm oder eine andere Untereinheit von SWI/SNF depletiert war, zeigen, dass BRM als eine Komponente des SWI/SNF-Komplexes sowohl Alternatives Spleißen und die Formierung des 3´ Endes, als auch die prä-mRNA-Prozessierung beeinflusst.
KW  - Taufliege
KW  - Messenger-RNS
KW  - Prozessierung
KW  - SWI/SNF
KW  - mRNA processing
KW  - SWI/SNF
KW  - mRNA processing
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72253
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TY  - THES
A1  - Leikam, Claudia
T1  - Oncogene-induced senescence in melanocytes
T1  - Onkogen-induzierte Seneszenz in Melanozyten
N2  - Melanoma is the most aggressive skin cancer with very limited treatment options. Upon appearance of metastases chemotherapeutics are used to either kill or slow down the growth of cancer cells by inducing apoptosis or senescence, respectively. With melanomas originating from melanocytes, it is vital to elucidate the mechanisms that distinguish senescence induction from proliferation and tumourigenicity. Xmrk (Xiphophorus melanoma receptor kinase), the fish orthologue of the human epidermal growth factor receptor (EGFR), causes highly aggressive melanoma in fish. Using an inducible variant, HERmrk, I showed that high receptor levels result in melanocyte senescence, whereas low and medium expression allows for cell proliferation and tumourigenicity. Mechanistically, HERmrk leads to increased reactive oxygen species (ROS) levels, which trigger a DNA damage response. Consequently, multinucleated, senescent cells develop by both endomitosis and fusion. Furthermore, oncogenic N‐RAS (N-‐RAS61K) induces a similar multinucleated phenotype in melanocytes. In addition, I found that both overexpression of C‐MYC and the knockdown of miz­‐1 (Myc­‐interacting zinc finger protein 1) diminished HERmrk‐induced senescence entry. C‐MYC prevent ROS induction, DNA damage and senescence, while acting synergistically with HERmrk in conveying tumourigenic features to melanocytes. Further analyses identified cystathionase (CTH) as a novel target gene of Myc and Miz-­1 crucial for senescence prevention. CTH encodes an enzyme involved in the synthesis of cysteine from methionine, thereby allowing for increased ROS detoxification. Even though senescence was thought to be irreversible and hence tumour protective, I demonstrated that prolonged expression of the melanoma oncogene N­‐RAS61K in pigment cells overcomes initial OIS by triggering the emergence of tumour‐initiating, mononucleated stem‐like cells from multinucleated senescent cells. This progeny is dedifferentiated, highly proliferative, anoikis­‐resistant and induces fast­‐growing, metastatic tumours upon transplantation into nude mice. Our data demonstrate that induction of OIS is not only a cellular failsafe mechanism, but also carries the potential to provide a source for highly aggressive, tumour­‐initiating cells.
N2  - Das Melanom ist der aggressivste Hautkrebstyp mit aeußerst begrenzten Therapiemoeglichkeiten. Sobald Metastasen diagnostiziert werden, kommen Chemotherapeutika zum Einsatz, deren Aufgabe darin besteht, die Krebszellen durch Apotoseinduktion zu toeten oder ihre Verbreitung mittels Seneszenz zu verlangsamen. Da Melanome aus Melanozyten hervorgehen, ist es essentiell, die Mechanismen zu analysieren, die entscheiden, ob Zellen seneszent oder tumorigen werden. Xmrk, die Xiphophorus­‐Melanom‐Rezeptor­‐Kinase und Fischortholog des humanen epidermalen Wachstumsfaktors (EGFR), verursacht aggressive Melanome in Fischen. Durch den Einsatz von HERmrk, einer induzierbaren Variante des Rezeptors, konnte ich zeigen, dass hohe Expressionslevel Seneszenz in Melanozyten zur Folge haben, wohingegen niedrige oder mittlere Rezeptorlevel mit erhöhter Zellproliferation und Tumorigenitaet der Zellen einhergehen. Mechanistisch gesehen, führt die Aktivierung von HERmrk zu gesteigerten Level an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die wiederum DNA‐Schäden verursachen und dadurch bestimmte Signalwege auslösen. Durch Endomitose und Fusion entstehen letztendlich multinukleaere, seneszente Zellen. Interessanterweise, führte die Expression von onkogenem N‐RAS (N‐RAS61K) in Melanozyten zu einem sehr ähnlichen Phaenotyp. Des Weiteren konnte ich zeigen, dass sowohl die Überexpression von C-­MYC als auch der Knockdown von miz‐1 (Myc­‐interagierendes Zinkfingerprotein 1) der HERmrk-­induzierten Seneszenz entgegenwirkten. C‐MYC verhindert einerseits die Entstehung von ROS, die dadurch verursachten DNA‐Schaeden und damit die Seneszenz und wirkt andererseits synergistisch mit HERmrk, indem es den Melanozyten tumorigene Eigenschaften verleiht. In weiteren Analysen wurde Cystathionase (CTH) als neues Zielgen von Myc und Miz-­1 identifiziert, dem eine zentrale Rolle in der Seneszenzverhinderung zukommt. CTH kodiert fuer ein Enzym, das die Synthese von Cystein aus Methionin und damit die Entsorgung von ROS ermöglicht. Obwohl man davon ausgeht, dass Seneszenz einen irreversiblen Mechanismus darstellt, der die Tumorentstehung verhindert, konnte ich zeigen, dass die langfristige Expression des Melanomonkogens N‐RAS61K die initiale Seneszenzinduktion durchbricht. Dabei gehen mononukleaere, tumorigene, stammzellaehnliche Zellen aus seneszenten Zellen hervor. Diese Tochterzellen sind dedifferenziert, hochproliferativ, Anoikis­‐resistent und induzieren schnellwachsende, metastasierende Tumoren in Nacktmaeusen. Damit machen meine Daten deutlich, dass Seneszenz nicht nur als zellulaerer Schadensbegrenzungsmechanismus fungiert, sondern auch das Potential hat, aeußerst aggressive Tumorzellen zu generieren.
KW  - Melanom
KW  - Altern
KW  - Onkogen
KW  - Melanophor
KW  - Hautkrebs
KW  - Seneszenz
KW  - Xmrk
KW  - N-RAS
KW  - melanoma
KW  - senescence
KW  - OIS
KW  - skin cancer
KW  - oncogenes
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-79316
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TY  - THES
A1  - Bäuerlein, Carina
T1  - Identification of new predictive markers for an early diagnosis of an imminent acute Graft-versus-Host Disease
T1  - Bestimmung neuer prädiktiver Marker zur Früherkennung einer drohenden akuten Graft-versus-Host Disease
N2  - Acute graft-versus-host disease (aGvHD) is an immune syndrome associated with allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT) that is mediated by alloreactive donor T cells attacking the gastrointestinal tract, liver, and skin of the host. Early diagnosis remains problematic and to date mainly relies on clinical symptoms and histopathology. Previously, different groups demonstrated that in order to cause aGvHD, alloreactive T cells require the expression of appropriate homing receptors to efficiently migrate from their priming sites to their target tissues. Therefore, the development of a predictive test based on the homing receptor expression profile of peripheral blood T cells seems attractive to identify patients at risk before the onset of aGvHD. The aim of this study was to analyze migrating alloreactive donor T cell kinetics in the peripheral blood early after allo-HCT in a murine model across minor histocompatibility antigens (miHAg) followed by a precise characterization of the homing receptor expression profile of migrating donor lymphocytes in order to identify suitable predictive markers. Combining daily bioluminescence imaging (BLI) and flow cytometry (FC) allowed defining two weeks of massive alloreactive donor T cell migration before clinical aGvHD symptoms became apparent. Peripheral blood donor T lymphocytes highly up-regulated the homing markers α4β7 integrin, and P- and E-selectin-ligand at peak time points of cell migration. The combination with the activation markers CD25 and CD69 and low expression levels of L-selectin allowed alloreactive donor T cell definition. Based on this migration phase we postulated a potential diagnostic window to precisely identify alloreactive donor T cells upon their homing receptor expression profile. Consequently, targeted pre-emptive treatment with rapamycin starting at the earliest detection time point of alloreactive donor T cells in the peripheral blood (day+6) significantly prolonged survival of treated mice. Based on this data, we propose a potential diagnostic window for alloreactive cell detection based on their homing receptor expression profile for a timely and effective therapeutic intervention before the clinical manifestation of aGvHD.
N2  - Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation ist oft die einzig mögliche Behandlungsmethode für maligne und nicht-maligne hämatologische Erkrankungen. Die Graft-versus-Host Disease stellt den größten, limitierenden Faktor dieser Therapie dar. Bei diesem Immunsyndrom greifen alloreaktive Spender-T-Zellen gezielt Organe des Empfängers an, insbesondere den Gastrointestinaltrakt, die Leber und die Haut. Die frühe Diagnose einer bevorstehenden, akuten GvHD gestaltet sich nach wie vor schwierig und basiert heutzutage hauptsächlich auf dem Auftreten klinischer Symptome und histopathologischen Befunden. Die Entwicklung eines prädiktiven Tests zur Früherkennung gefährdeter Patienten hat daher hohe Priorität. Verschiedene Gruppen zeigten kürzlich, dass Spender-T-Zellen spezifische Rezeptoren, sogenannte Homing-Rezeptoren, exprimieren müssen, um in die Zielorgane einwandern zu können. Deshalb scheint die Entwicklung eines auf dem spezifischen Homing-Rezeptor-Expressionsmuster der T-Zellen im peripheren Blut basierenden Tests vielversprechend, um gezielt Patienten zu identifizieren, die möglicherweise eine aGvHD entwickeln werden. Das Ziel dieser Arbeit war die genaue Analyse der Migrationskinetik alloreaktiver Spender-T-Zellen im peripheren Blut in einem klinisch relevanten Mausmodell mit Unterschieden in minor Histokompatibilitätsantigenen. Es folgte eine präzise Charakterisierung des Homing-Rezeptor-Expressionsprofils der migrierenden Spenderlymphozyten zu ausgewählten Zeitpunkten nach Transplantation, um mögliche, geeignete Rezeptoren für einen prädiktiven Test zu identifizieren. Die Kombination von täglicher in vivo Bildgebung der transplantierten Mäuse mit durchflusszytometrischen Analysen des peripheren Blutes ermöglichte es, eine zweiwöchige Phase massiver Spenderzellmigration vor dem Auftreten klinischer aGvHD Symptome zu definieren. Die detektierten Spenderlymphozyten zeigten eine stark erhöhte Expression des für die Migration in den Gastrointestinaltrakt wichtigen Moleküls α4β7 Integrin sowie der Liganden für P- und E-Selektin, die in das Haut-Homing involviert sind. Die Kombination dieser Marker mit der stark reduzierten Expression von L-Selektin, einem Marker für naive T-Zellen, sowie der signifikant höheren Expression der Aktivierungsmarker CD25 und CD69 im Vergleich zu syngen transplantierten Kontrolltieren ermöglichte die Definition von alloreaktiven Spender-T-Zellen. Eine gezielte, vorbeugende Behandlung mit Rapamycin, beginnend am Tag der Detektion erster alloreaktiver T-Zellen (Tag+6), erhöhte die Überlebensrate der behandelten Mäuse. Aufgrund dieser Daten schlagen wir ein potentielles, diagnostisches Fenster zur Anwendung prädiktiver Tests vor, um Patienten, mit erhöhtem aGvHD-Risiko rechtzeitig zu identifizieren und vorbeugend behandeln zu können.
KW  - Transplantat-Wirt-Reaktion
KW  - Graft-versus-host disease
KW  - Mausmodell
KW  - T-Zellhoming
KW  - Graft-versus-host disease
KW  - mouse model
KW  - T cell homing
KW  - Maus
KW  - Blutstammzelle
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-78489
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TY  - THES
A1  - Kober, Franz-Xaver Wilhelm
T1  - Molecular insights into the protein disulfide isomerase family
T1  - Molekulare Mechanismen der Protein Disulfid Isomerase Familie
N2  - Upon synthesis, nascent polypeptide chains are subject to major rearrangements of their side chains to obtain an energetically more favorable conformation in a process called folding. About one third of all cellular proteins pass through the secretory pathway and undergo oxidative folding in the endoplasmic reticulum (ER). During oxidative folding, the conformational rearrangements are accompanied by the formation of disulfide bonds – covalent bonds between cysteine side chains that form upon oxidation. Protein disulfide isomerase (PDI) assists in the folding of substrates by catalyzing the oxidation of pairs of cysteine residues and the isomerization of disulfide bonds as well as by acting as chaperones. In addition to PDI itself, a family of related ER-resident proteins has formed. All PDI family members share the thioredoxin fold in at least one of their domains and exhibit a subset of the PDI activities. Despite many studies, the role of most PDI family members remains unclear. The project presented in this thesis was aimed to establish tools for the biochemical characterization of single members of the PDI family and their role in the folding process. A combination of fluorescence based assays was developed to selectively study single functions of PDI family members and relate their properties of either catalysis of oxidation or catalysis of isomerization or chaperone activity to the rest of the protein family. A binding assay using isothermal titration calorimetry (ITC) was established to complement the activity assays. Using ITC we could show for the first time that members of the PDI family can distinguish between folded and unfolded proteins selectively binding the latter. The unique information provided by this method also revealed a two-site binding of unfolded proteins by PDI itself. In addition to the functional characterization, experiments were conducted to further investigate the oligomeric state of PDI. We could show that the equilibrium between structurally different states of PDI is heavily influenced by the redox state of the protein and its environment. This new data could help to further our understanding of the interplay between oxidases like PDI and their regenerative enzymes like Ero1, which may be governed by structural changes in response to the change in redox status. Another structural approach was the screening of all investigated PDI family members for suitable crystallization conditions. As a result of this screening we could obtain protein crystals of human ERp27 and were able to solve the structure of this protein with X-ray crystallography. The structure gives insight into the mechanisms of substrate binding domains within the PDI family and helps to understand the interaction of ERp27 with the redox active ERp57. In collaboration with the group of Heike Hermanns we could further show the physiological importance of this interaction under oxidative stress. In conclusion, the project presented in this thesis provides novel tools for an extensive analysis of the activities of single PDI family members as well as a useful set of methods to characterize novel oxidoreductases and chaperones. The initial results obtained with the our novel methods are very promising. At the same time, the structural approach of this project could successfully solve the structure of a PDI family member and give information about the interplay within the PDI family.
N2  - Umlagerungsprozess nennt man Proteinfaltung. Schätzungsweise ein Drittel aller zellulären Proteine werden über den sekretorischen Transportweg geschleust und durchlaufen die oxidative Proteinfaltung im endoplasmatischen Retikulum (ER). Während der oxidativen Faltung werden zusätzlich zur Umlagerung von Seitenketten auch Disulfidbrücken gebildet. Dies sind kovalente Bindungen zwischen Zystein-Seitenketten durch Oxidation entstehen. Protein Disulfid Isomerase (PDI) unterstützt die Faltung von Proteinen im ER indem es die Oxidation zweier Zystein- Seitenketten katalysiert. Neben der Oxidation katalysiert PDI ebenfalls die Isomerisierung von fehlverknüpften Disulfidbrücken und wirkt als Chaperon der Aggregation entgegen. Im Laufe der Evolution hat sich zusätzlich zu PDI eine Gruppe verwandter ER-lokalisierter Proteine gebildet. Diese Mitglieder der PDI-Familie weisen alle das Thioredoxin-Faltungsmotiv in mindestens einer ihrer Domänen auf und besitzen mindestens eine der drei PDI-Aktivitäten. Trotz eingehender Untersuchung ist die Rolle der meisten dieser PDI Familienmitglieder weiterhin unklar. Im Rahmen des Projekts, welches dieser Dissertation zugrunde liegt, wurden Methoden zur biochemischen Charakterisierung einzelner Mitglieder der PDI-Familie, und deren Rolle im Faltungsprozess, entwickelt. Eine Kombination von Fluoreszenzexperimenten wurde etabliert mit der selektiv einzelne Aktivitäten von Faltungshelfern analysiert und qualitativ in die PDI- Familie eingeordnet werde können. Diese fluoreszenzbasierten Methoden wurden durch isothermale Titrationkalorimetrie (ITC) ergänzt. Mit ITC konnten wir als Erste zeigen, dass PDI- Familienmitglieder gefaltete von ungefalteten Proteinen unterscheiden können und letztere selektiv binden. Die zusätzlichen Informationen, die in einem ITC-Experiment gewonnen wurden, zeigten, dass PDI mit Substraten mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Bindungsstellen interagiert. Neben der funktionellen Analyse der PDI-Familie wurde Experimente durchgeführt um den oligomeren Zustand von PDI näher zu untersuchen. Wir konnten zeigen, dass das Gleichgewicht zwischen strukturell verschiedenen Zuständen entscheidend vom Redox-Status von PDI abhängt. Diese neuen Daten werfen ein neues Licht auf die Interaktion zwischen Oxidasen wie PDI und ihren regenerativen Enzymen wie Ero1. Diese Interaktion könnte sehr wohl durch strukturelle Veränderungen, ausgelöst durch Redox-Reaktionen, reguliert werden. Als weiteren strukturellen Ansatz zur Erforschung der PDI-Familie wurden alle verwendeten Familienmitglieder auf aussichtsreiche Kristallisationsbedingungen hin untersucht. Durch dieses Screening konnte ERp27 kristallisiert und seine Struktur durch Röntgenkristallografie aufgeklärt werden. Die so gewonnene Struktur gibt Aufschluss über die Mechanismen der Substratbindung in der PDI- Familie und hilft ebenfalls dabei, die Interaktion zwischen ERp27 und dem redoxaktiven ERp57 besser zu verstehen. Auf Grund dieser Daten konnten wir gemeinsam mit der Gruppe von Heike Hermanns die physiologische Bedeutung dieser Interaktion bei oxidativem Stress aufzeigen. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieses Projektes neue Werkzeuge zur eingehenden Analyse der PDI-Familie etabliert werden, welche auch zur Charakterisierung neuer Oxidoreduktasen und Chaperone verwendet werden können. Die ersten Ergebnisse die mit Hilfe dieser neuen Methoden gewonnen werden konnten sind vielversprechen. Gleichzeitig konnten wir mit ERp27 die Struktur eines weiteren PDI-Familienmitgliedes lösen und so weitere Einblicke in das komplexe Netzwerk der PDI-Familie gewinnen.
KW  - Biochemie
KW  - Proteinfaltung
KW  - Disulfidbrücken
KW  - Protein Disulfid Isomerase
KW  - Biochemistry
KW  - protein folding
KW  - disulfide bonds
KW  - protein disulfide isomerase
KW  - PDI
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72144
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TY  - THES
A1  - Thakur, Chitra
T1  - Lineage tracing of metastasis in a mouse model for Non-small cell lung cancer (NSCLC)
T1  - Untersuchung metastatischer Prozesse durchgenetische Zellmarkierung in einem Mausmodelldes nichtkleinzelligen Lungenkarzinoms (NSCLC)
N2  - Non-small cell lung cancer (NSCLC) is the deadliest form of lung cancer and has a poor prognosis due to its high rate of metastasis. Notably, metastasis is one of the leading causes of death among cancer patients. Despite the clinical importance, the cellular and molecular mechanisms that govern the initiation, establishment and progression of metastasis remain unclear. Moreover, knowledge gained on metastatic process was largely based on cultured or in vitro manipulated cells that were reintroduced into immune-compromised recipient mice. In the present study, a spontaneous metastasis mouse model for NSCLC was generated with a heritable fluorescent tag (DsRed) driven by CAG (combination of cytomegalovirus early enhancing element and chicken beta actin) promoter in alveolar type II cells (SpC-rtTA/TetO-Cre/LSL-DsRed). This approach is essential, keeping in mind the reprogramming nature of Myc oncogene (Rapp et al, 2009). Such genetic lineage tracing approach not only allowed us to monitor molecular and cellular changes during development of primary tumor but also led us to identify the different stages of secondary tumor development in distant organs. Upon combined expression of oncogenic C Raf-BXB and c-Myc (MYC-BXB-DsRed) in lung alveolar type II epithelial cells, macroscopic lung tumors arose comprising of both cuboidal and columnal cellular features. C Raf-BXB induced tumors (CRAF-DsRed) exhibit cuboidal morphology and is non-metastatic whereas Myc-BXB induced lung tumors (Myc-BXB-DsRed) present cuboidal-columnar cellular features and is able to undergo metastasis mainly in liver. Surprisingly, cystic lesions which were negative for SpC (Surfactant protein C) and CCSP (Clara cell secretory protein), strongly expressed DsRed proteins indicating its origin from lung alveolar type II cells. Moreover, early lung progenitor markers such as GATA4 (GATA-binding protein 4) and TTF1 (Thyroid Transcription Factor 1) were still expressed in these early cystic lesions suggesting metastasis as a faulty recapitulation of ontogeny (Rapp et al, 2008). Interestingly, mixed cystic lesions and metastatic tumors contained DsRed and SpC positive cells. These results demonstrate secondary tumor progression from cystic, mixed cystic to malignant transformation. Our results shed tremendous light on reprogramming of metastasizing cells during secondary tumor development. Moreover, such fluorescent tagged metastatic mice model can also be used to track the migration ability of metastatic cancer cell to different organs and its potential to differentiate into other cell types such as blood vessel or stromal cell within the primary tumor.
N2  - Das nichtkleinzellige Lungenkarzinom (‚non-small cell lung cancer‘, NSCLC) ist die tödlichste Form des Lungenkrebses mit schlechter Prognose aufgrund hoher Metastasierungsneigung. Metastasierung ist eine der häufigsten Todesursachen bei Krebspatienten. Trotz ihrer klinischen Bedeutung sind die zellulären und molekularen Mechanismen der Entstehung, Etablierung und Progression von Metastasen weiterhin unklar. Darüberhinaus basiert das bisherige Wissen über den Metastasierungsprozess überwiegend auf Zellen, die entweder in vitro kultiviert oder manipuliert und danach in immundefiziente Mäuse rückübertragen wurden.In der vorliegenden Studie wurde ein Mausmodell mit erblichem Fluoreszenzmarker (DsRed) zur spontanen Metastasierung bei NSCLC entwickelt, der durch den CAG-Promotor (‚combination of cytomegalovirus early enhancing element and chicken beta actin‘) in alveolären Typ II-Zellen (SpC-rtTA/TetO-Cre/LSL-DsRed) exprimiert wird. Aufgrund des Reprogrammierungscharakters des Myc-Onkogens war dieser Ansatz essentiell (Rapp et al, 2009). Die Markierung der Zellpopulation auf genetischem Weg erlaubte uns zum einen, die molekularen und zellulären Veränderungen während der Bildung des Primärtumors zu verfolgen, zum anderen konnte so die Entwicklung von Sekundärtumoren unterschiedlicher Stadien in entfernten Organen identifiziert werden. Bei kombinierter Expression von onkogenem C Raf-BXB und c-Myc (MYC-BXB-DsRed) in Lungenalveolar-Epithelzellen vom Typ II entstanden makroskopische Tumore in der Lunge, die auf zellulärer Ebene sowohl kuboidalen als auch kolumnaren Charakter aufwiesen und Metastasen, vorwiegend in der Leber, ausbildeten. Durch C Raf-BXB (CRAF-DsRed) induzierte Tumore erschienen morphologisch als kuboidal ohne Metastasierungsneigung. Überraschenderweise exprimierten zystische Läsionen in der Leber, obwohl negativ für SpC (‚surfactant protein C‘) und CCSP (‚Clara cell secretory protein‘), als Kennzeichen für deren Ursprung aus Lungenalveolarzellen Typ II stark das DsRed-Protein. Darüberhinaus sind in den frühen zystischen Läsionen Marker für frühe Lungenvorläuferzellen wie GATA4 (‚GATA-binding protein 4‘) und TTF1 (‚thyroid transcription factor 1‘) weiterhin exprimiert, was auf den Metastasierungsprozess als gestörte Rekapitulation der Ontogenese hindeutet (Rapp et al, 2008). Metastatische Tumore und Mischformen zu zystischen Läsionen enthielten DsRed- und SpC-positive Zellpopulationen. Diese Ergebnisse weisen in Sekundärtumoren den Übergang von zystischer Läsion zur Mischform mit zystischem Anteil und zur malignen Transformation nach.Unsere Resultate werfen ein neues Licht auf Reprogrammierungsprozesse metastasierender Zellen bei der Bildung von Sekundärtumoren. Das vorgestellte fluoreszenzmarkierte und metastasenbildende Mausmodell kann zum einen zur Untersuchung der Migrationsfähigkeit metastasierender Krebszellen in unterschiedliche Organe verwendet werden. Darüberhinaus ermöglicht dieses Mausmodell die Untersuchung des Differenzierungspotenzials markierter Zellen in andere Zelltypen wie Blutgefäße oder Stromazellen im Primärtumor.
KW  - Lungenkrebs
KW  - Metastase
KW  - Lungenkrebs
KW  - Metastasierung
KW  - Lung Cancer metastasis
KW  - Maus
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85420
ER  - 
TY  - THES
A1  - Nono, Justin
T1  - Immunomodulation through Excretory/Secretory Products of the parasitic Helminth Echinococcus multilocularis
T1  - Immunmodulation durch Exkretorisch/Sekretorischen Produkten der parasitären Helminthen Echinococcus multilocularis
N2  - Die Alveoläre Echinokokkose (AE) ist eine lebensbedrohliche Zoonose, die durch das Metazestoden-Larvenstadium des Fuchsbandwurms Echinococcus multilocularis ausgelöst wird. Nach Eintritt des Parasiten in den Zwischenwirt wird zunächst eine potentiell anti-parasitische, Th1-dominierte Immunantwort ausgelöst, welche anschließend in der chronischen Phase graduell durch eine permissive, Th2-dominierte Antwort ersetzt wird. Als Ergebnis einer zugrunde liegenden Immunmodulation durch den Parasiten können Echinococcus-Larven für Jahre bis Jahrzehnte im Wirt persistieren und verhalten sich ähnlich einem perfekt transplantierten Organ. Über die molekulare Basis der Immunmodulation durch den Parasiten ist derzeit wenig bekannt. In dieser Arbeit wurden geeignete Kultursysteme für verschiedene E. multilocularis Larvenstadien verwendet, um den Einfluss exkretorisch/sekretorischer Metaboliten (E/S-Produkte) auf Wirts-Immuneffektor-Zellen zu studieren. E/S-Produkte kultivierter Larven, die die frühe (Primärzellen) und chronische (Metazestode) Phase der Infektion repräsentieren induzierten Apoptose und tolerogene Eigenschaften in Dendritischen Zellen (DC) des Wirts, während solche von Kontroll-Larven (Protoskolizes) keine derartigen Effekte zeigten. Dies zeigt, dass die frühen infektiösen Stadien von E. multilocularis in DC ein tolerierendes Milieu erzeugen, welches sehr wahrscheinlich die initiale Etablierung des Parasiten in einer Phase begünstigt, in der er höchst sensitiv gegenüber Wirtsangriffen ist. Interessanterweise förderten E/S-Produkte des Metazestoden in vitro die Konversion von CD4+ T-Zellen in Foxp3+, regulatorische T-Zellen (Treg) während E/S-Produkte von Primärzellen oder Protoskolizes dies nicht vermochten. Da Foxp3+ Tregs generell als immunosuppressorisch bekannt sind, deuten diese Daten an, dass der Metazestode aktiv eine Induktion von Tregs herbeiführt, um eine permissive Immunsuppression während einer Infektion zu erreichen. Eine substantielle Zunahme von Anzahl und Frequenz Foxp3+ Tregs konnte zudem in Peritoneal-Exsudaten von Mäuuen nach intraperitonealer Injektion von Parasitengewebe gemessen werden, was anzeigt, dass eine Expansion von Foxp3+ Tregs auch während der in vivo Infektion von Bedeutung ist. Interessanterweise konnte in dieser Arbeit ein Activin-Orthologes des Parasiten, EmACT, identifiziert werden, weleches vom Metazestoden sekretiert wird und ähnlich wie humanes Activin in der Lage ist, eine TGF-β-abhängige Expansion von Tregs in vitro zu induzieren. Dies zeigt an, dass E. multilocularis evolutionsgeschichtlich konservierte Zytokine nutzt, um aktiv die Wirts-Immunantwort zu beeinflussen. Zusammenfassend deuten die gewonnenen Daten auf eine wichtige Rolle Foxp3+ Tregs, welche u.a. durch EmACT induziert werden, im immunologischen geschehen der AE hin. Ein weiterer Parasiten-Faktor, EmTIP, mit signifikanten Homologien zum T-cell Immunomodulatory Protein (TIP) des Menschen wurde in dieser Arbeit näher charakterisiert. EmTIP konnte in der E/S-Fraktion von Primärzellen nachgewiesen werden und induzierte die Freisetzung von IFN-γ in CD4+ T-Helferzellen. Durch Zugabe von anti-EmTIP-Antikörpern konnte zudem die Entwicklung des Parasiten zum Metazestoden in vitro gehemmt werden. EmTIP dürfte daher einerseits bei der frühen Parasiten-Entwicklung im Zwischenwirt eine Rolle spielen und könnte im Zuge dessen auch die Ausprägung der frühen, Th-1-dominierten Immunantwort während der AE begünstigen. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit zwei E. multilocularis E/S-Faktoren identifiziert, EmACT und EmTIP, die ein hohes immunmodulatorisches Potential besitzen. Die hier vorgestellten Daten liefern neue, fundamentale Einsichten in die molekularen Mechanismen der Parasiten-induzierten Immunmodulation bei der AE und sind hoch relevant für die Entwicklung anti-parasitischer Immuntherapien.
N2  - Alveolar echinococcosis (AE) is a severe and life-threatening disease caused by the metacestode larva of the fox-tapeworm Echinococcus multilocularis. Parasite entry into the host evokes an early and potentially parasiticidal Th1 immune response that is gradually replaced by a permissive Th2 response. An immunoregulatory environment has also been reported in the host as the disease progresses. As a result of immunomodulation, E. multilocularis larvae persist in the host for decades without being expelled, and thus almost act like a perfect transplant. Very little is currently known on the molecular basis of the host immunomodulation by E. multilocularis. In this work, in vitro cultivation systems were used to assess the influence of metabolites released by the parasite larvae (E/S products) on host immune effector cells. E/S products of cultivated larvae that respresent the early (primary cells) and chronic (metacestode vesicles) phase of AE induced apoptosis and tolerogenic properties (poor responsiveness to LPS stimulation) in host dendritic cells (DC) whereas those of control larvae (protoscoleces) failed to do so. These findings show that the early infective stage of E. multilocularis induces tolerogenicity in host DC, which is most probably important for generating an immunosuppressive environment at an infection phase in which the parasite is highly vulnerable to host attacks. Interestingly, metacestode E/S products promoted the conversion of naïve CD4+ T-cells into Foxp3+ regulatory T-cells in vitro, whereas primary cell and protoscolex E/S products failed to do it. Since Foxp3+ regulatory T-cells are generally known to mediate immunosuppression, the present finding indicates that Foxp3+ regulatory T-cells, expanded by E/S products of the metacestode larva, could play a role in the parasite-driven immunomodulation of the host observed during AE. Furthermore, a substantial increase in number and frequency of suppressive Foxp3+ regulatory T-cells could be observed within peritoneal exudates of mice following intraperitoneal injection of E. multilocularis metacestodes, indicating that Foxp3+ regulatory T-cells could also play an important role in E. multilocularis-driven immunomodulation in vivo. Interestingly, a parasite activin ortholog, EmACT, secreted by metacestodes, was shown to expand host regulatory T-cells in a TGF-β-dependent manner, similarly to mammalian activin A. This observation indicated that E. multilocularis utilizes evolutionarily conserved TGF-β superfamily ligands, like EmACT, to expand host regulatory T-cells. Taken together, the present findings suggest EmACT, a parasite activin secreted by the metacestode and capable of expanding host regulatory T-cells, as an important player in the host immunomodulation by E. multilocularis larvae. Another parasite factor EmTIP, homologous to mammalian T-cell immunomodulatory protein (TIP) was characterized in this work. EmTIP could be detected in the secretions of the parasite primary cells and localized to the intercellular space within the parasite larvae. EmTIP blockade inhibited the proliferation of E. multilocularis primary cells and the formation of metacestode vesicles indicating a major role for parasite development. Furthermore, EmTIP evoked a strong release of IFN-γ by CD4+ T-cells hence suggesting that the secretion of this factor as a result of its role in parasite development could “secondarily” induce a potentially protective Th1 response. In conclusion, this work identified two molecules, EmACT and EmTIP, with high immunomodulatory potential that are released by E. multilocularis larvae. The data presented do provide insights into the mechanisms of parasite-driven host immunomodulation during AE that are highly relevant for the development of anti-parasitic immune therapies.
KW  - Immunmodulation
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Regulatorischer T-Lymphozyt
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Immunomodulation
KW  - Helminths
KW  - Tapeworm
KW  - Echinococcus
KW  - Regulatory T-cell
KW  - Dendritic cell
KW  - Würmer
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85449
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hirschbeck, Maria Wenefriede
T1  - Structure-based drug design on the enoyl-ACP reductases of Yersinia pestis and Burkholderia pseudomallei
T1  - Struktur-basiertes Wirkstoffdesign an Enoyl-ACP Reductase von Yersinia pestis und Burkholderia pseudomallei
N2  - Spreading drug resistances among Gram-negative pathogens and the paucity of new agents on the antibacterial drug market against these tenacious bacteria create a pressing need for the development of new antibiotics. The bacterial fatty acid biosynthesis pathway FAS-II, especially the enoyl-ACP reductase catalyzing the last step of the elongation cycle, is an established drug target against tuberculosis but has not been extensively exploited for drug design against other bacterial pathogens. In this thesis the enoyl-ACP reductases of the Gram-negative biothreat organisms Burkholderia pseudomallei and Yersinia pestis were targeted in a structure-based drug design approach. The structure of the most recently identified enoyl-ACP isoenzyme FabV was characterized by X-ray crystallography and could be determined in three different states. FabV from B. pseudomallei was obtained in the apo-form of the enzyme, whereas FabV from Y. pestis was characterized in a binary complex with the cofactor NADH as well as in a ternary complex with NADH and the triclosan-based 2-pyridone inhibitors PT172 and PT173. Analysis of the FabV structure revealed the typical fold of the short chain dehydrogenase/reductase superfamily with the NADH-binding Rossmann fold and a substrate-binding pocket with a conserved active site geometry compared to the related isoenzyme FabI. Additional structural elements of FabV are located around the active site. The monomeric form of the enzyme is thereby stabilized and the substrate-binding loop is kept in a closed, helical conformation. The ternary complexes of FabV exhibited a similar inhibitor-binding mode as observed for triclosan inhibition in FabI and point to a potential substrate-binding mechanism. B. pseudomallei possesses FabI as an additional enoyl-ACP reductase isoenzyme, which was structurally characterized in the apo form and in ternary complexes with NAD+ and the diphenyl ether inhibitors triclosan, PT02, PT12 or PT404 as well as the 4-pyridone inhibitor PT155. The structural data of the ternary enoyl-ACP reductases complexes of B. pseudomallei and Y. pestis hold the promise for the possibility to develop antibacterials targeting FabV or even both isoenzymes, FabI and FabV, based on the triclosan scaffold.
N2  - Die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen in Gram-negativen Pathogenen sowie der Mangel neuer Medikamente auf dem Arzneimittelmarkt gegen diese hartnäckigen Bakterien weist einen dringenden Bedarf an neuen Antibiotika auf. Die bakterielle Fettsäurebiosynthese (FAS-II), speziell die Enoyl-ACP-Reduktase, welche den finalen Schritt des Elongationszyklus katalysiert, ist ein etablierter Angriffspunkt in der Tuberkulosetherapie. Sie wurde jedoch bisher noch nicht für die gezielte Wirkstoffentwicklung gegen andere bakterielle Krankheitserreger genutzt. In dieser Dissertation waren die Enoyl-ACP Reduktasen aus Burkholderia pseudomallei und Yersinia pestis Gegenstand des strukturbasierten Wirkstoffdesigns. Die Struktur des zuletzt gefundenen Isoenzyms der Enoyl-ACP-Reduktase, FabV, wurde röntgenstrukturanalytisch charakterisiert und konnte in drei verschiedenen Zuständen bestimmt werden. Die Struktur des FabV Proteins aus B. pseudomallei wurde in der Apo-Form gelöst, während FabV aus Y. pestis in binären und ternären Komplexen mit NADH bzw. NADH und einem Triclosan-basierten 2-Pyridon-Inhibitor, PT172 bzw. PT173 charakterisiert wurde. FabV weist die typische Struktur eines Mitglieds der Short-Chain-Dehydrogenase/Reduktase Superfamilie mit einer NADH-bindenden Rossmann-Faltung und einer Substratbindetasche auf mit einer, im Vergleich zu dem verwandten Isoenzym FabI, konservierte Geometrie des aktiven Zentrums. Zusätzliche strukturelle Elemente sind um das aktive Zentrum gefaltet und stabilisieren damit das Enzym in seiner monomeren Form. Darüber hinaus halten sie den Substratbindeloop in einer geschlossenen helikalen Gestalt. Die ternären FabV Komplexe zeigen Übereinstimmungen mit dem bekannten Bindungsmechanismus des Inhibitors Triclosan in FabI und deuten auf einen möglichen Substratbindungsmechanismus hin. B. pseudomallei besitzt FabI als zusätzliches Isoenzym der Enoyl-ACP-Reduktasen. Dieses Isoenzym wurde in der Apo-Form und in ternären Komplexen mit NAD+ und den Diphenylether-Inhibitoren Triclosan, PT02, PT12 und PT404 sowie dem 4-Pyridon-Inhibitor PT155 strukturell charakterisiert. Die strukturellen Daten der ternären Enoyl-ACP-Reduktase Komplexe von B. pseudomallei und Y. pestis stellen die Möglichkeit in Aussicht Antibiotika zu entwickeln, welche FabV oder auch beide Isoenzyme, FabI und FabV, inhibieren.
KW  - Yersinia
KW  - Burkholderia
KW  - Arzneimitteldesign
KW  - Fettsäurestoffwechsel
KW  - Struktur-basiertes Wirkstoff Design
KW  - Fettsäurebiosynthese
KW  - Triclosan
KW  - FabI
KW  - FabV
KW  - Yersinia pestis
KW  - Burkholderia pseudomallei
KW  - FAS-II
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70869
ER  - 
TY  - THES
A1  - Förster, Sabine
T1  - Nuclear Hormone Receptors and Fibroblast Growth Factor Receptor Signaling in Echinococcus multilocularis
T1  - Signalwege in Echinococcus multilocularis am Beispiel der Nukleären Hormonrezeptoren und des Fibroblast Growth Factor Rezeptors
N2  - Parasitic helminths share a large degree of common genetic heritage with their various hosts. This includes cell-cell-communication mechanisms mediated by small peptide cytokines and lipophilic/steroid hormones. These cytokines are candidate molecules for host-parasite cross-communication in helminth diseases. In this work the function of two evolutionary conserved signaling pathways in the model cestode Echinococcus multilocularis has been studied. First, signaling mechanisms mediated through fibroblast growth factors (FGF) and their cognate receptors (FGFR) which influence a multitude of biological functions, like homeostasis and differentiation, were studied. I herein investigated the role of EmFR which is the only FGFR homolog in E. multilocularis. Functional analyses using the Xenopus oocyte expression system clearly indicate that EmFR can sense both acidic and basic FGF of human origin, resulting in an activation of the EmFR tyrosine kinase domain. In vitro experiments demonstrate that mammalian FGF significantly stimulates proliferation and development of E. multilocularis metacestode vesicles and primary cells. Furthermore, DNA synthesis and the parasite’s Erk-like MAPK cascade module was stimulated in the presence of exogenously added mammalian FGF. By using the FGFR inhibitor BIBF1120 the activity of EmFR in the Xenopus oocyte system was effectively blocked. Addition of BIBF1120 to in vitro cultivated Echinococcus larval material led to detrimental effects concerning the generation of metacestode vesicles from parasite stem cells, the proliferation and survival of metacestode vesicles, and the dedifferentiation of protoscoleces towards the metacestode. In conclusion, these data demonstrate the presence of a functional EmFR-mediated signaling pathway in E. multilocularis that is able to interact with host-derived cytokines and that plays an important role in larval parasite development. Secondly, the role of nuclear hormone receptor (NHR) signaling was addressed. Lipophilic and steroid hormone signaling contributes to the regulation of metazoan development. By means of in silico analyses I demonstrate that E. multilocularis expresses a set of 17 NHRs that broadly overlaps with that of the related flatworms Schistosoma mansoni and S. japonicum, but also contains several NHR encoding genes that are unique to this parasite. One of these, EmNHR1, is homolog to the DAF-12/HR-96 subfamily of NHRs which regulate cholesterol homeostasis in metazoans. Modified yeast-two hybrid analyses revealed that host serum contains a ligand which induces homodimerization of the EmNHR1 ligand-binding domain. Also, a HNF4-like homolog, EmHNF4, was characterized. Human HNF4 plays an important role in liver development. RT-PCR experiments showed that both isoforms of the EmHNF4 encoding gene are expressed stage-dependently suggesting distinct functions of the two isoforms in the parasite. Moreover, specific regulatory mechanisms on the convergence of NHR signaling and TGF-β/BMP signaling pathways in E. multilocularis have been identified. On the one hand, EmNHR1 directly interacted with the EmSmadC and on the other hand EmHNF4b interacted with EmSmadD, EmSmadE which are all downstream signaling components of the TGF-β/BMP signaling pathway. This suggests cross-communication in order to regulate target gene expression. With these results, further studies on the role of NHR signaling in the cestode will be facilitated. Also, the first serum-free in vitro cultivation system for E. multilocularis was established using PanserinTM401 as medium. Serum-free co-cultivation with RH-feeder cells and an axenic cultivation method have been established. With the help of this serum-free cultivation system investigations on the role of specific peptide hormones, like FGFs, or lipophilic/steroid hormones, like cholesterol, for the development of helminths will be much easier.
N2  - Parasitäre Würmer weisen eine große genetische Verwandtschaft mit ihren Wirten auf. Diese schließt auch Zell-Zell-Kommunikationsmechanismen ein, die sowohl durch Peptidhormone als auch durch lipophile/steroidale Hormone vermittelt werden. Man vermutet, dass diese Stoffe eine wichtige Rolle bei der Wirt-Parasiten-Kreuzkommunikation spielen. Deshalb untersuchte diese Arbeit die Funktion von zwei konservierten Signalwegen im Modellorganismus Echinococcus multilocularis. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Fibroblast Growth Factors (FGF). Diese steuern durch die Bindung an spezifische FGF-Rezeptoren (FGFR) eine Vielzahl von biologischen Funktionen, wie beispielsweise Homöostase- und Differenzierungsprozesse. Zunächst wurde EmFR, das einzige FGFR-Homolog im Fuchsbandwurm in Xenopus Oozyten heterolog exprimiert. Dabei wurde nachgewiesen, dass der Rezeptor sowohl acidic als auch basic FGF erkennen kann und dies zur Aktivierung der Tyrosinkinasedomäne führt. Außerdem förderte im in vitro Experiment die exogene Zugabe dieser Wirtsfaktoren die Proliferation und Entwicklung von Metacestodenvesikeln und Primärzellen. Darüber hinaus wurden die DNA-Synthese und die Erk-MAPK-Kaskade des Parasiten stimuliert. Im Gegensatz dazu konnte durch die Hinzugabe des FGFR-Inhibitor BIBF1120 die Aktivität des Rezeptors im Xenopus Oozytensystem erfolgreich blockieret werden. Durch den Inhibitor wurde die Regeneration von Metacestodenvesikeln aus Stammzellen, die Proliferation und das Überleben von Metacestodenvesikeln verhindert und eine Dedifferenzierung von Protoskolizes verursacht. Zusammengefasst zeigen diese Daten, dass E. multilocularis einen funktionellen durch EmFR-vermittelten Signalweg besitzt, welcher in der Lage ist, mit Wirtszytokinen zu interagieren und eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Echinococcus Larvenstadien spielt. Außerdem wurde die Bedeutung der Nukleären Hormon Rezeptoren (NHR) für den Parasiten untersucht. Lipophile und steroidale Hormone regulieren viele Entwicklungsprozesse in Metazoen. Mittels in silico Analyse konnten 17 Rezeptoren der NHR-Familie in E. multilocularis identifiziert werden, die größtenteils mit dem NHR Repertoire von Schistosoma mansoni und S. japonicum übereinstimmen. Allerdings wurden auch Rezeptoren identifiziert, die einzigartig für E. multilocularis sind. Einer dieser Rezeptoren, EmNHR1, ist homolog zur DAF-12/HR-96 Familie, die den Cholesterinstoffwechsel in Metazoen reguliert. Yeast-Two Hybrid Experimente zeigten, dass Wirtsserum den putativen Liganden von EmNHR1 enthält, da dessen Zugabe zur Homodimerisierung der EmNHR1-Liganden-bindungsdomäne führte. Außerdem wurde mit EmHNF4 ein weiterer Rezeptor charakterisiert, dessen humanes Homolog die Entwicklung der Leber beeinflusst. RT-PCR-Experimente zeigten, dass die zwei entdeckten Isoformen von EmHNF4 stadienspezifisch exprimiert werden, was auf mögliche Funktionsunterschiede deutet. Darüber hinaus wurde sowohl für EmNHR1, als auch für EmHNF4 beobachtet, dass die DNA-Bindungsdomänen mit Komponenten des TGF-β/BMP-Signalwegs direkte Proteininteraktionen eingehen. Während EmNHR1 mit EmSmadC interagiert, zeigte EmHNF4b eine Reaktion mit EmSmadD und EmSmadE, was auf eine Kreuzkommunikation zwischen beiden Signalwegen deutet. Diese Ergebnisse werden zukünftige Studien bezüglich der Funktion von NHR-Signalwegen in Zestoden deutlich erleichtern. Weiterhin wurde in dieser Arbeit das erste serum-freie in vitro Kultivierungssystem für E. multilocularis etabliert. PanserinTM401 diente als Medium sowohl für die Kultur mit Fütterzellen als auch für eine axenische Kulturmethode. Mit Hilfe dieses Systems können in Zukunft Untersuchungen über die Rolle von Peptidhormonen wie FGF, oder lipophilen bzw. steroidalen Substanzen, wie Cholesterin, bei der Parasitenentwicklung besser untersucht werden.
KW  - Signaltransduktion
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Echinococcus multilocularis
KW  - Alveoläre Echinokokkose
KW  - FGF
KW  - Nukleäre Hormonrezeptoren
KW  - Echinococcus multilocularis
KW  - Alveolar Echinococcosis
KW  - FGF Signaling
KW  - Hormone Receptor Signaling
KW  - Fibroblastenwachstumsfaktor
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85832
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gupta, Shuchi
T1  - The role of the Canonical transient receptor potential 6 (TRPC6) channel and the C terminal LIM domain protein of 36 kDa (CLP36) for platelet function
T1  - Die Rolle des Canonical transient receptor potential 6 (TRPC6) Kanals und des 36 kDa C-terminalen LIM Domänenproteins (CLP36) in der Thrombozytenfunktion
N2  - Platelet activation and aggregation are essential to limit posttraumatic blood loss at sites of vascular injury, but also contribute to arterial thrombosis, leading to myocardial infarction and stroke. Thrombus formation is the result of well-defined molecular events, including agonist-induced elevation of intracellular calcium ([Ca2+]i) and series of cytoskeletal rearrangements. With the help of genetically modified mice, the work presented in this thesis identified novel mechanisms underlying the process of platelet activation in hemostasis and thrombosis. Store-operated calcium entry (SOCE) through Orai1 was previously shown to be the main Ca2+ influx pathway in murine platelets. The residual Ca2+ entry in the Orai1 deficient platelets suggested a role for additional non-store-operated Ca2+ (non-SOC) and receptor operated Ca2+ entry (ROCE) in maintaining platelet calcium homeostasis. Canonical transient receptor potential channel 6 (TRPC6), which is expressed in both human and murine platelets, has been attributed to be involved in SOCE as well as in diacylglycerol (DAG)-triggered ROCE. In the first part of the study, the function of TRPC6 in platelet Ca2+ signaling and activation was analyzed by using the TRPC6 knockout mice. In vitro agonist induced Ca2+ responses and in vivo platelet function were unaltered in Trpc6-/- mice. However, Trpc6-/- mice displayed a completely abolished DAG mediated Ca2+-influx but a normal SOCE. These findings identified TRPC6 as the major DAG operated ROC channel in murine platelets, but DAG mediated ROCE has no major functional relevance for hemostasis and thrombosis. In the second part of the thesis, the involvement of the PDLIM family member CLP36 in the signaling pathway of the major platelet collagen receptor glycoprotein (GP) VI was investigated. The GPVI/FcR-chain complex initiates platelet activation through a series of tyrosine phosphorylation events downstream of the FcR-chain-associated immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM). GPVI signaling has to be tightly regulated to prevent uncontrolled intravascular platelet activation, but the underlying mechanisms are not fully understood. The present study reports the adaptor protein CLP36 as a major inhibitor of GPVI-ITAM signaling in platelets. Platelets from mice expressing a truncated form of CLP36, (Clp36ΔLIM) and platelets from mice lacking the entire protein (Clp36-/-) displayed profound hyper-activation in response to GPVI-specific agonists, whereas GPCR signaling pathways remained unaffected. These alterations translated into accelerated thrombus formation and enhanced pro-coagulant activity of Clp36ΔLIM platelets and a pro-thrombotic phenotype in vivo. These studies revealed an unexpected inhibitory function of CLP36 in GPVI-ITAM signaling and established it as a key regulator of arterial thrombosis.
N2  - Die Aktivierung und die Aggregation von Thrombozyten (Blutplättchen) sind essentielle Prozesse, um Blutverluste nach Verletzungen zu begrenzen, sie spielen jedoch auch eine Rolle bei der arteriellen Thrombose, die zu Herzinfarkt und Schlaganfall führen kann. Die Thrombusbildung ist das Ergebnis wohldefinierter molekularer Vorgänge, die die Agonisten-induzierte Konzentrationserhöhung von intrazellulärem Kalzium ([Ca2+]i) und eine Reihe von Umlagerungen des Zytoskeletts mit einschließen. Die Ergebnisse dieser Arbeit, die mit Hilfe genetisch veränderter Mauslinien erzielt wurden, decken neue Mechanismen der Thrombozytenaktivierung in Thrombose und Hämostase auf. Es wurde bereits gezeigt, dass der durch Orai1 vermittelte Store-operated calcium entry (SOCE) den Haupteintrittsweg für Ca2+ in Mausthrombozyten darstellt. Der verbleibende Ca2+ Einstrom führte zur Annahme, dass zusätzlich non-store-operated Ca2+ (non-SOC) und receptor operated Ca2+ entry (ROCE) eine Rolle in der Aufrechterhaltung der Ca2+ Homöostase spielen. Dem Canonical transient receptor potential channel 6 (TRPC6), der in Thrombozyten des Menschen als auch der Maus exprimiert wird, wurde eine Rolle in dem SOCE und diacylglycerol (DAG)-vermitteltem ROCE zugeschrieben. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Funktion von TRPC6 im Ca2+ Signaling und der Aktivierung von Thrombozyten mit Hilfe der TRPC6 defizienten Mauslinie untersucht. Die Funktion der Trpc6-/- Thrombozyten waren in vitro (z.B. Agonisten-induzierte Ca2+-Antworten) als auch in vivo unverändert. Jedoch zeigten Thrombozyten von Trpc6-/- Mäusen einen komplett fehlenden DAG vermittelten Kalziumeinstrom, aber normalen SOCE. Diese Ergebnisse identifizierten TRPC6 als den Haupt-DAG-aktivierten ROC Kanal in Mausthrombozyten. Jedoch hatte diese DAG vermittelte ROCE keine größere funktionelle Relevanz für Thrombose und Hämostase. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Rolle von CLP36, einem Mitglied der PDLIM Proteinfamilie, im Signalweg des Haupt-Kollagenrezeptors, Glykoprotein (GP) VI, auf Thrombozyten untersucht. Der GPVI/FcRKette Komplex initiiert die Thrombozytenaktivierung durch eine Reihe von Tyrosinphosphorylierungen, die dem FcR-Kette-assoziiertem immunoreceptor tyrosine based activation motif (ITAM) nachgeschaltet sind. GPVI-vermittelte Signale müssen sorgfältig reguliert sein, um eine unkontrollierte intravaskuläre Thrombozytenaktivierung zu verhindern. Jedoch sind die zugrunde liegenden Mechanismen nicht komplett verstanden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass das Adapterprotein CLP36 als ein wichtiger Inhibitor des GPVI-ITAM Signalwegs wirkt. Thrombozyten von Mäusen, welche eine trunkierte Form von CLP36 exprimieren, der die LIM-Domäne fehlt (Clp36ΔLIM), als auch von Mäusen, denen das komplette Protein fehlt (Clp36-/-), zeigten eine deutlich verstärkte Aktivierung als Antwort auf GPVI-spezifische Agonisten. Andere Signalwege aber waren nicht beeinflusst. Diese Veränderungen resultierten in einer schnelleren Thrombusbildung und erhöhten prokoagulatorischen Aktivität von Clp36ΔLIM Thrombozyten, welche sich letztendlich als prothrombotischer Phänotyp in vivo bemerkbar machten. Diese Ergebnisse deckten eine unerwartete inhibitorische Funktion von CLP36 im GPVI-ITAM Signalweg auf und etablierten CLP36 als einen wichtigen Regulator der arteriellen Thrombose.
KW  - Thrombozytenaggregation
KW  - Platelet activating Factor
KW  - thrombosis
KW  - TRPC6
KW  - Calciumtransport
KW  - Domänenprotein
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72262
ER  - 
TY  - THES
A1  - Emami-Nemini, Alexander Darius
T1  - Differential parathyroid hormone receptor signaling directed by adaptor proteins
T1  - Steuerung differenzieller Signalgebung des Parathormon Rezeptors durch Adapterproteine
N2  - The superfamily of G protein-coupled receptors (GPCR) regulates numerous physiological and pathophysiological processes. Hence GPCRs are of significant interest for pharmacological therapy. Embedded into cytoplasmic membranes, GPCRs represent the core of large signaling complexes, which are critical for transduction of exogenous stimuli towards activation of downstream signaling pathways. As a member of the GPCR family B, the parathyroid hormone receptor (PTHR) activates adenylyl cyclases, phospholipases C β as well as mitogen-activated protein kinase-dependent signaling pathways, thereby mediating endocrine and paracrine effects of parathyroid hormone (PTH) and parathyroid hormone-related peptide (PTHrP), respectively. This regulates, calcium homeostasis, bone metabolism and bone development. Paradoxically, PTH is able to induce both catabolic and anabolic bone metabolism. The anabolic effect of PTH is successfully applied in the therapy of severe osteoporosis. Domination of anabolic or catabolic bone-metabolism is entailed by temporal and cell-type specific determinants. The molecular bases are presumably differential arrangements of adaptor proteins within large signaling complexes that may lead to differential activation of signaling pathways, thereby regulating physiological effects. The molecular mechanisms are largely unclear; thus, there is significant interest in revealing a better understanding of PTHR-related adaptor proteins. To identify novel adaptor proteins which direct PTHR signaling pathways, a proteomic screening approach was developed. In this screening, vav2, a guanine-nucleotide exchange factor (GEF) for small GTPases which regulates cytoskeleton reorganization, was found to interact with intracellular domains of PTHR. Evidence is provided that vav2 impairs PTH-mediated phospholipase C β (PLCβ) signaling pathways by competitive interactions with G protein αq subunits. Vice versa, PTH was shown to regulate phosphorylation and subsequent GEF activity of vav2. These findings may thus shed new light on the molecular mechanisms underlying the effects of PTH on bone metabolism by PLC-signaling, cell migration and cytoskeleton organization. In addition to the understanding of intracellular molecular signaling processes, screening for ligands is a fundamental and demanding prerequisite for modern drug development. To this end, ligand binding assays represent a fundamental technique. As a substitution for expensive and potentially harmful radioligand binding, fluorescence-based ligand-binding assays for PTHR were developed in this work. Based on time-resolved fluorescence, several assay variants were established to facilitate drug development for the PTHR.
N2  - Die Superfamilie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) reguliert eine Vielzahl von physiologischen und pathophysiologischen Prozessen, was sie bedeutend für die Pharmakotherapie macht. Eingebettet in die Zytoplasmamembran sind GPCRs das Zentrum von Signalkomplexen, die eine Transduktion äußerer Stimuli zur Aktivierung von nachgeschalteten Signalwegen ermöglichen. Der zur Familie B der GPCRs gehörige Parathormon-Rezeptor (PTHR) aktiviert Adenylyl-Zyklasen-, Phospholipasen Cβ- und Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-abhängige Signalwege, wodurch endokrine und parakrine Wirkungen des Parathormons (PTH) und des Parathormon-ähnlichen Peptides (PTHrP) vermittelt werden. Dies ermöglicht die Regulation der Calcium-Homöostase, des Knochenmetabolismus und der Knochenentwicklung. Paradoxerweise kann PTH sowohl katabole als auch anabole Effekte auf den Knochenstoffwechsel induzieren. Den anabolen Effekt von PTH nutzt man erfolgreich in der Therapie der schweren Osteoporose. Ob ein anaboler oder kataboler Knochenmetabolismus überwiegt, wird durch zeitliche und Zelltyp-spezifische Faktoren bestimmt. Dem zugrunde liegt vermutlich unter anderem eine differenzielle Anordnung verschiedener Adapterproteine innerhalb der Signalkomplexe, die zur differenziellen Aktivierung von Signalwegen führen und so eine Steuerung bestimmter physiologischer Effekte ermöglichen. Die molekularen Mechanismen sind jedoch noch weitgehend unklar, weshalb großes Interesse besteht, ein besseres Verständnis über die PTHR-assoziierten Adapterproteine zu entwickeln. Zur Identifizierung neuer Adapterproteine, die PTHR-Signalwege beeinflussen, wurde in dieser Arbeit ein auf dem Proteom-basierender Screening-Ansatz entwickelt. Dieser führte zur Entdeckung einer Interaktion von intrazellulären Domänen des PTHR mit vav2, einem Guanin-Nukleotid Austauschfaktor (GEF) für kleine GTPasen, der die Zytoskelett-Reorganisation steuert. Des Weiteren wurde nachgewiesen, dass vav2 über kompetitive Interaktionen mit G Protein αq Untereinheiten PTH-vermittelte Phospholipase Cβ (PLCβ)-abhängige Signalwege beeinflusst. Umgekehrt wurde gezeigt, dass PTH die Phosphorylierung und damit die GEF Aktivität von vav2 reguliert. Diese Befunde können Aufschluss über molekulare Mechanismen geben, die den Wirkungen von PTH auf den Knochenstoffwechsel durch PLC-Signalwege, Zellmigration und Zytoskelett-Reorganisation zugrunde liegen. Neben dem Verständnis über molekulare Prozesse der intrazellulären Signalgebung ist die Suche nach Liganden eine herausfordernde Grundvoraussetzung für die aktuelle Arzneistoffentwicklung. Liganden-Bindungs-Experimente stellen dafür elementare Techniken dar. Zur Substitution kostenintensiver und potentiell gesundheitsschädlicher Radioliganden-Bindungen, wurden in dieser Arbeit Fluoreszenz-basierte Liganden-Bindungs-Experimente für den PTHR entwickelt. Basierend auf Zeit-aufgelöster Fluoreszenz wurden mehrere Varianten dieser Experimente etabliert, um die Arzneistoffentwicklung am PTHR zu unterstützen.
KW  - G-Protein gekoppelte Rezeptoren
KW  - Parathormon
KW  - G-Protein gekoppelte Rezeptoren
KW  - Parathormon
KW  - vav2
KW  - Guanin Nukleotid Austauschfaktor
KW  - G protein coupled receptor
KW  - parathyroid hormone
KW  - vav2
KW  - guanine nucleotide exchange factor
KW  - Guaninnucleotid-Austauschfaktoren
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72369
ER  - 
TY  - THES
A1  - Romer Roche, Paula Sofia
T1  - Separation from self explains failure of circulating T-cells to respond to the CD28 superagonist TGN1412
T1  - Verlust der "Selbst"-Erkennung erklärt die fehlende Reaktion zirkulierender T-Zellen auf den CD28-Superagonisten TGN1412
N2  - Stimulatory or superagonistic (SA) CD28-specific monoclonal antibodies (mAbs) are potent polyclonal activators of regulatory T cells and have proven highly effective as treatment in a wide range of rodent models for autoimmune and inflammatory diseases. In these models, a preferential activation of regulatory T cells was observed by in vivo administration of CD28SA. In stark contrast, human volunteers receiving TGN1412, a humanized CD28-specific mAb, experienced a life-threatening cytokine release syndrome during the first-in-man trial. Preclinical tests employing human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) failed to announce the rapid cytokine release measured in the human volunteers in response to TGN1412. The aim of this thesis project was to find an explanation of why standard PBMC assays failed to predict the unexpected TGN1412-induced "cytokine storm" observed in human volunteers. CD28 superagonists can activate T cells without T cell receptor (TCR) ligation. They do depend, however, on “tonic” TCR signals received by MHC scanning, signals that they amplify. PBMC do not receive these signals in the circulation. Short-term in vitro preculture of human PBMC at a high cell density (HDC) resulted in massive cytokine release during subsequent TGN1412 stimulation. Restoration of reactivity was cell-contact dependent, associated with TCR polarization and tyrosine-phosphorylation, and blocked by HLA-specific mAb. In HDC, both CD4 T cells and monocytes functionally mature in a mutually dependent fashion. However, only CD4 memory T-cells proliferate upon TGN1412 stimulation, and were identified as the main source of pro-inflammatory cytokines. Importantly, responses to other T-cell activating agents were also enhanced if PBMC were first allowed to interact under tissue-like conditions. A new in vitro protocol is provided that returns circulating T-cells to a tissue-like status where they respond to TGN1412 stimulation, and it might represent a more reliable preclinical in vitro test for both activating and inhibitory immunomodulatory drugs. Finally, the surprising observation was made that the IgG1 “sibling” of TGN1412, which is of the poorly Fc receptor-binding IgG4 isotype, has a much lower stimulatory activity. We could exclude steric hindrance as an explanation and provide evidence for removal of TGN1112 from the T-cell surface by trans-endocytosis.
N2  - Stimulatorische oder superagonistische (SA) CD28-spezifische monoklonale Antikörper (mAbs) (CD28SA) haben sich in diversen Nagetiermodellen für Autoimmunerkrankungen sowie für inflammatorische Erkrankungen als effektive Behandlungsmöglichkeit erwiesen. In diesen Modellen konnte nachgewiesen werden, dass CD28SA-Injektionen zu einer verstärkten Aktivierung regulatorischer T-Zellen in führen. Entgegen diesen Beobachtungen im Tiermodell reagierten die Teilnehmer einer ersten klinischen Studie auf die Administration des humanisierten CD28SA TGN1412 mit einer akut lebensbedrohlichen systemischen Zytokinausschüttung. Vorklinische Studien an humanen mononukleären Zellen des Blutes (PBMC) hatten keinen Hinweis auf eine mögliche plötzliche Zytokinausschüttungen als Reaktion auf TGN1412 gegeben. In der vorliegenden Arbeit wurde versucht eine Erklärung zu finden, warum PBMC-basierte Tests, wie sie vorklinischen Studien als Standard eingesetzt werden, nicht auf den unerwarteten TGN1412-induzierten „Zytokinsturm“ der Probanden hinwiesen. CD28SA aktivieren T-Zellen ohne Ligation des T-Zell Rezeptors (TCR). Jedoch werden zur CD28SA-abhängigen Aktivierung von T-Zellen „tonische“ TCR Signale benötigt, die durch MHC Scanning der T-Zellen an der Oberfläche anderer Zellen erzeugt werden. PBMC, welche sich in der Zirkulation befinden, erhalten diese „tonischen“ TCR Signale nicht. Kurzzeitige Vorkultur humaner PBMC bei hoher Zelldichte (high-density culture, HDC) führte zu einer starken Zytokinantwort bei nachfolgender TGN1412 Stimulation. Diese wiedererlangte Reaktivität gegenüber TGN1412 ging mit Tyrosin-Phospholrylierung sowie der Polarisierung von TCR Molekülen einher, war abhängig von Zellkontakten und konnte durch HLA-spezifische mAbs geblockt werden. Während der HDC durchlaufen sowohl CD4 T-Gedächtniszellen, als auch Monozyten eine voneinander abhängige funktionelle Reifung. TGN1412-induzierte Zellproliferation beschränkt sich jedoch auf CD4 T-Gedächtniszellen, die auch die Hauptquelle der proinflammatorische Zytokine sind. Antworten auf weitere T-Zell aktivierende Agenzien waren ebenfalls erhöht, wenn PBMC zunächst auf gewebeartige Bedingungen zurückgesetzt wurden. Die vorliegende Arbeit beschreibt damit ein neuartiges in vitro Protokoll für humane PBMC, welches T-Zellen der Zirkulation in einen gewebeartigen funktionellen Status versetzt, in welchem sie auf TGN1412 antworten. Dieses Protokoll könnte auch einen verlässlicheren vorklinischen in vitro Test sowohl für aktivierende als auch für inhibierende immunmodulatorische Medikamente darstellen. Im letzten Teil der Arbeit wird die erstaunliche Beobachtung vorgestellt, dass TGN1112, ein IgG1 Antikörper mit gleicher Spezifität wie der IgG4 Antikörper Antikörper TGN1412, trotz seiner höheren Affinität für Fc-Rezeptoren eine viel geringere stimulatorische Aktivität zeigt. Sterische Hinderung konnte als eine mögliche Erklärung ausgeschlossen werden. Vielmehr scheint das Entfernen von TGN1112/CD28 Komplexen von der T-Zelloberfläche durch Trans-Endozytose eine mögliche Erklärung für die geringere Aktivität zu sein.
KW  - T-Lymphozyten-Rezeptor
KW  - Antigen CD28
KW  - Monoklonaler Antikoerper
KW  - CD28-Superagonist
KW  - TGN1412
KW  - T cell receptor
KW  - CD28 antigen
KW  - monoclonal antibody
KW  - CD28-superagonist
KW  - TGN1412
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-74933
ER  - 
TY  - THES
A1  - Maric, Hans-Michael
T1  - Molecular Basis of the Multivalent Glycine and γ-Aminobutyric Acid Type A Receptor Anchoring
T1  - Molekulare Basis der Multivalenten Verankerung der Glycin und γ-Aminobuttersäure Typ A Rezeptoren
N2  - γ-Aminobuttersäure-Rezeptoren vom Typ A (GABAARs) und Glyzin-Rezeptoren (GlyRs) sind die wichtigsten Vermittler der schnellen synaptischen Inhibition im zentralen Nervensystem. Von wesentlicher Bedeutung für ihre ordnungsgemäße Funktion in der inhibitorischen Signalübertragung ist ihre präzise Lokalisation und Konzentration innerhalb der neuronalen Oberflächenmembran. Diese Eigenschaften werden durch Gerüstproteine vermittelt, welche direkt an die großen intrazellulären Schleifen der Rezeptoren, sowie an Bausteine des neuronalen Zytoskeletts binden. In meiner Dissertation habe ich die molekularen Details mehrerer zugrunde liegenden Protein-Protein Wechselwirkungen untersucht. Im Speziellen habe ich die Interaktion ausgewählter GABAAR und GlyR Untereinheiten mit den Gerüstproteinen Gephyrin, Radixin und Collybistin analysiert. Ich habe kurze lineare Aminosäuren-Motive innerhalb der großen intrazellulären Schleifen der Rezeptoren identifiziert, welche die direkten und Untereinheit-spezifischen Interaktionen vermitteln. Die Quantifizierung der jeweiligen Bindungsstärke ergab, dass Gephyrins E-Domäne vor allem an die GABAAR α1 (Kd = 17 M) und α3 (Kd = 5 M) -Untereinheiten bindet, wohingegen die SH3-Domäne von Collybistin hauptsächlich mit der GABAAR α2-Untereinheit interagiert (Kd = 1 M). Demgegenüber bindet die FERM-Domäne von Radixin fest an die α5-Untereinheit des GABAAR (Kd = 8 µM). Weiterhin zeigt meine Arbeit, dass diese einfache Beziehung durch (i) fehlende oder (ii) überlappende Bindungsspezifitäten zwischen den Gerüstproteinen und den Rezeptor-Untereinheiten komplex reguliert wird. Ferner beschreibe ich hier, wie im Folgenden ausgeführt, die Möglichkeit einer (iii) negativen Modulation mittels posttranslationaler Modifikation, sowie einer Verstärkung der Bindung durch (iv) Aviditäts-Effekte. (i) Als erstes habe ich mit Hilfe biochemischer Methoden die Radixin-GABAAR α5 Interaktion im Detail untersucht. Meine Strukturanalyse und Kompetitionsstudien legen den Schluss nahe, dass Radixin die betreffende Rezeptor-Untereinheit mittels einer universellen Bindungstasche in der F3 Subdomäne innerhalb seiner FERM Domäne bindet. Diese Bindungsstelle wird durch zwei markante Strukturelemente gebildet: Einer α-Helix, die eine große hydrophobe Tasche bildet, welche eine Vielzahl unterschiedlicher hydrophober Reste in verschiedenen Konformationen akzeptiert, sowie ein β-Strang, der Peptidrückgrat-Interaktionen eingehen kann. Es überrascht nicht, dass eine Vielzahl an Studien die Beteiligung dieser Bindungsseite mit unterschiedlichen Liganden beschrieben hat. Diese Promiskuität unterstreicht die Bedeutung des Aktivierungsmechanismus der zuvor für die Radixin FERM GABAAR α5-Untereinheit beschrieben wurde und impliziert weitere Regulationsmechanismen, die eine koordinierte Interaktion in vivo ermöglichen. (ii) Weiterhin habe ich mich ausführlich der Analyse der Gephyrin-vermittelten GABAAR Clusterbildung gewidmet. Meine röntgenkristallographischen Studien und Bindungsstudien zeigen, dass Gephyrin mit den GABAAR α1, α2 und α3 Untereinheiten über eine universelle Bindungsstelle interagiert, welche auch die Wechselwirkungen mit der β-Untereinheit des GlyR vermittelt. Mittels Struktur-basierter Mutagenesestudien konnte ich die Schlüsselreste innerhalb von Gephyrin und der Rezeptor-Untereinheiten identifizieren, die einen entscheidenden Beitrag zur Gesamt-Bindungsstärke liefern. Insbesondere zwei konservierte aromatische Reste in der N-terminalen Hälfte der Rezeptorbindungsregion gehen entscheidende hydrophobe Wechselwirkungen mit Gephyrin ein. Dementsprechend konnte J. Mukherjee, ein Mitarbeiter in der Gruppe unseres Kooperationspartners Steven J. Moss, zeigen, dass der Austausch dieser Reste innerhalb der α2-Untereinheit des GABAAR ausreicht, um einen deutlichen Rückgang der Rezeptor Cluster-Anzahl und ihrer Größe in primären hippokampalen Neuronen zu verursachen. Die Ausweitung meiner Rezeptor-Interaktions-Studien auf Collybistin (CB) ergab, dass dieses Protein im Vergleich zu Gephyrin eine umgekehrte, aber dennoch überlappende Rezeptor-Untereinheiten-Präferenz aufweist. Die GABAAR α3-Untereinheit bindet ausschließlich an Gephyrin (Kd = 5 µM), während die GABAAR α1-Untereinheit zwar vor allem Gephyrin bindet (Kd = 17 µM), zusätzlich jedoch eine schwache Affinität (Kd ≈ 400 µM) für die SH3-Domäne von CB aufweist. Im Gegensatz dazu bindet die GABAAR α2-Untereinheit hochaffin an die SH3-Domäne von CB (Kd = 1 µM) und zeigt zusätzlich eine schwache Gephyrin Affinität (Kd ≈ 500 µM). Interessanterweise konnte ich Synergieeffekte zwischen der GABAAR α2-Untereinheit, Gephyrins E-Domäne und CBs SH3-Domäne ausschließen und statt dessen zeigen, dass diese Rezeptor-Untereinheit exklusiv entweder Gephyrin oder CB bindet. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass die Rolle von CB in der Rezeptor-Anhäufung allein durch die konkurrierenden Bindungs-Ereignisse seiner konstituierenden Domänen bestimmt wird. Die intramolekulare Assoziation zwischen der PH und der DH-Domäne mit der SH3-Domäne von CB konkurriert mit unterschiedlichen intermolekularen Wechselwirkungen von CB. Und zwar mit der GABAAR α2-Untereinheit-Bindung an die SH3-Domäne, mit der PIP2-Bindung an die PH-Domäne, sowie mit der Gephyrin-Bindung, welche vermutlich von der PH und DH-Domäne von CB vermittelt wird. (iii) Interessanterweise bestätigen frühere Studien, dass die Rezeptor-Motive, die ich hier identifiziert habe und welche direkt mit den Gerüst-Proteinen wechselwirken, in vivo posttranslational modifiziert vorliegen. Insbesondere wurde gezeigt, dass die Gephyrin-Bindemotive der GABAAR α1-Untereinheit und GlyR β-Untereinheiten Ziele des ERK/MAPK und PKC-Phosphorylierungs-Weges sind, während das Radixin-Bindungs-Motiv innerhalb der GABAAR α5-Untereinheit ubiquitiniert vorliegt. In dieser Dissertation habe ich im Besonderen die ERK-Phosphorylierung von Thr348 in der GABAAR α1-Untereinheit untersucht. Tatsächlich konnten meine Bindungs-Assays eine starke Reduktion der direkten Gephyrin Bindungsstärke beim Einbringen eines phosphomimetischen Restes bestätigen. Darüber hinaus konnte J. Mukherjee eine signifikante Reduktion der Cluster-Anzahl und Größe beim Einführen der gleichen Mutation in die α1-Untereinheit beinhaltenden GABAARs in hippokampalen Neuronen beobachten. Der ERK/MAPK-Regulation-Weg ist daher ein aussichtsreicher Kandidat für die Regulation der GABAergen-Signalübertragung. (iv) In vivo bildet Gephyrin vermutlich durch Selbstorganisation seiner G (GephG) und E-Domänen (GephE) ein multivalentes Gerüst. Angesichts der multimeren Natur Gephyrins und der pentameren Rezeptorarchitektur habe ich die Möglichkeit von Aviditäts-Effekten im Prozess der synaptischen Neurotransmitter-Rezeptor-Anhäufung untersucht. Die Kristallstrukturen von GephE im Komplex mit ausgewählten Peptiden zeigen zwei Rezeptor-Bindungsstellen in räumlicher Nähe (15 Å). Auf der Basis dieser Information habe ich bivalente Peptide entworfen, welche beide Rezeptor-Bindungsstellen in Gephyrin simultan besetzen können und, wie erwartet, konnte ich mit Hilfe verschiedener biophysikalischen Methoden eine unübertroffen hohe, durch Avidität potenzierte, Gephyrin-Affinität nachweisen. Mir gelang es diesen Aviditäts-Effekt für einen schwachen Gephyrin Liganden, ein GABAAR-abgeleitetes Peptid, welcher nicht mit herkömmlichen monomeren Liganden untersucht werden konnte, nutzbar zu machen. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass diese Verbindung gezielt die Rezeptor-Bindungsstelle in GephE besetzt und auf diese Weise hemmend auf Gephyrins Rezeptorbindungsaktivität wirkt. Eine weitere Entwicklung dieser Verbindung könnte die Möglichkeit eröffnen, spezifisch die Wirkung der Entkopplung der Gephyrin Rezeptor-Interaktion in der Zellkultur-Experimenten zu analysieren ohne dabei die Anzahl oder die Funktion der Proteine zu beeinträchtigen, was einen Nebeneffekt von konventionellen Methoden wie Gen „knock-out“, RNA-Interferenz oder den Einsatz von Antikörpern darstellt.
N2  - γ-Aminobutyric acid type A receptors (GABAARs) and glycine receptors (GlyRs) are the major mediators of fast synaptic inhibition in the central nervous system. For proper synaptic function their precise localization and exact concentration within the neuronal surface membrane is essential. These properties are mediated by scaffolding proteins which directly contact the large intracellular loops of the receptors and tether them to cytoskeletal elements of the neuronal cells. In my thesis I deciphered the molecular details of several underlying protein-protein interactions, namely the interaction of a subset of GABAAR and GlyR subunits with the scaffolding proteins gephyrin, radixin and collybistin. I determined short linear motifs within the large intracellular loops of the receptors that directly engage in subunit specific scaffold protein interactions. My quantitative binding studies revealed that gephyrins E domain primarily recognizes the GABAAR α1 (Kd = 17 M) and α3 (Kd = 5 M) subunits, in contrast, the SH3 domain of collybistin mainly interacts with the GABAAR α2 subunit (Kd = 1 µM), while the FERM domain of radixin tightly binds to the GABAAR α5 subunit (Kd = 8 µM). My work additionally demonstrated that this simple relationship is complicated by (i) missing or (ii) overlapping binding specificities between the scaffold proteins and the receptor subunits. Moreover, this thesis addressed the possibility of (iii) posttranslational negative regulation as well as amplification generated by (iv) avidity effects as summarized below. (i) First, using biochemical methods I mapped the radixin-GABAAR α5 interaction in detail. My structural analysis and competition assays suggest that radixin mediates the receptor subunit binding via a universal binding site within the F3 subdomain of its FERM domain. This binding site is formed by an α-helix that offers a large hydrophobic pocket, which accepts a variety of different hydrophobic residues adopting different conformations, and a β-strand that readily engages in peptide backbone interactions. Not surprisingly, this binding site has been implicated in a wide variety of different scaffold interactions, thus emphasizing the importance of the essential FERM activation mechanism described earlier and suggesting additional pathways to allow tight regulation of this interaction. (ii) Next, I analyzed in detail the process of gephyrin-mediated GABAAR clustering. My X-ray crystallographic studies and binding assays revealed that gephyrin mediates binding of the GABAAR α1, α2 and α3 subunit via a universal binding site that also mediates the interactions with the GlyR β subunit. Using structure-guided mutagenesis I identified key residues within gephyrin and the receptor subunits that act as major contributors to the overall binding strength. Namely, two conserved aromatic residues within the N-terminal half of the receptor binding region engage in crucial hydrophobic interactions with gephyrin. Accordingly, J. Mukherjee from the group of our collaborator Steven J. Moss verified a substantial decrease in GABAAR cluster number and size in primary hippocampal neurons upon exchange of these residues within the GABAAR α2 subunit. Extension of my studies to collybistin (CB) revealed an overlapping but reciprocal subunit preference for this protein in comparison to gephyrin. The GABAAR α3 subunit exclusively binds gephyrin, in contrast the GABAAR α1 subunit mainly targets gephyrin (Kd = 17 µM) but additionally displays a moderate affinity (Kd ≈ 400 µM) towards the SH3 domain of CB. The GABAAR α2 subunit binds tightly to the SH3 domain of CB (Kd = 1 µM) and additionally displays a weak gephyrin affinity (Kd ≈ 500 µM). Notably, I could exclude the possibility of synergistic effects between gephyrins E domain, the SH3 domain of CB and the GABAAR α2 subunit. Instead, I found that the GABAAR α2 subunit binds gephyrin and CB in a mutually exclusive manner. These results suggest that CBs role in receptor clustering is solely determined by competing binding events of its constituting domains. Namely, the intra-molecular association between the PH/DH domain and the SH3 domain within CB competes with different inter-molecular interactions of CB: GABAAR α2 binding to the SH3 domain, PIP2 binding to the PH domain and gephyrin presumably binding to the PH and DH domain of CB. (iii) Interestingly, the receptor motifs, which have been mapped in my thesis to directly interact with the scaffold proteins, were shown in earlier studies to be posttranslationally modified in vivo. In particular, the GABAAR α1 and GlyR β subunits have been implicated as targets of the ERK/MAPK and PKC phosphorylation-pathways, respectively, while the GABAAR α5 subunit motif was shown to be ubiquitinated. In this dissertation, I analyzed Thr348, a possible ERK phosphorylation site within GABAAR α1. My binding assays verified a severe reduction of the direct gephyrin binding strength upon introduction of the respective phosphomimetic residue. The relevance of this in vitro result was highlighted by J. Mukherjee who confirmed a significant reduction in GABAAR cluster number and size upon introduction of the same mutation. The ERK/MAPK pathway is therefore a promising candidate for regulation of GABAergic transmission. (iv) In vivo, gephyrin presumably forms a multivalent scaffold, which is based on the self-association of its G (GephG) and E domains (GephE). Given the multimeric nature of gephyrin and the pentameric receptor architecture, I tested the possibility of avidity in the clustering of inhibitory neurotransmitter receptors. Cocrystallization of selected minimum peptides with GephE and their crystal structure analyses enabled me to define a receptor-derived peptide that offers a maximized gephyrin affinity. The structure of the GephE-GlyR  receptor complex reveals two receptor-binding sites in close spatial vicinity (15 Å). I therefore designed bivalent peptides that enable to target both GephE sites at the same time and, as expected, a variety of biophysical methods verified an avidity-potentiated and unmatched high gephyrin affinity for these bidentate compounds. Notably, I could extend the dimerization approach to low affinity gephyrin ligands, namely short GABAAR-derived peptides that could not be studied using conventional monomeric ligands. Additionally, I verified that this compound specifically targets GephEs receptor binding site, and that it thereby inhibits its receptor binding activity. Further development of this molecule may offer the possibility to specifically analyze the effect of uncoupling the gephyrin-receptor interaction in cell culture-based assays, without altering protein function or expression level that accompanies conventional methods such as protein knock-out, RNA interference or the usage of antibodies.
KW  - Gephyrin
KW  - Neurotransmitter-Rezeptor
KW  - GABAA-Rezeptor
KW  - Glyzinrezeptor
KW  - Gephyrin
KW  - Neurotransmitter Rezeptoren
KW  - GABA A Rezeptoren
KW  - Rezeptor Verankerung
KW  - Glyzin Rezeptoren
KW  - Gephyrin
KW  - Neurotransmitter Receptors
KW  - GABA A Receptors
KW  - Receptor Anchoring
KW  - Glycine Receptors
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85712
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bäuerlein, Carina A.
A1  - Riedel, Simone S.
A1  - Baker, Jeanette
A1  - Brede, Christian
A1  - Jordán Garrote, Ana-Laura
A1  - Chopra, Martin
A1  - Ritz, Miriam
A1  - Beilhack, Georg F.
A1  - Schulz, Stephan
A1  - Zeiser, Robert
A1  - Schlegel, Paul G.
A1  - Einsele, Hermann
A1  - Negrin, Robert S.
A1  - Beilhack, Andreas
T1  - A diagnostic window for the treatment of acute graft-versus-host disease prior to visible clinical symptoms in a murine model
JF  - BMC Medicine
N2  - Background

Acute graft-versus-host disease (aGVHD) poses a major limitation for broader therapeutic application of allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). Early diagnosis of aGVHD remains difficult and is based on clinical symptoms and histopathological evaluation of tissue biopsies. Thus, current aGVHD diagnosis is limited to patients with established disease manifestation. Therefore, for improved disease prevention it is important to develop predictive assays to identify patients at risk of developing aGVHD. Here we address whether insights into the timing of the aGVHD initiation and effector phases could allow for the detection of migrating alloreactive T cells before clinical aGVHD onset to permit for efficient therapeutic intervention.

Methods

Murine major histocompatibility complex (MHC) mismatched and minor histocompatibility antigen (miHAg) mismatched allo-HCT models were employed to assess the spatiotemporal distribution of donor T cells with flow cytometry and in vivo bioluminescence imaging (BLI). Daily flow cytometry analysis of peripheral blood mononuclear cells allowed us to identify migrating alloreactive T cells based on homing receptor expression profiles.

Results

We identified a time period of 2 weeks of massive alloreactive donor T cell migration in the blood after miHAg mismatch allo-HCT before clinical aGVHD symptoms appeared. Alloreactive T cells upregulated α4β7 integrin and P-selectin ligand during this migration phase. Consequently, targeted preemptive treatment with rapamycin, starting at the earliest detection time of alloreactive donor T cells in the peripheral blood, prevented lethal aGVHD.

Conclusions

Based on this data we propose a critical time frame prior to the onset of aGVHD symptoms to identify alloreactive T cells in the peripheral blood for timely and effective therapeutic intervention.
KW  - Allogeneic stem cell transplantation
KW  - Graft-versus-host disease
KW  - Minor histocompatibility antigen mismatch transplantation
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-96797
UR  - http://www.biomedcentral.com/1741-7015/11/134
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kannen Cardoso, Vinicius
T1  - The role of Fluoxetine against preneoplastic lesions and tumors in colon tissue
T1  - Die Rolle von Fluoxetin gegen präneoplastische Läsionen und Tumoren im Darmgewebe
N2  - Introduction: Colon cancer is one of the major human malignancies worldwide, and much effort has been applied to understand the process of colon carcinogenesis, as well as the role of potential treatments and co-therapeutical agents against it. A growing body of evidence suggests that the use of fluoxetine (FLX), an antidepressant belonging to the selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs), may be associated with a reduced colon cancer risk. However, controversial opinions have been published and an identification of the mechanisms of the activity of FLX on colon cells would help in the clarification of this controversy. Objectives: Using several in vitro and in vivo-based methods and analyses, we aimed to verify whether FLX has antioxidant, pro-oxidant or DNA-damaging potential in standard toxicological assays; to check whether and how FLX could prevent and reduce colon preneoplastic lesions; to ascertain whether FLX has any oncostatic potential against colon tumors; and, to investigate whether FLX activity could be comparable with a known and current applied chemotherapeutic agent against colon cancer. Results: FLX did not have any antioxidant potential in our experiments. Although it did not induce reactive oxygen species (ROS) generation or DNA-damage in fibroblast and colon tumor cell lines, FLX reduced dysplasia and proliferation in two different carcinogen models. Further, a significant decrease in colon stromal reactivity and angiogenesis was found in both carcinogen-induced preneoplasia models. In a xenograft model of colon cancer, FLX shrank tumors, reduced tumor proliferation, arrested cancer cells at the G0/G1 cell-cycle phase, and took ROS generation under control. Such effects were detected together with an intracellular acidification and loss of mitochondrial membrane potential in FLX-treated cells. Modulating mitochondrial respiratory chain, HIF-1 expression and Akt/mTOR signaling pathway, FLX was found to reduce colon tumors similar to the widely used chemotherapeutic agent 5-Fluoracil activity. Conclusion: Our collective data suggest that FLX is a remarkable chemopreventive and oncostatic agent against colon preneoplastic lesions and tumors, acting without DNA-damage or ROS generation.
N2  - Einleitung: Darmkrebs ist eine der wichtigsten menschlichen Tumorarten weltweit und viel Aufwand wurde unternommen, um den Prozess der Colonkarzinogenese, sowie die Rolle der möglichen Behandlungen und Co-therapeutische Mittel zu verstehen. Eine wachsende Zahl von Hinweisen deuted darauf hin, dass die Verwendung von Fluoxetin (FLX), einem Antidepressivum aus der Klasse der selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRIs), mit einem reduzierten Dickdarmkrebs-Risiko verbunden sein kann. Allerdings sind auch kontroverse Meinungen veröffentlicht worden und eine Identifizierung der Mechanismen der Aktivität von FLX auf Darmzellen würde bei der Klärung dieser Kontroverse helfen. Ziele: Mit in vitro-und in vivo-Methoden wollten wir prüfen, ob FLX antioxidatives, prooxidatives oder DNA-schädigendes Potential in Standard-toxikologischen Untersuchungen hat; des weiteren sollte analysiert werden, ob und wie FLX präneoplastischen Läsionen verhindern und reduzieren kann, sowie ob FLX onkostatisches Potenzial gegen Darmtumoren hat. Letzteres sollte im direkten Vergleich mit dem etablierten Chemotherapeutikum 5-Fluoruracil untersucht werden. Ergebnisse: FLX zeigte keine direkte antioxidative Kapazität in unseren Testsystemen. Obwohl es keine Bildung reaktiver Sauerstoffspecies (ROS) und keine Induktion von DNA-Schaden in Fibroblasten und Kolon Tumorzellinien verursachte, reduzierte FLX Dysplasien und Proliferation in zwei verschiedenen Kanzerogen-Modellen in vivo. Ferner wurde eine signifikante Abnahme der Reaktivität der Stromazellen und von Angiogenese in beiden Karzinogen-induzierten Präneoplasie-Modellen gefunden. In einem Xenograft Modell des Kolonkarzinoms brachte FLX die Tumoren durch verringerte Proliferation zum Schrumpfen. In vitro wurde in den entsprechenden Zellinien eine Anreicherung der Zellen in der Ga0/G1 Zellzyklus-Phase, eine Reduktion Hypoxie-verursachter ROS-Bildung, intrazelluläre Ansäuerung und Velust des mitochondrialen Membranpotentials nach FLX-Behandlung gefunden. Weitere Aktivitäten waren auf die mitochondriale Atmungskette, HIF-1 Expression und den Akt/mTOR-Sinalweg zu beobachten. Die Reduktion der Kolontumoren war der mit 5-Fluoruracil erzielten vergleichbar. Schlussfolgerung: Unsere Daten deuten darauf hin, dass FLX eine bemerkenswerte chemopräventive und onkostatischen Aktivität gegen präneoplastische Läsionen und Tumore im Darm aufweist, die ohne Induktion von DNA-Schäden ROS stattfindet.
KW  - Fluoxetin
KW  - Magenkrebs
KW  - Fluoxetine
KW  - Colon cancer
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77589
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riedel, Simone Stefanie
T1  - Characterization of the fluorescence protein FP635 for in vivo imaging and establishment of a murine multiple myeloma model for non-invasive imaging of disease progression and response to therapy
T1  - Charakterisierung des Fluoreszenzproteins FP635 für die in vivo Bildgebung und Etablierung eines Maus Modells für die nicht invasive Bildgebung des Krankheitsverlaufes und Ansprechen auf Therapien imMultiplen Myelom
N2  - Optical in vivo imaging methods have advanced the fields of stem cell transplantation, graft-versus–host disease and graft-versus-tumor responses. Two well known optical methods, based on the transmission of light through the test animal are bioluminescence imaging (BLI) and fluorescence imaging (FLI). Both methods allow whole body in vivo imaging of the same animal over an extended time span where the cell distribution and proliferation can be visualized. BLI has the advantages of producing almost no unspecific background signals and no necessity for external excitation light. Hence, BLI is a highly sensitive and reliable detection method. Yet, the BLI reporter luciferase is not applicable with common microscopy techniques, therefore abolishing this method for cellular resolution imaging. FLI in turn, presents the appealing possibility to use one fluorescent reporter for whole body imaging as well as cellular resolution applying microscopy techniques. The absorption of light occurs mainly due to melanin and hemoglobin in wavelengths up to 650 nm. Therefore, the wavelength range beyond 650 nm may allow sensitive optical imaging even in deep tissues. For this reason, significant efforts are undertaken to isolate or develop genetically enhanced fluorescent proteins (FP) in this spectral range. “Katushka” also called FP635 has an emission close to this favorable spectrum and is reported as one of the brightest far-red FPs. Our experiments also clearly showed the superiority of BLI for whole body imaging over FLI. Based on these results we applied the superior BLI technique for the establishment of a pre-clinical multiple myeloma (MM) mouse model. MM is a B-cell disease, where malignant plasma cells clonally expand in the bone marrow (BM) of older people, causing significant morbidity and mortality. Chromosomal abnormalities, considered a hallmark of MM, are present in nearly all patients and may accumulate or change during disease progression. The diagnosis of MM is based on clinical symptoms, including the CRAB criteria: increased serum calcium levels, renal insufficiency, anemia, and bone lesions (osteolytic lesions or osteoporosis with compression fractures). Other clinical symptoms include hyperviscosity, amyloidosis, and recurrent bacterial infections. Additionally, patients commonly exhibit more than 30% clonal BM plasma cells and the presence of monoclonal protein is detected in serum and/or urine. With current standard therapies, MM remains incurable and patients diagnosed with MM between 2001 and 2007 had a 5-year relative survival rate of only 41%. Therefore, the development of new drugs or immune cell-based therapies is desirable and necessary. To this end we developed the MOPC-315 cell line based syngeneic MM mouse model. MOPC-315 cells were labeled with luciferase for in vivo detection by BLI. We validated the non-invasively obtained BLI data with histopathology, measurement of idiotype IgA serum levels and flow cytometry. All methods affirmed the reliability of the in vivo BLI data for this model. We found that this orthotopic MM model reflects several key features of the human disease. MOPC-315 cells homed efficiently to the BM compartment including subsequent proliferation. Additionally, cells disseminated to distant skeletal parts, leading to the typical multifocal MM growth. Osteolytic lesions and bone remodeling was also detected. We found evidence that the cell line had retained plasticity seen by dynamic receptor expression regulation in different compartments such as the BM and the spleen.
N2  - Optische in vivo bildgebende Verfahren haben die Felder der Stammzelltransplantation, Graft-versus-Host Krankheit und Graft-versus-Tumor Reaktion vorangebracht. Zwei gut bekannte optische Methoden, die auf der transmission von Licht durch das Versuchtier basieren, sind die Biolumineszenz Bildgebung (BLI) und die Fluoreszenz Bildgebung (FLI). Beide Methoden erlauben die in vivo Ganzkörperbildgebung desselben Tieres über lange Zeit wärenddessen die Zellverteilung und Proliferation sichtbar gemacht werden kann. Vorteil der BLI ist, dass beinahe keine unspezifischen Hintergrundsignale erzeugt werden und keine Notwendigkeit für Anregungslicht besteht. Daher ist BLI eine hochsensitive und verlässliche Detektionsmethode. Jedoch erlaubt der BLI Reporter, die Luziferase, keine Anwendung mit gängigen Mikroskopieanwendungen und verhindert daher, dass diese Methode für die Bildgebung auf zellulärer Ebene genutzt werden kann. FLI wiederum bietet die attraktive Möglichkeit einen fluoreszenten Reporter sowohl für die Bildgebung des gesamten Körpers, als auch auf zellulärer Ebene durch die Anwendung von Mikroskopietechniken zu nutzen. Derzeit bestehen noch größere Einschränkungen bei der Arbeit mit fluoreszent markierten Zellen innerhalb eines Tieres. Die allgemeine Autofluoreszenz des umliegenden Gewebes führt zu hohen Hintergrundsignalen. Zusätzlich werden sowohl das Anregungslicht als auch die emittierte Fluoreszenz durch das umliegende Gewebe abgeschwächt. Die Absorption des Lichtes geschieht hauptsächlich durch Melanin und Hämoglobin in Wellenlängen bis zu 650 nm. Daher könnte der Wellenlängenbereich über 650 nm sensitive optische Bildgebung auch in tief liegendem Gewebe ermöglichen. Aus diesem Grund werden erhebliche Anstrenungen unternommen um Fluoreszenzproteine (FP) in diesem spektralen Bereich zu isolieren oder genetisch verbesserte zu entwickeln. „Katushka“ auch FP635 genannt hat eine Emission, die nahe an diesem günstigen Spektrum liegt und wurde als eines der hellsten dunkelroten FPs beschrieben. Wir untersuchten FP635 für die Anwendung als sensitiver Einzelreporter für die Detektion immunologischer Prozesse von der Ganzkörper- bis zur Einzelzellbildgebung. Unsere Experimente zeigten auch deutlich die Überlegenheit der BLI über die FLI für die Ganzkörperbildgebung. Basierend auf diesen Ergebnissen setzten wir die überlegene BLI für die Etablierung eines präklinischen Mausmodells des Multiplen Myeloms (MM) ein. MM ist eine B-Zell Erkrankung wobei maligne Plasmazellen klonal im Knochenmark (BM) älterer Menschen expandieren und erhebliche Morbidität und Sterblichkeit verursacht. Chromosomale Abnormitäten gelten als Kennzeichen des MM, sind bei beinahe allen Patienten vorhanden und können sich während des Krankheitsverlaufes anhäufen oder verändern. Die Diagnose des MM basiert auf klinischen Syptomen inklusive der folgenden Kriterien: erhöhte Serum Kalzium Konzentration, Niereninsuffizienz, Anämie und Knochenläsionen (osteolytische Läsionen oder Osteoporose mit Kompressionsfrakturen). Weitere klinische Symptome beinhalten Hyperviskosität, Amyloidose und wiederkehrende bakterielle Infektionen. Zusätzlich zeigen Patienten verbreitet mehr als 30% klonale BM Plasmazellen und monoklonales Protein ist in Serum und/oder Urin detektierbar. Mit derzeitigen Standardtherapien bleibt MM unheilbar und Patienten, die zwischen 2001 und 2007 mit MM diagnostiziert wurden hatten eine relative 5-jahres Überlebensrate von nur 41%. Daher ist die Entwicklung neuer Medikamente und immunzellbasierten Therapien wünschenswert und notwendig. Zu diesem Zweck entwickelten wir das auf der Zelllinie MOPC-315 basierende syngene MM Mausmodell. Die MOPC-315 Zellen wurden für die in vivo Detektion mittels BLI mit Luziferase markiert. Wir validierten die nichtinvasiv gewonnenen BLI Daten mit Histopathologie, der Messung des idiotypen IgA Spiegels im Serum und Durchflusszytometrie. Alle Methoden bekräftigten die Zuverlässigkeit in vivo BLI Daten für dieses Modell. Wir stellten fest, dass dieses orthotope MM Modell einige Hauptmerkmale der menschlichen Erkrankung widerspiegelt. Die MOPC-315 Zellen wanderten effizient in das BM Kompartiment inklusive darauffolgender Proliferation. Ausserdem, streuten die Zellen in entfernte Teile des Skeletts aus was zum typischen multifokalen MM Wachstum führte. Wir stellten auch osteolytische Läsionen und Knochenumbau fest. Wir fanden Hinweise darauf, dass sich die Zelllinie Plastizität bewahrte was durch die dynamische Regulation der Rezeptorexpression in verschiedenen Kompartimenten, wie dem BM und der Milz, sichtbar wurde.
KW  - Fluoreszenzproteine
KW  - Plasmozytom
KW  - Biolumineszenzmessung
KW  - Maus
KW  - Multiple myeloma
KW  - bioluminescence imaging
KW  - fluorescence imaging
KW  - FP635
KW  - mouse model
KW  - nichtinvasive Bildgebung
KW  - Multiples Myelom
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77894
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fronhofer, Emanuel Alexis
T1  - Beyond classical metapopulations: trade-offs and information use in dispersal ecology
T1  - Differentielle Energieallokation und informierte Emigration: Eine Erweiterung des Metapopulationskonzeptes
N2  - All animal and plant species must disperse in order to survive. Although this fact may seem trivial, and the importance of the dispersal process is generally accepted, the eco-evolutionary forces influencing dispersal, and the underlying movement elements, are far from being comprehensively understood. Beginning in the 1950s scientists became aware of the central role of dispersal behaviour and landscape connectivity for population viability and species diversity. Subsequently, dispersal has mainly been studied in the context of metapopulations. This has allowed researchers to take into account the landscape level, e.g. for determining conservation measures. However, a majority of theses studies classically did not include dispersal evolution. Yet, it is well known that dispersal is subject to evolution and that this process may occur (very) rapidly, i.e. over short ecological time-scales. Studies that do take dispersal evolution into account, mostly focus on eco-evolutionary forces arising at the level of populations - intra-specific competition or Allee effects, for example - and at the level of landscapes - e.g. connectivity, patch area and fragmentation. Yet, relevant ecological and evolutionary forces can emerge at all levels of biological complexity, from genes and individuals to populations, communities and landscapes. Here, I focus on eco-evolutionary forces arising at the gene- and especially at the individual level. Combining individual-based modelling and empirical field work, I explicitly analyse the influence of mobility trade-offs and information use for dispersal decisions - i.e. individual level factors - during the three phases of dispersal - emigration, transfer and immigration. I additionally take into account gene level factors such as ploidy, sexual reproduction (recombination) and dominance. Mobility-fertility trade-offs may shape evolutionarily stable dispersal strategies and lead to the coexistence of two or more dispersal strategies, i.e. polymorphisms and polyphenisms. This holds true for both dispersal distances (chapter 3) and emigration rates (chapter 4). In sessile organisms - such as trees or corals - maternal investment, i.e. transgenerational trade-offs between maternal fertility and propagule dispersiveness, can be the cause of bimodal and fat-tailed dispersal kernels. However, the coexistence of two or more dispersal strategies may be critically dependent on gene level factors, such as ploidy or dominance (chapter 4). Passively dispersing individuals may realize such multimodal dispersal kernels by mixing different dispersal vectors. Active choice of these vectors allows to optimize the kernel. As most animals have evolved some kind of memory and sensory apparatus - chemical, acoustic or optical sensors - it is obvious that these capacities should be used for dispersal decisions. Chapter 5 explores the use of chemical cues for vector choice in passively dispersed animals. I find that the neotropical phoretic flower mites Spadiseius calyptrogynae non-randomly mix different dispersal vectors, i.e. one short- and one long-distance disperser, in order to achieve fat-tailed dispersal kernels. Such kernels allow an optimal exploitation of patchily distributed habitats. In addition, this strategy increases the probability of successful immigration as the short-distance dispersal vectors show directed dispersal towards suitable habitats. Results from individual-based simulations support and explain my empirical findings. The use of memory and sensory apparatus in dispersal is also the main topic of chapter 6 which strives to bridge the gap between dispersal and movement ecology. In this part of my thesis I develop a model of non-random, memory-based animal movement strategies. Extending the movement ecology paradigm of Nathan (2008a) I postulate that four elements may be relevant for the emergence of efficient movement strategies: perception, memory, inference and anticipation. Movement strategies including these four elements optimize search efficiency at two scales: within patches and between patches. This leads to a significantly increased search efficiency over a comparable area restricted search strategy. These four chapters are completed by a general analysis of metapopulation dynamics (chapter 2). I find that although the metapopulation concept is very popular in theoretical ecology, classical metapopulations can be predicted to be rare in nature, as suggested by lacking empirical evidence. This is especially the case when gene level factors, such as ploidy and sex, are taken into account. In summary, my work analyses the effects of ecological and evolutionary forces arising at the gene- and individual level on the evolution of dispersal and movement strategies. I highlight the importance of including these limiting factors, mechanisms and processes and show how they impact the evolution of dispersal in spatially structured populations. All chapters demonstrate that these forces may have dramatic effects on resulting ecological and evolutionary dynamics. If we intend to understand animal and plant dispersal or movement, it is crucial to include eco-evolutionary forces emerging at all levels of complexity, from genes to communities and landscapes. This endeavour is certainly not purely academic. Particularly nowadays, with rapidly changing landscape structures and anticipated drastic shifts of climatic zones due to global change, dispersal is a factor that cannot be overestimated.
N2  - Alle Tier- und Pflanzenarten müssen sich ausbreiten, um ihr Überleben zu sichern. Diese Feststellung mag trivial erscheinen und es wird inzwischen allgemein anerkannt, dass Ausbreitungsverhalten von groß er Relevanz ist. Trotzdem sind wir weit davon entfernt, die öko-evolutionären Kräfte zu verstehen, die Ausbreitungsverhalten und zu Grunde liegende Bewegungsstrategien determinieren. Erst in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts begannen Ökologen die zentrale Rolle von Ausbreitungsverhalten und Konnektivität für die langfristige Überlebensfähigkeit von Populationen sowie für die Entstehung und Aufrechterhaltung von Artenvielfalt zu begreifen. Bis heute wurde Ausbreitungsverhalten vor allem im Kontext von Metapopulationen analysiert. So konnte, über die Untersuchung der Dynamik von lokalen Populationen hinaus, die Landschaftsebene mit einbezogen werden, um beispielsweise effiziente Naturschutzmaßnahmen abzuleiten. Die Evolution von Ausbreitungsverhalten wurde in diesen Studien allerdings traditionellerweise nicht berücksichtigt. Inzwischen ist jedoch zweifelsfrei erwiesen, dass Ausbreitungsverhalten sehr schnell evolvieren kann, wodurch dieser Prozess bereits auf kurzen ökologischen Zeitskalen von Bedeutung ist. Untersuchungen zur Evolution von Ausbreitungsverhalten berücksichtigen aber meist nur öko-evolutionäre Kräfte die auf der Populations- und Landschaftsebene entstehen, wie etwa intra-spezifische Konkurrenz oder Allee Effekte beziehungsweise Konnektivität, Habitatgröße und Fragmentierungsgrad. Es ist jedoch einleuchtend, dass ökologische und evolutionäre Kräfte auf allen Ebenen biologischer Komplexität, von Genen und Individuen über Populationen und Artengemeinschaften bis hin zu Landschaften, entstehen können. In dieser Arbeit möchte ich die Bedeutung von öko-evolutionären Kräften, die speziell auf der individuellen und genetischen Ebene begründet sind, näher beleuchten. Ich verbinde einen individuen-basierten Modellierungsansatz mit empirischer Feldforschung, um den Einfluss von differentieller Energieallokation (“life-history trade-offs'”) und Informationsnutzung für Ausbreitungsentscheidungen während der drei Ausbreitungsphasen - Emigration, Transition und Immigration - zu untersuchen. Zusätzlich berücksichtige ich genetische Mechanismen und Rahmenbedigungen wie Ploidie, sexuelle Reproduktion (Rekombination) und Dominanz. Differentielle Allokation von Energie für Ausbreitungsverhalten und Reproduktion kann evolutionär stabile Ausbreitungsstrategien entscheidend beeinflussen und zur stabilen Koexistenz zweier oder mehrerer Strategien führen, also Polymorphismen und Polyphenismen bedingen. Dies gilt sowohl für Ausbreitungsdistanzen (Kapitel 3) als auch für Ausbreitungsraten (Kapitel 4). In sessilen Organismen, wie beispielsweise Bäumen oder Korallen, kann mütterliche Investition in die Ausbreitungsfähigkeit von Propagulen zu Bimodalität und zu einer Häufung von besonders langen Ausbreitungsdistanzen (“fat tail”) in der evolutionär stabilen Häufigkeitsverteilung der Ausbreitungsdistanzen (“dispersal kernel”) führen. Die stabile Koexistenz zweier oder mehrerer Ausbreitungsstrategien kann jedoch sehr stark von genetischen Faktoren, wie Ploidie oder Dominanz, abhängen. Arten, die sich aufgrund zu geringer Mobilität nicht selbst aktiv ausbreiten können, werden solch bimodale Häufigkeitsverteilungen von Ausbreitungsdistanzen, z.B. durch eine gezielte Mischstrategie mit zwei Vektoren, realisieren. Eine aktive Auswahl der entsprechenden Vektoren ermöglicht es, die resultierende Verteilung der Ausbreitungsdistanzen zu optimieren. Da die meisten Tiere über eine Form von Gedächtnis und sensorischem Apparat verfügen - um chemische, akustische oder optische Reize aufzunehmen und zu verarbeiten - ist es naheliegend, dass diese Fähigkeiten auch für Ausbreitungsentscheidungen genutzt werden. In Kapitel 5 untersuche ich die Nutzung chemischer Signale für die Auswahl von Ausbreitungsvektoren bei Tieren mit passiver Ausbreitung. Ich zeige, dass die neotropischen, phoretischen Blütenmilben der Art Spadiseius calyptrogynae gezielt zwei Ausbreitungsvektoren nutzen - einen Vektor, der v.a. kurze Strecken, und einen, der besonders lange Strecken zurücklegt - und damit, wie oben beschrieben, eine Häufung von groß en Werten in der Häufigkeitsverteilung der Ausbreitungdistanzen (“fat-tailed dispersal kernel”) erzielen. Solche Strategien sind optimal an die Ausbreitung in fragmentierten Habitaten angepasst. Zusätzlich erhöhen diese Blütenmilben durch ihre Vektorwahl die Wahrscheinlichkeit, sich erfolgreich auszubreiten, da einer der beiden Vektoren bevorzugt die Futterpflanze der Milben, also geeignetes Habitat, anfliegt. Diese empirische Studie wird durch eine individuen-basierte Simulation des Systems vervollständigt, deren Ergebnisse die empirischen Befunde erklären und deren Interpretation bestätigen. Die Nutzung von Gedächtnis und sensorischen Kapazitäten steht auch in Kapitel 6 im Vordergrund. In diesem Teil meiner Arbeit entwickle ich ein individuen-basiertes Modell für Bewegungs- und Suchstrategien, das, im Gegensatz zu den meisten Modellen in diesem Bereich, nicht auf Diffusionsprozessen (“random walks”) sondern auf der Nutzung von mentalen und sensorischen Kapazitäten basiert. Ziel ist es, ein mechanistisches Bewegungsmodell im Sinne von Nathan und Kollegen (2008a) zu schaffen und dadurch Ausbreitungs- und Bewegungsökologie zu vereinen. Ich postuliere, dass vier Elemente für die Emergenz von effizienten Bewegungs- und Suchstrategien von zentraler Bedeutung sind: Wahrnehmung, Erinnerung, Inferenz und Antizipation. Suchstrategien, die diese vier Elemente berücksichtigen, sind im Vergleich zu analogen Modellen, die auf Diffusionsprozessen basieren, besonders effizient, da sie ihre Sucheffizienz auf zwei Skalen, nämlich innerhalb und außerhalb von Ressourcenansammlungen, optimieren. Diese vier Kapitel werden durch eine allgemeine Analyse von Metapopulationsdynamiken in Kapitel 2 ergänzt. Hier zeige ich, dass, obwohl sich das Metapopulationskonzept in der theoretischen Ökologie großer Beliebtheit erfreut, klassische Metapopulationsdynamiken in natürlichen Systemen selten zu erwarten sind. Damit bestätigen sich Hinweise empirischer Studien, die seit Längerem berichten, dass klassische Metapopulationen wenig häufig aufzutreten scheinen. Klassische Metapopulationsdynamiken entstehen auch in Modellen besonders selten, wenn diese evolutionäre Faktoren, die auf der Genebene begründet sind, wie Ploidie und Rekombination, berücksichtigen. In der vorliegenden Arbeit analysiere ich die Effekte von ökologischen und evolutionären Kräften, die auf der Gen- und Individuenebene entstehen und evolutionär stabile Ausbreitungs- und Suchstrategien bestimmen. Ich hebe die zentrale Bedeutung dieser Rahmenbedigungen, Mechanismen und Prozesse hervor und zeige, wie sie die Evolution von Ausbreitungsstrategien in räumlich strukturierten Populationen maßgeblich beeinflussen. Aus meiner Arbeit wird unmittelbar ersichtlich, dass die Berücksichtigung öko-evolutionärer Kräfte auf allen Ebenen, von Genen bis hin zu Artengemeinschaften und Landschaften, von zentraler Bedeutung ist, wenn wir Ausbreitungsstrategien von Tieren und Pflanzen verstehen wollen. Dieses Ziel ist über den rein akademischen Bereich hinaus, z.B. auch für den Naturschutz, von großer Relevanz, denn besonders heutzutage, in Anbetracht schneller, anthropogener Veränderungen von Landschaftsstrukturen und des globalen Klimawandels ist die Fähigkeit zur Ausbreitung essentiell.
KW  - Metapopulation
KW  - Verbreitungsökologie
KW  - Ressourcenallokation
KW  - metapopulation
KW  - dispersal
KW  - trade-offs
KW  - information use
KW  - Differentielle Ressourcenallokation
KW  - Ausbreitungsverhalten
KW  - Informationsnutzung
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85816
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brill, Martin Fritz
T1  - Processing and plasticity within the dual olfactory pathway in the honeybee brain
T1  - Verarbeitung und Plastizität in der dualen olfaktorischen Bahn im Gehirn der Honigbiene
N2  - In their natural environment animals face complex and highly dynamic olfactory input. This requires fast and reliable processing of olfactory information, in vertebrates as well as invertebrates. Parallel processing has been shown to improve processing speed and power in other sensory systems like auditory or visual. In the olfactory system less is known about olfactory coding in general and parallel processing in particular. With its elaborated olfactory system and due to their specialized neuroanatomy, honeybees are well-suited model organism to study parallel olfactory processing. The honeybee possesses a unique neuronal architecture - a dual olfactory pathway. Two mirror-imaged output projection neuron (PN) pathways connect the first olfactory processing stage, the antennal lobe (analog to the vertebrates olfactory bulb, OB), with the second, the mushroom body (MB) known to be involved in orientation and learning and memory, and the lateral horn (LH). The medial antennal lobe-protocerebral tract (m-APT) first innervates the MB and thereafter the LH, while the other, the lateral-APT (l-APT) projects in opposite direction. The neuroanatomy and evolution of these pathways has been analyzed, yet little is known about its physiology. To analyze the function of the dual olfactory pathway a new established recording method was designed and is described in the first chapter of this thesis (multi-unit-recordings). This is now the first time where odor response from several PNs of both tracts is recorded simultaneously and with high temporal precision. In the second chapter the PN odor responses are analyzed. The major findings are: both tracts responded to all tested odors but with differing characteristics. Since recent studies describe the input to the two tracts being rather similar, the results now indicate differential odor processing along the tracts, therefore this is a good indicator for parallel processing. PNs of the m-APT process odors in a sparse manner with delayed response latencies, but with high odor-specificity. PNs of the l-APT in contrast respond to several odor stimuli and respond in general faster. In some PN originating from both tracts, characteristics of odor-identity coding via response latencies were found. Analyzing the over-all dynamic range of the PNs both l- and m-APT PNs were tested over a large odor concentration range (10-6 to 10-2) (3. chapter). The PNs responded with linear and non-linear correlation of the response strength to the odor concentration. In most cases the l-APT is comparatively more sensitive to low odor concentrations. Response latency decreases with increasing odor concentration in both tracts. Alternative coding principles and elaboration on the hypothesis whether the dual olfactory pathway may contribute coincidental innervation to the next higher-order neurons, the Kenyon cells (KC), is subject of the 4. chapter. Cross-correlations and synchronous responses of both tracts show that in principle odors may be coded via temporal coding. Results suggest that odor processing is enhanced if both tracts contribute to olfactory coding together. In another project the distribution of the inhibitory neurotransmitter GABA (gamma-aminobutyric acid) was measured in the bee’s MB during adult maturation (5. chapter). GABAergic inhibition is of high importance in odor coding. An almost threefold decrease in the total amount of GABAergic innervation was found during adult maturation in the l- and m-APT target region, in particular at the change in division of labor during the transition from a young nurse bee to an older forager bee. The results fit well into the current understanding of brain development in the honeybee and other social insects during adult maturation, which was described as presynaptic pruning and KC dendritic outgrowth. Combining anatomical and functional properties of the bee’s dual olfactory pathway suggests that both rate and temporal coding are implemented along two parallel streams. Comparison with recent work on analog output pathways of the vertebrate’s OB indicates that parallel processing of olfactory information may be a common principle across distant taxa.
N2  - In ihrem natürlichen Lebensraum sind Lebewesen mit komplexen und hoch dynamischen olfaktorischen Reizen konfrontiert, was eine schnelle und zuverlässige Duft-Verarbeitung sowohl bei Insekten als auch bei Wirbeltieren erfordert. Im visuellen oder auditorischen System wird sensorischer Eingang durch Parallel-Verarbeitung schneller und effektiver an höhere Gehirnzentren übertragen und verarbeitet. Im olfaktorischen System ist generell und im speziellen über Parallel-Verarbeitung noch wenig bekannt. Die Honigbiene stellt jedoch mit ihrer hoch spezialisierten Duftwahrnehmung und ihrem Duft und Pheromon gesteuerten Verhalten aufgrund ihrer Neuroanatomie einen besonderen Modelorganismus für die Erforschung der Duftverarbeitung und insbesondere der olfaktorischen Parallel-Verarbeitung dar. Honigbienen besitzen „duale olfaktorische Bahnen“, die ausschließlich in Hymenopteren (Bienen, Ameisen, Wespen) als Merkmal ausgeprägt sind. Gebildet werden sie aus zwei spiegelbildlichen Projektions-Neuronen (PN) Ausgangs-Trakten, die das erste olfaktorische Verarbeitungs-Zentrum, den Antennal-Lobus (vergleichbar mit dem Olfaktorischen Bulbus der Wirbeltiere, OB) mit sekundären Verarbeitungszentren, dem Pilzkörper (MB) und dem lateralen Horn (LH) verbinden. Der mediale Antennal-Lobusprotocerebrale Trakt (m-APT) innerviert erst den MB und dann das LH, der laterale Trakt (l-APT) projiziert in umgekehrter Reihenfolge. Der MB ist bei Orientierung, Lernen und Gedächtnis involviert, über die Funktion des LH ist in der Biene noch wenig bekannt. Über die Neuroanatomie und Evolution dieser dualen Bahnen wurde viel geforscht, die Funktion und damit ihre Physiologie sind allerdings noch unzureichend aufgeklärt. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich deshalb mit der Duftverarbeitung im Bienengehirn und im Speziellen mit Parallelverarbeitung in der Olfaktorik. Für die Aufklärung wurde eine neu entwickelte und in dieser Dissertation beschriebene Messmethode etabliert (1. Kapitel). Mit Hilfe dieser Messapparatur (Multi-Unit Recordings) ist es jetzt das erste Mal möglich, hoch-zeitaufgelöst simultan aus beiden Trakten mehrere PNs auf unterschiedliche Düfte hin zu untersuchen. Das 2. Kapitel beschäftigt sich eingehender mit der Analyse von Duftanworten der PN. Die Hauptergebnisse sind, dass beide Trakte auf alle getesteten Düfte regieren, dies aber mit unterschiedlichen Charakteristiken tun. Da gezeigt wurde, dass beide Trakte ähnlichen olfaktorischen Eingang erhalten, die Trakte aber Düfte unterschiedlich verarbeiten, stellen diese Ergebnisse ein erstes Indiz für Parallelverarbeitung im olfaktorischen System der Biene dar. M-APT PN reagieren mit Zeitverzögerung und duftspezifisch, d.h. selektiver auf Düfte. Dagegen reagieren l-APT PN vergleichsweise schneller und duft-unspezifischer auf die in dieser Arbeit verwendeten Düfte. In einigen PN beider Trakte wurde gefunden, dass die PN Duft-Identitäten über duftspezifische Antwort-Latenzen abgebildet werden können. Um Aufschluss über die Gesamtdynamik der PN zu gewinnen, wurden l- und m-APT PN Antworten über weite Duftkonzentrationen (10-6 bis 10-2) hin untersucht (3. Kapitel). Die PN reagierten mit linearen und nicht-linearen Korrelationen. Zudem sind in den meisten Fällen l-APT PN bei schwachen Duftkonzentrationen sensitiver. Die Antwort-Latenz ist zur Duftkonzentration in beiden Trakten negativ-proportional. Alternative Kodierungsmöglichkeiten und die Ausarbeitung der Hypothese, dass die dualen Bahnen eine Koinzidenzverschaltung auf die nächst höheren Neurone, die Kenyon Zellen (KC), bilden könnten, wird im 4. Kapitel behandelt. Dazu zeigen Kreuz-Korrelationsanalysen und synchrone Antwortmuster aus beiden Trakten, dass prinzipiell Düfte auch über Zeit-Kodierung verarbeitet werden können. Generell zeigt sich, dass die dualen olfaktorischen Bahnen eine verbesserte Duftkodierung gegenüber einem Trakt gewährleisten. In einem weiteren Ansatz wurde die alterskorrelierte Plastizität der inhibitorischen GABAergen (gamma-Aminobuttersäure) Innervation im Pilzkörper der Biene während der Adult-Reifung bestimmt (5. Kapitel). Inhibition ist für olfaktorische Kodierung sehr wichtig. Eine fast dreifache Reduktion in der Gesamtmenge von GABA wurde während der Adult-Reifung in beiden Zielregionen der dualen olfaktorischen Bahn gleichermaßen gefunden. Dieser Effekt wurde mit einer insgesamt halbierten GABA Innervierung ebenfalls im visuellen Innervationsgebiet des MB gefunden. Die Ergebnisse passen gut in das derzeitige Verständnis von Adultplastizität der Pilzkörper in der Honigbiene, in denen eine Ausdünnung (Pruning) präsynaptischer Endigungen von PN und ein Auswachsen von KC-Dendriten beschrieben wurde. Aus den neuroanatomischen und physiologischen Eigenschaften der dualen olfaktorischen Bahnen lässt sich schlussfolgern, dass Düfte sowohl über Raten- als auch Zeit-Kodierung bis hin zu Koinzidenz-Verschaltungen verarbeitet werden können. Zudem zeigen derzeitige Arbeiten über analoge Ausgangs-Trakte im OB von Wirbeltieren, dass Parallelverarbeitung im olfaktorischen System ein allgemeines Kodierungsprinzip über weit entfernte Taxa zu sein scheint.
KW  - Tierphysiologie
KW  - Geruchssinn
KW  - Nervennetz
KW  - Nervenzelle
KW  - Biene
KW  - Antennallobus
KW  - antennal lobe
KW  - olfaction
KW  - multi-unit recording
KW  - Insekten
KW  - Geruch
KW  - Physiologie
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85600
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wangorsch, Gaby
T1  - Mathematical modeling of cellular signal transduction
T1  - Mathematische Modellierung der zellulären Signaltransduktion
N2  - A subtly regulated and controlled course of cellular processes is essential for the healthy functioning not only of single cells, but also of organs being constituted thereof. In return, this entails the proper functioning of the whole organism. This implies a complex intra- and inter-cellular communication and signal processing that require equally multi-faceted methods to describe and investigate the underlying processes. Within the scope of this thesis, mathematical modeling of cellular signaling finds its application in the analysis of cellular processes and signaling cascades in different organisms. ...
N2  - Das fein regulierte und kontrollierte Ablaufen zellulärer Prozesse ist essentiell für das gesunde Funktionieren einzelner Zellen, sowie der aus ihnen bestehenden Organe. Diese wiederum bedingen das Funktionieren des gesamten Organismus. Genauso vielschichtig wie die Kommunikation und Signalverarbeitung innerhalb und zwischen den Zellen, sind die Methoden um diese Vorgänge zu beschreiben und zu untersuchen. Die mathematische Modellierung zellulärer Signalverarbeitung findet im Rahmen dieser Arbeit Anwendung in der Analyse zellulärer Prozesse und Signalkaskaden in verschiedenen Organismen....
KW  - Mathematische Modellierung
KW  - Thrombozyt
KW  - Systembiologie
KW  - Mathematische Modellierung
KW  - Mathematical modeling
KW  - platelets
KW  - signaling pathway
KW  - systems biology
KW  - Signaltransduktion
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87746
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TY  - THES
A1  - Wu, Lingdan
T1  - Emotion Regulation in Addicted Smokers
T1  - Emotionsregulation bei abhängigen Rauchern
N2  - Background: Nicotine addiction is the most prevalent type of drug addiction that has been described as a cycle of spiraling dysregulation of the brain reward systems. Imaging studies have shown that nicotine addiction is associated with abnormal function in prefrontal brain regions that are important for cognitive emotion regulation. It was assumed that addicts may perform less well than healthy nonsmokers in cognitive emotion regulation tasks. The primary aims of this thesis were to investigate emotional responses to natural rewards among smokers and nonsmokers and to determine whether smokers differ from nonsmokers in cognitive regulation of positive and negative emotions. To address these aims, two forms of appraisal paradigms (i.e., appraisal frame and reappraisal) were applied to compare changes in emotional responses of smokers with that of nonsmokers as a function of appraisal strategies. Experiment 1: The aim of the first experiment was to evaluate whether and how appraisal frames preceding positive and negative picture stimuli affect emotional experience and facial expression of individuals. Twenty participants were exposed to 125 pairs of auditory appraisal frames (either neutral or emotional) followed by picture stimuli reflecting five conditions: unpleasant-negative, unpleasant-neutral, pleasant-positive, pleasant-neutral and neutral-neutral. Ratings of valence and arousal as well as facial EMG activity over the corrugator supercilii and the zygomaticus major were measured simultaneously. The results indicated that appraisal frames could alter both subjective emotional experience and facial expressions, irrespective of the valence of the pictorial stimuli. These results suggest and support that appraisal frame is an efficient paradigm in regulation of multi-level emotional responses. 8 Experiment 2: The second experiment applied the appraisal frame paradigm to investigate how smokers differ from nonsmokers on cognitive emotion regulation. Sixty participants (22 nonsmokers, 19 nondeprived smokers and 19 12-h deprived smokers) completed emotion regulation tasks as described in Experiment 1 while emotional responses were concurrently recorded as reflected by self-ratings and psychophysiological measures (i.e., facial EMG and EEG). The results indicated that there was no group difference on emotional responses to natural rewards. Moreover, nondeprived smokers and deprived smokers performed as well as nonsmokers on the emotion regulation task. The lack of group differences in multiple emotional responses (i.e., self-reports, facial EMG activity and brain EEG activity) suggests that nicotine addicts have no deficit in cognitive emotion regulation of natural rewards via appraisal frames. Experiment 3: The third experiment aimed to further evaluate smokers’ emotion regulation ability by comparing performances of smokers and nonsmokers in a more challenging cognitive task (i.e., reappraisal task). Sixty-five participants (23 nonsmokers, 22 nondeprived smokers and 20 12-h deprived smokers) were instructed to regulate emotions by imagining that the depicted negative or positive scenario would become less negative or less positive over time, respectively. The results showed that nondeprived smokers and deprived smokers responded similarly to emotional pictures and performed as well as nonsmokers in down-regulating positive and negative emotions via the reappraisal strategy. These results indicated that nicotine addicts do not have deficit in emotion regulation using cognitive appraisal strategies. In sum, the three studies consistently revealed that addicted smokers were capable to regulate emotions via appraisal strategies. This thesis establishes the groundwork for therapeutic use of appraisal instructions to cope with potential self-regulation failures in nicotine addicts.
N2  - Hintergrund: Nikotinsucht ist die am weitesten verbreitete Form von Drogenabhängigkeit und wird beschrieben als eine immer stärker werdende Dysregulation des Belohnungssystems im Gehirn. Bildgebende Studien zeigten, dass Nikotinabhängige eine abnormale Funktion der präfrontalen Gehirnregionen aufweisen, die für die kognitive Emotionsregulation von entscheidender Bedeutung sind. Es wurde angenommen, dass Süchtige bei kognitiven Aufgaben zur Emotionsregulation schlechter abschneiden als gesunde Nichtraucher. Vorrangige Ziele dieser Thesis waren die Untersuchung emotionaler Reaktionen auf natürliche, Raucher-irrelevante Stimuli bei Rauchern und Nichtrauchern. Außerdem sollte herausgefunden werden, ob sich Raucher von Nichtrauchern bezüglich ihrer kognitiven Regulation von positiven und negativen Emotionen unterscheiden. Um diese Veränderungen in der emotionalen Reaktion in Abhängigkeit der Interpretationsstrategie vergleichen zu können, wurden zwei Paradigmen zur Einschätzung emotionaler Stimuli eingesetzt: Eine prospektive Interpretationsstrategie des kommenden Stimulus (appraisal frame) und eine retrospektive Interpretationsstrategie nach der Stimuluspräsentation (reappraisal). Experiment 1: Ziel des ersten Experiments war die Evaluierung ob und wie Interpretationen vor positiven oder negativen Stimulusbildern die emotionale Erfahrung und den Gesichtsausdruck von Personen beeinflussen. 20 Versuchspersonen wurden 125 Paare auditiver Beschreibungen (entweder neutral oder emotional) präsentiert, gefolgt von Stimulusbildern, die zusammen fünf Stimulus-Kategorien bildeten: unangenehm – negativ, unangenehm – neutral, angenehm – positiv, angenehm – neutral und neutral – neutral. Valenz- und Arousal-Ratings wurden abgefragt und die EMG-Aktivität der Gesichtsmuskeln corrugator supercilii und zygomaticus 10 major wurden zeitgleich aufgenommen. Die Ergebnisse zeigten, dass appraisal frames sowohl emotionale Reaktionen einschließlich subjektiver emotionaler Erfahrungen beeinflussen als auch den Gesichtsausdruck verändern können, unabhängig von der Valenz des Bildstimulus. Dies zeigt und beweist die Effizienz des appraisal frame Paradigmas bei der Regulation von emotionalen Reaktionen auf mehreren Verarbeitungsebenen. Experiment 2: Das zweite Experiment bezog sich auf das appraisal frame Paradigma und sollte untersuchen wie sich Raucher von Nichtrauchern in ihrer kognitiven Emotionsregulation unterscheiden. 60 Probanden (22 Nichtraucher, 19 Raucher ohne Entzug und 19 Raucher mit 12 Stunden Zigarettenentzug) führten Emotionsregulationsaufgaben wie in Experiment 1 beschrieben aus, während ihre emotionalen Reaktionen ständig über Selbsteinschätzungen und psychophysiologische Messungen aufgenommen wurden (faziales EMG und EEG). Die Ergebnisse zeigten keine Gruppenunterschieden bei den emotionalen Reaktionen auf natürliche Stimuli, ohne Bezug zum Rauchen; Außerdem schnitten Raucher mit und ohne Zigarettenentzug in der Emotionsregulationsaufgabe genauso gut ab wie Nichtraucher. Die gleichen Ergebnisse in allen Gruppen hinsichtlich emotionaler Reaktionen (Selbsteinschätzung, faziale EMG Aktivität und EEG Aktivität) machten deutlich, dass Nikotinabhängige keine Einschränkungen in der kognitiven Emotionsregulation auf natürliche Stimuli mittels Vorbeurteilungen haben. Experiment 3: Der dritte Versuch wurde durchgeführt, um die Fähigkeiten von Rauchern bei der Emotionsregulation zu untersuchen, indem die Erfolge von Rauchern und Nichtrauchern in einer schwierigeren kognitiven Aufgabe (reappraisal task) verglichen wurden. 65 Versuchspersonen (23 Nichtraucher, 22 Raucher ohne Entzug und 20 Raucher mit 12 Stunden Zigarettenentzug) wurden instruiert ihre Emotionen zu regulieren, indem sie emotionale Bilder 11 mit neutralem Gefühl interpretieren. Die Probanden sollten sich vorstellen, dass die negativen oder positiven Syenarios immer weniger negativ oder weniger positiv werden. Die Ergebnisse stellen heraus, dass Raucher mit und ohne Zigarettenentzug ähnlich auf emotionale Bilder reagierten und ihre positiven und negativen Emotionen mit der reappraisal Strategie genauso gut herunterregulierten wie Nichtraucher. Zusammenfassend machen die drei Studien deutlich, dass Nikotinabhängige mittels Interpretationsstrategien ihre Emotionen regulieren können. Diese Thesis bilden das Fundament für den therapeutischen Nutzen von Interpretationsstrategien, damit Nikotinabhängige mit potenziellen Selbstregulationsstörungen umgehen können.
KW  - Gefühl
KW  - Regulation
KW  - Rauch
KW  - Elektroencephalogramm
KW  - Elektromyographie
KW  - Emotion
KW  - Regulation
KW  - Smoke
KW  - Electroencephalography
KW  - Electromyography
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85471
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TY  - THES
A1  - Hofmann, Sebastian
T1  - Studies on the function and regulation of CD84, GPVI and Orai2 in genetically modified mice
T1  - Untersuchungen zur Funktion und Regulation von CD84, GPVI und Orai2 in genetisch veränderten Mäusen
N2  - Platelet activation and aggregation at sites of vascular injury are essential processes to limit blood loss but they also contribute to arterial thrombosis, which can lead to myocardial infarction and stroke. Stable thrombus formation requires a series of events involving platelet receptors which contribute to adhesion, activation and aggregation of platelets. Regulation of receptor expression by (metallo-)proteinases has been described for several platelet receptors, but the molecular mechanisms are ill-defined. The signaling lymphocyte activation molecule (SLAM) family member CD84 is expressed in immune cells and platelets, however its role in platelet physiology was unclear. In this thesis, CD84 deficient mice were generated and analyzed. In well established in vitro and in vivo assays testing platelet function and thrombus formation, CD84 deficient mice displayed phenotypes indistinguishable from wild-type controls. It was concluded that CD84 in platelets does not function as modulator of thrombus formation, but rather has other functions. In line with this, in the second part of this thesis, a novel regulation mechanism for platelet CD84 was discovered and elucidated. Upon platelet activation, the N-terminus of CD84 was found to be cleaved exclusively by the a disintegrin and metalloproteinase 10 (ADAM10), whereas the intracellular part was cleaved by calpain. In addition, regulation of the platelet activating collagen receptor glycoprotein VI (GPVI) was studied and it was shown that GPVI is in contrast to CD84 differentially regulated by ADAM10 and ADAM17. A novel role of CD84 under pathophysiological conditions was revealed as CD84 deficient mice were protected from ischemic stroke in the model of transient middle cerebral artery occlusion and this protection was based on the lack of CD84 in T cells. Ca2+ is an essential second messenger that facilitates activation of platelets and diverse functions in different eukaryotic cell types. Store-operated Ca2+ entry (SOCE) represents the major mechanism leading to rise in intracellular Ca2+ concentration in non-excitable cells. The Ca2+ sensor STIM1 (stromal interaction molecule 1) and the SOC channel subunit protein Orai1 are established mediators of SOCE in platelets. STIM2 is the major STIM isoform in neurons, but the role of the SOC channel subunit protein Orai2 in platelets and neurons has remained elusive. In the third part of this thesis, Orai2 deficient mice were generated and analyzed. Orai2 was dispensable for platelet function, however, Orai2 deficient mice were protected from ischemic neurodegeneration and this phenotype was attributed to defective SOCE in neurons.
N2  - Die Aktivierung und Aggregation von Blutplättchen sind wichtige Prozesse um Blutverlust nach Gefäßverletzungen zu vermeiden. Diese Prozesse spielen aber auch eine Rolle in der arteriellen Thrombose, die zu Herzinfarkt und Schlaganfall führen kann. Die Bildung stabiler Thromben setzt eine Reihe von Vorgängen voraus, an denen Blutplättchenrezeptoren beteiligt sind, welche zur Adhäsion, Aktivierung und Aggregation der Blutplättchen beitragen. Für einige Blutplättchenrezeptoren wurde eine Regulation der Expression durch (Metallo )Proteinasen beschrieben, jedoch sind die molekularen Mechanismen weitgehend unbekannt. CD84, ein Protein das zur signaling lymphocyte activation molecule (SLAM) Familie gehört, wird sowohl in Immunzellen als auch in Blutplättchen exprimiert. Jedoch war die Rolle von CD84 in der Physiologie der Blutplättchen unklar. In der vorliegenden Arbeit wurden CD84 defiziente Mäuse generiert und analysiert. In etablierten in vitro und in vivo Test, welche die Blutplättchenfunktion und Thrombusbildung untersuchen, war der Phänotyp von CD84 defizienten Mäusen unverändert gegenüber Wildtyp-Kontrollen. Es wurde die Schlussfolgerung gezogen, dass CD84 in Blutplättchen nicht als Modulator der Thrombusbildung fungiert, sondern eher andere Funktionen hat. Im Einklang damit wurde im zweiten Teil dieser Arbeit ein neuer Regulationsmechanismus entdeckt und aufgeklärt. Infolge von Blutplättchenaktivierung wurde der N-terminale Teil von CD84 ausschließlich von a disintegrin and metalloproteinase 10 (ADAM10) geschnitten, während der intrazelluläre Anteil durch Calpain prozessiert wurde. Weiterhin wurde die Regulation des Blutplättchen-aktivierenden Kollagenrezeptors Glykoprotein VI (GPVI) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass GPVI, im Gegensatz zu CD84, einer differenziellen Regulation durch ADAM10 und ADAM17 unterliegt. Unter pathophysiologischen Bedingungen wurde eine neue Rolle von CD84 aufgedeckt, da CD84 defiziente Mäuse vor ischämischem Schlaganfall im transient middle cerebral artery occlusion Modell geschützt waren. Dieser Schutz beruhte auf dem Fehlen von CD84 auf T Zellen. Ca2+ ist ein wichtiger sekundärer Botenstoff, der die Aktivierung von Blutplättchen ermöglicht sowie diverse Funktionen in verschiedenen eukaryotischen Zellen erfüllt. Store-operated Ca2+ entry (SOCE) stellt den Hauptmechanismus dar, der zum Anstieg der intrazellulären Ca2+ Konzentration in nicht-erregbaren Zellen führt. Der Ca2+ Sensor STIM1 (stromal interaction molecule 1) und das SOC-Kanal Protein Orai1 sind als Vermittler des SOCE in Blutplättchen bekannt. STIM2 stellt die Hauptisoform der STIM Moleküle in Neuronen dar, jedoch war die Rolle des SOC-Kanal Proteins Orai2 in Blutplättchen und Neuronen weitgehend unbekannt. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden Orai2 defiziente Mäuse generiert und analysiert. Orai2 war nicht essentiell für die Funktion von Blutplättchen, jedoch waren Orai2 defiziente Mäuse vor ischämischer Neurodegeneration geschützt. Dieser Phänotyp wurde auf einen defekten SOCE in Neuronen zurückgeführt.
KW  - Thrombozyt
KW  - Maus
KW  - Genexpression
KW  - Metalloproteinasen
KW  - platelets
KW  - CD84
KW  - Metalloproteinase
KW  - GPVI
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87949
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TY  - THES
A1  - Schul, Daniela
T1  - Spatio-temporal investigation and quantitative analysis of the BMP signaling pathway
T1  - Raum-Zeitliche Untersuchung und quantitative Analyse des BMP-Signaltransduktionsweges
N2  - Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) are key regulators for a lot of diverse cellular processes. During embryonic development these proteins act as morphogens and play a crucial role particularly in organogenesis. BMPs have a direct impact on distinct cellular fates by means of concentration-gradients in the developing embryos. Using the diverse signaling input information within the embryo due to the gradient, the cells transduce the varying extracellular information into distinct gene expression profiles and cell fate decisions. Furthermore, BMP proteins bear important functions in adult organisms like tissue homeostasis or regeneration. In contrast to TGF-ß signaling, currently only little is known about how cells decode and quantify incoming BMP signals. There is poor knowledge about the quantitative relationships between signal input, transducing molecules, their states and location, and finally their ability to incorporate graded systemic inputs and produce qualitative responses. A key requirement for efficient pathway modulation is the complete comprehension of this signaling network on a quantitative level as the BMP signaling pathway, just like many other signaling pathways, is a major target for medicative interference. I therefore at first studied the subcellular distribution of Smad1, which is the main signal transducing protein of the BMP signaling pathway, in a quantitative manner and in response to various types and levels of stimuli in murine c2c12 cells. Results indicate that the subcellular localization of Smad1 is not dependent on the initial BMP input. Surprisingly, only the phospho-Smad1 level is proportionally associated to ligand concentration. Furthermore, the activated transducer proteins were entirely located in the nucleus. Besides the subcellular localization of Smad1, I have analyzed the gene expression profile induced by BMP signaling. Therefore, I examined two endogenous immediate early BMP targets as well as the expression of the stably transgenic Gaussia Luciferase. Interestingly, the results of these independent experimental setups and read-outs suggest oscillating target gene expression. The amplitudes of the oscillations showed a precise concentration-dependence for continuous and transient stimulation. Additionally, even short-time stimulation of 15’ activates oscillating gene-expression pulses that are detectable for at least 30h post-stimulation. Only treatment with a BMP type I receptor kinase inhibitor leads to the complete abolishment of the target gene expression. This indicated that target gene expression oscillations depend directly on BMP type I receptor kinase activity.
N2  - Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) stellen wichtige Regulatoren für eine Vielzahl von verschiedenen zellulären Prozessen dar. Während der Embryonalentwicklung agieren diese Proteine als Morphogene und spielen daher eine entscheidende Rolle für diesen Prozess, vor allem in der Organogenese. Durch Konzentrationsgradienten üben BMPs einen direkten Einfluss auf verschiedene zelluläre Schicksale im entwickelnden Embryo aus. Aufgrund dieser Gradienten gelangen vielfältige Signalinformationen zu den verschiedenen Zellen, welche die extrazelluläre Information in verschiedene Genexpressionsprofile und Zellschicksalsentscheidungen umwandeln. Darüber hinaus tragen BMPs wichtige Funktionen im erwachsenen Organismus, wie z.B. Gewebshomöostase oder -regeneration. Im Gegensatz zu dem verwandten TGF-ß Signaltransduktionsweg ist derzeit nur wenig über die zelluläre Übersetzung und Quantifizierung eingehender BMP-Signale bekannt. Es gibt wenige Kenntnisse über die quantitative Beziehung zwischen Signaleingang, Überträgerproteinen, ihren Zuständen sowie intrazellulären Positionen, und schließlich ihre Fähigkeit Signaleingänge systemisch zu integrieren und qualitative Antworten der Zelle zu produzieren. Eine wesentliche Voraussetzung für die effiziente Signaltransduktions-modulierung ist das vollständige Verständnis des Signalnetzwerkes auf einer quantitativen Ebene, da der BMP-Signalweg, wie auch viele andere Signalwege, ein wichtiges Ziel für medizinische Anwendungen und Medikamentenentwicklung ist. Daher untersuchte ich zunächst die subzelluläre Verteilung der wichtigsten Signalweiterleitungsproteine des BMP-Signalweges, der Smad1-Proteine, auf quantitativer Ebene und deren Reaktion auf verschiedene Stimulierungsarten und BMP-Konzentrationsstufen in murinen c2c12-Zellen. Die Ergebnisse zeigen, dass die subzelluläre Lokalisation von Smad1 unabhängig von der BMP-Konzentration ist und nur das phospho-Smad1 Level proportional zur Konzentration des Liganden steigt. Darüber hinaus befanden sich die aktiven Überträgerproteine nach Stimulierungvollständig im Zellkern. Neben der subzellulären Lokalisation von Smad1, habe ich das Genexpressionsprofil von BMP-Zielgenen analysiert. Ich untersuchte zwei endogene und frühe BMP-Zielgene sowie die Expression der stabil transgenen Gaussia Luciferase. Interessanterweise deuten die Ergebnisse dieser zwei unabhängigen Versuchsaufbauten und Detektionsmethoden auf eine oszillierende Expression der Zielgene hin. Die Amplituden der Schwingungen zeigten eine deutliche Konzentrationsabhängigkeit bei kontinuierlicher und transienter Stimulation. Außerdem aktiviert eine Kurzzeitstimulierung von 15 Minuten ebenfalls ein oszillierendes Genexpressionsprofil, welches für mindestens 30 Stunden nach der Stimulierung nachweisbar ist. Nur die Behandlung mit einem BMP Typ-I-Rezeptorkinaseinhibitor führt zur vollständigen Aufhebung der Zielgenexpression. Infolgedessen sind die Oszillationen der Zielgenexpression direkt von der Aktivität der BMP Typ-I-Rezeptorkinase abhängig.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Signaltransduktion
KW  - BMP-Signaltransduktionsweg
KW  - Analyse
KW  - BMP signaling pathway
KW  - analysis
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-84224
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TY  - THES
A1  - Kühn, Andrea
T1  - The molecular interplay of proteins expressed in the sexual stages and the induction of gamete formation in the malaria parasite Plasmodium falciparum
T1  - Molekulare Wechselwirkungen in den Sexualstadien exprimierter Proteine und die Induktion der Gametenbildung im Malariaerreger Plasmodium falciparum
N2  - Transmission of the malaria parasite from man to the mosquito requires the formation of sexual parasite stages, the gametocytes. The gametocytes are the only parasite stage that is able to survive in the mosquito midgut and to undergo further development – gamete
formation and fertilization. Numerous sexual stage-specific proteins have been discovered, some of which play crucial roles for parasite transmission. However, the functions of many sexual stage proteins remain elusive. Amongst the sexual stage-specific proteins
are the proteins of the PfCCp proteins family, which exhibit numerous adhesion domains in their protein structures. For four members of the protein family, PfCCp1 to PfCCp4 gene-disruptant parasite lines had been already studied. Amongst these, PfCCp2 and PfCCp3 showed an important role for development of the parasites in the
mosquito. In the present work the study of gene-disrupted parasites of the PfCCp Protein family was completed. PfCCp5-KO and PfFNPA-KO parasite lines were characterized
to a great extent and many properties were similar to those of other PfCCp proteins. The co-dependent expression previously reported to be a phenomenon of PfCCp
proteins was also observed in these two mutants, although to lesser extent. When either PfCCp5 or PfFNPA were absent, all other proteins were detected in reduced abundance only. Co-dependent expression manifests exclusively on the protein level. Transcript
levels were not altered as RT-PCR showed. Amongst PfCCp proteins numerous proteinproteins interactions are taking place. The previously described multimeric protein
complexes also include further sexual stage-specific proteins like Pfs230, Pfs48/45 and Pfs25. Recently, a new component of PfCCp-based multimeric protein complexes had
been identified. The protein was named PfWLP1 (WD repeat protein-like protein 1) due to its possession of several WD40 repeats. In the present study expression of this uncharacterized protein was investigated via indirect IFA. It was expressed in asexual blood stages and gametocytes. Upon gamete formation and fertilization its expression ceased. Another sexual stage protein studied in this work was PfactinII. It was shown to be exclusively
expressed in sexual stages. In gametocytes it co-localizes with Pfs230 and correct localization of PfactinII depends on presence of Pfs230. Transcript analysis by means of RT-PCR revealed the expression of several components of the IMC in gametocytes. Furthermore, five or six myosin genes encoded in the
P. falciparum genome were detected in gametocytes. Gametocyte egress was studied on the ultrastructural level via transmission electron microscopy and an inside-out type of egress was observed. Firstly, the membrane of the parasitophorous vacuole (PVM) was lysed and only thereafter the membrane of the red blood cell (RBCM) ruptured. Furthermore, a new inductor of gametogenesis was identified: The K+/H+ ionophore nigericin induced gametocytes activation in the absence of xanthurenic acid (XA), which is responsible for gamtetocyte activation in the mosquito midgut. Selective permeabilization of RBCM and PVM by the mild detergent saponin, showed that in the absence of these membranes male gametocytes were still able to perceive both XA and the drop in temperature. Thus, the receptors for both factors signaling the parasite transmission to the mosquito, seem to be of parasitic origin. LC/MS/MS analysis confirmed the ability
of RBCs to take up XA. With malaria eradication on the agenda of malaria research targeting the sexual stages
becomes a crucial part of intervention strategies. The sexual stages are especially attractive target as they represent a population bottleneck. The here reported findings on P. falciparum gametocytes provide several potential candidate proteins for developing tools to interrupt transmission from man to mosquito. Such tools might include Transmission blocking vaccines and drugs.
N2  - Die Übertragung der Malaria vom menschlichen Wirt auf die Überträgermücke erfordert die Bildung von Sexualstadien, der Gametozyten. Dieses Parasitenstadium ist in der Lage im Mitteldarm der Mücke zu überleben und sich zu Gameten zu entwickeln, gefolgt von Befruchtung und ygotenbildung. Eine Vielzahl von in den Sexualstadien exprimierter Proteine wurde bereits entdeckt. Einige von diesen haben essentielle Funktionen für die Transmission der Parasiten auf die Mücke. Die Rolle der meisten dieser spezifisch exprimierter Protein ist jedoch ungeklärt. Zu den sexualstadienspezifischen Proteinen gehören die Proteine der PfCCp-Proteinfamilie. Für vier Proteine diese Proteinfamilie wurden bereits KO-Mutanten untersucht. Zwei Mutanten, PfCCp2-KO und PfCCp3-KO besitzen eine wichtige Funktion während der Entwicklung der Parasiten in
der Mücke. In der vorliegenden Arbeit wurde die Studie der PfCCp-Proteine komplettiert. PfCCp5- und PfFNPA-defiziente Parasitenlinien wurden zu einem Großteil charakterisiert. Viele Eigenschaften dieser beiden Parasitenlinien wiesen Ähnlichkeiten zu den bisher untersuchten PfCCp-KO-Mutanten auf. Die ko-abhängige Expression welche in der PfCCp-Proteinfamilie vorkommt, wurde auch in diesen beiden Mutanten beobachtet,
wenngleich in geringerem Ausmaß. In den Mutanten, in welchem entweder PfCCp5 oder PfFNPA fehlten, waren alle übrigen PfCCp-Proteine nur in reduzierter Menge nachzuweisen. Diese ko-abhängige Expression ist ausschließlich auf dem Proteinlevel zu beobachten. Die Transkription der jeweiligen Gene hingegen ist unbeeinflusst. Zahlreiche Protein-Protein-Interaktionen finden zwischen den Proteinen der Proteinfamilie statt. The zuvor beschriebenen multimeren Proteinkomplexe schließen auch weitere sexualstadienspezifische Proteine ein, wie Pfs230, Pfs48/45 und Pfs25. Kürzlich
wurde eine neue Komponente der PfCCp-basierten Multiproteinkomplexe identifiziert.
Dieses Protein wurde PfWLP1 (WD repeat protein-like protein 1) genannt, da es mehrere WD40 repeat Domänen besitzt. In der vorliegenden Arbeit wurde das bisher unbeschriebene Protein mittels indirekter immunfluoreszenzstudien charakterisiert. PfWLP1
ist sowohl in asexuellen Blutstadien als auch in Gametozyten exprimiert. Nach der Gametenbildung
und Fertilisation nimmt die Expression des Proteins ab. Ein weiteres Protein der Sexualstadien, welches in dieser Arbeit untersucht wurde, ist PfactinII. Es wurde
gezeigt, dass dieses Protein ausschließlich in den Sexualstadien vorliegt. In Gametozyten ko-lokalisiert es mit Pfs230 und die korrekte Lokalisierung ist abhängig von der Anwesenheit von Pfs230. Mittels RT-PCR wurden mehrere Komponenten des inneren Membrankomplexes in
Gametozyten nachgewiesen. Weiterhin wurden Transkripte für fünf der sechs Myosin-Gene, welche im Genom von P. falciparum exprimiert sind, nachgewiesen. Der Austritt
der Gametozyten aus der Wirtszelle wurde auf ultrastruktureller Ebene mittels Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Hierbei wurde gezeigt, dass die Lyse der den Parasiten umgebenden Membranen von innen nach außen geschieht. Das heißt, dass
zunächst die Membran der parasitophoren Vakuole (PVM) lysiert wird, und erst anschließend die Erythrozyten-Plasmamembran (RBCM). Als neuer Induktor der Gametozytenaktivierung wurde Nigericin identifiziert. Nigericin ist ein K+/H+-Ionophor, welcher in Abwesenheit von XA in der Lage ist, die Gametenbildung zu identifizieren. Die selektive Permeabilisierung der beiden den Gametozyten umgebenden Membranen,
PVM und RBCM, zeigte, dass männliche Gametozyten nach Entfernung der beiden Membranen, in der Lage sind, den Temperaturabfall und XA zu perzipieren. Somit kann
geschlussfolgert werden, dass die Rezeptoren beider Stimuli parasitischen Ursprungs sind. LC/MS/MS-Analysen bestätigten, dass Erythrozyten in der Lage sind, XA aufzunehmen. Die Sexualstadien des Malariaparasiten nehmen mehr und mehr an Bedeutung zu, da langfristig nicht nur eine Eindämmung der Malaria in endemischen Gebieten sondern die Auslöschung der Malaria angestrebt wird. Die Sexualstadien sind ein attraktiver
Angriffspunkt aufgrund ihrer Bedeutung für die Transmission der Krankheit. Zum anderen ist die auf den Vektor übertragene Parasitenanzahl vergleichsweise gering. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen mehrere potentielle Kandidatenproteine auf,
welche für die Entwicklung von Interventionsstrategien von Bedeutung sein könnten. Als Interventionsstrategien wären sowohl transmissionsblockierenden Vakzine als auch
transmissionsblockierende Wirkstoffe denkbar.
KW  - Malaria
KW  - Multiproteinkomplex
KW  - Gametocyt
KW  - Gametogenese
KW  - Plasmodium falciparum
KW  - malaria
KW  - Plasmodium falciparum
KW  - gametogenesis
KW  - co-dependent expression
KW  - gametocyt
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-98028
ER  - 
TY  - THES
A1  - Niemann, Sylvia
T1  - Seed Coat Permeability of Active Ingredients
T1  - Permeabilität von Samenschalen für Aktivsubstanzen
N2  - The seed coat is the barrier controlling exchange of solutes between the plant embryo and its environment. This exchange is of importance for example in the uptake of germination inhibitors or in the uptake of agrochemicals applied as seed treatment. A thorough understanding of the basic mechanisms underlying solute permeation across the seed coat would help to improve the effectiveness of seed treatment formulations. In seed treatment formulations, additives can be used to enhance or decrease mobility or uptake of the active ingredient (AI). In the present study the seed coat barrier properties and the seed coat permeation process was examined with the model species Pisum sativum and with a set of model solutes. The lipophilic fraction of the seed coat was analysed by gas chromatography and mass spectrometry and it was found that the total lipophilic compartment of the seed coat represents 0.61 % of the weight of a swollen seed coat. The seed is covered by a lipophilic cuticle. The seed coat coverage with cuticular waxes is ten to 18-fold lower than wax coverage of pea leaves, though. In order to examine sorption of solutes in the small lipophilic compartment of the seed coat, seed coat/water partition coefficients were determined. These cover a much smaller range than the corresponding n-octanol/water partition coefficients. The lipophilic sorption compartment as calculated from the seed coat/water partition coefficient data is smaller than the analysed total lipophilic compartment of the seed coat since not all of the lipid components can act as sorption compartment. During seed swelling, the pea seed nearly doubles its weight. The uptake of water is driven by the very low water potential of the dry seed and controlled by the seed coat hydraulic conductivity both of which increase during seed swelling. Depending on the available form of water, water uptake can take place by diffusion from air humidity or by mass flow from liquid water. Water uptake by a seed in moist sand takes place by a combination of both uptake mechanisms. The basic transport mechanism underlying solute permeation of seed coats was analysed by steady-state experiments with a newly devised experimental setup. The permeance P for permeation of the set of model compounds across isolated seed coat halves ranged from 3.34 x 10-8 m s-1 for abamectin to 18.9 x 10-8 m s-1 for caffeine. It was found that solute permeation across the seed coat takes aqueous pathways. This was concluded from the facts that molar volume instead of lipophilicity of the solutes determine permeation and that the temperature effect on permeation is very small. This is in contrast to typical leaf and fruit cuticular uptake where lipophilic pathways dominate. Solute uptake across the seed coat can take place by two different mechanisms both of which take aqueous pathways. Uptake can be by diffusion and in the presence of a bulk flow of water driven by a water potential difference also by solvent drag. The presence of the solvent drag uptake mechanism shows that the aqueous pathways form an aqueous continuum across the seed coat. These findings indicate that the seed coat covering cuticle does not form a continuous barrier enclosing the seed. In order to examine solute uptake across the seed coat under conditions close to a situation taking place in the field, the process of uptake of a seed treatment AI in the field was simulated. In the situation of a treated seed in the field, the seed treatment residue dissolves and then the AI can move either into the surrounding soil or across the seed coat into the seed. Uptake across the seed coat can take place either by diffusion or during seed swelling by the solvent drag mechanism. Since the seed treatment residue depletes over time, non-steady-state uptake takes place. To simulate these processes, laboratory scale seed treatment methods were established to produce treated seeds and isolated treated seed coat halves. Experimental setups for non-steady-state uptake experiments were established with whole treated seeds and with isolated treated seed coat halves as simplified screening tool. By modelling of the AI uptake as a first-order process the rate constant k and the final relative uptake amount Mt→∞ M0-1 were obtained. With k and Mt→∞ M0-1 a quantification and comparison of the uptake curves was possible. Both in the experiments with whole treated seeds and with isolated treated seed coats, uptake of metalaxyl-M was much faster than uptake of sedaxane. In the uptake of a seed treatment AI, not only the solute's molar volume but also its water solubility determine uptake. The solute's water solubility is important for dissolution of the AI from the seed treatment residue and thus determines availability of the AI for uptake. Water solubility also controls the possible concentration in solution and thus the driving force for diffusive uptake. Furthermore, the AI amount taken up by solvent drag is determined by concentration in the inflowing water and thus by water solubility. In the experiments with whole treated seeds the additive effects on uptake were smaller than in the experiments with isolated treated seed coats or not significant. Adigor functions as an emulsifier and can lead to a slight increase of AI mobilisation from the seed treatment residue. NeoCryl A-2099 can cause a slowed down release of the AI from the seed treatment residue. The effects of both additives were smaller than the effect caused by different AI physico-chemical properties. Therefore, the most important factor determining uptake of a seed treatment AI are the AI's physico-chemical properties, especially its water solubility.
N2  - Die Samenschale fungiert als Barriere, welche den Stoffaustausch zwischen dem pflanzlichen Embryo und seiner Umgebung kontrolliert. Dieser Stoffaustausch ist beispielsweise bei der Aufnahme von keimungshemmenden Substanzen oder aufgebeizten Pestiziden von Bedeutung. Ein besseres Verständnis des zugrundeliegenden Mechanismus bei der Permeation über die Samenschale wäre hilfreich für die Optimierung von Beizmittelformulierungen. Bei der Formulierung von Beizprodukten kann die Mobilität oder Aufnahme der Wirkstoffe je nach Bedarf durch Zugabe von Additiven beschleunigt oder verlangsamt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden daher die Barriereeigenschaften der Samenschale und der Permeationsprozess über die Samenschale anhand der Modellpflanze Pisum sativum und mit einem Set von Modellsubstanzen untersucht. Die lipophile Fraktion der Samenschale wurde mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie analysiert. Hierdurch konnte ermittelt werden, dass das komplette lipophile Kompartiment der Samenschale 0.61 % des Gewichtes ausmacht. Die Samenschale wird, wie es auch bei Blättern der Fall ist, von einer lipophilen Kutikula bedeckt. Die Bedeckung mit kutikulären Wachsen ist bei Erbsensamen allerdings zehn- bis 18-fach geringer als bei Blättern von Erbsenpflanzen. Um die Sorption von Substanzen in dem kleinen lipophilen Kompartiment der Samenschale zu untersuchen, wurden Samenschale/Wasser Verteilungskoeffizienten bestimmt. Diese erfassen einen sehr viel kleineren Größenbereich als die entsprechenden n-Oktanol/Wasser Verteilungskoeffizienten. Das lipophile Sorptionskompartiment, welches mittels der Samenschale/Wasser Verteilungskoeffizienten berechnet wurde, ist kleiner als das analysierte lipophile Kompartiment, da nicht alle analysierten lipophilen Samenschalenbestandteile als Sorptionskompartiment fungieren können. Bei der Quellung von Erbsensamen kommt es nahezu zu einer Verdoppelung des Gewichtes. Die Wasseraufnahme wird durch das sehr niedrige Wasserpotential des trockenen Samens angetrieben und über die hydraulische Leitfähigkeit der Samenschale kontrolliert, wobei beide während der Quellung ansteigen. Je nachdem in welcher Form das verfügbare Wasser vorliegt kann die Wasseraufnahme durch Diffusion aus Luftfeuchte oder über einen Massenfluss aus flüssigem Wasser erfolgen. Ein Same in feuchtem Sand nimmt Wasser mittels einer Kombination beider Mechanismen auf. Der zugrunde liegende Transportmechanismus in der Substanzpermeation über Samenschalen wurde mit einem neu entwickelten Versuchsaufbau in Steady-State Versuchen analysiert. Der Leitwert P für die Permeation der Modellsubstanzen lag hierbei zwischen 3.34 x 10-8 m s-1 für Abamectin und 18.9 x 10-8 m s-1 für Koffein. Die Substanzpermeation über die Samenschale verläuft über wässrige Permeationswege. Dies wurde daraus geschlossen, dass das molare Volumen anstelle der Substanzlipophilie den Leitwert bestimmt und dass der Temperatureffekt auf die Permeation klein ist. Dies ist im Gegensatz zur typischen Permeation über die Kutikeln von Blättern und Früchten, welche meist über lipophile Wege verläuft. Substanzaufnahme kann durch zwei verschiedene Mechanismen über die wässrigen Wege durch die Samenschale stattfinden. Aufnahme kann sowohl durch Diffusion stattfinden oder, in Gegenwart eines Volumenflusses von Wasser welcher durch eine Wasserpotentialdifferenz angetrieben wird, auch durch den solvent drag Mechanismus. Das Vorhandensein des solvent drag Aufnahmemechanismus beweist, dass die wässrigen Wege in der Samenschale ein wässriges Kontinuum durch die Samenschale bilden. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Kutikula, welche der Samenschale aufliegt, keine kontinuierliche Barriere um den Samen bildet. Um den Aufnahmeprozess von Substanzen unter anwendungsnahen Bedingungen zu untersuchen, wurde die Aufnahme eines aufgebeizten Pflanzenschutzmittelwirkstoffes im Feld in Versuchen simuliert. In der Situation eines gebeizten Samens im Feld löst sich der Beizrückstand an und der Wirkstoff kann sich entweder in Richtung umgebender Erde oder über die Samenschale in das Sameninnere bewegen. Die Aufnahme über die Samenschale kann mittels Diffusion oder durch den solvent drag Mechanismus erfolgen. Da der Beizmittelrückstand auf der Samenoberfläche mit der Zeit verarmt, liegt eine non-steady-state Aufnahmesituation vor. Um diese Prozesse zu simulieren, wurden Versuchsaufbaue für non-steady-state Versuche mit ganzen gebeizten Samen sowie als vereinfachtes Modell mit isolierten gebeizten Samenschalen etabliert. Indem die gemessene Wirkstoffaufnahme als Prozess erster Ordnung modelliert wurde, konnten die Geschwindigkeitskonstante k sowie die finale relative Aufnahmemenge Mt→∞ M0-1 berechnet werden. Mit k und Mt→∞ M0-1 konnten dann die Aufnahmekurven quantifiziert und verglichen werden. Sowohl in den Versuchen mit ganzen gebeizten Samen als auch in den Versuchen mit isolierten gebeizten Samenschalen war die Aufnahme von Metalaxyl-M um ein Vielfaches schneller als die Aufnahme von Sedaxane. Bei der Aufnahme von einem Beizmittelwirkstoff über die Samenschale spielt nicht nur das molare Volumen des Wirkstoffes eine Rolle, sondern auch seine Wasserlöslichkeit. In den Versuchen mit ganzen gebeizten Erbsen war der Effekt der Additive kleiner als in den Versuchen mit isolierten gebeizten Schalen oder nicht signifikant. In beiden Fällen war der Additiv-Effekt kleiner als der Effekt, der durch die Unterschiede in den Substanzeigenschaften hervorgerufen wurde. Daher sind die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Wirkstoffes, insbesondere seine Wasserlöslichkeit, die wichtigsten Faktoren welche die Aufnahme in den gebeizten Samen bestimmen.
KW  - Samenschale
KW  - Permeation
KW  - Saatgutbeizung
KW  - seed coat
KW  - permeation
KW  - seed treatment
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-79585
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geissler, Julia Maria
T1  - Neuropsychological Endophenotypes of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder
T1  - Neuropsychologische Endophänotypen des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndroms
N2  - Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) endophenotypes as a link between phenotype and genotype were the focus of the present work. Candidate endophenotypes were investigated via neuropsychological tasks during the simultaneous recording of a 21-channel electroencephalogram. Since endophenotypes are assumed to more closely reflect genetic variation, the influence of ADHD-associated genes Catechol-O-methyl transferase (COMT), the dopamine transporter (DAT, SLC6A3) and Latrophilin-3 (LPHN3) was analysed. Response inhibition was assessed with a cued Continuous Performance Test, for working memory we used an n-back task, sensory gating was measured via the paired clicks paradigm and response time variability (RTV) was quantified by the standard deviation of reaction times. The sample comprised medicated (N=36) and unmedicated (N=42) ADHD patients and matched control children and adolescents (N=41). The electrophysiological correlate of response inhibition was the centroid location during response execution and inhibition, and the degree of anteriorization (NGA). Sensory gating reflects the attenuation of the P50 response to the second of two auditory stimuli presented in short succession. Working memory was examined during target and non-target trials, reflecting specific information processing stages: early sensory processing (P100 and N100), selection of material (P150), memory retrieval (N300), event categorization (P300) and updating of working memory content (P450). Performance was quantified in terms of omission errors reflecting inattention and false alarms reflecting impulsivity, as well as speed and variability of reactions. Unmedicated ADHD patients had more omission errors and more variable reaction times, pointing to difficulties with attention and state regulation. NGA did not prove an optimal endophenotype candidate, since it was not yet developed in approximately half of the examined children and adolescents. It was independent of diagnosis; however ADHD risk alleles for DAT conferred lower NGA as well as more variable reaction times across groups. DAT genotype interacted with diagnosis on the level of centroid location, however, it did not manifest in performance deficits. In the case of sensory gating, homozygosity for the DAT allele associated with ADHD (10R) conferred impairment. ADHD was only relevant in participants without genetic risk, where patients without medication struggled most with suppression. In the working memory task, DAT modulated the timing of material selection in interaction with cognitive load and diagnosis: under high load unmedicated patients showed delayed responses, while under low load risk carriers on medication had faster responses than controls. Early processing and event-categorization were stronger in unmedicated ADHD with risk genotype, but dampened without risk. An interesting trend emerged for LPHN3, where carrying all risk variants was associated with higher NGA in ADHD patients irrespective of medication. This warrants further study, as the haplotype also exerts a positive influence on sensory gating specifically in patients. At the same time within the genetic risk group, unmedicated patients had the weakest NGA. However, the LPHN3 risk haplotype effected more posterior Go centroids, putatively facilitating response execution, which is supported by a higher number of false alarms. When inhibition was required, the risk variants led to more posterior centroids in unmedicated compared to medicated patients as well as controls, speaking to differences in inhibition-related brain activation. While as expected the risk haplotype led to compromised gating in unmedicated ADHD, this was reversed in healthy controls where the haplotype was acting in a protective manner with enhanced filtering. During working memory operations, the risk haplotype showed stronger N300 responses suggesting investment of more resources. While COMT did not exert an influence on NGA directly, carriers of the risk allele (met) had more posterior centroids both during response execution and inhibition, and displayed more variable responses in addition to being more prone to false alarms. Unmedicated patients produced smaller P300 during successful execution of responses than controls in absence of the risk allele, while with risk they had shorter latencies and presumably tend towards premature reactions. Additionally, it brought out impairments in sensory gating, thus making unmedicated patients less able to filter out irrelevant information, while they were able to compensate with the protective genotype. The influence of COMT on sensory gating seems to be specific for ADHD, as this gene was of no consequence in healthy controls. In the working memory task, met was beneficial for updating as reflected by P450 amplitude. In ADHD irrespective of medication COMT did not change P450 strength, but for controls this effect was observed.
N2  - Endophänotypen als Bindeglied zwischen Phänotyp und Genotyp des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndroms (ADHS) besitzen großes Potential als diagnostische Marker. Im Fokus der vorliegenden Arbeit standen Antworthemmung, Arbeitsgedächtnis, Reaktionszeitvariabilität (RTV) und sensorisches Gating als Kandidaten-Endophänotypen, sowie die Untersuchung des Einflusses genetischer Varianten in den ADHS-assoziierten Genen COMT, DAT und LPHN3. Die Stichprobe im Kindes- und Jugendalter bestehend aus medizierten (N=36) und unmedizierten (N=42) ADHS-Patienten sowie gesunden Kontrollen (N=41) wurde neuropsychologisch untersucht bei simultaner Ableitung eines 21-Kanal-EEGs. Die NoGo-Anteriorisierung (NGA) als elektrophysiologisches Korrelat der Antworthemmung basiert auf der Lage der Feldschwerpunkte (Zentroide) der P300 in Antwortausführungs- (Go) und Inhibitionstrials (NoGo). Sensorisches Gating beschreibt die Unterbindung der Reizweiterleitung bei schneller Reizfolge zur Prävention kortikaler Überstimulation, was sich in einer gedämpften P50-Amplitude zeigt. Um sowohl frühe als auch späte Aspekte des arbeitsgedächtnisbezogenen Informationsverarbeitungsprozesses zu erfassen, wurden ereigniskorrelierte Komponenten korrespondieren mit früher sensorischer Verarbeitung (P100 und N100), Materialselektion (P150), Abruf von Gedächtnisinhalten (N300), Ereigniskategorisierung (P300) und Aktualisierung der Arbeitsgedächtnisinhalten (P450) analysiert. Auslassungsfehler dienten als Indikator für Aufmerksamkeitdefizite, Falschalarme als Indikator für Impulsivität. Unmedizierte ADHD-Patienten zeigten neben variableren Reaktionszeiten mehr Auslassungsfehler, was Hinweise auf Defizite in Aufmerksamkeit und Zustandsregulation gibt. Die NGA erwies sich als beschränkt geeigneter Endophänotyp, da viele Probanden im eingeschlossenen Altersspektrum keine NGA aufwiesen. Die NGA war bei Trägern der DAT-Risikovariante (10R) schwächer ausgeprägt. Nur in Anwesenheit eines protektiven 9R-Allels korrespondierte Stimulanzienmedikation mit einer Anteriorisierung beider Zentroide. Während homozygote 10R-Träger Beeinträchtigungen im sensorischen Gating zeigten, kam ohne genetisches Risiko die Diagnose zum Tragen, da hier die Gruppe mit unmedizierten ADHS die größten Defizite aufwies. Während der Arbeitsgedächtnisaufgabe modulierte DAT die Materialauswahl in Interaktion mit kognitivem Load: unter hohem Load zeigten Patienten ohne Medikation genotypunabhängig verzögerte Reaktionen, während bei niedrigem Load medizierte Patienten mit Risikogenotyp die kürzesten Latenzen aufwiesen. Während bei unmediziertem ADHD der DAT-Risikogenotyp mit höheren P150-Amplituden und somit verstärkter Ressourcenallokation zur Materialselektion korrespondierte, zeigte diese Gruppe bei Vorhandensein eines 9R-Allels gedämpfte P100-Amplituden im Vergleich zu medizierten Patienten und Kontrollen, was auf abnorme frühe sensorischen Verarbeitung hinweist. Zuletzt bedeutete der DAT-Risikogenotyp für unmediziertes ADHS höhere P300-Amplituden, während diese Gruppe mit dem protektiven Genotyp die schwächsten P300-Reaktionen (Ereigniskategorisierung) zeigten. Ein interessanter Trend zeigte sich für den LPHN3-Risikohaplotyp, der bei ADHS medikationsunabhängig mit besserer NGA assoziiert war. Auf Zentroidebene zeigten Risikohaplotypträger mehr posterior gelegene Go-Zentroide, was die Reaktionsausführung begünstigt und sich in einer höheren Anzahl an Falschalarmen niederschlägt. Bei erforderlicher Inhibition ging der Risikohaplotyp bei unmedizierten Patienten mit mehr posterioren Zentroiden als in den Vergleichsgruppen einher, was für Unterschiede in inhibitionsspezifischer Gehirnaktivität spricht. In Bezug auf sensorisches Gating erzeugte der LPHN3-Haplotyp gegenläufige Effekte in Patienten und Kontrollen. Während der Risikohaplotyp in der unmedizierten ADHS-Gruppe erwartungsgemäß mit schwächerem Gating assoziiert war, wirkte er in Kontrollen und medizierten Patienten protektiv in Form überlegener Filterfähigkeiten. Der Risikohaplotyp zeigte bei Arbeitsgedächtnisaufgaben höhere N300-Amplituden als Indiz für Ressourceninvestition beim Abruf von Gedächtnisinhalten. Während sich die NGA als unabhängig vom COMT-Genotyp erwies, lagen die Zentroide bei Probanden mit Met-Allel weiter posterior, sie zeigten darüber hinaus eine variablere Leistung mit mehr Falschalarmen. Generell bedeutete die mit ADHS assoziierte COMT-Variante eine erhöhte RTV sowie schlechtere Gatingleistung in unmediziertem ADHD, während sie durch das protektive Val-Allele in die Lage versetzte, dieses Defizit ohne Medikation zu kompensieren. Dieser Einfluss von COMT auf sensorisches Gating war spezifisch für ADHS. In Aufgaben, welche das Arbeitsgedächtnis beanspruchen, war die Met-Variante von Vorteil für Aktualisierungsvorgänge (P450), was im Gegensatz zu den Gating-Effekten nur in Kontrollen auftrat.
KW  - Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom
KW  - Elektroencephalographie
KW  - Arbeitsgedächtnis
KW  - Endophänotyp
KW  - Antworthemmung
KW  - Latrophilin-3
KW  - Dopamintransporter
KW  - Catechol-O-Methyltransferase
KW  - ADHD
KW  - Endophenotype
KW  - Latrophilin-3
KW  - Response Inhibition
KW  - Sensory Gating
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-79221
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kaufmann, Tobias
T1  - Brain-computer interfaces based on event-related potentials: toward fast, reliable and easy-to-use communication systems for people with neurodegenerative disease
T1  - Gehirn-Computer Schnittstellen basierend auf ereigniskorrelierten Potentialen: Entwicklung von schnellen, zuverlässigen und leicht zu bedienenden Kommunikationssystemen für Menschen mit neurodegenerativer Erkrankung
N2  - Objective: Brain Computer Interfaces (BCI) provide a muscle independent interaction channel making them particularly valuable for individuals with severe motor impairment. Thus, different BCI systems and applications have been proposed as assistive technology (AT) solutions for such patients. The most prominent system for communication utilizes event-related potentials (ERP) obtained from the electroencephalogram (EEG) to allow for communication on a character-by-character basis. Yet in their current state of technology, daily life use cases of such systems are rare. In addition to the high EEG preparation effort, one of the main reasons is the low information throughput compared to other existing AT solutions. Furthermore, when testing BCI systems in patients, a performance drop is usually observed compared to healthy users. Patients often display a low signal-to-noise ratio of the recorded EEG and detection of brain responses may be aggravated due to internally (e.g. spasm) or externally induced artifacts (e.g. from ventilation devices). Consequently, practical BCI systems need to cope with mani-fold inter-individual differences. Whilst these high demands lead to increasing complexity of the technology, daily life use of BCI systems requires straightforward setup including an easy-to-use graphical user interface that nonprofessionals can handle without expert support. Research questions of this thesis: This dissertation project aimed at bringing forward BCI technology toward a possible integration into end-users' daily life. Four basic research questions were addressed: (1) Can we identify performance predictors so that we can provide users with individual BCI solutions without the need of multiple, demanding testing sessions? (2) Can we provide complex BCI technology in an automated, user-friendly and easy-to-use manner, so that BCIs can be used without expert support at end-users' homes? (3) How can we account for and improve the low information transfer rates as compared to other existing assistive technology solutions? (4) How can we prevent the performance drop often seen when bringing BCI technology that was tested in healthy users to those with severe motor impairment? Results and discussion: (1) Heart rate variability (HRV) as an index of inhibitory control (i.e. the ability to allocate attention resources and inhibit distracting stimuli) was significantly related to ERP-BCI performance and accounted for almost 26% of variance. HRV is easy to assess from short heartbeat recordings and may thus serve as a performance predictor for ERP-BCIs. Due to missing software solutions for appropriate processing of artifacts in heartbeat data (electrocardiogram and inter-beat interval data), our own tool was developed that is available free of charge. To date, more than 100 researchers worldwide have requested the tool. Recently, a new version was developed and released together with a website (www.artiifact.de). (2) Furthermore, a study of this thesis demonstrated that BCI technology can be incorporated into easy-to-use software, including auto-calibration and predictive text entry. Naïve, healthy nonprofessionals were able to control the software without expert support and successfully spelled words using the auto-calibrated BCI. They reported that software handling was straightforward and that they would be able to explain the system to others. However, future research is required to study transfer of the results to patient samples. (3) The commonly used ERP-BCI paradigm was significantly improved. Instead of simply highlighting visually displayed characters as is usually done, pictures of famous faces were used as stimulus material. As a result, specific brain potentials involved in face recognition and face processing were elicited. The event-related EEG thus displayed an increased signal-to-noise ratio, which facilitated the detection of ERPs extremely well. Consequently, BCI performance was significantly increased. (4) The good results of this new face-flashing paradigm achieved with healthy participants transferred well to users with neurodegenerative disease. Using a face paradigm boosted information throughput. Importantly, two users who were highly inefficient with the commonly used paradigm displayed high accuracy when exposed to the face paradigm. The increased signal-to-noise ratio of the recorded EEG thus helped them to overcome their BCI inefficiency. Significance: The presented work at hand (1) successfully identified a physiological predictor of ERP-BCI performance, (2) proved the technology ready to be operated by naïve nonprofessionals without expert support, (3) significantly improved the commonly used spelling paradigm and (4) thereby displayed a way to effectively prevent BCI inefficiency in patients with neurodegenerative disease. Additionally, missing software solutions for appropriate handling of artifacts in heartbeat data encouraged development of our own software tool that is available to the research community free of charge. In sum, this thesis significantly improved current BCI technology and enhanced our understanding of physiological correlates of BCI performance.
N2  - Zielsetzung: Gehirn-Computer Schnittstellen (engl. Brain-Computer Interface, BCI) bilden einen muskel-unabhängigen Interaktionskanal, was sie besonders für Menschen mit starken, motorischen Einschränkungen wertvoll macht. Daher wurden verschiedene BCI-Systeme und -Anwendungen als unterstützende Technologien (UT) für diese Patienten vorgeschlagen. Das am häufigsten verwendete System zu Kommunikationszwecken basiert auf ereigniskorrelierten Potentialen (EKP) des Elektroenzephalogramms (EEG) und ermöglicht es Buchstabe für Buchstabe zu kommunizieren. Zum derzeitigen Stand der Technik sind Berichte über alltägliche Verwendung von BCI-Systemen jedoch selten. Zusätzlich zu dem hohen Präparationsaufwand, der mit dem Messen eines EEGs verbunden ist, ist eine der Hauptursachen der verhältnismäßig geringe Informationstransfer im Vergleich zu anderen existierenden UT-Lösungen. Zudem wird häufig beobachtet, dass das BCI-Kontrollvermögen bei Patienten deutlich niedriger ist als bei gesunden Nutzern. Das EEG von Patienten weißt häufig ein niedrigeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf und die Erkennung von Hirnantworten kann durch interne (z. B. Spasmus) oder externe Artefakte (z. B. von einem Beatmungsgerät herrührend) zusätzlich erschwert werden. Somit müssen praxisrelevante BCI-Systeme mit einer Vielfalt von interindividuellen Unterschieden klar kommen. Obschon diese hohen Anforderungen zu einer zunehmend komplexeren Technologie führen, erfordert der Alltagsgebrauch von BCI-Systemen einen einfachen Aufbau inklusive leicht zu bedienender, grafischer Benutzeroberfläche, die von Laien, ohne Unterstützung von Experten, bedient werden kann. Forschungsfragestellungen dieser Dissertationsschrift: Das Dissertationsprojekt bezweckte die Weiterentwicklung von BCI-Systemen, um den Weg für eine Integration in das tägliche Leben von Benutzern zu bahnen. Vier grundlegende Forschungsfragestellungen wurden adressiert: (1) Können Prädiktoren des BCI-Kontrollvermögens gefunden werden, sodass Nutzer mit individuell angepassten BCI-Lösungen versorgt werden können, ohne dass mehrfache, anstrengende Testsitzungen notwendig sind? (2) Kann komplexe BCI-Technologie auf automatisierte, nutzerfreundliche und leicht zu bedienende Weise bereitgestellt werden, sodass BCIs, ohne die Unterstützung von Experten, zuhause verwendet werden können? (3) Wie kann man den im Vergleich zu anderen existierenden UT-Lösungen niedrigen Informationstransferraten begegnen und sie erhöhen? (4) Wie kann ein Abfall des Kontrollvermögens verhindert werden, der häufig in Erscheinung tritt, wenn man BCI-Technologie, die an Gesunden getestet wurde, zu Patienten mit starken motorischen Einschränkungen bringt? Ergebnisse und Diskussion: (1) Herzratenvariabilität als Index des inhibitorischen Kontrollvermögens (die Fähigkeit Aufmerksamkeitsressourcen bereitzustellen und ablenkende Reize zu inhibieren) wurde zu EKP-BCI-Kontrollvermögen in einen signifikanten Bezug gesetzt und klärte beinahe 26% der Varianz auf. HRV ist leicht aus kurzen Aufzeichnungen des Herzschlags zu erheben und könnte daher als Prädiktor des EKP-BCI-Kontrollvermögens dienen. Aufgrund fehlender Softwarelösungen für angemessene Artefaktbehandlung in Aufzeichnungen des Herzschlags (Elektrokardiogramm und Interbeat-Intervall Daten) wurde ein eigenes Programm entwickelt, das frei erhältlich ist. Bis heute wurde es von mehr als 100 Wissenschaftlern weltweit angefordert. Unlängst wurde zudem eine neue Version entwickelt, die zusammen mit einer Website veröffentlicht wurde (www.artiifact.de). (2) Des Weiteren zeigte eine Studie dieser Dissertation, dass BCI-Technologie samt Auto-Kalibration und Wortvervollständigung in eine leicht zu bedienende Software integriert werden kann. Ungeschulte, gesunde Probanden waren in der Lage die Software ohne Unterstützung von Experten zu bedienen und buchstabierten mit dem auto-kalibrierten BCI erfolgreich Wörter. Sie gaben an, dass die Bedienung der Software leicht zu tätigen sei und dass sie in der Lage wären, das System anderen zu erklären. Jedoch muss zukünftige Forschung klären, ob sich die Ergebnisse auf Patienten übertragen lassen. (3) Das häufig verwendete EKP-BCI-Paradigma wurde signifikant verbessert. Statt - wie normalerweise getätigt - visuell präsentierte Buchstaben einfach aufleuchten zu lassen, wurden Bilder berühmter Gesichter als Stimulationsmaterial verwendet. Hierdurch wurden spezifische Gehirnpotentiale der Gesichtserkennung und -verarbeitung ausgelöst. Das ereigniskorrelierte EEG wies daher ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf, was die Detektion von EKPs stark vereinfachte. Infolgedessen war das BCI-Kontrollvermögen signifikant erhöht. (4) Die guten Ergebnisse dieses neuen Gesichter-Stimulus-Paradigmas, die mit gesunden Probanden erreicht wurden, ließen sich gut auf Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen übertragen. Die Verwendung eines Gesichter-Paradigmas erhöhte den Informationstransfer erheblich. Zwei Nutzer, die sehr ineffizient im Umgang mit dem herkömmlichen BCI-System waren, erreichten zudem ein hohes Kontrollvermögen mit dem Gesichter-Paradigma. Das erhöhte Signal-zu-Rausch-Verhältnis des aufgezeichneten EEGs half ihnen somit ihre BCI Ineffizienz zu überwinden. Signifikanz: Die hier vorgestellte Arbeit (1) identifizierte einen physiologischen Prädiktor des EKP-BCI-Kontrollvermögens, (2) zeigte, dass die Technologie bereit ist für die Verwendung durch ungeschulte Laien ohne Unterstützung von Experten, (3) verbesserte das herkömmliche Kommunikationsparadigma signifikant, und (4) zeigte hierdurch einen Weg auf, die BCI Ineffizienz von Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen effektiv zu verhindern. Die fehlende Softwarelösung zur angemessenen Behandlung von Artefakten in Aufzeichnungen des Herzschlags animierte zudem zur Entwicklung einer eigenen Anwendung, die der Wissenschaftsgemeinschaft kostenfrei zur Verfügung gestellt wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass dieses Dissertationsprojekt somit derzeitige BCI-Technologie signifikant verbesserte und unser Verständnis physiologischer Korrelate des BCI-Kontrollvermögens erweiterte.
KW  - Gehirn-Computer-Schnittstelle
KW  - Herzfrequenzvariabilität
KW  - Nervendegeneration
KW  - BCI
KW  - HRV
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83441
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vidal, Marie
T1  - b-adrenergic receptors and Erk1/2-mediated cardiac hypertrophy
T1  - b-adrenerge Rezeptoren und Erk1/2-vermittelte Herzhypertrophie
N2  - Chronische Aktivierung von b-Adrenorezeptoren (b-ARs) durch Katecholamine ist ein Stimulus für kardiale Hypertrophie und Herzinsuffizienz. Ebenso führt die Expression von b1-ARs oder Gas-Proteinen in genetisch modifizierten Mäusen zu Hypertrophie und Herzinsuffizienz. Allerdings führt die direkte Aktivierung dem Gas nachgeschalteten Komponenten des b-adrenergen Signalwegs wie z.B. die Aktivierung der Adenylylcyclase (AC) oder der Proteinkinase A (PKA) nicht im signifikanten Ausmaß zur Herzhypertrophie. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass zusätzlich zu dem klassischen Signalweg, auch weitere durch Gas-Proteine aktivierte Komponenten in die b-adrenerg vermittelte Hypertrophieentwicklung involviert sind. Interessanterweise wurde vor kurzem ein hypertropher Signalweg beschrieben, der eine direkte Involvierung von Gbg-Untereinheiten bei der Induktion von Herzhypertrophie durch die extrazellulär-regulierten Kinasen 1 und 2 (ERK1/2) zeigt: Nach Aktivierung Gaq-gekoppelter Rezeptoren binden Gbg-Untereinheiten an die aktivierte Raf/Mek/Erk Kaskade. Die Bindung der freigesetzten Gbg-Untereinheiten an Erk1/2 führt zu einer Autophosphorylierung von Erk1/2 an Threonin 188 (bzw. Thr208 in Erk1; im folgenden ErkThr188-Phosphorylierung genannt), welche für die Vermittlung kardialer Hypertrophie verantwortlich ist. In dieser Arbeit konnte nun gezeigt werden, dass auch die Aktivierung von b-ARs in Mäusen sowie von isolierten Kardiomyozyten zur Induktion von ErkThr188-Phosphorylierung führt. Darüberhinaus führte die Überexpression von Erk2 Mutanten (Erk2T188S und Erk2T188A), die nicht an Threonin 188 phosphoryliert werden können, zu einer deutlich reduzierten Hypertrophieantwort von Kardiomyozyten auf Isoproterenol. Auch die kardiale Expression der Erk2T188S Mutante im Mäusen verminderte die Hypertrophieantwort auf eine 2-wöchige Isoproterenol-Behandlung deutlich: Die linksventrikuläre Wanddicke, aber auch interstitielle Fibrose und Herzinsuffizienzmarker wie z.B. BNP waren signifikant reduziert. Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass tatsächlich ein Zusammenspiel von Ga und Gbg-vermittelten Signalen zur Induktion von ErkThr188-Phosphorylierung und damit zur Induktion von b-adrenerg vermittelter Hypertrophie notwendig ist. Während die Hemmung von Gbg-Signalen mit dem C-Terminus der GRK2 oder die Hemmung von Adenylylzyklase eine ErkThr188-Phosphorylierung und eine Hypertrophieantwort nach Isoprenalingabe effektiv reduzierten, führt die alleinige Aktivierung von Adenylylzyklase nicht zu einer Hypertrophieantwort. Diese Ergebnisse könnten bei der Entwicklung neuer möglicher therapeutischen Strategien zur Therapie b-adrenerg induzierter Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz helfen.
N2  - b-adrenergic receptors (b-ARs) participate strongly in the development of cardiac hypertrophy and human heart failure. Stimulation of b-adrenergic receptors with catecholamines as well as cardiac overexpression of b1-ARs or of Gas-proteins in transgenic mice induces cardiac hypertrophy. However, direct activation of their downstream targets, such as adenylyl cyclase (AC) or protein kinase A do not promote a significant degree of cardiac hypertrophy. These findings suggest that additional events may occur and that these events require Gas-protein activation. A hypertrophic pathway involving Gaq-protein coupled receptors has recently been described. Upon activation of Gaq-coupled receptors Gbg-subunits are released from Gaq and bind directly to the activated Raf/Mek/Erk cascade. Direct interaction between bg-subunits and activated Erk1/2 leads to an additional autophosphorylation of Erk2 at threonine 188, which mediates cardiac hypertrophy. Murine hearts, as well as isolated cardiomyocytes present an increase in Erk2Thr188-phosphorylation upon b-AR activation. Similarly overexpression of phosphorylation deficient Erk2 mutants (Erk2T188S and Erk2T188A) reduces b-AR mediated cardiomyocyte hypertrophy. Increase in left ventricular wall thickness, fibrosis and up-regulation of natriuretic peptide synthesis, which are physiological features for cardiac hypertrophy, are strongly inhibited in transgenic mice with a cardiac expression of Erk2T188S after two weeks of sustained isoproterenol treatment. It could further be shown in this work that b-AR mediated cardiac hypertrophy requires two distinct pathways initiated by Gs-protein activation: the canonical phosphorylation of Erk1/2 via adenylyl cyclase and the direct interaction of released bg-subunits with activated Erk1/2. Coincidence of both events leads to Erk2Thr188-phosphorylation, which activates then different transcription factors responsible for cardiac hypertrophy. Sequestration of bg-subunits by overexpression of the C-terminus of GRK2 bark-ct and inhibition of adenylyl cyclase efficiently reduced the hypertrophic response to isoproterenol, whereas direct activation of AC by forskolin failed to induce Erk2Thr188-phosphorylation and cardiomyocyte hypertrophy. These findings may help to develop new therapeutic strategies for the prevention of cardiac hypertrophy and maladaptive remodeling of the heart.
KW  - Adrenerger Rezeptor
KW  - Herzhypertrophie
KW  - MAP-Kinase
KW  - adrenerge Rezeptoren
KW  - Herzhypertrophie
KW  - Erk1/2
KW  - adrenergic receptors
KW  - cardiac hypertrophy
KW  - Erk1/2
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83671
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dunkel, Nico
T1  - Regulation of virulence-associated traits of the human fungal pathogen Candida albicans by nitrogen availability
T1  - Regulation Virulenz-assoziierter Faktoren im humanpathogenen Pilz Candida albicans durch Stickstoffverfügbarkeit
N2  - Nitrogen-regulated pathogenesis describes the expression of virulence attributes as direct response to the quantity and quality of an available nitrogen source. As consequence of nitrogen availability, the opportunistic human fungal pathogen Candida albicans changes its morphology and secretes aspartic proteases [SAPs], both well characterized virulence attributes. C. albicans, contrarily to its normally non-pathogenic relative Saccharomyces cerevisiae, is able to utilize proteins, which are considered as abundant and important nitrogen source within the human host. To assimilate complex proteinaceous matter, extracellular proteolysis is followed by uptake of the degradation products through dedicated peptide transporters (di-/tripeptide transporters [PTRs] and oligopeptide transporters [OPTs]). The expression of both traits is transcriptionally controlled by Stp1 - the global regulator of protein utilization - in C. albicans. The aim of the present study was to elucidate the regulation of virulence attributes of the pathogenic fungus C. albicans by nitrogen availability in more detail. Within a genome wide binding profile of Stp1, during growth with proteins, more than 600 Stp1 target genes were identified, thereby confirming its role in the usage of proteins, but also other nitrogenous compounds as nitrogen source. Moreover, the revealed targets suggest an involvement of Stp1 in the general adaption to nutrient availability as well as in the environmental stress response. With the focus on protein utilization and nitrogen-regulated pathogenesis, the regulation of the major secreted aspartic protease Sap2 - additionally one of the prime examples of allelic heterogeneity in C. albicans - was investigated in detail. Thereby, the heterogezygous SAP2 promoter helped to identify an unintended genomic alteration as the true cause of a growth defect of a C. albicans mutant. Additionally, the promoter region, which was responsible for the differential activation of the SAP2 alleles, was delimited. Furthermore, general Sap2 induction was demonstrated to be mediated by distinct cis-acting elements that are required for a high or a low activity of SAP2 expression. For the utilization of proteins as nitrogen source it is also crucial to take up the peptides that are produced by extracellular proteolysis. Therefore, the function and importance of specific peptide transporters was investigated in C. albicans mutants, unable to use peptides as nitrogen source (opt1Δ/Δ opt2Δ/Δ opt3Δ/Δ opt4Δ/Δ opt5Δ/Δ ptr2Δ/Δ ptr22Δ/Δ septuple null mutants). The overexpression of individual transporters in these mutants revealed differential substrate specificities and expanded the specificity of the OPTs to dipeptides, a completely new facet of these transporters. The peptide-uptake deficient mutants were further used to elucidate, whether indeed proteins and peptides are an important in vivo nitrogen source for C. albicans. It was found that during competitive colonization of the mouse intestine these mutants exhibited wild-type fitness, indicating that neither proteins nor peptides are primary nitrogen sources required to efficiently support growth of C. albicans in the mouse gut. Adequate availability of the preferred nitrogen source ammonium represses the utilization of proteins and other alternative nitrogen sources, but also the expression of virulence attributes, like Sap secretion and nitrogen-starvation induced filamentation. In order to discriminate, whether ammonium availability is externally sensed or determined inside the cell by C. albicans, the response to exterior ammonium concentrations of ammonium-uptake deficient mutants (mep1Δ/Δ mep2Δ/Δ null mutants) was investigated. This study showed that presence of an otherwise suppressing ammonium concentration did not inhibit Sap2 proteases secretion and arginine-induced filamentation in these mutants. Conclusively, ammonium availability is primarily determined inside the cell in order to control the expression of virulence traits. In sum, the present work contributes to the current understanding of how C. albicans regulates expression of virulence-associated traits in response to the presence of available nitrogen sources - especially proteins and peptides - in order to adapt its lifestyle within a human host.
N2  - Stickstoffregulierte Pathogenität bezeichnet die Kontrolle von Virulenz-assoziierten Eigenschaften als direkte Folge der verfügbaren Quantität und Qualität einer Stickstoffquelle. Im Zusammenhang mit der Stickstoffverfügbarkeit verändert der opportunistisch krankheitserregende Pilz Candida albicans seine Morphologie und sekretiert Aspartat-Proteasen [SAPs], beides gut charakterisierte Virulenzattribute. Im Gegensatz zu seinem normalerweise apathogenen Verwandten Saccharomyces cerevisiae ist C. albicans in der Lage Proteine zu verwerten, welche als sehr häufige und wichtige Stickstoffquelle im menschlichen Wirt angesehen werden. Zur Nutzung von Proteinen sekretiert C. albicans Aspartat-Proteasen für den außerzellulären Verdau der Proteine und exprimiert Peptidtransporter (Di- /Tripeptidtransporter [PTRs] und Oligopeptidtransporter [OPTs]) um die Abbauprodukte aufzunehmen. Beide Eigenschaften werden transkriptionell von Stp1 - dem globalen Regulator zur Verwertung von Proteinen - kontrolliert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Regulation von Virulenzattributen im pathogenen Pilz C. albicans durch die Verfügbarkeit von Stickstoff genauer zu untersuchen. Innerhalb einer genomweiten Bindestudie von Stp1 wurden mehr als 600 Stp1-Zielgene während des Wachstums mit Proteinen identifiziert. Dadurch bestätigte sich die Funktion von Stp1 in der Proteinverwertung und wurde zudem auch auf die allgemeine Verwertung von Stickstoffquellen erweitert. Des Weiteren deuten die aufgedeckten Zielgene an, dass Stp1 womöglich in der Adaption an die generelle Nährstoffverfügbarkeit sowie in der Antwort auf Stresssignale beteiligt ist. Mit dem Fokus auf die Proteinverwertung und stickstoffregulierter Pathogenität wurde die Regulation der wichtigsten sekretierten Protease Sap2 - welche außerdem ein Paradebeispiel für allelische Heterogenität ist - im Detail untersucht. Dabei half der heterogene SAP2-Promoter bei der Identifizierung einer unbeabsichtigten genomischen Veränderung als wahren Grund eines Wachstumsdefektes einer C. albicans Mutante. Zusätzlich wurde der Promotorbereich eingegrenzt, welcher für die unterschiedliche Aktivierung der beiden SAP2 Allele verantwortlich ist. Weiterhin wurden verschiedene cis-aktive Elemente identifiziert, die entweder für eine hohe oder eine niedrige SAP2 Expression benötigt werden. Die Aufnahme von Peptiden, die durch den außerzellulären Verdau entstehen, ist für die Verwertung von Proteinen ebenso wichtig. Deshalb wurde die Funktion und Bedeutung der spezifischen Peptidtransporter anhand von C. albicans Mutanten untersucht, welche Peptide nicht aufnehmen können (opt1Δ/Δ opt2Δ/Δ opt3Δ/Δ opt4Δ/Δ opt5Δ/Δ ptr2Δ/Δ ptr22Δ/Δ Septuplemutanten). Die Überexpression von individuellen Transportern in diesen Septuplemutanten offenbarte unterschiedliche Substratspezifitäten und erweiterte die Spezifität für die OPTs auf Dipeptide, eine komplett neue Facette dieser Transporter. Des Weiteren ermöglichten die Septuplemutanten eine Aufklärung, ob Proteine und Peptide tatsächlich eine wichtige In Vivo Stickstoffquelle für C. albicans sind. Dieses Arbeit zeigte, dass während der kompetitiven Kolonisierung des Mäusedarms die Septuplemutanten wildtypische Fitness aufwiesen. Dies deutet daraufhin, dass weder Proteine noch Peptide eine wichtige Stickstoffquelle für ein effizientes Wachstum in diesem In Vivo Model sind. Die ausreichende Verfügbarkeit der bevorzugten Stickstoffquelle Ammonium unterdrückt die Verwertung von Proteinen und anderen alternativen Stickstoffquellen. Aber auch die Expression von Virulenzattributen, wie die Proteasesekretion und die stickstoffmangel-induzierte Filamentierung, wird durch Ammonium inhibiert. Um zu unterscheiden, ob C. albicans die Ammoniumverfügbarkeit außerzellulär oder in der Zelle bestimmt, wurde das Verhalten auf außerzelluläre Ammoniumkonzentrationen in Mutanten untersucht, welche Ammonium nicht aufnehmen können (mep1Δ/Δ mep2Δ/Δ Mutanten). Diese Arbeit zeigte, dass in diesen Mutanten eine ansonsten inhibierende Ammoniumkonzentration nicht in der Lage war, die Sekretion der Sap2-Protease oder die Arginin-induzierte Hyphenbildung zu unterdrücken. Folglich wird, um die Expression von Virulenzattributen zu regulieren, die Ammoniumverfügbarkeit vorrangig in der Zelle bestimmt. Zusammenfassend erweitert die vorliegende Arbeit das Verständnis zur Regulation der Expression von Virulenzattributen durch die Verfügbarkeit von Stickstoffquellen - insbesondere Proteine und Peptide - die eine Anpassung von C. albicans an ein Leben im menschlichen Wirt ermöglichen.
KW  - Candida albicans
KW  - Regulation
KW  - Stickstoff
KW  - Virulenz
KW  - Proteasen
KW  - Nitrogen
KW  - SAP2
KW  - STP1
KW  - peptide
KW  - transport
KW  - ammonium
KW  - protease
KW  - Proteine
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83076
ER  - 
TY  - THES
A1  - Araragi, Naozumi
T1  - Electrophysiological investigation of two animal models for emotional disorders - serotonin transporter knockout mice and tryptophan hydroxylase 2 knockout mice
T1  - Elektrophysiologische Untersuchung bei zwei Tiermodellen für emotionale Störungen - Serotonin Transporter knockout Mäuse und Tryptophan Hydroxylase 2 knockout Mäuse
N2  - Serotonin (5-HT) has been implicated in the regulation of emotions as well as in its pathological states, such as anxiety disorders and depression. Mice with targeted deletion of genes encoding various mediators of central serotonergic neurotransmission therefore provides a powerful tool in understanding contributions of such mediators to homeostatic mechanisms as well as to the development of human emotional disorders. Within this thesis a battery of electrophysiological recordings were conducted in the dorsal raphe nucleus (DRN) and the hippocampus of two murine knockout lines with deficient serotonergic systems. Serotonin transporter knockout mice (5-Htt KO), which lack protein responsible for reuptake of 5-HT from the extracellular space and tryptophan hydroxylase 2 knockout (Tph2 KO) mice, which lack the gene encoding the neuronal 5-HT-synthesising enzyme. First, 5-HT1A receptor-mediated autoinhibition of serotonergic neuron firing in the DRN was assessed using the loose-seal cell-attached configuration. Stimulation of 5-HT1A receptors by a selective agonist, R-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (R-8-OH-DPAT), showed a mild sensitisation and a marked desensitisation of these receptors in Tph2 KO and 5-Htt KO mice, respectively. While application of tryptophan, a precursor of 5-HT and a substrate of Tph2, did not cause autoinhibition in Tph2 KO mice due to the lack of endogenously produced 5-HT, data from 5-Htt KO mice as well as heterozygous mice of both KO mice lines demonstrated the presence of autoinhibitory mechanisms as normal as seen in wildtype (WT) controls. When the Tph2-dependent step in the 5-HT synthesis pathway was bypassed by application of 5-hydroxytryptophan (5-HTP), serotonergic neurons of both Tph2 KO and 5-Htt KO mice showed decrease in firing rates at lower concentrations of 5-HTP than in WT controls. Elevated responsiveness of serotonergic neurons from Tph2 KO mice correspond to mild sensitisation of 5-HT1A receptors, while responses from 5-Htt KO mice suggest that excess levels of extracellular 5-HT, created by the lack of 5-Htt, stimulates 5-HT1A receptors strong enough to overcome desensitisation of these receptors. Second, the whole-cell patch clamp recording data from serotonergic neurons in the DRN showed no differences in basic electrophysiological properties between Tph2 KO and WT mice, except lower membrane resistances of neurons from KO mice. Moreover, the whole-cell patch clamp recording from CA1 pyramidal neurons in the hippocampus of 5-Htt KO mice showed increased conductance both at a steady state and at action potential generation. Lastly, magnitude of long-term potentiation (LTP) induced by the Schaffer collateral/commissural pathway stimulation in the ventral hippocampus showed no differences among Tph2 KO, 5-Htt KO, and WT counterparts. Taken together, lack and excess of extracellular 5-HT caused sensitisation and desensitisation of autoinhibitory 5-HT1A receptors, respectively. However, this may not directly translate to the level of autoinhibitory regulation of serotonergic neuron firing when these receptors are stimulated by endogenously synthesised 5-HT. In general, KO mice studied here showed an astonishing level of resilience to genetic manipulations of the central serotonergic system, maintaining overall electrophysiological properties and normal LTP inducibility. This may further suggest existence of as-yet-unknown compensatory mechanisms buffering potential alterations induced by genetic manipulations.
N2  - Serotonin (5-HT) ist an der Regulation von der Emotionen, sowie ihrer pathologischen Zustände, wie Angststörungen und Depressionen beteiligt. Mäuse denen, mittels einer zielgerichteteten Deletion von Genen, die verschiedenste Proteine involviert in der zentralen serotonergen Nerotransmission fehlen, dienen daher als ein nützliches Tiermodell, um die Rolle dieser Mediatoren bei Homöostasemechanismen und der Entwicklung emotionaler Störungen beim Menschen zu verstehen. Im Rahmen dieser Thesis wurde eine Batterie von elektrophysiologischen Ableitungen im Hippocampus sowie in der dorsalen Raphe Nucleus (DRN) zweier Knockout-Mauslinien mit einem defizienten serotonergen Systems durchgeführt. Serotonintransporter Knockout-Mäuse (5-Htt KO), denen das Protein zur Wiederaufnahme von 5-HT aus dem extrazellulären Raum fehlt und Tryptophanhydroxylase 2 Knockout-Mäuse (Tph2 KO), denen das Gen für das 5-HT-synthetisierende Enzym im Gehirn fehlt. Zunächst wurde mittels der “loose-seal cell-attached” Aufnahmemethode die Eigenhemmung der serotonergen Neuronen untersucht, die durch 5-HT1A Rezeptoren in der DRN vermittelt wird. Stimulierung der 5-HT1A Rezeptoren durch einen selektiven Agonist, R-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (R-8-OH-DPAT), zeigte eine milde Sensibilisierung und eine deutliche Desensibilisierung dieser Rezeptoren in Tph2 KO bzw. in 5-Htt KO Mäusen. Während die Anwendung von Tryptophan, eine Vorstufe von 5-HT und ein Substrat der Tph2, keine Eigenhemmung, aufgrund des Mangels an endogen produziertem 5-HT, in Tph2 KO Mäusen verursachte, wiesen Daten von 5-Htt KO Mäusen sowie von heterozygoten Mäusen beider KO Mauslinien die Existenz der Eigenhemmungsmechanismen wie in den Wildtypen (WT) nach. Wurde der Tph2-abhängige Schritt im 5-HT Syntheseweg durch Anwendung von 5-Hydroxytryptophan (5-HTP) umgangen, zeigten sowohl Tph2 KO als auch 5-Htt KO Mäuse eine Verminderung der serotonergen neuronalen Feuerungsrate bei niedrigeren Konzentrationen von 5-HTP im Vergleich zu den WT. Die erhöhte Reaktionsfähigkeit der serotonergen Neuronen von Tph2 KO Mäusen entsprechen der milden Sensibilisierung der 5-HT1A Rezeptoren. Stattdessen deuten die Reaktionen der serotonergen Neuronen von 5-Htt KO Mäusen darauf hin, dass das überschüssige Niveau von extrazellularem 5-HT, welches durch den Mangel an 5-Htt verursacht wird, 5-HT1A Rezeptoren stark genug stimuliert, um eine Desensibilisierung dieser Rezeptoren zu überwinden. Zweitens zeigten die Daten der whole-cell Patch Clamp Ableitung von serotonergen Neuronen im DRN keine Unterschiede in grundlegenden elektrophysiologischen Eigenschaften zwischen Tph2 KO und WT, außer niedrigen Membranwiderständen in KO Mäusen. Darüber hinaus zeigte die whole-cell Patch Clamp Ableitungen von CA1 Pyramidenzellen im Hippocampus der 5-Htt KO Mäuse eine erhöhte Leitfähigkeit sowohl bei Ruheständen als auch bei Aktionspotentialerzeugungen. Schließlich zeigte die Stärke der Langzeitpotenzierung (long-term potentiation: LTP) durch die Stimulation der Schaffer-Kollateralen/kommissuralen Fasern im ventralen Hippocampus keine Unterschiede zwischen Tph2 KO, 5-Htt KO, und jeweiligen WT. Zusammengefasst verursachten der Mangel und der Überschuss von extrazellularen 5-HT eine Sensibilisierung bzw. Desensibilisierung der autoinhibitorischen 5-HT1A Rezeptoren. Dies kann jedoch nicht direkt in die Regulierung von serotonergen Neuronen Feuerung umgesetzt werden, wenn die 5-HT1A Rezeptoren durch endogen synthetisiertes 5-HT stimuliert werden. Im Allgemeinen zeigten die hier untersuchten KO Mäuse, ein erstaunliches Maß an Widerstandskraft, die die allgemeinen elektrophysiologischen Eigenschaften und die normale LTP Induzierbarkeit trotz genetischer Manipulationen des zentralen serotonergen Systems aufrechterhielt. Weiterhin deutet dies auf die Existenz noch unbekannter Kompensationsmechanismen hin, die diese potentiellen Veränderungen abzudämpfen scheinen.
KW  - Serotonin
KW  - Elektrophysiologie
KW  - Tryptophan hydroxylase 2
KW  - Knockout
KW  - Serotonin transporter
KW  - Depression
KW  - Anxiety
KW  - Knockout <Molekulargenetik>
KW  - Maus
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-83265
ER  - 
TY  - THES
A1  - Paknia, Elham
T1  - Identification of a quality control check-point for the assembly of mRNA-processing snRNPs
T1  - Identifizierung eines Qualitäts-Kontrollmechanismus für die Zusammenlagerung mRNA-prozessierender snRNPs
N2  - An essential step in eukaryotic gene expression is splicing, i.e. the excision of non-coding sequences from pre-mRNA and the ligation of coding-sequences. This reaction is carried out by the spliceosome, which is a macromolecular machine composed of small nuclear ribonucleoproteins (snRNPs) and a large number of proteins. Spliceosomal snRNPs are composed of one snRNA (or two in case of U4/6 snRNPs), seven common Sm proteins (SmD1, D2, D3, B, E, F, G) and several particle-specific proteins. The seven Sm proteins form a ring shaped structure on the snRNA, termed Sm core domain that forms a structural framework of all spliceosomal snRNPs. In the toroidal Sm core domain, the individual Sm proteins are arranged in the sequence SmE-SmG-SmD3-SmB- SmD1-SmD2-SmF from the first to the seventh nucleotide of the Sm site, respectively. The individual positions of Sm proteins in the Sm core domain are not interchangeable.
snRNPs are formed in vivo in a step-wise process, which starts with the export of newly transcribed snRNA to the cytoplasm. Within this compartment, Sm proteins are synthesized and subsequently transferred onto the snRNA. Upon formation of the Sm core and further modifications of snRNA, the snRNP is imported into the nucleus to join the spliceosome.
 Prior to assembly into snRNPs, Sm proteins exist as specific hetero-oligomers in the cytoplasm. The association of these proteins with snRNA occurs spontaneously in vitro but requires the assistance of two major units, PRMT5- and SMN- complexes, in vivo. The early phase of assembly is critically influenced by the assembly chaperone pICln. This protein pre-organizes Sm proteins to functional building blocks and enables their recruitment onto the PRMT5 complex for methylation. Sm proteins are subsequently released from the PRMT5 complex as pICln bound entities and transferred onto the SMN-complex. The SMN complex then liberates the Sm proteins from the pICln-induced kinetic trap and allows their transfer onto the snRNA. Although the principal roles of SMN- and PRMT5 complexes in the assembly of snRNPs have been established, it is still not clear how newly translated Sm proteins are guided into the assembly line. 
In this thesis, I have uncovered a new facet of pICln function in the assembly of snRNPs. I have shown that newly synthesized Sm proteins are retained at the ribosome upon termination of translation. Their release is facilitated by pICln, which interacts with the cognate Sm protein hetero-oligomers at their site of synthesis on the ribosome and recruits them into the assembly pathway. Additionally, I have been able to show that the early engagement of pICln with the Sm proteins ensures the flawless oligomerization of Sm proteins and prevents any non-chaperoned release and diffusion of Sm proteins in the cytoplasm. 

 In a second project, I have studied the mechanism of U7 snRNP assembly. This particle is a major component of the 3’ end processing machinery of replication dependent histone mRNAs. A biochemical hallmark of U7 is its unique Sm core in which the two canonical Sm proteins D1 and D2 are replaced by so-called “like Sm proteins”. The key question I addressed in my thesis was, how this “alternative” Sm core is assembled onto U7 snRNA. I have provided experimental evidence that the assembly route of U7 snRNPs and spliceosomal snRNPs are remarkably similar: The assembly of both particles depends on the same assembly factors and the mechanistic details are similar. It appears that formation of the U7- or spliceosomal- core specific 6S complex is the decisive step in assembly.
N2  - Ein wesentlicher Schritt in der eukaryotischen Genexpression ist das Spleißen, welches nicht-kodierende Sequenzen aus prä-mRNA entfernt und kodierende Sequenzen zusammenfügt. Diese Reaktion wird durch das Spleißosom, einer makromolekularen Maschine, die aus kleinen nucleären Ribonukleoproteinpartikeln (snRNPs) und einer großen Anzahl von Proteinen zusammengesetzt ist, durchgeführt. Spleißosomale snRNPs bestehen aus einer snRNA (oder zwei im Falle von U4/6 snRNPs) und zwei Klassen von Proteinen:  Die Sm Proteine  SmD1, SmD2, SmD3, SmB, SmE, SmF und SmG finden sich in allen snRNPs und sind daher für allgemeine Funktionen der snRNPs verantwortlich. Dem gegenüber stehen die Partikel-spezifischen Proteinen, die für spezifische Funktionen der individuellen snRNPs verantwortlich sind. Die gemeinsamen Sm Proteine umschließen einen einzelsträngigen Bereich der snRNA (Sm-Bindungsstelle) in einer ringförmigen Struktur und bilden so die Sm-Core-Domäne aus. Diese Domäne stellt das strukturelle Grundgerüst aller spleißosomalen snRNPs dar, wobei die einzelnen Sm Proteine  in der Reihenfolge SmE-SmG-SmD3-SmB-SmD1-SmD2-SmF von dem ersten zum siebenten Nukleotid der Sm-Bindungsstelle der snRNA angeordnet werden. Die einzelnen Positionen des Sm Proteine in der Sm core Domäne sind nicht austauschbar.
Die Biogenese der snRNPs erfolgt in vivo in einem mehrphasigen Prozess, der mit der Transkription der snRNA und deren Export ins Zytoplasma beginnt. In diesem Kompartiment werden Sm Proteine synthetisiert und anschließend auf die snRNA übertragen. Nach der Bildung der Sm-Core-Domäne und diversen Modifikationen der snRNA erfolgt der Kern Transport und die Integration in das Spleißosom.
Vor dem Einbau in snRNPs existieren die Sm Proteine als spezifische Hetero-Oligomere im Zytoplasma. Obwohl die Assoziation dieser Proteine mit snRNA in vitro spontan erfolgt, erfordert dieser Prozess in vivo die Unterstützung von zwei großen makromolekularen Funktionseinheiten, den PRMT5-und SMN-Komplexen. Die frühe Phase der Zusammenlagerung von snRNPs wird maßgeblich durch den PRMT5-Komplex, und hier speziell durch seine pICln-Untereinheit beeinflusst. Dieses Protein fungiert als sogenanntes Assembly-Chaperon, da es die Sm Proteine zu funktionellen Bausteinen zusammenfügt ohne selbst ein snRNP Baustein zu sein. Sm Proteine werden anschließend direkt von pICln als vorgefertigte Einheiten auf den SMN-Komplex übertragen. Der SMN-Komplex befreit die Sm Proteine von einer kinetischen Falle, die durch die Bindung von pICln an Sm Proteinen hervorgerufen wird und ermöglicht deren Transfer auf die snRNA. Obwohl die Wirkungsweise von SMN- und PRMT5-Komplexe bei der Zusammenlagerung von snRNPs in Grundzügen verstanden ist, bleibt es noch unklar, wie neu synthetisierte Sm Proteine Zugang zur Zusammenlagerungs-Maschinerie erhalten.
In dieser Arbeit habe ich eine neue Facette der Funktion von pICln bei der Zusammenlagerung von snRNPs aufgedeckt. Ich habe gezeigt, dass neu synthetisierte Sm Proteine nach ihrer Synthese am Ribosom gebunden bleiben. Ihre Freisetzung und Weiterverarbeitung im snRNP Biogeneseprozess wird durch pICln unterstützt. Hierbei bindet das Assembly-Chaperon kognate Sm-Hetero-Oligomere am Ribosom und überführt diese direkt in die folgende Zusammenlagerungsphase am PRMT5-Komplex. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass die frühe Bindung von pICln an Sm-Proteine deren spezifische Oligomerisierung sicherstellt und somit die Freisetzung ins Zytoplasma in freier, nicht Chaperon gebundener Form verhindert.

 In einem zweiten Projekt, habe ich den Mechanismus der Zusammenlagerung des U7 snRNPs untersucht. Dieses Partikel ist an der Prozessierung des 3’-Endes von Replikations-abhängigen Histon mRNAs beteiligt. Eine biochemisches Merkmal des U7 snRNPs ist ihre einzigartige Sm-Core-Domäne, in der zwei kanonische Sm Proteine durch sogenannte "Sm-like" Proteine ersetzt werden. In meiner Promotion habe ich der grundsätzliche Frage adressiert wie diese "alternative" Sm-Core-Domäne des U7 snRNPs zusammengebaut wird. Ich konnte den experimentellen Nachweis erbringen, dass die Zusammenlagerung des U7 snRNPs und spleissosomalen snRNPs bemerkenswert ähnlich sind. Die Montage beider Teilchen hängt von den gleichen Faktoren ab und die mechanistischen Details sind ähnlich. Es scheint, dass die Ausbildung des 6S Komplexes, welches U7- beziehungsweise spleissosomale snRNPs spezifiziert, der massgebliche Schritt in der Bildung beider Partikel ist.
KW  - assembly
KW  - chaperone
KW  - Small nuclear RNP
KW  - snRNP
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-98744
ER  - 
TY  - THES
A1  - Asthana, Manish
T1  - Associative learning – Genetic modulation of extinction and reconsolidation and the effects of transcranial Direct Current Stimulation (tDCS)
T1  - Assoziatives Lernen - Genetische Modulation der Auslöschung und Rück-verfestigung und die Auswirkungen der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS)
N2  - Scientific surveys provide sufficient evidence that anxiety disorders are one of the most common psy-chiatric disorders in the world. The lifetime prevalence rate of anxiety disorder is 28.8% (Kessler, et al., 2005). The most widely studied anxiety disorders are as follows panic disorder (PD), post-traumatic stress disorder (PTSD), obsessive-compulsive disorder (OCD), social phobia (or social anxiety disorder), specific phobias, and generalized anxiety disorder (GAD). (NIMH Article, 2009). Classical conditioning is the stable paradigm used from the last one century to understand the neurobi-ology of fear learning. Neurobiological mechanism of fear learning is well documented with the condi-tioning studies. In the therapy of anxiety disorders, exposure based therapies are known to be the most effective approaches. Flooding is a form of exposure therapy in which a participant is exposed to the fear situation and kept in that situation until their fear dissipates. The exposure therapy is based on the phenomena of extinction; this means that a conditioned response diminishes if the conditioned stimulus (CS) is repeatedly presented without an unconditioned stimulus (UCS). One problem with extinction as well as with exposure-based therapy is the problem of fear return (for e.g. renewal, spontaneous recov-ery and reinstatement) after successful extinction. Therefore, extinction does not delete the fear memory trace. It has been well documented that memory processes can be modulated or disrupted using several sci-entific paradigms such as behavioral (for e.g. exposure therapy), pharmacological (for e.g. drug manipu-lation), non-invasive stimulation (for e.g. non-invasive stimulation such as electroconvulsive shock (ECS), transcranial magnetic stimulation (TMS), transcranial direct current stimulation (tDCS), etc. However, modulation of memory processes after reactivation or via non-invasive stimulation is still not clear, which is the focus of the current study. In addition, study of genetic variant suggests that genetic differences play a vital role in the psychiatric disorder especially in fear learning. Hence, it is also one of the concerns of the current dissertation to investigate the interaction between gene and reconsolidation of memory. With respect to fear-conditioning, there are three findings in the current dissertation, which are as fol-lows: (i) In the first study we investigated that non-invasive weak electrical stimulation interferes with the consolidation process and disrupts the fear consolidation to attain stable form. This might offer an effective treatment in the pathological memories, for e.g. PTSD, PD, etc. (ii) In the second study we demonstrated whether a brief single presentation of the CS will inhibit the fear recovery. Like earlier studies we also found that reactivation followed by reconsolidation douses fear return. Attenuation of fear recovery was observed in the reminder group compared to the no-reminder group. (iii) Finally, in our third study we found a statistically significant role of brain derived neurotrophic factor (BDNF) polymorphism in reconsolidation. Results of the third study affirm the involvement of BDNF variants (Met vs. Val) in the modulation of conditioned fear memory after its reactivation. In summary, we were able to show in the current thesis modulation of associative learning and recon-solidation via transcranial direct current stimulation and genetic polymorphism.
N2  - Mit einer lebenslangen Prävalenz von etwa 28% (Kessler Rc, 2005) stellen Angststörungen eine der häufigsten psychischen Störungen weltweit dar. Zu den am besten untersuchten Angststörungen gehö-ren Panikstörungen (PD), posttraumatische Belastungsstörungen (PTSD), Zwangsstörungen (OCD), soziale Phobien (oder soziale Angststörungen), spezifische Phobien und generalisierte Angststörungen (GAD) (NIMH Artikel, 2009). Die klassische Konditionierung ist das seit dem letzten Jahrhundert gültige Paradigma zur Erforschung der neurobiologischen Mechanismen des Angstlernens. Bei der Behandlung von Angststörungen haben sich Konfrontationstherapien als äußerst wirksam herausgestellt. Reizüberflutung (Flooding) ist bei-spielsweise eine Form der Konfrontationstherapie, bei der der Teilnehmer einer furchteinflößenden Situation ausgesetzt und in ihr gehalten wird, bis seine Furcht vergeht. Die Konfrontationstherapie ba-siert auf dem Phänomen der Extinktion, also dem Rückgang eines konditionierten Verhaltens nach wie-derholter Präsentation eines konditionierten Stimulus (CS) ohne einen unkonditionierten Stimulus (UCS). Ein Problem der Extinktion und der Konfrontationstherapien ist, dass das Furchtgefühl nach einer erfolgreichen Extinktion zurückkehren kann, was darauf hinweist, dass eine Extinktion nicht die Spuren des Angstgedächtnisses löscht. Vieles deutet darauf, dass der Erinnerungsprozess mittels verschiedenener wissenschaftlicher Para-digmen moduliert oder unterbrochen werden kann. Hierzu gehören etwa behavioristische (z.B. Kon-frontationstherapie), pharmakologische oder nicht-invasive Interventionen (z.B. Elektrokonvulsions-therapie (ECS), transkranielle Magnetstimulation (TMS) oder transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS)). Da die Modulation von Erinnerungsprozessen nach einer Reaktivierung oder durch eine nicht-invasive Stimulation derzeit noch unzureichend erforscht ist, wurde der Schwerpunkt der vorliegenden Studie auf diese Thematik gelegt. Ein weiteres Ziel ist es, die Wechselwirkung bestimmter Gene mit der Rekonsolidierung des Gedächtnisses zu untersuchen, also Prozesse, denen eine entscheidende Rolle für Angststörungen im Allgemeinen und Furcht-Lernen im Speziellen zugeschrieben wird. Die vorliegende Dissertation umfasst drei zentrale Ergebnisse zur konditionierten Angst: (i.) In der ers-ten Studie wurde herausgefunden, dass eine nicht-invasive, schwache Stimulation den Konsolidie-rungsprozess beeinflusst und verhindert, dass die Angstkonsolidierung eine stabile Form erreicht. Dies könnte eine neue Möglichkeit darstellen, pathologische Gedächtnisinhalte, die z.B. bei Störungen wie PTSD oder PD vorkommen, effektiv zu behandeln. (ii.) Die zweite Studie untersuchte, ob eine kurze, einfache Präsentation des CS das Wiederaufkommen von Angst hemmen kann. Ähnlich wie in früheren Studien beschrieben, fanden auch wir, dass eine Reaktivierung gefolgt von einer Rekonsolidierung die Rückkehr der Angst unterbindet. Insbesondere wurde in der Gruppe, deren Teilnehmer erneut kon-frontiert wurden (reminder), im Vergleich zur Kontroll-Gruppe (no-reminder) ein verringertes Wieder-aufkommen von Angst beobachtet. (iii.) Die dritte Studie zeigte, dass ein Polymorphismus im BDNF-Gen (Met vs Val) eine signifikante Rolle für die Rekonsolidierung und die Modulation des konditionierten Angstgedächtnisses nach seiner Reaktivierung spielt.
KW  - Konditionierung
KW  - Angststörung
KW  - Associative learning
KW  - transcranial Direct Current Stimulation (tDCS)
KW  - Elektrotherapie
KW  - Brain-derived neurotrophic factor
KW  - Assoziatives Lernen
KW  - transkranielle Gleichstromstimulation
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-84158
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schiebel, Johannes
T1  - Structure-Based Drug Design on Enzymes of the Fatty Acid Biosynthesis Pathway
T1  - Strukturbasiertes Wirkstoffdesign an Enzymen der Fettsäurebiosynthese
N2  - Während die Wirkung der meisten gebräuchlichen Antibiotika auf einer Beeinträchtigung wichtiger bakterieller Prozesse beruht, wirken manche Substanzen durch die Störung der Zellmembran-Struktur. Da Fettsäuren ein essentieller Bestandteil von Membran-Phospholipiden sind, stellt die bakterielle Fettsäurebiosynthese II (FAS-II) einen relativ wenig erforschten, aber dennoch vielversprechenden Angriffspunkt für die Entwicklung neuer Antibiotika dar. Das wichtige Antituberkulotikum Isoniazid blockiert die mykobakterielle Fettsäurebiosynthese und ruft dadurch morphologische Änderungen sowie letztlich die Lyse des Bakteriums hervor. Eine wichtige Erkenntnis war, dass Isoniazid den letzten Schritt des FAS-II Elongationszyklus inhibiert, der durch die Enoyl-ACP Reduktase katalysiert wird. Darauf aufbauend wurden mehrere Programme ins Leben gerufen, die sich zum Ziel gesetzt hatten, neue Moleküle zu entwickeln, welche dieses Protein verschiedener Pathogene hemmen. Die S. aureus Enoyl-ACP Reduktase (saFabI) ist von besonders großem Interesse, da drei vielversprechende Inhibitoren dieses Proteins entwickelt werden konnten, die momentan in klinischen Studien eingehend untersucht werden. Trotz dieser Erfolgsaussichten waren zum Zeitpunkt, als die vorliegenden Arbeiten aufgenommen wurden, keine Kristallstrukturen von saFabI öffentlich verfügbar. Daher war es eines der Hauptziele dieser Doktorarbeit, auf der Basis von kristallographischen Experimenten atomar aufgelöste Modelle für dieses wichtige Protein zu erzeugen. Durch die Entwicklung einer verlässlichen Methode zur Kristallisation von saFabI im Komplex mit NADP+ und Diphenylether-Inhibitoren konnten Kristallstrukturen von 17 verschiedenen ternären Komplexen gelöst werden. Weitere kristallographische Experimente ergaben zwei apo-Strukturen sowie zwei Strukturen von saFabI im Komplex mit NADPH und 2-Pyridon-Inhibitoren. Basierend auf der nun bekannten saFabI-Struktur konnten Molekulardynamik-Simulationen durchgeführt werden, um zusätzliche Erkenntnisse über die Flexibilität dieses Proteins zu erhalten. Die so gewonnenen Informationen über die Struktur und Beweglichkeit des Enzyms dienten in Folge als ideale Grundlage dafür, den Erkennungsprozess von Substrat und Inhibitor zu verstehen. Besonders bemerkenswert dabei ist, dass die verschiedenen saFabI Kristallstrukturen Momentaufnahmen entlang der Reaktionskoordinate der Ligandenbindung und des Hydrid-Transfers repräsentieren. Dabei verschließt der so genannte Substratbindungsloop das aktive Zentrum des Enzyms allmählich. Die außergewöhnlich hohe Mobilität von saFabI konnte durch molekulardynamische Simulationen bestätigt werden. Dies legt nahe, dass die beobachteten Änderungen der Konformation tatsächlich an der Aufnahme und Umsetzung des Substrates beteiligt sind. Eine Kette von Wassermolekülen zwischen dem aktiven Zentrum und einer wassergefüllten Kavität im Inneren des Tetramers scheint für die Beweglichkeit des Substratbindungsloops und somit für die katalysierte Reaktion von entscheidender Bedeutung zu sein. Außerdem wurde die erstaunliche Beobachtung gemacht, dass der adaptive Substratbindungsprozess mit einem Dimer-Tetramer Übergang gekoppelt ist, welcher die beobachtete positive Kooperativität der Ligandenbindung erklären kann. Alles in allem weist saFabI im Vergleich zu FabI Proteinen aus anderen Organismen mehrere außergewöhnliche Eigenschaften auf, die für die Synthese von verzweigten Fettsäuren nötig sein könnten, welche wiederum für die Überlebensfähigkeit von S. aureus im Wirt von Bedeutung sind. Diese Erkenntnis könnte erklären, warum S. aureus selbst bei Anwesenheit von exogenen Fettsäuren von FAS-II Inhibitoren abgetötet werden kann. Somit können die gewonnenen atomaren saFabI Modelle einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung neuer Hemmstoffe dieses validierten Angriffszieles leisten. Tatsächlich konnten die neuen Strukturen genutzt werden, um die Bindungsstärken sowie die Verweilzeiten verschiedener saFabI Inhibitoren molekular zu erklären. Die Struktur von saFabI im Komplex mit dem 2-Pyridon Inhibitor CG400549 hingegen enthüllte spezifische Wechselwirkungen in der geweiteten Bindetasche des S. aureus Enzyms, welche das geringe Aktivitätsspektrum dieses derzeit klinisch erprobten Inhibitors erklären. Diese Studien schaffen somit eine ideale Voraussetzung für die Entwicklung neuer wirksamer saFabI Inhibitoren, was am Beispiel des 4-Pyridons PT166 belegt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation konnten außerdem die Strukturen des Enzyms KasA im Komplex mit mehreren Derivaten des Naturstoffs Thiolactomycin gelöst werden.
N2  - Whereas most currently used antibiotics act by interfering with essential bacterial processes, a smaller group of antibacterials disturbs the integrity of the cell membrane. Since fatty acids are a vital component of membrane phospholipids, the type-II fatty acid biosynthesis pathway (FAS-II) of bacteria constitutes a promising drug target. The front-line anti-tuberculosis prodrug isoniazid blocks the FAS-II pathway in M. tuberculosis thereby leading to morphological changes and finally to cell lysis. When it became evident that the enoyl-ACP reductase in the FAS-II pathway is the target of the activated isoniazid, several programs were initiated to develop novel inhibitors directed against this protein in different pathogens. The S. aureus enoyl-ACP reductase (saFabI) is of particular interest since three promising drug candidates inhibiting this homologue have reached clinical trials. However, despite these prospects, no crystal structures of saFabI were publicly available at the time the present work was initiated. Thus, one major goal of this thesis was the generation of high-resolution atomic models by means of X-ray crystallography. The development of a highly reproducible approach to co-crystallize saFabI in complex with NADP+ and diphenyl ether-based inhibitors led to crystal structures of 17 different ternary complexes. Additional crystallographic experiments permitted the view into two apo-structures and two atomic models of saFabI in complex with NADPH and 2-pyridone inhibitors. Based on the established saFabI structure, molecular dynamics (MD) simulations were performed to improve our understanding of the conformational mobility of this protein. Taken together, these investigations of the saFabI structure and its flexibility served as an ideal platform to address important questions surrounding substrate and inhibitor recognition by this enzyme. Intriguingly, our saFabI structures provide several vastly different snapshots along the reaction coordinate of ligand binding and hydride transfer, including the closure of the flexible substrate binding loop (SBL). The extraordinary mobility of saFabI was confirmed by MD simulations suggesting that conformational motions indeed play a pivotal role during substrate delivery and turnover. A water chain linking the active site with a water-basin inside the homo-tetrameric enzyme was found likely to be crucial for the closure and opening of the SBL and, thus, for the catalyzed reaction. Notably, the induced-fit ligand binding process involves a dimer-tetramer transition, which could be related to the observed positive cooperativity of cofactor and substrate binding. Overall, saFabI displays several unique characteristics compared to FabI proteins from other organisms that might be necessary for the synthesis of branched-chain fatty acids, which in turn are required for S. aureus fitness in vivo. This finding may explain why S. aureus is sensitive to FAS-II inhibitors even in the presence of exogenous fatty acids. Accordingly, saFabI remains a valid drug target and our structures can be used as a molecular basis for rational drug design efforts. In fact, binding affinity trends of diphenyl ether inhibitors and, more importantly, the correlated residence times could be rationalized at the molecular level. Furthermore, the structure of saFabI in complex with the 2-pyridone inhibitor CG400549 revealed unique interactions in the wider binding crevice of saFabI compared to other FabI homologues explaining the narrow activity spectrum of this clinical candidate with proven human efficacy. In summary, these studies provide an ideal platform for the development of new, effective saFabI inhibitors as exemplified by the promising 4-pyridone PT166. In the context of this dissertation, crystal structures of the condensing enzyme KasA in complex with several analogs of the naturally occurring inhibitor thiolactomycin have been solved.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Kristallstruktur
KW  - Enoyl-acyl-carrier-protein-Reductase
KW  - Fettsäurebiosynthese
KW  - Enoyl-Reduktase
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - fatty acid biosynthesis
KW  - enoyl reductase
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Fettsäurestoffwechsel
KW  - Inhibition
KW  - Wirkstoff
KW  - Lipide
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69239
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eman, Maher Othman Sholkamy
T1  - In Vitro and In Vivo Analysis of Insulin-Induced Oxidative Stress and DNA Damage
T1  - In vitro und in vivo Untersuchungen von  Insulin-induzierten oxidativen Stress und  DNA-Schäden
N2  - Hyperinsulinemia, a condition with excessively high insulin blood levels, is related to an increased cancer incidence. Diabetes mellitus, metabolic syndrome, obesity and polycystic ovarian syndrome are the most common of several diseases accompanied by hyperinsulinemia. Since an elevated cancer risk especially for colon and kidney cancers, was reported for those patients, we investigated for the first time the induction of genomic damage by insulin mainly in HT29 (human colon cells), LLC-PK1 (pig kidney cells), HK2 (human kidney cells) and peripheral lymphocytes, and to confirm the genotoxicity of insulin in other cells from different tissues. To ascertain that the insulin effects were not only limited to permanent cell lines, rat primary colon, kidney, liver and fatty tissue cells were also studied. To connect the study and the findings to in vivo conditions, two in vivo models for hyperinsulinemia were used; Zucker diabetic fatty rats in a lean and diabetic state infused with different insulin concentrations and peripheral lymphocytes from type 2 diabetes mellitus patients. First, the human colon adenocarcinoma cells (HT29) showed significant elevation of DNA damage using comet assay and micronucleus frequency analysis upon treatment with 5 nM insulin in standard protocols. Extension of the treatment to 6 days lowered the concentration needed to reach significance to 0.5-1 nM. Insulin enhanced the cellular ROS production as examined by the oxidation of the dyes 2´,7´-dichlorodihydrofluorescein diacetate (H2DCF-DA) and dihydroethidium (DHE). The FPG modified comet assay and the reduction of damage by the radical scavenger tempol connected the insulin-mediatedDNA damage to ROS production. To investigate the sources of ROS upon insulin stimulation, apocynin and VAS2870 as NADPH oxidase inhibitors and rotenone as mitochondrial inhibitor were applied in combination with insulin and all of them led to a reduction of the genomic damage. Investigation of the signaling pathway started by evaluation of the binding of insulin to its receptor and to the IGF-1 receptor. The results showed the involvement of both receptors in the signaling mechanism. Following the activation of both receptors, PI3K activation occurs leading to phosphorylation of AKT which in turn activates two pathways for ROS production, the first related to mitochondria and the second through activation of Rac1 , resulting in the activation of Nox1. Both pathways could be activated through AKT or through the mitochondrial ROS which in turn could activates Nox1. Studying another human colon cancer cell line, Caco-2 and rat primary colon cells in vitro confirmed the effect of insulin on cellular chromatin. We conclude that pathophysiological levels of insulin can cause DNA damage in colon cells, which may contribute to the induction or progression of colon cancer. Second, in kidney cells, insulin at a concentration of 5 nM caused a significant increase in DNA damage in vitro. This was associated with the formation of reactive oxygen species (ROS). In the presence of antioxidants, blockers of the insulin and IGF-1 receptors, and a phosphatidylinositol 3-kinases (PI3K) inhibitor, the insulin mediated DNA damage was reduced. Phosphorylation of AKT was increased and p53 accumulated. Inhibition of the mitochondrial and NADPH oxidase related ROS production reduced the insulin mediated damage. In primary rat cells insulin also induced genomic damage. HK2 cells were used to investigate the mechanistic pathway in the kidney The signaling is identical to the one in the colon cells untill the activation of the mitochondrial ROS production, because after the activation of PI3K activation of Nox4 occurs at the same time across talk between mitochondria and Nox4 activation has been suggested and might play a role in the observed effects. In the in vivo model, kidneys from healthy, lean ZDF rats, which were infused with insulin to yield normal or high blood insulin levels, while keeping blood glucose levels constant, the amounts of ROS and p53 were elevated in the high insulin group compared to the control level group. ROS and p53 were also elevated in diabetic obese ZDF rats. The treatment of the diabetic rats with metformin reduced the DNA oxidation measured as 8-oxodG as well as the ROS production in that group. HL60 the human premyelocytic cells and cultured lymphocytes as models for the hemopoietic system cells showed a significant induction for DNA damage upon treatment with insulin. The diabetic patients also exhibited an increase in the micronucleus formation over the healthy individuals. In the present study, we showed for the first time that insulin induced oxidative stress resulting in genomic damage in different tissues, and that the source of the produced ROS differs between the tissues. If the same mechanisms are active in patients, hyperinsulinemia might cause genomic damage through the induction of ROS contributing to the increased cancer risk, against which the use of antioxidants as well as mitochondrial and NADPH oxidase inhibitors might exert protective effects with cancer preventive potential under certain conditions. Normal healthy human plasma insulin concentrations are in the order of 0.04 nM after overnight fasting and increase to less than about 0.2 nM after a meal. Pathophysiological levels can reach 1 nM and can stay above 0.2 nM for the majority of the daytime yielding condictions close to the insulin concentrations determined in the present study. Whether the observed effects also occur in vivo and whether they actually initiate or promote tumor formation remains to be determined. However, if proof of that can be obtained, our experiments with inhibitors indicate chances for pharmacological intervention applying antioxidants or enzyme inhibitors. It will not be the aim to reduce ROS in any case or as much as possible because ROS have now been recognized as important signaling molecules and participatants in immune defense, but a reduction to physiological levels instead of pathophysiological levels in the context of a disease associated with ROS overproduction might be beneficial.
N2  - Hyperinsulinämie, ein Zustand mit sehr hohen Blutspiegeln an Insulin, ist mit einer erhöhten Krebsinzidenz verbunden. Diabetes mellitus, das metabolische Syndrom, Adipositas und das polyzystische Ovarialsyndrom sind die häufigsten Krankheiten, die mit Hyperinsulinämie einhergehen. Da ein erhöhtes Krebsrisiko insbesondere für Krebserkrankungen des Dickdarms und der Niere beobachtet wurde, untersuchten wir erstmals die Induktion von Genomschäden durch Insulin in HT29-Zellen (humane Dickdarmzellen), LLC-PK1-Zellen (Nierenzellen vom Schwein), HK2-Zellen (humane Nierenzellen) und peripheren humanen Lymphozyten. Um die Gentoxizität von Insulin zu bestätigen, wurden auch andere Zellen aus unterschiedlichen Geweben untersucht. Um sicherzustellen, dass die Effekte durch Insulin nicht auf permanente Zelllinien beschränkt sind, wurden außerdem primäre Rattenzellen aus Dickdarm, Niere, Leber und Fettgewebe untersucht. Um die Befunde auf die in-vivo-Situation übertragen zu können, kamen zwei Hyperinsulinämie-Modelle zum Einsatz: mit Insulin infundierte ZDF-Ratten (Zucker Diabetic Fatty Rats) und periphere Lymphozyten von Patienten mit Diabetes Typ 2. Zuerst konnte in humanen Adenokarzinomzellen des Dickdarms (HT29) eine signifikante Erhöhung des DNA-Schadens in Standard-Protokollen des Comet Assays und des Mikrokerntests nach Behandlung mit 5 nM Insulin gezeigt werden. Bei Verlängerung der Behandlungszeit auf 6 Tage wurden signifikante Effekte bereits ab 0,5 nM beobachtet. Insulin erhöhte die zelluläre ROS-Produktion, die als Oxidation der Farbstoffe 2‘,7‘-Dichlorodihydrofluoresceindiacetat (H2DCF-DA) und Dihydroethidium (DHE) nachgewiesen wurde. Befunde aus dem FPG-modifizierten Comet Assay und das Ergebnis, dass der Radikalfänger Tempol die Zellen schützte stellen die Verbindung zwischen Insulin-verursachtem DNA-Schaden und ROS produktion her. Um die ROS-Quelle nach Stimulation mit Insulin zu untersuchen, wurden Apocynin und VAS2870 als NADPH-Oxidase-Inhibitoren und Rotenon als Inhibitor der Mitochondrien mit Insulin kombiniert. Alle diese Stoffe reduzierten den Genomschaden. Zur Charakterisierung der Signalwege wurde zunächst die Bindung von Insulin an seinen Rezeptor und an den IGF1-Rezeptor untersucht. Beide Rezeptoren sind an der Signaltransduktion beteiligt. Nach Aktivierung der Rezeptoren wird die PI3K aktiviert, dies führt zur Phosphorylierung von AKT. Dadurch werden zwei Wege zur ROS-Produktion aktiviert, der erste involviert die mitochondriale Atmungskette , der zweite agiert durch Rac1-Aktivierung. Letzteres resultiert in der Aktivierung der NADPH-Oxidase Isoform Nox1. Der Effekt von Insulin auf zelluläres Chromatin konnte in einer weiteren humanen Dickdarmkrebs-Zelllinie und in primären Dickdarmzellen der Ratte in vitro bestätigt werden. Wir schlussfolgern aus diesen Ergebnissen, dass pathophysiologische Insulin-Blutspiegel DNA-Schäden im Dickdarm verursachen können. Dies könnte zur Induktion oder Progression von Dickdarmkrebs beitragen. Weiterhin verursachte Insulin bei einer Konzentration von 5 nM einen signifikanten Anstieg von DNA-Schäden in vitro. Dies war verbunden mit der Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). Bei Anwesenheit von Antioxidantien, von Inhibitoren des Insulin-Rezeptors bzw. des IGF-1-Rezeptors und eines Phosphatidylinositol-3-Kinase(PI3K)-Inhibitors war der Insulin-vermittelte DNA-Schaden reduziert. Phosphorylierung von AKT war erhöht und das Protein P53 akkumulierte. Inhibierung der ROS-Produktion der Mitochondrien bzw. der NADPH-Oxidase reduzierte den Insulin-vermittelten Schaden. In primären Rattenzellen induzierte Insulin ebenfalls Genomschaden. HK2-Zellen wurden zur Untersuchung der mechanistischen Signalwege in der Niere eingesetzt. Die Signalwege entsprechen denen der Dickdarmzellen bis zur Aktivierung der ROS-Produktion in den Mitochondrien. Als Folge der Aktivierung von PI3K wird Nox4 aktiviert. Eine Verbindung zwischen Mitochondrien und Nox4-Aktivierung wird vorgeschlagen. Als in-vivo-Modell wurden gesunde ZDF-Ratten mit Insulin infundiert, um normale bzw. erhöhte Insulin-Blutspiegel bei konstanten Glukose-Blutspiegeln zu erreichen. In den Nieren war der Gehalt an ROS und an P53 in der Gruppe mit erhöhten Insulin-Blutspiegeln im Vergleich zur Kontrolle erhöht. ROS und P53 waren ebenfalls in den diabetischen und adipösen ZDF-Ratten erhöht. Die Behandlung der diabetischen Ratten mit Metformin reduzierte die DNA-Oxidation, die in Form von 8-oxodG bestimmt wurde, und die ROS-Produktion in dieser Gruppe. HL60-Zellen und kultivierte Lymphozyten als Modelle für das hämatopoetische System zeigten eine signifikante Induktion von DNA-Schäden nach Behandlung mit Insulin. Diabetes-Patienten zeigten eine erhöhte Mikrokern-Bildung im Vergleich zu gesunden Probanden. In der vorliegenden Studie konnten wir erstmals zeigen, dass Insulin-induzierter oxidativer Stress zu Genomschaden führt, und dass in unterschiedlichen Geweben ROS aus verschiedenen Quellen stammten. Falls diese Mechanismen auch in Patienten auftreten, könnte Hyperinsulinämie durch ROS-Induktion zu Genomschaden führen und damit zu einem erhöhten Krebsrisiko beitragen. Unter bestimmten Bedingungen könnten Antioxidantien bzw. Inhibitoren der Mitochondrien oder der NADPH-Oxidase protektive Effekte ausüben.
KW  - Insulin
KW  - Oxidativer Stress
KW  - DNS-Schädigung
KW  - oxidativer Stress
KW  - DNA Schaden
KW  - Insulin
KW  - Insulin
KW  - Oxidative Stress
KW  - DNA Damage
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-69274
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brede, Christian
T1  - Peripheral alloantigen expression directs the organ specific T cell infiltration after hematopoietic cell transplantation
T1  - Die Expression von Alloantigenen im peripheren Gewebe beeinflusst die selektive Organinfiltration durch T Zellen nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation
N2  - In acute graft-versus-host disease (GVHD) alloreactive donor T cells selectively damage skin, liver, and the gastrointestinal tract while other organs are rarely affected. The mechanism of this selective target tissue infiltration is not well understood. We investigated the importance of alloantigen expression for the selective organ manifestation by examining spatiotemporal changes of cellular and molecular events after allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). To accomplish this we established a novel multicolor light sheet fluorescence microscopy (LSFM) approach for deciphering immune processes in large tissue specimens on a single-cell level in 3 dimensions. We combined and optimized protocols for antibody penetration, tissue clearing, and triple-color illumination to create a method for analyzing intact mouse and human tissues. This approach allowed us to successfully quantify changes in expression patterns of mucosal vascular addressin cell adhesion molecule–1 (MAdCAM-1) and T cell responses in Peyer’s patches following allo-HCT. In addition, we proofed that LSFM is suitable to map individual T cell subsets after HCT and detected rare cellular events. We employed this versatile technique to study the role of alloantigen expression for the selective organ manifestation after allo-HCT. Therefore, we used a T cell receptor (TCR) transgenic mouse model of GVHD that targets a single peptide antigen and thereby mimics a major histocompatibility complex (MHC)-matched single antigen mismatched (miHAg-mismatched) HCT. We transplanted TCR transgenic (OT-I) T cells into myeloablatively conditioned hosts that either express the peptide antigen ovalbumin ubiquitously (βa-Ova) or selectively in the pancreas (RIP-mOva), an organ that is normally not affected by acute GVHD. Of note, at day+6 after HCT we observed that OT-I T cell infiltration occurred in an alloantigen dependent manner. In βa-Ova recipients, where antigen was ubiquitously expressed, OT-I T cells infiltrated all organs and were not restricted to gastrointestinal tract, liver, and skin. In RIP-mOva recipients, where cognate antigen was only expressed in the pancreas, OT-I T cells selectively infiltrated this organ that is usually spared in acute GVHD. In conditioned RIP-mOva the transfer of 100 OT-I T cells sufficed to effectively infiltrate and destroy pancreatic islets resulting in 100% mortality. By employing intact tissue LSFM in RIP-mOva recipients, we identified very low numbers of initial islet infiltrating T cells on day+4 after HCT followed by a massive T cell migration to the pancreas within the following 24 hours. This suggested an effective mechanism of effector T cell recruitment to the tissue of alloantigen expression after initial antigen specific T cell encounter. In chimeras that either expressed the model antigen ovalbumin selectively in hematopoietic or in parenchymal cells only, transplanted OT-I T cells infiltrated target tissues irrespective of which compartment expressed the alloantigen. As IFN-γ could be detected in the serum of transplanted ovalbumin expressing recipients (βa-Ova, βa-Ova-chimeras and RIP-mOva) at day+6 after HCT, we hypothesized that this cytokine may be functionally involved in antigen specific OT-I T cell mediated pathology. In vitro activated OT-I T cells responded with the production of IFN-γ upon antigen re-encounter suggesting that IFN-γ might be relevant in the alloantigen dependent organ infiltration of antigen specific CD8+ T cell infiltration after HCT. Based on these data we propose that alloantigen expression plays an important role in organ specific T cell infiltration during acute GVHD and that initial alloreactive T cells recognizing the cognate antigen propagate a vicious cycle of enhanced T cell recruitment that subsequently culminates in the exacerbation of tissue restricted GVHD.
N2  - In der akuten Graft-Versus-Host Disease (GVHD) infiltrieren allogene Spender T Zellen Haut, Leber und den Magen-Darm-Trakt des Empfängers und attackieren das Gewebe. Andere Organe sind dagegen interessanterweise nur selten betroffen. Die Mechanismen dieser selektiven Organinfliltration sind bisher weitestgehend unbekannt. In meiner Dissertationsarbeit untersuchte ich den Einfluss der Alloantigenexpression auf die selektive Organmanifestation während der GVHD. Um komplexe Immunprozesse die nach allogener Stammzelltransplantation auftreten, besser zu verstehen, entwickelten wir eine Lichtblattmikroskopietechnik (LSFM) die zelluläre und molekulare Veränderungen im intakten Gewebe detektieren kann. Wir etablierten eine neuartigen mehrfarben LSFM-Methodik, die es ermöglicht, Immunprozesse in großen Gewebsstücken von Maus und Mensch in Einzelzellauflösung dreidimensional darzustellen. Dazu kombinierten und optimierten wir Protokolle, um eine Penetration von Antikörpern tief in das Gewebe sowie die Aufklärung und die dreifache Beleuchtung des Gewebes zu ermöglichen. Diese Methode erlaubte uns die erfolgreiche Quantifizierung der Proteinexpression des Adressins mucosal vascular addressin cell adhesion molecule–1 (MAdCAM-1) als auch die Quantifizierung der T Zell Antwort im intakten Peyer’s Plaque nach allogener hämatopoetischer Transplantation (HCT). Weiterhin konnten wir die Methode zur Untersuchung der Migration unterschiedlicher T Zell-Subpopulationen nach HCT erfolgreich einsetzen und konnten einzelne, organinfiltrierende Zellen detektierten und quantifizieren. Wir benutzten die LSFM Methode um den Einfluss der Alloantigenexpression auf die selektive Organmanifestation zu studieren. Dazu verwendeten wir ein Transplantationsmodell, in dem der Haupthistokompatibilitätskomplex übereinstimmt (MHC-matched) und eine Diskrepanz nur in einem einzelnen Peptid Antigen (miHAG-mismatch) zwischen Spender und Empfänger bestand. Wir transplantierten T Zell Rezeptor (TCR) transgene (OT-I) T Zellen in myeloablativ bestrahlte Empfänger, die das Peptidantigen Ovalbumin entweder in allen Geweben (βa-Ova) oder selektiv in der Bauchspeicheldrüse (RIP-mOva) exprimieren. Die Bauchspeicheldrüse ist ein Organ, das normalerweise nicht von der akuten GVHD betroffen ist. An Tag 6 nach allogener HCT waren alle Organe die das Alloantigen exprimieren auch von Spender T Zellen infiltriert. In myeloablativ bestrahlten RIP-mOva Empfängern reichten bereits 100 transferierte OT-I T Zellen aus, um Alloantigen-exprimierende pankreatische Inselzellen zu zerstören. Dies führte zu einer Mortalität von 100% der Empfänger und spricht für eine sehr effiziente Alloantigendetektion und Gewebsinfiltration durch die Spender T Zellen. Um die Kinetik der Organinfiltration der Spender T Zellen detailliert zu untersuchen, verwendeten wir die neue Lichtblattmikroskopietechnik, welche die Analyse intakter Organe ermöglicht. In RIP-mOva Empfängern identifizierten wir erste wenige Spender T Zellen im Pankreas an Tag 4 nach Transplantation, gefolgt von einer massiven Pankreasinfiltration durch Spender T Zellen innerhalb von 24 Stunden. Dies deutet auf eine gezielte Rekrutierung der Spender T Zellen nach erstem Antigenkontakt in das Gewebe mit Alloantigenexpression. Um zu untersuchen, ob die Alloantigenexpression vom parenchymalen Gewebe oder aber durch hämatopoetische Zellen zur spezifischen Organinfiltration führt, transplantierten wir OT-I T Zellen in chimäre Empfänger, in denen das Alloantigen entweder nur im Gewebsparenchym oder ausschließlich von hämatopoetischen Zellen exprimiert wird. An Tag 6 nach der allogenen HCT fanden wir Spender T Zellen in allen Geweben, unabhängig davon welches Empfängerzellkompartment das Alloantigen präsentierte. Wir detektierten hohe IFN-γ-Werte im Serum von Ovalbumin exprimierenden Empfänger (βa-Ova, βa- Ova-Chimären und RIP-mOva). Weiterhin fanden wir, dass nach erneutem Kontakt mit dem spezifischen Alloantigen, OT-I T Zellen die in vitro aktiviert wurden, IFN-γ produzierten. Wir schließen aus diesen Beobachtungen, dass für die antigenabhängige Gewebeinfiltration IFN-γ wichtig ist. Zusammenfassend postulieren wir, dass die Alloantigenexpression im Gewebe eine wichtige Rolle in der organspezifischen Infiltration durch Spender T Zellen spielt, und dass T Zellen die Alloantigen spezifisch erkennen, dafür verantwortlich sind, dass weitere Effektor-T Zellen in das Gewebe rekrutiert werden.
KW  - Alloantigen
KW  - Transplantat-Wirt-Reaktion
KW  - Genexpression
KW  - Blutstammzelle
KW  - Graft versus Host Disease
KW  - Hematopoietic Cell Transplantation
KW  - Alloantigen Expression
KW  - Light Sheet Fluorescence Microscopy
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Hämatopoetische Stammzelltransplantation
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85365
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TY  - THES
A1  - Tupak, Sara
T1  - Modulators of Prefrontal Fear Network Function: An Integrative View
T1  - Modulatoren präfrontaler Furchtnetzwerkfunktion: Ein integrativer Ansatz
N2  - Regulating our immediate feelings, needs, and urges is a task that we are faced with every day in our lives. The effective regulation of our emotions enables us to adapt to society, to deal with our environment, and to achieve long‐term goals. Deficient emotion regulation, in contrast, is a common characteristic of many psychiatric and neurological conditions. Particularly anxiety disorders and subclinical states of increased anxiety are characterized by a range of behavioral, autonomic, and neural alterations impeding the efficient down‐regulation of acute fear. Established fear network models propose a downstream prefrontal‐amygdala circuit for the control of fear reactions but recent research has shown that there are a range of factors acting on this network. The specific prefrontal cortical networks involved in effective regulation and potential mediators and modulators are still a subject of ongoing research in both the animal and human model. The present research focused on the particular role of different prefrontal cortical regions during the processing of fear‐relevant stimuli in healthy subjects. It is based on four studies, three of them investigating a different potential modulator of prefrontal top‐down function and one directly challenging prefrontal regulatory processes. Summarizing the results of all four studies, it was shown that prefrontal functioning is linked to individual differences in state anxiety, autonomic flexibility, and genetic predisposition. The T risk allele of the neuropeptide S receptor gene, a recently suggested candidate gene for pathologically elevated anxiety, for instance, was associated with decreased prefrontal cortex activation to particularly fear‐relevant stimuli. Furthermore, the way of processing has been found to crucially determine if regulatory processes are engaged at all and it was shown that anxious individuals display generally reduced prefrontal activation but may engage in regulatory processes earlier than non‐anxious subjects. However, active manipulation of prefrontal functioning in healthy subjects did not lead to the typical behavioral and neural patterns observed in anxiety disorder patients suggesting that other subcortical or prefrontal structures can compensate for an activation loss in one specific region. Taken together, the current studies support prevailing theories of the central role of the prefrontal cortex for regulatory processes in response to fear‐eliciting stimuli but point out that there are a range of both individual differences and peculiarities in experimental design that impact on or may even mask potential effects in neuroimaging research on fear regulation.
N2  - Tagtäglich sind wir gefordert, die Kontrolle über unsere unmittelbaren Gefühle und Bedürfnisse zu bewahren und diese zu regulieren. Die effektive Kontrolle unserer Emotionen ermöglicht es uns, uns unserer Umgebung und Gesellschaft anzupassen und langfristige Ziele zu erreichen. Defizitäre Emotionsregulation, im Gegensatz, charakterisiert eine Reihe von psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen. Vor allem Angststörungen und subklinisch erhöhte Ängstlichkeit zeichnen sich durch eine Reihe von behavioralen, vegetativen und neuronalen Abweichungen aus, welche sich störend auf die effiziente Furchtregulation auswirken. Gängige Modelle des Furchtnetzwerks gehen davon aus, dass Furchtreaktionen durch eine top‐down Verschaltung von Präfrontalkortex und Amygdala reguliert werden. Neure Studien jedoch haben gezeigt, dass dieses Netzwerk durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst wird. Die spezifischen präfrontalen kortikalen Netzwerke, die an einer effektiven Regulation beteiligt sind und deren potentielle Mediatoren und Modulatoren sind jedoch noch immer Gegenstand heutiger Forschung, sowohl im Tier‐, als auch im Menschenmodell. Der Fokus der vorliegenden Arbeit richtete sich speziell auf die Rolle verschiedener Regionen des Präfrontalkortex während der Verarbeitung furchtrelevanter Reize bei gesunden Probanden. Die Arbeit basiert auf vier Studien, von denen drei jeweils einen potentiellen Modulator präfrontaler top-down Funktion näher untersuchten, während jene regulatorischen Prozesse in einer weiteren Studie gezielt manipuliert wurden. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Präfrontalfunktion mit individuellen Unterschieden in Ängstlichkeit, vegetativer Flexibilität und genetischer Prädisposition assoziiert ist. So wurde beispielsweise das T Risikoallel des Neuropeptid S Rezeptor Gens, ein erst kürzlich entdecktes Kandidatengen für pathologisch erhöhte Ängstlichkeit, speziell während der Darbietung furchtrelevanter Reize mit geringerer Präfrontalkortex Aktivierung in Verbindung gebracht. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Art der Verarbeitung im Wesentlichen bestimmt, ob überhaupt regulatorische Vorgänge in Gang gesetzt werden und dass insbesondere ängstliche Probanden eine allgemein verminderte präfrontale Aktivierung zeigen. Die Ergebnisse deuten jedoch auch darauf hin, dass diese regulatorischen Prozesse bei Ängstlichen möglicherweise früher aktiviert werden als bei weniger Ängstlichen. Das aktive Eingreifen in die Präfrontalfunktion bei Gesunden führte jedoch nicht zu den typischen neuronalen und Verhaltensmustern, wie sie bei Patienten mit Angststörungen beobachtet werden, was wiederum die Annahme nahe legt, dass andere subkortikale oder präfrontale Strukturen für eine Aktivitätsverringerung in einer bestimmten Region kompensieren können. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegenden Ergebnisse aktuelle Theorien einer zentralen Rolle des Präfrontalkortex in Bezug auf regulatorische Prozesse während der Konfrontation mit furchtrelevanten Reizen untermauern, jedoch auch zeigen, dass es eine Reihe an individuellen Charakteristika und Feinheiten im jeweiligen experimentellen Design gibt, die potentielle Effekte in Bildgebungsstudien zur Furchtregulation beeinflussen oder sogar maskieren können.
KW  - Neurogenetik
KW  - NIR-Spektroskopie
KW  - Furcht
KW  - Herzfrequenzvariabilität
KW  - ranskranielle magnetische Stimulation
KW  - Emotionsregulation
KW  - Präfrontaler Cortex
KW  - Theta Burst Stimulation
KW  - Neuropeptid S Rezeptor Gen
KW  - emotionale Interferenz
KW  - emotion regulation
KW  - prefrontal cortex
KW  - theta burst stimulation
KW  - neuropeptide S receptor gene
KW  - emotional interference
KW  - Angst
KW  - Neurowissenschaften
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85673
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TY  - THES
A1  - Ye, Yuxiang
T1  - Molecular and Cellular Magnetic Resonance Imaging of Myocardial Infarct Healing
T1  - Molekulare und zelluläre Magnetresonanztomographie der Wundheilung nach Myokardinfarkt
N2  - Myokardinfarkte (MI) sind eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Eine rechtzeitige Wiederherstellung des koronaren Blutflusses im ischämischen Myokard reduziert signifikant die Sterblichkeitsrate akuter Infarkte und vermindert das ventrikuläre Remodeling. Überlebende MI-Patienten entwickeln jedoch häufig eine Herzinsuffizienz, die mit einer reduzierten Lebensqualität, hohen Sterblichkeitsrate (10% jährlich), sowie hohen Kosten für das Gesundheitssystem einhergeht. Die Entwicklung der Herzinsuffizienz nach einem MI ist auf den hohen Verlust kontraktiler Kardiomyozyten, während der Ischämie-Reperfusion zurückzuführen. Anschließende komplexe strukturelle und funktionelle Veränderungen resultieren aus Modifikationen des infarzierten und nicht infarzierten Myokards auf molekularer und zellulärer Ebene. Die verbesserte Überlebensrate von Patienten mit akutem MI und das Fehlen effizienter Therapien, die die Entwicklung und das Fortschreiten des ventrikulären Remodelings verhindern, führen zu einer hohen Prävalenz der Herzinsuffizienz. Die kardiale Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine wichtige Methode zur Diagnose und Beurteilung des Myokardinfarktes. Mit dem technologischen Fortschritt wurden die Grenzen der MRT erweitert, so dass es heute möglich ist, auch molekulare und zelluläre Ereignisse in vivo und nicht-invasiv zu untersuchen. In Kombination mit kardialer Morphologie und Funktion könnte die Visualisierung essentieller molekularer und zellulärer Marker in vivo weitreichende Einblicke in den Heilungsprozess infarzierter Herzen liefern, was zu neuen Erkenntnissen für ein besseres Verständnis und bessere Therapien des akuten MI führen könnte. In dieser Arbeit wurden Methoden für die molekulare und zelluläre kardiale MRT-Bildgebung der Inflammation und des Kalziumstroms im Heilungsprozess des akuten Myokardinfarktes in vivo in einem Rattenmodel mit klinischer Relevanz etabliert.
N2  - Myocardial infarction (MI) is a leading cause of death worldwide. Timely restoration of coronary blood flow to ischemic myocardium significantly reduces acute infarct mortality and attenuates ventricular remodeling. However, surviving MI patients frequently develop heart failure, which is associated with reduced quality of life, high mortality rate (10% annually), as well as high healthcare expenditures. The main processes involved in the evolution of heart failure post-MI are the great loss of contractile cardiomyocytes during ischemia-reperfusion and the subsequent complex structural and functional alterations, which are rooted in modifications at molecular and cellular levels in both the infarcted and non-infarcted myocardium. However, we still lack efficient treatments to prevent the development and progression of left ventricular remodeling. The improved survival rate of acute MI patients combined with the lack of effective therapy for post-MI remodeling contributes to the high prevalence of heart failure. Cardiac Magnetic Resonance Imaging (MRI) is an important tool for diagnosis and assessment of MI. With the advancement of this technology, the frontier of MRI has been extended to probing molecular and cellular events in vivo and non-invasively. In combination with assessment of morphology and function, the visualization of essential molecular and cellular markers in vivo could provide comprehensive, multifaceted views of the healing process in infarcted hearts, which might give new insight for the treatment of acute MI. In this thesis, molecular and cellular cardiac MRI methods were established to visualize and investigate inflammation and calcium flux in the healing process of acute MI in vivo, in a clinically relevant rat model.
KW  - Kernspintomografie
KW  - Herzinfarkt
KW  - magnetic resonance imaging
KW  - myocardial infarction
KW  - Wundheilung
KW  - NMR-Tomographie
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72514
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TY  - THES
A1  - Srinivasan, Aruna
T1  - RS1 protein dependent and independent short and long term regulation of sodium dependent glucose transporter -1
T1  - RS1 Protein abhängige und unabhängige Kurz- und Langzeitregulation des Natrium-abhängigen Glukosetransporter -1
N2  - The Na+-D-glucose cotransporter in small intestine is regulated in response to food composition. Short term regulation of SGLT1 occurs post-transcriptionally in response to changes in luminal glucose. Adaptation to dietary carbohydrate involves long term regulation at the transcriptional level. The intracellular protein RS1 (gene RSC1A1) is involved in transcriptional and post-transcriptional regulation of SGLT1. RS1 contains an N-terminal domain with many putative phosphorylation sites. By Expressing SGLT1 in oocytes of Xenopus laevis it was previously demonstrated that the post-transcriptional down-regulation of SGLT1 by RS1 was dependent on the intracellular glucose concentration and activated by protein kinase C (PKC). The role of RS1 for short term regulation of SGLT1 in mouse small intestine in response to glucose and PKC was investigated comparing effects in RS1-/- mice and wildtype mice. Effects on SGLT1 activity were determined by measuring phlorizin inhibited uptake of α-methylglucoside (AMG). The involvement of RS1 in glucose dependent short term regulation could not be elucidated for technical reasons. However, evidence for RS1 independent short-term downregulation of SGLT1 after stimulation of PKC could be provided. It was shown that this downregulation includes decrease in the amount and/or in turnover of SGLT1 in the brush-border membrane as well as an increase of substrate affinity for AMG transport. Trying to elucidate the role of RS1 in long term regulation of SGLT1 in small intestine in response to glucose and fat content of the diet, wildtype and RS1-/- mice were kept for 2 months on a normo-caloric standard diet with high glucose and low fat content (ND), on a hyper-caloric glucose-galactose reduced diet with high fat content (GGRD) or on a hyper-caloric diet with a high fat and high glucose content (HFHGD). Thereafter the animals were starved overnight and SGLT1 mediated AMG uptake was measured. Independent of diet AMG uptake in ileum was smaller compared to duodenum and jejunum. In jejunum of wildtype and RS1-/- mice kept on the fat rich diets (GGRD and HFHGH) transport activity of SGLT1 was lower compared to mice kept on ND with low fat content. This result suggests an RS1 independent downregulation due to fat content of diet. Different to RS1-/- mice, the duodenum of wildtype mice showed transport activity of SGLT1 smaller in mice kept on glucose galactose reduced diet (GGRD) compared to the glucose galactose rich diets (ND and HFHGG). These data indicate that RS1 is involved in glucose dependent long term regulation in duodenum.
N2  - Der Na+-Glukose-Cotransporter SGLT1 im Dünndarm wird in Abhängigkeit zur Nahrungszusammensetzung reguliert. Kurzzeitregulation von SGLT1 tritt posttranskritionell als Antwort zu sich ändernden Glukosekonzentrationen im Darmlumen auf. Anpassung an Nahrungskohlenhydrate beinhaltet die Langzeitregulation auf transkripionellem Level. Das intrazelluläre Protein RS1 (Gen RSC1A1) ist an der transkriptionellen und post-transkriptionellen Regulation von SGLT1 beteiligt. Es enthält eine N-terminale Domäne mit vielen putativen Phosphorylierungsstellen. Bei der Expression von SGLT1 im Xenopus leavis Oocytensystem wurde gezeigt, dass die posttranskriptionelle Herunterregulation von SGLT1 durch RS1 von der intrazelluläre Glukosekonzentration abhängt und durch Proteinkinase C (PKC) aktiviert wird. Die Rolle von RS1 in der Kurzzeitregulation von SGLT1 im Dünndarm der Maus als Antwort auf Glukose und PKC wurde durch vergleichende Studien zwischen RS1- knockout (RS1-/-)- Mäusen und Wildtyp-Mäusen untersucht. Effekte auf die SGLT1-Aktivität wurden durch Messung der durch Phlorizin inhibierbaren Aufnahme des SGLT1-spezifischen Substrats α-Methyl-Glycopyranosid (AMG) bestimmt. Der Einfluss von RS1 in der Glukose-abhängigen Kurzzeitregulation konnte aus technischen Gründen nicht untersucht werden, jedoch gab es Anzeichen für eine von RS1 unabhängige Kurzzeitregulation von SGLT1 durch PKC. Es wurde gezeigt, dass diese Herunterregulation sowohl eine Abnahme der Menge und/oder der Umsatzrate von SGLT1 in der Bürstensaummembran wie auch eine Zunahme der Substrat-Affinität für den AMG-Transport beinhaltet. Um die Rolle von RS1 auf die Langzeitregulation von SGLT1 in Dünndarm als Antwort auf den Glukose- und Fettgehalt der Nahrung zu untersuchen, wurden Wildtyp- und RS1-/- Mäuse für 2 Monate entweder auf einer normalenergetischen Standarddiät mit hohem Glukose- und niedrigem Fettgehalt (ND), auf einer hochenergetischen Diät mit reduziertem Glukose und Galaktose-Gehalt (GGRD) oder auf einer hochenergetischen Diät mit hohem Fett- und Glukosegehalt (HFHGD) gehalten. Danach wurden die Tiere über Nacht gefastet und die durch SGLT1 vermittelte AMG –Aufnahme gemessen. Unabhängig der Diät war die AMG-Aufnahme im Ileum geringer als in Duodenum und Jejunum. Im Jejunum von Wildtyp- und RS1-/- Mäusen die auf einer fettreichen Diät (GGRD und HFHGD) gehalten wurden war die Transportaktivität von SGLT1 geringer verglichen mit der Aktivität von Mäusen auf ND. Dieses Ergebnis lässt eine RS1-unabhängige Herunterregulation die durch den Fettgehalt hervorgerufen wird vermuten. Anders als in RS1-/- Mäusen war die Transportaktivität von SGLT1 im Duodenum von Wildtypmäusen bei der Glukose-Galaktose- reduzierten Diät niedriger verglichen mit den Glukose-Galaktose-reichen Diäten (ND und HFHGD). Diese Daten legend die Vermutung nahen, das RS1 an der Glukose-abhängigen Langzeitregulation im Duodenum beteiligt ist.
KW  - Glucosetransportproteine
KW  - Regulation
KW  - Natrium-abhängigen Glukosetransporter-1
KW  - Sodium dependent glucose transporter-1
KW  - Dünndarm
KW  - Glukose
KW  - Glukosetransporter -1
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85665
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TY  - THES
A1  - Zancolli, Giulia
T1  - Amphibian diversity along the slope of Mount Kilimanjaro: from species to genes
T1  - Diversität von Amphibien im Höhengradienten des Mount Kilimanjaro: von Arten zu Genen
N2  - 1. Since the early nineteenth century describing (and understanding) patterns of distribution of biodiversity across the Earth has represented one of the most significant intellectual challenges to ecologists and biogeographers. Among the most striking patterns of species richness are: the latitudinal and elevational gradients, with peaks in number of species at low latitudes and somewhere at mid altitudes, although other patterns, e.g. declines with increasing elevation, are often observed. Even in highly diverse tropical regions, species richness is not evenly distributed but there are “hotspots” of biodiversity where an exceptional number of species, especially endemics, are concentrated. Unfortunately, such areas are also experiencing dramatic loss of habitat. Among vertebrate taxa, amphibians are facing the most alarming number of extinctions. Habitat destruction, pollution and emergence of infectious diseases such as chytridiomycosis, are causing worldwide population declines. Responses to these drivers can be multidirectional and subtle, i.e. they may not be captured at the species but at the genetic level. Moreover, present patterns of diversity can result from the influence of past geological, climatic and environmental changes.
In this study, I used a multidisciplinary and multilevel approach to understand how and to which extent the landscape influences amphibian diversity. Mount Kilimanjaro is an exceptional tropical region where the landscape is rapidly evolving due to land use changes; additionally, there is a broad lack of knowledge of its amphibian fauna. During two rainy seasons in 2011, I recorded anurans from the foothills to 3500 m altitude; in addition, I focused on two river frog species and collected tissue samples for genetic analysis and swabs for detection of chytridiomycosis, the deadly disease caused by Batrachochytrium dendrobatidis (Bd).
2. I analyzed how species richness and composition change with increasing elevation and anthropogenic disturbance. In order to disentangle the observed patterns of species diversity and distribution, I incorporated inferences from historical biogeography and compared the assemblage of Mt. Kilimanjaro and Mt. Meru (both recent volcanoes) with those of the older Eastern Arc Mountains. Species richness decreased with elevation and locally increased in presence of water bodies, but I did not detect effects of either anthropogenic disturbance or vegetation structure on species richness and composition. Moreover, I found a surprisingly low number of forest species. Historical events seem to underlie the current pattern of species distribution; the young age of Mt. Kilimanjaro and the complex biogeographic processes which occurred in East Africa during the last 20 million years prevented montane forest frogs from colonizing the volcano.
3. I focused on the genetic level of biodiversity and investigated how the landscape, i.e. elevation, topographic relief and land cover, influence genetic variation, population structure and gene flow of two ecologically similar and closely related river frog species, namely Amietia angolensis and Amietia wittei. I detected greater genetic differentiation among populations in the highland species (A. wittei) and higher genetic variation in the lowland species (A. angolensis), although genetic diversity was not significantly correlated with elevation. Importantly, human settlements seemed to restrict gene flow in A. angolensis, whereas steep slopes were positively correlated with gene flow in A. wittei. This results show that even ecologically similar species can respond differently to landscape processes and that the spatial configuration of topographic features combined with species-specific biological attributes can affect dispersal and gene flow in disparate ways.
4. River frogs of the genus Amietia seem to be particularly susceptible to chytridiomycosis, showing the highest pathogen load in Kenya and other African countries. In the last study, I collected swab samples from larvae of A. angolensis and A. wittei for Bd detection. Both species resulted Bd-positive. The presence of Bd on Mt. Kilimanjaro has serious implication. For instance, Bd can be transported by footwear of hikers from contaminated water and soil. Tourists visiting Mt. Kilimanjaro may translocate Bd zoospores to other areas such as the nearby Eastern Arc Mts. where endemic and vulnerable species may still be naïve to the fungus and thus suffer of population declines.
5. My study significantly contributed to the knowledge of the amphibian fauna of Mt. Kilimanjaro and of East Africa in general, and it represents a valuable tool for future conservation actions and measures. Finally, it highlights the importance of using a multidisciplinary (i.e. community ecology, historical biogeography, landscape genetics, disease ecology) and multilevel (i.e. community, species, population, gene) approach to disentangle patterns of biodiversity.
N2  - Seit Ende des 19. Jahrhunderts ist es eine der größten intellektuellen Herausforderungen für Ökologen und Biogeographen, die Verteilungsmuster der Biodiversität auf der Erde zu beschreiben und letztlich zu verstehen. Zu den auffälligsten Mustern des Artenreichtums gehören die Gradienten, die sich in Abhängigkeit von der geographischer Breite und der Höhe über dem Meeresspiegel ergeben. Dabei treten Maxima der Artenzahl in den niederen Breiten und stellenweise in mittleren Höhenregionen auf; es lassen sich aber auch andere Muster beobachten, z.B. eine Abnahme der Artenzahl mit zunehmender Höhe. Selbst in den hochdiversen Tropen sind Arten nicht gleichmäßig verteilt. So gibt es sog. „hotspots“ der Biodiversität mit einer außergewöhnlich großen Zahl von Arten (meist Endemiten). Gerade diese Regionen sind es, die heute dramatische 1. Seit Ende des 19. Jahrhunderts ist es eine der größten intellektuellen Herausforderungen für Ökologen und Biogeographen, die Verteilungsmuster der Biodiversität auf der Erde zu beschreiben und letztlich zu verstehen. Zu den auffälligsten Mustern des Artenreichtums gehören die Gradienten, die sich in Abhängigkeit von der geographischer Breite und der Höhe über dem Meeresspiegel ergeben. Dabei treten Maxima der Artenzahl in den niederen Breiten und stellenweise in mittleren Höhenregionen auf; es lassen sich aber auch andere Muster beobachten, z.B. eine Abnahme der Artenzahl mit zunehmender Höhe. Selbst in den hochdiversen Tropen sind Arten nicht gleichmäßig verteilt. So gibt es sog. „hotspots“ der Biodiversität mit einer außergewöhnlich großen Zahl von Arten (meist Endemiten). Gerade diese Regionen sind es, die heute dramatische Habitatverluste verzeichnen. Unter den Wirbeltieren sind es die Amphibien, die dabei die höchsten Aussterberaten aufweisen. Ihre Populationen gehen weltweit zurück, wofür neben Lebensraumzerstörung auch Umweltverschmutzung und die Ausbreitung von Infektionskrankheiten, z.B. Chytridiomykose, verantwortlich sind. Reaktionen auf solche Faktoren können vielschichtig sein und fast unmerklich bleiben, was bedeutet, dass sie nicht auf Artniveau, sondern nur auf genetischer Ebene erfasst werden können. Hinzu kommt, dass die aktuellen Muster der Biodiversität auf den Einfluss vergangener Veränderungen hinsichtlich Geologie, Klima und Umwelt zurückgeführt werden können ...
KW  - Kilimandscharo
KW  - biodiversity
KW  - Amphibien
KW  - Lurche
KW  - Biodiversität
KW  - Vielfalt
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91792
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TY  - THES
A1  - Chaudhari, Sweena M.
T1  - Role of Hypoxia-Inducible Factor (HIF) 1α in Dendritic Cells in Immune Regulation of Atherosclerosis
T1  - Rolle von Hypoxie induziertem Faktor (HIF) 1α in dendritischen Zellen in der Immunregulation der Atherosklerose
N2  - Atherosclerosis is the underlying cause of cardiovascular diseases and a major threat to human health worldwide. It involves not only accumulation of lipids in the vessel wall but a chronic inflammatory response mediated by highly specific cellular and molecular responses. Macrophages and dendritic cells (DCs) play an essential role in taking up modified lipids and presenting them to T and B lymphocytes, which promote the immune response. Enhanced activation, migration and accumulation of inflammatory cells at the local site leads to formation of atherosclerotic plaques. 
Atherosclerotic plaques become hypoxic due to reduced oxygen diffusion and high metabolic demand of accumulated cells. The various immune cells experience hypoxic conditions locally and inflammatory stimuli systemically, thus up-regulating Hypoxia-inducible factor 1α. Though the role of HIF1α in macrophages and lymphocytes has been elucidated, its role in DCs still remains controversial, especially with respect to atherosclerosis. In this project work, the role of HIF1α in DCs was investigated by using a cell specific knockout mouse model where HIF1α was deleted in CD11c+ cells. 
Aortic root sections from atherosclerotic mice showed presence of hypoxia and up-regulation of HIF1α which co-localized with CD11c+ cells. Atherosclerotic splenic DCs also displayed enhanced expression of HIF1α, proving non-hypoxic stimulation of HIF1α due to systemic inflammation. Conditional knockout (CKO) mice lacking HIF1α in CD11c+ cells, under baseline conditions did not show changes in immune responses suggesting effects of HIF1α only under inflammatory conditions. When these mice were crossed to the Ldlr-/- line and placed on 8 weeks of high fat diet, they developed enhanced plaques with higher T-cell infiltration as compared to the wild-type (WT) controls. The plaques were of a complex phenotype, defined by increased percent of smooth muscle cells (SMCs) and necrotic core area and reduced percent of macrophages and DCs. The mice also displayed enhanced T-cell activation and a Th1 bias in the periphery.
The CKO DCs themselves exhibited increased expression of IL 12 and a higher capacity to proliferate and polarize naive T cells to the Th1 phenotype in vitro. The DCs also showed decreased expression of STAT3, in line with the inhibitory effects of STAT3 on DC activation seen in previous studies. When STAT3 was overexpressed in DCs in vitro, IL 12 was down-regulated, but its expression increased significantly on STAT3 inhibition using a mutant vector. In addition, when STAT3 was overexpressed in DCs in vivo using a Cre regulated lentiviral system, the mice showed decreased plaque formation compared to controls. Interestingly, the effects of STAT3 modulation were similar in WT and CKO mice, intending that STAT3 lies downstream of HIF1α. Finally, using a chromatin immunoprecipitation assay (ChIP), it was confirmed that HIF1α binds to hypoxia responsive elements (HREs) in the Stat3 gene promoter thus regulating its expression. When DCs lack HIF1α, STAT3 expression is not stimulated and hence IL 12 production by DCs is uninhibited. This excessive IL 12 can activate naive T cells and polarize them to the Th1 phenotype, thereby enhancing atherosclerotic plaque progression.
This project thus concludes that HIF1α restrains DC activation via STAT3 generation and prevents excessive production of IL 12 that helps to keep inflammation and atherosclerosis under check.
N2  - Atherosklerose ist die zugrundeliegende Ursache kardiovaskulärer Erkrankungen und stellt weltweit eine bedeutende Gesundheitsgefahr dar. An der Erkrankung ist nicht nur eine Anreicherung von Lipiden in der Gefäßwand beteiligt, sondern auch eine chronische Entzündungsantwort,  welche durch hochspezifische  zelluläre sowie molekulare Reaktionen vermittelt wird. Makrophagen und dendritische Zellen (DCs) sind essentiell an der Aufnahme von modifizierten Lipiden sowie deren Präsentation gegenüber  T und B Lymphozyten beteiligt, die ihrerseits wiederum Immunantworten fördern. Eine lokal gesteigerte Aktivierung, Migration und Akkumulation inflammatorischer Zellen  trägt letztlich zur Bildung atherosklerotischer Plaques bei.
Atherosklerotische Plaques werden aufgrund reduzierter Sauerstoff Diffusion und hoher metabolischer Aktivität der akkumulierten Zellen hypoxisch. Die verschiedenen Immunzellen sind lokal hypoxischen Bedingungen sowie systemisch inflammatorischen Stimuli ausgesetzt, wodurch sie Hypoxie-induzierten Faktor 1a (HIF1α) hochregulieren. Obwohl die Bedeutung von HIF1α in Makrophagen und Lymphozyten weitgehend aufgeklärt ist, ist dessen Rolle in DCs immer noch umstritten, insbesondere in Bezug auf Atherosklerose. In diesem Projekt wurde die Rolle von HIF1α in DCs mittels eines zellspezifischen Knockout Mausmodells untersucht, in welchem HIF1α in CD11c+ DCs deletiert wurde.
Schnitte der Aortenwurzel aus atherosklerotischen Mäusen zeigten das Bestehen von Hypoxie und die Hochregulation von HIF1α, welches mit CD11c+ Zellen kolokalisierte. DCs aus der Milz atherosklerotischer Tiere wiesen ebenfalls eine erhöhte Expression von HIF1α auf, was eine nicht hypoxische Stimulation von HIF1α aufgrund systemischer Inflammation beweist. Konditionelle Knockout (CKO) Mäuse zeigten im Ausgangszustand keine Veränderung der Immunantwort was einen Einfluss von HIF1α unter ausschließlich inflammatorischen Bedingungen nahelegt. Eine achtwöchige atherogene Diät  dieser Mäuse im Ldlr-/- Hintergrund resultierte in der Entwicklung größerer Plaques mit gesteigerter T Zell Infiltration im Vergleich zu wildtypischen (WT) Kontrollen. Die Plaques wiesen einen komplexen Phänotyp auf, der sich durch einen erhöhten prozentualen Anteil  glatter Muskelzellen,  nekrotischer Fläche sowie einen verminderten prozentualen Anteil an Makrophagen auszeichnete. Die Mäuse zeigten ferner eine erhöhte T Zell Aktivierung und eine Tendenz zur Th1 Antwort in der Peripherie.
In vitro zeigten die  konditionellen knockout DCs eine gesteigerte IL-12 Expression und eine gesteigerte Fähigkeit die Proliferation naiver T Zellen zu induzieren beziehungsweise in Richtung  Th1 zu polarisieren. Die DCs wiesen ferner eine verminderte STAT3 Expression auf. Dies stimmt mit den in früheren Studien beobachteten inhibitorischen Effekten von STAT3 auf die Aktivierung von DCs überein. Eine Überexpression von STAT3 in DCs in vitro führte zu einer Herunterregulation von IL-12. Bei Inhibition von STAT3 mittels eines mutierten Vektors steigerte sich die Expression jedoch signifikant. Ferner führte eine STAT3 Überexpression in DCs mittels eines Cre-regulierten lentiviralen Systems in vivo zu einer verminderten Plaqueformation in den Mäusen im Vergleich zu Kontrollen. Interessanterweise waren die Auswirkungen der STAT3 Modulation in WT und CKO Mäusen ähnlich, was vermuten lässt, dass STAT3 HIF1α nachgeschaltet ist.  Mittels eines Chromatin Immunpräzipitiations-Assays wurde letztlich bestätigt, dass HIF1α an Hypoxie-responsive Elemente  im Stat3 Genpromotor bindet und dadurch seine Expression reguliert. 
Wenn DCs HIF1α fehlt wird keine STAT3 Expression gefördert, was eine ungebremste IL-12 Produktion durch DCs zur Folge hat. Dieses überschüssige IL-12 Sekretion kann naive T Zellen aktivieren und in Richtung eines Th1 Phänotyps polarisieren, wodurch das Voranschreiten atherosklerotischer Plaques gefördert wird.
Dieses Projekt kommt folglich zu dem Schluss, dass HIF1α die Aktivierung von DCs über STAT3-Bildung  beschränkt und eine übermäßige Produktion von IL-12 verhindert, wodurch Inflammation und Atherosklerose im kontrolliert werden.
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Hypoxie
KW  - Arteriosklerose
KW  - Entzündung
KW  - Hypoxia
KW  - HIF1alpha
KW  - Atherosclerosis
KW  - Dendritic cells
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-91853
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reddy, Edamakanti Chandrakanth
T1  - Role of differential phosphorylation of c-Jun N-terminal domain in degenerative and inflammatory pathways of CNS
T1  - Die Rolle der unterschiedlichen Phosphorylierung von c-Jun N-terminale Domäne bei degenerativen und entzündlichen Wirkungen im Nervengewebe
N2  - In this study we have investigated the possible role of c-Jun and it’s activation by the JNK pathway in neuronal cell death and in the inflammatory response of activated astrocytes. The first part of this thesis focuses on the role of site specific phosphorylation of c-Jun in neuronal cell death. The second part focuses on the function of c-Jun in LPS-mediated activation of Bergmann glia cells.
In the nervous system, activation of c-Jun transcription factor by different isoforms of c-Jun N-terminal kinase (JNK) functions in various cellular programs, including neurite outgrowth, repair and apoptosis. Yet, the regulatory mechanism underlying the functional dichotomy of c-Jun remains to be elucidated. Serine (S) 63/73 and threonine (T) 91/93 of c-Jun are the target phosphorylation sites for JNKs in response to various stimuli. Yet, these two groups of phosphorylation sites are differentially regulated in vivo, as the S63/73 sites are promptly phosphorylated upon JNK activation, whereas T91/93 phosphorylation requires a priming event at the adjacent T95 site. In our study, we used cerebellar granule cell (CGC) apoptosis by trophic/potassium (TK) deprivation as a model system to investigate the regulation and function of site-specific c-Jun phosphorylation at the S63 and T91/T93 JNK-sites in neuronal cell death. In this model system, JNK induces pro-apoptotic genes through the c-Jun/Ap-1 transcription factor. On the other side, a survival pathway initiated by lithium leads to repression of pro-apoptotic c-Jun/Ap-1 target genes without interfering with JNK activity. Yet, the mechanism by which lithium inhibits c-Jun activity remains to be elucidated. We found that TK-deprivation led to c-Jun phosphorylation at all three JNK sites. However, immunofluorescence analysis of c-Jun phosphorylation at single cell level revealed that the S63 site was phosphorylated in all c-Jun-expressing cells, whereas the response of T91/T93 phosphorylation was more sensitive, mirroring the switch-like apoptotic response of cerebellar granular cells (CGCs). Furthermore, we observed that lithium impaired c-Jun phosphorylation at T91/93, without interfering with S63/73 phosphorylation or JNK activation, suggesting that T91/T93 phosphorylation triggers c-Jun pro-apoptotic activity. Notably, expression of a c-Jun mutant lacking the T95-priming site for T91/93 phosphorylation (c-Jun A95) mimicked the effect of lithium on both cell death and c-Jun site-specific phosphorylation, whereas it was fully able to induce neurite outgrowth in naïve PC12 cells. Vice-versa, a c-Jun mutant bearing aspartate-substitution of T95 overwhelmed lithium-mediate protection of CGCs from TK-deprivation, validating that inhibition of T91/T93/T95 phosphorylation underlies the effect of lithium on cell death. Mass-spectrometry analysis confirmed that c-Jun is phosphorylation at T91/T93/T95 in cells. Moreover, recombinant-JNK phosphorylated c-Jun at T91/T93 in a T95-dependent manner. Based on our results, we propose that T91/T93/T95 phosphorylation of c-Jun functions as a sensitivity amplifier of the JNK cascade, setting the threshold for c-Jun pro-apoptotic activity in neuronal cells.
In the central nervous system (CNS), the c-Jun transcription factor has been mainly studied in neuronal cells and coupled to apoptotic and regenerative pathways following brain injury. Besides, several studies have shown a transcriptional role of c-Jun in activated cortical and spinal astrocytes. In contrast, little is known about c-Jun expression and activation in Bergmann glial (BG) cells, the radial cerebellar astrocytes playing crucial roles in cerebellar development and physiology. In this study, we used neuronal/glial cerebellar cultures from neonatal mice to assess putative functions of c-Jun in BG cells. By performing double immunocytochemical staining of c-Jun and two BG specific markers, S100 and GLAST, we observed that c-Jun was highly expressed in radial glial cells derived from Bergmann glia. Bergmann glia-derived cells expressed toll-like receptor (TLR 4) and treatment with bacterial lipopolysaccharide (Le et al.) induced c-Jun phosphorylation at S63, exclusively in BG cells. Moreover, LPS induced IL-1β expression and inhibition of JNK activity abolished both c-Jun phosphorylation and the increase of IL-1β mRNA. Notably, we also observed that LPS failed to induce IL-1β mRNA in neuronal/glial cerebellar cultures generated from conditional knockout mice lacking c-Jun expression in the CNS. These results indicate that c-Jun plays a central role in c-Jun in astroglial-specific induction of IL-1β. Furthermore, we confirmed in vivo that c-Jun is expressed in BG cells, during the formation of the BG monolayer. Altogether, our finding underlines a putative role of c-Jun in astroglia-mediated neuroinflammatory dysfunctions of the cerebellum.
N2  - In dieser Studie wurde die Rolle des Transkriptionsfaktors c-Jun sowie seine Aktivierung durch den JNK Signalweg beim neuronalen Zelltod und bei der entzündlichen Reaktion von aktivierten Astrozyten untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle von mehrfacher c-Jun Phosphorylierung an den Aminosäuren Threonin 91/93/95 beim neuronalen Zelltod. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Rolle von c-Jun und seine Transaktivierung in LPS-vermittelter Aktivierung von Bergmann Gliazellen.

Als Modellsystem für den neuronalen Zelltod wurde die Apoptose von cerebellären Granularzellen (CGC) durch trophische  Granulazellen Kaliumkonzentration-Erniedrigung (TK) verwendet, da es ein Modell der Um das ist, das Zusammenspiel von pro-apoptotischen und pro-Überleben Signalwegen beim neuronalen Zelltod zu studieren. In diesem Modell induziert die c-Jun N-terminale Kinase (JNK) pro-apoptotische Gene durch den c-Jun/Ap-1 Transkriptionsfaktor. Auf der anderen Seite, führt ein Lithium-induzierter Überleben-Signalweg zur Unterdrückung der pro-apoptotischen c-Jun/Ap-1 Zielgene, ohne Interferenz mit JNK Aktivität. Es blieb jedoch der Mechanismus zu klären, durch den Lithium c-Jun-Aktivität hemmt. In der Arbeit wurde dieses Modellsystem benutzt, um die Regulation und Funktion der c-Jun-Phosphorylierung durch JNK an den Stellen S63 und T91/T93 beim neuronalen Zelltod zu studieren.

Es wurde gefunden, dass TK-Kaliumerniedrigung zu c-Jun phosphorylierung führte und zwar an allen drei durch JNK phosphorylierbaren Ser/Thr (JNK-Stellen). Immunfluoreszenzanalyse von c-Jun Phosphorylierung auf Einzel-Zell-Ebene ergab jedoch, dass die S63-Stelle in allen c-Jun-exprimierenden Zellen phosphoryliert wurde, während T91/T93 Phosphorylierung empfindlicher war, analog zur Schalter-ähnlichen apoptotischen Antwort von CGCs. Umgekehrt verhinderte Lithium T91 und T93 Phosphorylierung und Zelltod ohne Wirkung auf die S63-Seite, was darauf hindeutet, dass T91/T93 Phosphorylierung durch c-Jun eine pro-apoptotische Aktivität auslöst.
Dementsprechend schützte eine c-Jun-Mutation, der die T95 Priming-Stelle für T91/93 Phosphorylierung fehlt (T95A), CGCs vor Apoptose, wohingegen T95A Neuriten-wachstum in PC12-Zellen induzieren konnte. Umgekehrt führte eine c-Jun Mutante mit Aspartat-Substitution von T95 (T95D ) zur Aufhebung der schützenden Wirkung von Lithium auf CGC Apoptose, wodurch bestätigt wurde, dass die Inhibierung der T91/T93/T95 Phosphorylierung der Wirkung von Lithium auf den Zelltod zugrundeliegt. Massenspektrometrie-Analyse bestätigte multiple Phosphorylierung von c-Jun an T91/T93/T95 in den Zellen. Außerdem wurde rekombinantes c-Jun durch JNK an T91/T93 in einer T95-abhängigen Weise phosphoryliert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird vorgeschlagen, dass T91/T93/T95 phosphorylierung von c-Jun als Empfindlichkeit-Verstärker der JNK-Kaskade fungiert, der die Schwelle für die pro-apoptotische Aktivität von c-Jun in neuronalen Zellen einstellt.

Im zentralen Nervensystem (ZNS) wurde die Rolle des c-Jun Transkriptionsfaktors hauptsächlich bei neuronalem Zelltod und bei neuronaler Regeneration nach Hirnschädigung untersucht. Außerdem wurde auch eine Rolle für c-Jun bei der Transkription in aktivierten kortikalen und spinalen Astrozyten beschrieben. Im Gegensatz dazu ist wenig bekannt über die Expression von c-Jun und dessen Transaktivierung in Bergmann Gliazellen (BG)-Zellen, die eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Kleinhirns und dessen Physiologie spielen.

In dieser Arbeit wurde die putative Rolle von c-Jun bei kultivierten neuronalen/BG-Zellen aus dem Maus-Kleinhirn untersucht. Immunfluoreszenzanalyse von c-Jun und zwei für BG-Zellen spezifische Marker, S100 und GLAST, ergab, dass c-Jun in BG-Zellen hoch exprimiert wurde. Außerdem wurde gefunden, dass der Toll-like Rezeptor TLR4 in BG-Zellen exprimiert ist und dass die Behandlung mit bakteriellem Lipopolysaccharid (Le et al.) die c-Jun- Phosphorylierung an S63 induziert. Zusätzlich wurde gefunden, dass LPS IL-1b Expression induziert und die Inhibierung von JNK Aktivität verhinderte sowohl c-Jun-Phosphorylierung, als auch die Zunahme von IL-1 b mRNA.

Insbesondere konnte LPS die IL-1b mRNA-Produktion in neuronalen / BG-Kulturen aus konditionellen Knockout Mäusen, denen c-Jun im ZNS fehlte, nicht induzieren, womit gezeigt wurde, dass c-Jun bei der Astroglia-spezifischen Induktion von IL-1 b essentiell ist. Immunohistochemische Analyse von c-Jun-exprimierenden Zellen im postnatalen Kleinhirn bestätigte in-vivo die Expression von c-Jun in BG Zellen und förderte eine dynamische Expression von c-Jun während der Entwicklung der BG Monolayer zutage. Insgesamt unterstreichen die Befunde dieser Arbeit eine wahrscheinliche Rolle von c-Jun bei Astroglia-vermittelten neuroinflammatorischen Funktionsstörungen des Kleinhirns.
KW  - Jun
KW  - c-Jun Phosphorylierung
KW  - JNK
KW  - neuronal cell death
KW  - Licl
KW  - degeneratives Nervengewebe
KW  - Zelltod
KW  - Zentralnervensystem
KW  - Astrozyt
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90748
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wetzel, Andrea
T1  - The role of TrkB and NaV1.9 in activity-dependent axon growth in motoneurons
T1  - Die Rolle von TrkB und NaV1.9 in aktivitätsabhängigem Axonwachstum von Motoneuronen
N2  - Während der Entwicklung des Nervensystems lassen sich bei Motoneuronen aktivitätsabhängige Kalziumströme eobachten, die das Axonwachstum regulieren. Diese Form der neuronalen Spontanaktivität sowie das Auswachsen von Axonen sind bei Motoneuronen, die aus Tiermodellen der Spinalen Muskelatrophie isoliert werden, gestört. Experimente aus unserer Arbeitsgruppe haben gezeigt, dass spontane Erregbarkeit und aktivitätsabhängiges  Axonwachstum von kultivierten Motoneuronen auch unter Verwendung von Toxinen beeinträchtigt sind, welche die Aktivität von spannungsabhängigen Natriumkanälen
blockieren. In diesen Versuchen war die Wirkung von Saxitoxin effizienter als die Wirkung von Tetrodotoxin. Wir identifizierten den Saxitoxin-sensitiven/Tetrodotoxin-insensitiven spannungsabhängigen Natriumkanal NaV1.9 als Trigger für das Öffnen spannungsabhängiger Kalziumkanäle. Die Expression von NaV1.9 in Motoneuronen konnte über
quantitative RT-PCR nachgewiesen werden und antikörperfärbungen offenbarten eine Anreicherung des Kanals im axonalen Wachstumskegel sowie an Ranvier'schen
Schnürringen von isolierten Nervenfasern wildtypischer Mäuse. Motoneurone von NaV1.9 knock-out Mäusen zeigen reduzierte Spontanaktivität und eine Reduktion des
Axonwachstums, welche durch NaV1.9 Überexpression normalisiert werden kann. In Motoneuronen von Smn-defizienten Mäusen konnte keine Abweichung der NaV1.9
Proteinverteilung nachgewiesen werden.
Kürzlich wurden Patienten identifiziert, die eine missense-Mutation im NaV1.9 kodierenden SCN11A Gen tragen. Diese Patienten können keinerlei Schmerz empfinden und leiden zudem an Muskelschwäche in Kombination mit einer verzögerten motorischen Entwicklung.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit konnten molekularbiologische Untersuchungen an Mäusen,
welche die Mutation im orthologen Scn11a Gen tragen, zur Aufklärung des Krankheitsmechanismus beitragen. Die Kooperationsstudie zeigte, dass eine gesteigerte
Funktion von NaV1.9 diese spezifische Kanalerkrankung auslöst, was die Wichtigkeit von NaV1.9 in menschlichen Motoneuronen unterstreicht.
Eine frühere Studie beschrieb an hippocampalen Neuronen, dass die Rezeptortyrosinkinase tropomyosin receptor kinase B (TrkB) den NaV1.9 Kanal öffnen kann. Im Wachstumskegel von Motoneuronen ist TrkB nachweisbar und folglich in räumlicher Nähe zu NaV1.9 zu finden.
Um zu prüfen, ob TrkB in die spontane Erregbarkeit von Motoneuronen involviert ist, wurden TrkB knock-out Mäuse untersucht. Isolierte Motoneurone von TrkB knock-out Mäusen weisen eine Reduktion der Spontanaktivität und eine Verringerung des Axonwachstums auf.
Ob TrkB und NaV1.9 hierbei funktionell gekoppelt sind, ist Gegenstand künftiger Forschung.
N2  - During development of the nervous system, spontaneous Ca2+ transients are observed that regulate the axon growth of motoneurons. This form of spontaneous neuronal activity is reduced in motoneurons from a mouse model of spinal muscular atrophy and this defect correlates with reduced axon elongation. Experiments from our group demonstrated that voltage-gated sodium channel pore blockers decrease spontaneous neuronal activity and
axon growth in cultured motoneurons, too. In these experiments, saxitoxin was more potent than tetrodotoxin. We identified the saxitoxin-sensitive/tetrodotoxin-insensitive voltage-gated sodium channel NaV1.9 as trigger for the opening of voltage-gated calcium channels. In motoneurons, expression of NaV1.9 was verified via quantitative RT-PCR. Immuno labelling
experiments revealed enrichment of the channel in axonal growth cones and at the nodes of Ranvier of isolated nerve fibres from wild type mice. Motoneurons from NaV1.9 knock-out mice show decreased spontaneous activity and reduced axonal elongation. This growth defect can be rescued by NaV1.9 overexpression. In motoneurons from Smn-deficient mice, NaV1.9 distribution appeared to be normal.
Recently, patients carrying a missense mutation in the NaV1.9-encoding gene SCN11A were identified. These patients are not able to feel pain and suffer from muscular weakness and a delayed motor development. Molecular biological work during this dissertation supported the analysis of this mutation in a mouse model carrying the orthologous alteration in the Scn11a
locus. The cooperation study confirmed that a gain-of-function mechanism underlies the NaV1.9-mediated channelopathy, thus suggesting a functional role of NaV1.9 in human motoneurons.
An earlier study showed in hippocampal neurons that the receptor tyrosine kinase tropomyosin receptor kinase B (TrkB) can open the NaV1.9 channel. TrkB is localized in
growth cones of motoneurons and subsequently found in close proximity to NaV1.9. In order to proof whether TrkB is involved in spontaneous excitability in motoneurons, TrkB knock-out mice were analysed. Isolated motoneurons from TrkB knock-out mice show a reduced spontaneous activity and axon elongation. It remains to be studied whether TrkB and NaV1.9 are functionally connected.
KW  - Motoneuron
KW  - Neurotrophic factors
KW  - NaV1.9
KW  - motoneuron
KW  - spontaneous neuronal activity
KW  - Axon
KW  - Wachstum
KW  - Natriumkanal
KW  - TrkB
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-92877
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mishra, Shambhavi
T1  - Structural and Functional Characterization of the Enzymes Involved in the Menaquinone Biosynthesis and Benzoate Degradation
T1  - Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von Enzymen, die an der Menaquinon-Biosynthese und der Biodegradation von Benzoat beteiligt sind
N2  - The present work illustrates the structural and biochemical characterization of two diverse proteins, BadI and MenD from Rhodopseudomonas palustris and Staphylococcus aureus, respectively. 
	BadI or 2-ketocyclohexanecarboxyl-CoA is one of the key enzymes involved in the anaerobic degradation of aromatic compounds. The degradation of aromatic compounds is a vital process for the maintenance of the biogeochemical carbon cycle and bioremediation of xenobiotic compounds, which if present at higher concentrations can cause potential hazards to humans. Due to the relatively inert nature of aromatic compounds, enzymes catalyzing their degradation are of special interest for industrial applications. BadI is one of the key enzymes involved in the anaerobic degradation of aromatic compounds into an aliphatic moiety.
The major focus of this study was to provide mechanistic insights into the reaction catalyzed by BadI. BadI belongs to the crotonase superfamily and shares high sequence homology with the family members of MenB or dihydroxynaphthoate synthase. BadI is known to catalyze the cleavage of the cyclic ring of 2-ketocyclohexane carboxyl-CoA by hydrolyzing the C-C bond leading to the formation of the aliphatic compound pimelyl CoA. On the other hand MenB catalyzes the condensation reaction of o-succinylbenzoyl-CoA to dihydroxylnaphthoyl-CoA. A comprehensive amino acid sequence analysis between BadI and MenB showed that the active site residues of MenB from Mycobacterium tuberculosis  (mtMenB) are conserved in BadI from Rhodopseudomonas palustris. MenB is involved in the menaquinone biosynthesis pathway and is a potential drug target against Mycobacterium tuberculosis as it has no known human homologs. Due to the high homology between MenB and BadI and the inability to obtain MenB-inhibitor complex structures we extended our interest to BadI to explore a potential substitute model for mtMenB as a drug target. 
In addition, BadI possesses some unique mechanistic characteristics. As mentioned before, it hydrolyzes the substrate via a retro Dieckmann’s reaction contrasting its closest homolog MenB that catalyzes a ring closing reaction through a Dieckmann’s reaction. Nevertheless the active site residues in both enzymes seem to be highly conserved. We therefore decided to pursue the structural characterization of BadI to shed light on the similarities and differences between BadI and MenB and thereby provide some insights how they accomplish the contrasting reactions described above. 
We determined the first structures of BadI, in its apo and a substrate mimic bound form. The crystal structures revealed that the overall fold of BadI is similar to other crotonase superfamily members. However, there is no indication of domain swapping in BadI as observed for MenB. The absence of domain swapping is quite remarkable because the domain swapped C-terminal helical domain in MenB provides a tyrosine that is imperative for catalysis and is also conserved in the BadI sequence. Comparison of the active sites revealed that the C-terminus of BadI folds onto its core in such a way that the conserved tyrosine is located in the same position as in MenB and can form interactions with the ligand molecule. The structure of BadI also confirms the role of a serine and an aspartate in ligand interaction, thus validating that the conserved active site triad participates in the enzymatic reaction. The structures also reveal a noteworthy movement of the active site aspartate that adopts two major conformations. Structural studies further illuminated close proximity of the active site serine to a water and chlorine molecule and to the carbon atom at which the carbonyl group of the true substrate would reside. Biochemical characterization of BadI using enzyme kinetics validated that the suggested active site residues are involved in substrate interaction. However, the role of these residues is very distinct, with the serine assuming a major role. Thus, the present work ascertain the participation of putative active site residues and demonstrates that the active site residues of BadI adopt very distinctive roles compared to their closest homolog MenB.
The MenD protein also referred to as SEPHCHC (2-succinyl-5-enolpyruvyl-6- hydroxy-3-cyclohexene-1-carboxylic acid) synthase is one of the enzymes involved in menaquinone biosynthesis in Staphylococcous aureus. Though S. aureus is usually considered as a commensal it can act as a remarkable pathogen when it crosses the epithelium, causing a wide spectrum of disorders ranging from skin infection to life threatening diseases. Small colony variants (SCVs), a slow growing, small sized subpopulation of the bacteria has been associated with persistent, recurrent and antibiotic resistant infections. These variants show autotrophy for thiamine, menaquinone or hemin. Menaquinone is an essential component in the electron transport pathway in gram-positive organisms. Therefore, enzymes partaking in this pathway are attractive drug targets against pathogens such as Mycobacterium tuberculosis and Bacillus subtilis. MenD, an enzyme catalyzing the first irreversible step in the menaquinone biosynthetic pathway has been implicated in the SCV phenotype of S. aureus. In the present work we explored biochemical and structural properties of this important enzyme.
Our structural analysis revealed that despite its low sequence identity of 28%, the overall fold of staphylococcal MenD (saMenD) is similar to Escherichia coli MenD (ecMenD) albeit with some significant disparities. Major structural differences can be observed near the active site region of the protein and are profound in the C-terminal helix and a loop near the active site. The loop contains critical residues for cofactor binding and is well ordered only in the ecMenD-ThDP structure, while in the apo and substrate bound structures of ecMenD the loop is primarily disordered. In our saMenD structure the loop is for the first time completely ordered in the apo form and displays a novel conformation of the cofactor-binding loop. The loop adopts an unusual open conformation and the conserved residues, which are responsible for cofactor binding are located too far away to form a productive complex with the cofactor in this conformation. Additionally, biochemical studies in conjugation with the structural data aided in the identification of the substrate-binding pocket and delineated residues contributing to its binding and catalysis. Thus the present work successfully divulged the unique biochemical and structural characteristics of saMenD.
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der strukturellen und biochemischen Charakterisierung der beiden unterschiedlichen bakteriellen Enzyme BadI von Rhodopseudomonas palustris und  MenD von Staphylococcus aureus.
Die 2-Ketocyclohexancarboxyl-CoA-Hydrolase BadI ist eines der Schlüsselenzyme des anaeroben Abbaus aromatischer Verbindungen. Der Abbau aromatischer Verbindungen ist essentiell für die Aufrechterhaltung des biogeochemischen Kohlenstoffkreislaufs und der biologischen Beseitigung von Xenobiotika, welche in höheren Konzentrationen eine Gefahr für den menschlichen Organismus darstellen können. Wegen des inerten Charakters aromatischer Verbindungen sind Enzyme, welche deren Abbau katalysieren, von besonderem Interesse für industrielle Anwendungen. BadI ist eines der Schlüsselenzyme für den anaeroben Abbau  aromatischer Verbindungen zu aliphatischen Gruppen.
Das Hauptaugenmerk dieses Projekts lag auf der Aufklärung des Reaktionsmechanismus, welcher von BadI katalysiert wird. BadI gehört zur Überfamilie der Crotonasen und zeigt hohe Sequenzhomologie mit der zugehörigen Dihydroxynaphthoat-Synthase MenB. Durch die Hydrolyse einer C-C Bindung katalysiert BadI  den Schnitt des zyklischen Rings von 2-Ketocyclohexancarboxyl-CoA, welcher zur Bildung der aliphatischen Verbindung Pimelyl-CoA führt. MenB, andererseits, katalysiert die Kondensationsreaktion von O-Succinylbenzyl-CoA zu Dihydronaphthoyl-CoA. Ein umfassender Aminosäuresequenzvergleich zwischen  BadI und MenB zeigt, dass die Reste des aktiven Zentrums von MenB aus Mycobacterium tuberculosis (mtMenB) in BadI von R. palustris konserviert sind. MenB ist Teil des Menaquinon Biosynthesewegs und ein potentielles Wirkstoffziel gegen M. tuberculosis, da kein humanes Homolog existiert. Wegen der ausgeprägten Homologie zwischen MenB und BadI und der Tatsache, dass bisher keine MenB-Inhibitor Komplex Strukturen gelöst werden konnten, erweiterten wir unser Interesse auf BadI, da es als Model für mtMenB als Wirkstoffziel dienen könnte.
Darüber hinaus besitzt BadI einige einzigartige mechanistische Charakteristika. Wie zuvor erwähnt, hydrolysiert es das Substrate durch eine reverse Dieckmanns Reaktion in Gegensatz zu seinem ähnlichsten Homolog MenB, das einen Ringschluss durch eine Dieckmanns Reaktion katalysiert. Dennoch scheinen die Reste des aktiven Zentrums streng konserviert zu sein. Daher entschieden wir die strukturelle Charakterisierung von BadI anzugehen um Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen BadI und MenB aufzuzeigen und einen Einblick zu erhalten, wie sie die gegenläufigen Reaktionen durchführen. 
 Wir lösten die ersten Strukturen von BadI in seiner Apo-Form und einer Substrat-Mimik gebundenen Form. Die Kristallstrukturen von BadI zeigten die gleiche Gesamtfaltung wie andere Mitglieder der Crotonase Familie. Allerdings gibt es in BadI kein Anzeichen für Domain-Swapping, wie es in MenB beobachtet wurde. Das Fehlen des Domain-Swappings ist bemerkenswert, da die vertauschte C-terminale helikale Domäne in MenB ein Tyrosin enthält, welches essentiell für die Katalyse ist und auch in BadI konserviert vorliegt. Der Vergleich des aktiven Zentrums zeigt, dass der C-Terminus von BadI so auf seinen Kern/Hauptteil faltet, dass das konservierte Tyrosin an der gleichen Stelle positioniert ist wie in MenB und mit dem Liganden interagieren kann. Die Struktur von BadI bestätigt auch die Rolle eines Serin- und eines Aspartatrests für die Ligandenbindung und bekräftigt damit, dass das konservierte aktive Zentrum an der enzymatischen Reaktion teilnimmt. Die Strukturen zeigen auch eine bemerkenswerte Verschiebung des aktiven Aspartats, welches zwei Hauptkonformationen einnimmt. Strukturelle Analysen zeigten auch die Nähe des Serinrests zu einem Wasser- und Chlormolekül, sowie einem Kohlenstoffrest, an dessen Stelle der Carbonylrest des eigentlichen Substrats läge. Die biochemische Charakterisierung von BadI in enzymkinetischen Untersuchungen bestätigte dass die vorgeschlagenen Reste des aktiven Zentrums an der Substratbindung beteiligt sind. Jedoch ist die Rolle der verschiedenen Reste sehr verschieden, wobei dem Serin eine herausragende Rolle zugedacht wird. Die hier dargestellte Arbeit bestätigt die Mitwirkung des mutmaßlichen aktiven Zentrums und zeigt, dass die Reste des Aktiven Zentrums von BadI eine unterschiedliche Rolle, im Vergleich zu ihrem ähnlichsten Homolog MenB, spielen.
MenD, eine SEPHCHC (2-Succinyl-5-enolpyruvyl-6-hydroxy-3-cyclohexene-1-carbonsäure) Synthase, ist an der Menaquinonbiosynthese von S. aureus beteiligt. Obwohl S. aureus gewöhnlich als Kommensale betrachtet wird, kann es als bemerkenswertes Pathogen auftreten, wenn es die Epithelwand durchbricht und eine Vielzahl an Erkrankungen, von einfachen Hautinfektionen bis zu lebensbedrohlichen Zustanden, verursachen. Sogenannte „Small colony variants“ (SCVs), eine langsam wachsende, kleinzellige Subpopulation der Bakterien wurde mit persistenten, rezidivierenden und antibiotika-resistenten Infektionen assoziiert. Diese Varianten weisen einen Mangel von Thiamin, Menaquinon und Hämin auf. Menaquinon ist ein essentieller Bestandteil der Elektronentransport-Kette in grampositiven Organismen.  Daher sind Enzyme dieses Stoffwechselwegs attraktive Wirkstoffziele gegen Krankheitserreger wie M. tuberculosis oder Bacillus subtilis. MenD, das Enzym, welches den ersten irreversiblen Schritt des Menaquinon-Biosynthesewegs katalysiert, wurde mit dem SCV Phänotyp von S. aureus in Verbindung gebracht. In dieser Arbeit werden die biochemischen und strukturellen Eigenschaften dieses wichtigen Enzyms untersucht.
Unsere strukturelle Untersuchung zeigte, dass trotz einer niedrigen Sequenzidentität von 28%, die Gesamtfaltung von S. aureus MenD (saMenD) mit derjenigen von Escherichia coli MenD (ecMenD), trotz einiger signifikanter Abweichungen, übereinstimmt. Größere strukturelle Unterschiede können nahe des aktives Zentrums des Proteins beobachtet werden, vor allem in  der C-terminalen Helix und einer Schleife nahe dem aktiven Zentrum. Die Schleife enthält kritische Reste für die Kofaktorbindung und liegt nur in der ecMenD-ThDP Komplexstruktur definiert vor, während die in der Apo-Form und der Substrat-gebundenen Struktur von ecMenD ungeordnet ist. In unserer saMenD Struktur zeigt sich die Schleife erstmals komplett geordnet in der Apo-Form und stellt eine neue Konformation der Kofaktor-Bindeschleife dar. Die Schleife nimmt eine ungewöhnlich offene Konformation an und die konservierten Reste, welche für die Kofaktorbindung verantwortlich sind, sind zu weit entfernt, um in dieser Position einen produktiven Komplex mit dem Kofaktor zu bilden. Zudem haben biochemische Studien in Verbindung mit den strukturellen Daten zur Identifizierung der Substratbindetasche und der an der Bindung und Katalyse beteiligten Aminosäuren beigetragen. In der vorliegenden Arbeit wurden die biochemischen und strukturellen Charakteristika von saMenD erfolgreich aufgeklärt.
KW  - Benzoate
KW  - Menaquinon-BIosynthese
KW  - SEPHCHC Synthase
KW  - Menaquinone Biosynthesis
KW  - Benzoate degradation
KW  - Biologischer Abbau
KW  - Enzym
KW  - Rhodopseudomonas palustris
KW  - Staphylococcus aureus
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-90848
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TY  - THES
A1  - Michalska, Marta
T1  - Molecular Imaging of atherosclerosis
T1  - Molekulare Bildgebung der Atherosklerose
N2  - Atherosklerose ist eine aktive und progressive Erkrankung, bei der vaskuläre Adhäsionsmoleküle wie VCAM-1 eine entscheidende Rolle durch Steuerung der Rekrutierung von Immunzellen in den frühen und fortgeschrittenen Plaques spielen. Ein zielgerichteter Einsatz von VCAM-1-Molekülen mit spezifischen Kontrastmitteln ist daher eine Möglichkeit, die VCAM-1-Expression zu kontrollieren, Plaquewachstum ab einem frühen Zeitpunkt zu visualisieren und eine frühe Prävention von Atherosklerose vor Beginn der Thrombusbildung zu etablieren. Des Weiteren bietet die nichtinvasive Magnetresonanz (MR)-Bildgebung den Vorteil der Kombination molekularer und morphologischer Daten. Sie ermöglicht, mithilfe von entwickelten VCAM-1-markierten Eisenoxidpartikeln, den spezifischen Nachweis entzündlicher Prozesse während der Atherosklerose. Diese Arbeit belegt, dass mit dem VCAM-1-Konzept eine vielversprechende Herangehensweise gefunden wurde und dass das, mit spezifischen superparamagnetischen Eisenoxid (USPIO) konjugierte VCAM-1-Peptid, gegenüber unspezifischer USPIOs ein erhöhtes Potenzial bei der Untersuchung der Atherosklerose in sich trägt. Im ersten Teil der Arbeit konnte im Mausmodell gezeigt werden, dass gerade das VCAM-1-Molekül ein sinnvoller Ansatzpunkt zur Darstellung und Bildgebung von Atherosklerose ist, da in der frühen Phase der Entzündung die vaskulären Zelladhäsionsmoleküle überexprimiert und auch kontinuierlich, während der fortschreitenden Plaquebildung, hochreguliert werden. Weiterhin beschreibt diese Arbeit die Funktionstüchtigkeit und das Vermögen des neu gestalteten USPIO Kontrastmittels mit dem zyklischen Peptid, in seiner Spezialisierung auf die VCAM-1 Erkennung. Experimentelle Studien mit ultra-Hochfeld-MRT ermöglichten weitere ex vivo und in vivo Nachweise der eingesetzten USPIO-VCAM-1-Partikel innerhalb der Region um die Aortenwurzel in frühen und fortgeschrittenen atherosklerotischen Plaques von 12 und 30 Wochen alten Apolipoprotein E-defizienten (ApoE-/-) Mäusen. Mit ihrer Kombination aus Histologie und Elektronenmikroskopie zeigt diese Studie zum ersten Mal die Verteilung von VCAM-1-markierten USPIO Partikeln nicht nur in luminalem Bereich der Plaques, sondern auch in tieferen Bereichen der medialen Muskelzellen. Dieser spezifische und sensitive Nachweis der frühen und fortgeschrittenen Stadien der Plaquebildung bringt auf molekularer Ebene neue Möglichkeiten zur Früherkennung von atherosklerotischen Plaques vor dem Entstehen von 8 Rupturen. Im Gegensatz zum USPIO-VCAM-1-Kontrastmittel scheiterten unspezifische USPIO Partikel an der Identifikation früher Plaqueformen und begrenzten die Visualisierung von Atherosklerose auf fortgeschrittene Stadien in ApoE-/- Mäusen.
N2  - Atherosclerosis is an active and progressive condition where the vascular cell adhesion molecules as VCAM-1 play a vital role controlling the recruitment of immune cells within the early and advanced plaques. Therefore targeting of VCAM-1 molecules with specific contrast agent bears the possibility to monitor the VCAM-1 expression, visualize the plaque progression starting at the early alterations, and help to establish early prevention of atherosclerosis before the origin of the thrombus formation, of which late recognition leads to myocardial infarction. Furthermore noninvasive magnetic resonance imaging (MRI) offers the benefit of combining the molecular and anatomic data and would thus enable specific detection of VCAM-1 targeted iron oxide contrast agent within inflammatory process of atherosclerosis. This thesis exactly presents the VCAM-1 concept as a suitable molecular approach and the potential of specific ultrasmall superparamagnetic iron oxide (USPIO) conjugated to the VCAM-1 binding peptide over unspecific non-targeted USPIO particles for evaluation of atherosclerosis. This work firstly demonstrated that selection of VCAM-1 molecules offers a good and potential strategy for imaging of atherosclerosis, as these vascular cell adhesion molecules are highly expressed in the early phase of inflammation and also continuously up-regulated within the advanced plaques. Secondly, this thesis showed the proof of principle and capability of the newly designed USPIO contrast agent conjugated to the specific cyclic peptide for VCAM-1 recognition. The experimental studies including ultra-high field MRI enabled further ex vivo and in vivo detection of applied USPIO-VCAM-1 particles within the aortic root region of early and advanced atherosclerotic plaques of 12 and 30 week old apolipoprotein E deficient (ApoE-/-) mice. Using a combination of histology and electron microscopy, this study for the first time pointed to distribution of targeted USPIO-VCAM-1 particles within plaque cells expressing VCAM-1 not only in luminal regions but also in deeper medial smooth muscle cell areas. Hence functionalized USPIO particles targeting VCAM-1 molecules allow specific and sensitive detection of early and advanced plaques at the molecular level, giving the new possibilities for early recognition of atherosclerotic plaques before the appearance of advanced and prone to rupture lesions. In contrast to the functionalized USPIO-VCAM-1, utilized non-targeted USPIO particles did not succeed in early plaque 6 identification limiting visualization of atherosclerosis to advanced forms in atherosclerotic ApoE-/- mice.
KW  - VCAM
KW  - Arteriosklerose
KW  - Superparamagnetische Eisenoxid Kontrastmittel
KW  - vaskuläre Adhäsionsmoleküle
KW  - Atherosklerose
KW  - superparamagnetische Eisenoxid Kontrastmittel
KW  - vascular cell adhesion molecules
KW  - atherosclerosis
KW  - iron oxide contrast agent
KW  - Kontrastmittel
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73243
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TY  - THES
A1  - Heydenreich, Nadine
T1  - Studies on the contact-kinin system and macrophage activation in experimental focal cerebral ischemia
T1  - Untersuchungen zum Kontakt-Kinin-System und zur Makrophagen-Aktivierung beim Experimentellen Schlaganfall
N2  - Traditionally, ischemic stroke has been regarded as the mere consequence of cessation of cerebral blood flow, e.g. due to the thromboembolic occlusion of a major brain supplying vessel. However, the simple restoration of blood flow via thrombolysis and/or mechanical recanalization alone often does not guarantee a good functional outcome. It appears that secondary detrimental processes are triggered by hypoxia and reoxygenation, which are referred to as ischemia/reperfusion (I/R) injury. During recent years it became evident that, beside thrombosis inflammation and edema formation are key players in the pathophysiology of cerebral ischemia. The contact-kinin system represents an interface between thrombotic, inflammatory and edematous circuits. It connects the intrinsic coagulation pathway with the plasma kallikrein-kinin system (KKS) via coagulation factor FXII. 
The serine protease inhibitor C1-inhibitor (C1-INH) has a wide spectrum of inhibitory activities and counteracts activation of the contact-kinin system at multiple levels. The first part of the thesis aimed to multimodally interfere with infarct development by C1-INH and to analyze modes of actions of human plasma derived C1-INH Berinert® P in a murine model of focal cerebral ischemia. It was shown that C57BL/6 mice following early application of 15.0 units (U) C1-INH, but not 7.5 U developed reduced brain infarctions by ~60% and less neurological deficits in the model of transient occlusion of the middle cerebral artery (tMCAO). This protective effect was preserved at more advanced stages of infarction (day 7), without increasing the risk of intracerebral bleeding or affecting normal hemostasis. Less neurological deficits could also be observed with delayed C1-INH treatment, whereas no improvement was achieved in the model of permanent MCAO (pMCAO). Blood-brain-barrier (BBB) damage, inflammation and thrombosis were significantly improved following 15.0 U C1-INH application early after onset of ischemia. Based on its strong antiedematous, antiinflammatory and antithrombotic properties C1-INH constitutes a multifaceted therapeutic compound that protects from ischemic neurodegeneration in ‘clinically meaningful’ settings.
The second part of the thesis addresses the still elusive functional role of macrophages in the early phase of stroke, especially the role of the macrophage-specific adhesion molecule sialoadhesin (Sn). For the first time, sialoadhesin null  (Sn-/-) mice, homozygous deficient for Sn on macrophages were subjected to tMCAO to assess the clinical outcome. Neurological and motor function was significantly improved in Sn-/- mice on day 1 after ischemic stroke compared with wildtype (Sn+/+) animals. These clinical improvements were clearly detectable even on day 3 following tMCAO. Infarctions on day 1 were roughly the same size as in Sn+/+ mice and did not grow until day 3. No intracerebral bleeding could be detected at any time point of data acquisition. Twenty four hours after ischemia a strong induction of Sn was detectable in Sn+/+ mice, which was previously observed only on perivascular macrophages in the normal brain. Deletion of Sn on macrophages resulted in less disturbance of the BBB and a reduced number of CD11b+ (specific marker for macrophages/microglia) cells, which, however, was not associated with altered expression levels of inflammatory cytokines. To further analyze the function of macrophages following stroke this thesis took advantage of LysM-Cre+/-/IKK2-/- mice bearing a nuclear factor (NF)-ϰB activation defect in the myeloid lineage, including macrophages. Consequently, macrophages were not able to synthesize inflammatory cytokines under the control of NF-ϰB. Surprisingly, infarct sizes and neurological deficits upon tMCAO were roughly the same in conditional knockout mice and respective wildtype littermates. These findings provide evidence that macrophages do not contribute to tissue damage and neurological deficits, at least, not by release of inflammatory cytokines in the early phase of cerebral ischemia. In contrast, Sn which is initially expressed on perivascular macrophages and upregulated on macrophages/microglia within the parenchyma following stroke, influenced functional outcome.
N2  - Der ischämische Schlaganfall wird traditionell als unmittelbare und „einfache“ Folge der Unterbrechung des Blutflusses zum Gehirn z.B. durch thromboembolische Gefäßverschlüsse gesehen. Häufig führt die alleinige Wiederherstellung des Blutflusses durch Lysetherapie bzw. mechanische Rekanalisation jedoch nicht zu einer Funktionserholung. Dies rückt sekundäre pathophysiologische Prozesse in den Fokus, die durch die Hypoxie und anschließende Wiederversorgung mit Sauerstoff angestoßen werden und zu einem sogenannten Reperfusionsschaden führen. In den letzten Jahren wurde klar, dass neben der Thrombenbildung Entzündungsprozesse und Hirnschwellung zentrale Bestandteile der Pathophysiologie von ischämischen Schlaganfällen sind, die über ein komplexes Netzwerk von Signalwegen eng miteinander verknüpft sind. An dieser Schnittstelle setzt die vorliegende Dissertation an. Das Kontakt-Kinin-System verbindet das plasmatische Kallikrein-Kinin-System (KKS), welches entzündliche und ödematöse Prozesse anstößt, über den Blutgerinnungsfaktor FXII mit dem intrinsischen Blutgerinnungsweg, der letztlich für die Thrombenbildung verantwortlich ist. 
Der endogene Serinprotease-Inhibitor C1-Inhibitor (C1-INH) besitzt ein breites Wirkungsspektrum und wirkt der Aktivierung des Kontakt-Kinin-Systems auf verschiedenen Ebenen entgegen. Ziel des ersten Teils der vorliegenden Dissertation war es, mittels C1-INH auf multimodale Weise ins Infarktgeschehen einzugreifen und die Wirkmechanismen des humanen C1-INH Berinert® P im Mausmodell nach fokaler zerebraler Ischämie zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die frühe Behandlung von C57BL/6 Mäusen mit 15.0 Units (U) C1-INH im Modell der transienten Okklusion der Arteria cerebri media (tMCAO) eine drastische Reduzierung der Infarktvolumina um annähernd 60%, sowie deutlich weniger neurologische und funktionelle Defizite zur Folge hatte. Diese Schutzwirkung war auch im fortgeschrittenen Stadium (Tag 7) der Schlaganfallentwicklung zu beobachten, ohne das Risiko einer intrazerebralen Blutung zu erhöhen oder die normale Hämostase zu beeinflussen. Die Applikation von 7.5 U C1-INH hatte dagegen keinen Effekt. Ein wesentlich verbessertes neurologisches Verhalten konnte auch nach verzögerter Injektion von 15.0 U C1-INH erzielt werden. Im Gegensatz dazu bewirkte die Behandlung im Modell der permanenten MCAO (pMCAO) keine Verbesserung. Mechanistisch führte die Gabe von 15.0 U C1-INH zu einer deutlichen Stabilisierung der Bluthirnschranke und weniger Ödembildung. Darüber hinaus war die lokale Entzündungsreaktion nach C1-INH-Applikation abgeschwächt und es bildeten sich weniger Thromben in der zerebralen Mikrozirkulation. Basierend auf seiner vielfältigen antithrombotischen, antientzündlichen und antiödematösen Potenz stellt C1-INH einen vielversprechenden Ansatz zum Schutz vor ischämischer Neurodegeneration nach Schlaganfall unter ‚klinisch relevanten‘ Bedingungen dar. 
Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der bislang ungeklärten funktionellen Rolle von Makrophagen in der Frühphase nach Schlaganfall, speziell der Rolle des Makrophagen-spezifischen Signalmoleküls Sialoadhesin (Sn). Hierzu wurden erstmals Sialoadhesin-defiziente (Sn-/-) Mäuse, deren Makrophagen kein Sn exprimieren, der tMCAO unterzogen und die klinischen Folgen bewertet. Sn-/- Tiere zeigten verglichen mit Wildtypen (Sn+/+) verbesserte neurologische und motorische Funktionen an Tag 1 nach Schlaganfall. Diese Verbesserung war auch an Tag 3 nach Schlaganfall eindeutig nachweisbar. Die Infarkte an Tag 1 waren größenmäßig vergleichbar mit Sn+/+ Mäusen und nahmen bis Tag 3 nicht an Größe zu. Zu keinem Zeitpunkt wurde eine intrazerebrale Blutung beobachtet. 24 Stunden nach Schlaganfall kam es bei Sn+/+ Mäusen zu einer starken Induktion von Sn, welches im normalen Gehirn nur auf perivaskulären Makrophagen exprimiert wurde. Die Deletion von Sn auf Makrophagen wirkte einer Bluthirnschrankenstörung entgegen und hatte eine deutlich geringere Infiltration von CD11b+ (spezifischer Marker für Makrophagen/Mikroglia) Zellen ins ischämische Gewebe zur Folge. Dies war interessanterweise nicht mit einer Veränderung der Zytokinexpression verknüpft. Zur weiteren Untersuchung der Makrophagenrolle nach Schlaganfall wurde die Dissertation auf LysM-Cre+/-/IKK2-/- Mäuse ausgedehnt. Diese wiesen einen Makrophagen-spezifischen Defekt in der Aktivierung des Transkriptionsfaktors Nuklearfaktor (NF)-ϰB auf, und konnten folglich inflammatorische Zytokine unter der Transkriptionskontrolle von NF-ϰB nicht synthetisieren. Die Infarktgrößen und neurologischen Defizite der transgenen Tiere waren überraschenderweise vergleichbar mit wildtypischen Wurfgeschwistern. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Makrophagen zumindest nicht durch die Synthese von inflammatorischen Zytokinen zum Gewebeschaden und zu neurologischen Defiziten in der Frühphase nach Schlaganfall beitragen, während Sn, das initial nur auf perivaskulären Makrophagen exprimiert und später im ischämischen Parenchym auf Makrophagen/Mikroglia hochreguliert wird, Einfluss auf das funktionelle Outcome hatte.
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Thrombose
KW  - Entzündung
KW  - Schlaganfall
KW  - Makrophage
KW  - C1-inibitor
KW  - Sialoadhesin
KW  - Contact-Kinin System
KW  - Ischämischer Schlaganfall
KW  - Bluthirnschranke
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-94534
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A1  - Busch, Martin
T1  - Aortic Dendritic Cell Subsets in Healthy and Atherosclerotic Mice and The Role of the miR-17~92 Cluster in Dendritic Cells
T1  - Subsets dendritischer Zellen in der Aorta gesunder und atherosklerotischerMäuse und die Rolle des miR-17~92 Clusters in dendritischen Zellen
N2  - Atherosclerosis is accepted to be a chronic inflammatory disease of the arterial vessel wall. Several cellular subsets of the immune system are involved in its initiation and progression, such as monocytes, macrophages, T and B cells. Recent research has demonstrated that dendritic cells (DCs) contribute to atherosclerosis, too. DCs are defined by their ability to sense and phagocyte antigens, to migrate and to prime other immune cells, such as T cells. Although all DCs share these functional characteristics, they are heterogeneous with respect to phenotype and origin. Several markers have been used to describe DCs in different lymphoid and non-lymphoid organs; however, none of them has proven to be unambiguous. The expression of surface molecules is highly variable depending on the state of activation and the surrounding tissue. Furthermore, DCs in the aorta or the atherosclerotic plaque can be derived from designated precursor cells or from monocytes. In addition, DCs share both their marker expression and their functional characteristics with other myeloid cells like monocytes and macrophages. The repertoire of aortic DCs in healthy and atherosclerotic mice has just recently started to be explored, but yet there is no systemic study available, which describes the aortic DC compartment. Because it is conceivable that distinct aortic DC subsets exert dedicated functions, a detailed description of vascular DCs is required. The first part of this thesis characterizes DC subsets in healthy and atherosclerotic mice. It describes a previously unrecognized DC subset and also sheds light on the origin of vascular DCs. In recent years, microRNAs (miRNAs) have been demonstrated to regulate several cellular functions, such as apoptosis, differentiation, development or proliferation. Although several cell types have been characterized extensively with regard to the miRNAs involved in their regulation, only few studies are available that focus on the role of miRNAs in DCs. Because an improved understanding of the regulation of DC functions would allow for new therapeutic options, research on miRNAs in DCs is required. The second part of this thesis focuses on the role of the miRNA cluster miR- 17~92 in DCs by exploring its functions in healthy and atherosclerotic mice. This thesis clearly demonstrates for the first time an anti-inflammatory and atheroprotective role for the miR17-92 cluster. A model for its mechanism is suggested.
N2  - Atherosklerose ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung der arteriellen Gefäßwand und zahlreiche Zellen des Immunsystems, wie zum Beispiel Monozyten, Makrophagen, T und B Zellen sind an der Entstehung und Entwicklung beteiligt. Aktuelle Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass auch dendritische Zellen (DCs) zur Atherosklerose beitragen. DCs sind durch ihre Fähigkeit gekennzeichnet, Antigene zu erkennen, aufzunehmen, zu migrieren und andere Immunzellen, wie zum Beispiel T Zellen, zu aktivieren. Auch wenn alle DCs diese funktionellen Merkmale teilen, so sind sie in Bezug auf ihren Phänotyp oder Ursprung eine eher heterogene Gruppe. Zahlreiche Oberflächenmoleküle wurden in der Vergangenheit genutzt, um DCs in lymphatischen und nicht-lymphatischen Geweben zu beschreiben. Allerdings hat sich keines dieser Moleküle als spezifisch und unverwechselbar erwiesen. Die Expression von Oberflächenmolekülen ist sehr variabel und hängt nicht nur vom Aktivierungszustand der DCs, sondern auch vom umliegenden Gewebe ab. Dazu kommt, dass DCs in der Aorta, beziehungsweise im atherosklerotischen Plaque, von designierten Vorläuferzellen, aber auch von Monozyten abstammen können und DCs das Profil ihrer Oberflächenmoleküle, sowie ihre funktionellen Eigenschaften, mit anderen myeloiden Zellen wie Monozyten und Makrophagen teilen. Neuere Arbeiten haben damit begonnen das Repertoire an DCs in der Aorta von gesunden und atherosklerotischen Mäusen zu untersuchen. Da es naheliegt, dass verschiedene DC Untergruppen ganz bestimmte Funktionen ausüben, wird eine detaillierte Beschreibung vaskulärer DCs in der Forschung benötigt. Weil es hierzu allerdings bislang kaum Studien gibt, untersucht der erste Teil dieser Arbeit zum ersten Mal systematisch die in gesunden und atherosklerotischen Mäusen vorkommenden Gruppen an DCs. Sie beschreibt außerdem eine zuvor nicht beachtete DC-Untergruppe und gibt Aufschluss über den Ursprung vaskulärer DCs. In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass microRNAs (mirRNAs) zahlreiche zelluläre Vorgänge wie Apoptose, Differenzierung, Entwicklung und Proliferation regulieren. Obwohl viele Zelltypen in Bezug auf die in ihrer Regulation eingebundenen mirRNAs charakterisiert wurden, gibt es nur wenige Studien, die sich mit der Rolle von mirRNAs in DCs beschäftigen. Der zweite Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die Rolle der miRNA Gruppe miR-17~92 in DCs und untersucht deren Rolle in gesunden und atherosklerotischen Mäusen. Diese Arbeit zeigt erstmals eine deutliche anti-inflammatorische und protektive Rolle dieser miRNA und schlägt ein Modell für die entdeckten Mechanismen vor.
KW  - Aorta
KW  - Maus
KW  - Zelle
KW  - Cluster
KW  - miRNS
KW  - Dendritische Zelle
KW  - Arteriosklerose
KW  - miR-17~92
KW  - dendritic cells
KW  - atherosclerosis
KW  - mice
KW  - murine
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71683
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A1  - Glotzbach-Schoon, Evelyn
T1  - Contextual fear conditioning in humans: The return of contextual anxiety and the influence of genetic polymorphisms
T1  - Kontextuelle Furchtkonditionierung beim Menschen: die Wiederkehr von Kontextangst und der Einfluss von genetischen Polymorphismen
N2  - Als Angst bezeichnet man einen nicht auf spezifische Objekte gerichteten länger anhaltenden zukunfts-orientierten Zustand der Besorgnis. Diese ist kennzeichnend für Angststörungen wie Panikstörung, generalisierte Angststörung und Posttraumatische Belastungsstörung (PTBS). Experimentell kann Angst durch kontextuelle Furchtkonditionierung ausgelöst werden. Bei dieser Art der Konditionierung werden aversive Ereignisse als unvorhersehbar erlebt, wodurch der gesamte Kontext mit der Gefahr assoziiert wird. Diese Arbeit hat zum Ziel, Mechanismen der Entstehung und Aufrechterhaltung von Kontextangst zu untersuchen. Dies sind zum einem erleichterte Akquisition von Kontextkonditionierungen und deren fehlerhafte Extinktion. Hier ist vor allem die Fragestellung relevant, wie dies durch genetische Varianten moduliert wird (Studie 1). Zum anderen soll die Wiederkehr der Angst nach der Extinktion mit einem neuen Reinstatement-Paradigma untersucht werden (Studie 2). Zur Untersuchung dieser Forschungsfragen wurden zwei kontextuelle Furchtkonditionierungsstudien in virtueller Realität (VR) durchgeführt. Während der Akquisition wurden leicht schmerzhafte elektrische Reize (unkonditionierter Stimulus, US) unvorhersehbar präsentiert, während die Probanden in einem virtuellen Büroraum waren. Dadurch wurde dieser Raum zum Angstkontext (CXT+). Ein zweiter Büroraum wurde nie mit dem US gepaart, deshalb wurde dieser Raum zum Sicherheitskontext (CXT-). Die Extinktion, in der die Kontexte ohne US präsentiert wurden, fand 24 h später statt, und ein Test zum Abruf der Extinktion bzw. zur Wiederkehr der Angst nochmals 24 h später. In beiden Studien wurde die Angst auf drei verschiedenen Ebenen gemessen: Verhalten (angstpotenzierter Schreckreflex), Physiologie (tonische Hautleitfähigkeit), und verbale Ebene (explizite Ratings). Die Probanden für Studie 1 wurden anhand der 5-HTTLPR (S+ Risikoallel vs. LL nicht-Risikoallel) und NPSR1 rs324981 (T+ Risikoallel vs. AA nicht-Risikoallel) Polymorphismen stratifiziert, sodass vier kombinierte Genotyp Gruppen (S+/T+, S+/LL, LL/T+ und LL/AA) mit je 20 Probanden vorlagen. Es zeigte sich, dass der angstpotenzierte Schreckreflex durch die Interaktion zwischen beiden genetischen Polymorphismen moduliert wurde. Nur Träger beider Risikoallele (S+ Träger des 5-HTTLPR und T+ Träger des NPSR1 Polymorphismus) zeigten einen höheren Schreckreflex im CXT+ als im CXT- während der Akquisition. Der Abruf der Extinktion an Tag 3, gemessen anhand des Schreckreflexes, wurde allerdings nicht durch die Genotypen moduliert. Interessanterweise zeigte sich auf dem expliziten Angstlevel (Valenz- und Angstratings) nur ein Einfluss des NPSR1 Polymorphismus, und zwar bewerteten die nicht-Risikoallel Träger (AA) den CXT+ mit negativerer Valenz und höherer Angst im Vergleich zum CXT-; die Risikoallel Träger (T+) taten dies nicht. In der zweiten Studie wurde fast das gleiche Paradigma benutzt wie in der ersten Studie mit der Ausnahme, dass eine Versuchsgruppe (Reinstatementgruppe) den US noch einmal am Anfang des dritten Untersuchungstages vor der Präsentation von CXT+ und CXT- appliziert bekam. Die zweite Versuchsgruppe (Kontrollgruppe) erhielt keinen US, sondern wurde direkt durch CXT+ und CXT- geführt. Es zeigte sich, dass nur in der Reinstatementgruppe die Angst auf impliziter und expliziter Ebene wiederkehrte, d.h. die Probanden zeigten einen höheren Schreckreflex und höhere Angstratings auf den CXT+ im Vergleich zum CXT-. Wichtig war vor allem, dass die Wiederkehr der Angst in der Reinstatementgruppe mit der Veränderung der Zustandsangst und der Stimmung (von der Extinktion zum Test) korrelierte. D.h. je größer die Angst und je negativer die Stimmung wurden, desto höher war die Wiederkehr der Angst. Zusammengefasst belegt Studie 1, dass erleichterte kontextuelle Furchtkonditionierung auf impliziter Ebene (Schreckreflex) ein Endophänotyp für Angststörungen sein könnte, was zu unserem Verständnis der Ätiologie von Angststörungen beitragen könnte. Die Ergebnisse der zweiten Studie legen nahe, dass eine ängstliche und negative Stimmung nach der Extinktion die Rückkehr von Angst begünstigen könnte. Darüber hinaus scheint das VR-basierte kontextuelle Furchtkonditionierungsparadigma ein geeignetes Mittel zu sein, um Mechanismen der Angstentstehung und Angstwiederkehr experimentell zu erforschen. Weiterführende Studien könnten nun auch Angstpatienten untersuchen und das Paradigma auf evolutionär-relevante Kontexte (z.B. Höhe, Dunkelheit, weite Plätze) ausweiten.
N2  - Sustained anxiety is considered as a chronic and future-oriented state of apprehension that does not belong to a specific object. It is discussed as an important characteristic of anxiety disorders including panic disorder, generalized anxiety disorder (GAD) and posttraumatic stress disorder (PTSD). Experimentally, sustained anxiety can be induced by contextual fear conditioning in which aversive events are unpredictably presented and therefore the whole context becomes associated with the threat. This thesis aimed at investigating important mechanisms in the development and maintenance of sustained anxiety: (1) facilitated acquisition and resistant extinction of contextual anxiety due to genetic risk factors (Study 1), and (2) the return of contextual anxiety after successful extinction using a new reinstatement paradigm (Study 2). To this end, two contextual fear conditioning studies were conducted in virtual reality (VR). During acquisition one virtual office was paired with unpredictable mildly painful electric stimuli (unconditioned stimulus, US), thus becoming the anxiety context (CXT+). Another virtual office was never paired with any US, thus becoming the safety context (CXT-). Extinction was conducted 24 h later, i.e. no US was presented, and extinction recall was tested another 24 h later on Day 3. In both studies context-evoked anxiety was measured on three different response levels: behavioral (anxiety-potentiated startle reflex), physiological (skin conductance level), and verbal (explicit ratings). In Study 1, participants were stratified for 5-HTTLPR (S+ risk allele vs. LL no risk allele) and NPSR1 rs324981 (T+ risk allele vs. AA no risk allele) polymorphisms, resulting in four combined genotype groups with 20 participants each: S+/T+, S+/LL, LL/T+, and LL/AA. Results showed that acquisition of anxiety-potentiated startle was influenced by a gene × gene interaction: only carriers of both risk alleles (S+ carriers of the 5-HTTLPR and T+ carriers of the NPSR1 polymorphism) exhibited significantly higher startle magnitudes in CXT+ compared to CXT-. However, extinction recall as measured with anxiety-potentiated startle was not affected by any genotype. Interestingly, the explicit anxiety level, i.e. valence and anxiety ratings, was only influenced by the NPSR1 genotype, in a way that no risk allele carriers (AA) reported higher anxiety and more negative valence in response to CXT+ compared to CXT-, whereas risk allele carriers (T+) did not. Study 2 adopted nearly the same paradigm with the modification that one group (reinstatement group) received one unsignaled US at the beginning of the experimental session on Day 3 before seeing CXT+ and CXT-. The second group served as a control group and received no US, but was immediately exposed to CXT+ and CXT-. Results showed a return of anxiety on the implicit and explicit level (higher startle responses and anxiety ratings in response to CXT+ compared to CXT-) in the reinstatement group only. Most important, the return of contextual anxiety in the reinstatement group was associated with a change of state anxiety and mood from extinction to test, that is the more anxiety and negative mood participants experienced before the reinstatement procedure, the higher their return of anxiety was. In sum, results of Study 1 showed that facilitated contextual fear conditioning on an implicit behavioral level (startle response) could be regarded as an endophenotype for anxiety disorders, which can contribute to our understanding of the etiology of anxiety disorders. Results of Study 2 imply that anxiety and negative mood after extinction could be an important facilitator for the return of anxiety. Furthermore, the present VR-based contextual fear conditioning paradigm seems to be an ideal tool to experimentally study mechanisms underlying the acquisition and the return of anxiety. Future studies could investigate clinical samples and extend the VR paradigm to evolutionary-relevant contexts (e.g., heights, darkness, open spaces).
KW  - Angst
KW  - Genetik
KW  - Kontextkonditionierung
KW  - context conditioning
KW  - anxiety
KW  - genetics
KW  - virtual reality
KW  - Virtuelle Realität
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-87955
ER  - 
TY  - THES
A1  - Makgotlho, Phuti Edward
T1  - Molecular characterization of the staphylococcal two component system sae and its role in the regulation of the adhesin Eap under SDS stress stimulation
T1  - Die molekulare charakterisierung des zwei komponenten-systems sae in staphylokokken und seiner rolle in der Regulation des Eap adhäsins unter SDS vermittelten stress bedingungen
N2  - The Staphylococcus aureus two component system (TCS) sae governs expression of numerous virulence factors, including Eap (extracellular adherence protein), which in turn among other functions also mediates invasion of host cells. The sae TCS is encoded by the saePQRS operon, with saeS coding for the sensor histidine kinase (SaeS) and saeR encoding the response regulator (SaeR). The saeRS system is preceded by two additional open reading frames (ORFs), saeP and saeQ, which are predicted to encode a lipoprotein (SaeP) and a membrane protein (SaeQ), respectively. Earlier, we have shown that SDS-containing subinhibitory concentrations of biocides (Perform®) and SDS alone activate sae transcription and increase cellular invasiveness in S. aureus strain Newman. The effect is associated with an amino acid exchange in the N-terminus of SaeS (L18P), specific to strain Newman.
 
In this work, the role of whether the two additional genes, saePQ coding for the accessory proteins SaeP and SaeQ, respectively, are involved in SDS-mediated saeRS was investigated. It could demonstrated that the lack of the SaeP protein resulted in an increased saeRS transcription without SDS stress in both SaeSL/P variants, while the SDS effect was less pronounced on sae and eap expression compared to the Newman wildtype, suggesting that the SaeP protein represses the sae system. Also, SDS-mediated inductions of sae and eap transcription along with enhanced invasion were found to be dependent on presence of the SaeSP variant in Newman wildtype. On the other hand, the study also shows that the saePQ region of the sae operon is required for fully functional two-component system saeRS under normal growth conditions, but it is not involved in SDS-mediated activation of the saeS signaling and sae-target class I gene, eap.
 
In the second approach, the study investigates whether SDS-induced sae expression and host cell invasion is common among S. aureus strains not carrying the (L18P) point mutation. To demonstrate this strain Newman, its isogenic saeS mutants, and various S. aureus isolates were analysed for sae, eap expression and cellular invasiveness. Among the strains tested, SDS exposure resulted only in an increase of sae transcription, Eap production and cellular invasiveness in strain Newman wild type and MRSA strain ST239-635/93R, the latter without an increase in Eap. Interestingly, the epidemic community-associated MRSA strain, USA300 LAC showed a biphasic response in sae transcription at different growth stages, which, however, was not accompanied by increased invasiveness. All other clinical isolates investigated displayed a decrease of the parameters tested. While in strain Newman the SDS effect was due to the saeSP allele, this was not the case in strain ST239-635/93R and the biphasic USA300 strains. Also, increased invasiveness of ST239-635/93R was found to be independent of Eap production. Furthermore, to investigate the global effect of SDS on sae target gene expression, strain Newman wild-type and Newman ∆sae were treated with SDS and analyzed for their transcription profiles of sae target genes using microarray assays. We could show that subinhibitory concentrations of SDS upregulate and downregulate gene expression of several signaling pathways involved in biosynthetic, metabolic pathways as well as virulence, host cell adherence, stress reponse and many hypothetical proteins.

In summary, the study sheds light on the role of the upstream region saePQ in SDS-mediated saeRS and eap expression during S. aureus SDS stress. Most importantly, the study also shows that subinhibitory SDS concentrations have pronounced strain-dependent effects on sae transcription and subsequent host cell invasion in S. aureus, with the latter likely to be mediated in some strains by other factors than the known invasin Eap and FnBP proteins. Moreover, there seems to exist more than the saeSP-mediated mechanism for SDS-induced sae transcription in clinical S. aureus isolates. These results help to further understand and clarify virulence and pathogenesis mechanisms and their regulation in S. aureus.
N2  - Das Zwei Komponenten-Systems (TCS) Sae in S. aureus reguliert die Expression einer Vielzahl von Virulenzfaktoren, dazu gehört unter anderem das extrazelluläre Adhärenzprotein Eap, welches neben weiteren Funktionen, die Invasion in eukaryotische Wirtszellen vermittelt. Die Gene des sae TCS sind in einem Operon organisiert (saePQRS), wobei saeS für die sensorische Histidinkinase (SaeS) und saeR für den „Response Regulator“ (SaeR) kodieren. Diesen Genen sind zwei weitere Genabschnitte, saeP und saeQ, vorangestellt, wobei saeP vermutlich für ein Lipoprotein (SaeP) und saeQ für ein Membranprotein (RelQ) kodieren. In einer früheren Arbeit konnten wir zeigen, dass SDS-haltige Biozide (Perform©) unter sub- inhibitorischen Konzentrationen, sowie reines SDS, die sae Transkription aktiviert und dadurch zu einer erhöhten Invasion des S. aureus Stamms Newman in Wirtszellen führt. Dieser Effekt ist assoziiert mit einem spezifischen Aminosäureaustausch im N-terminus von SaeS (L18P) des Stamm Newman.

In dieser Arbeit soll nun die Beteiligung der zwei zusätzlichen Gene, saeP und saeQ, an der SDS vermittelten transkriptionellen Induktion von saeR/S untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass ohne SaeP, die saeR/S Transkription in beiden SaeL/P Varianten erhöht war, wobei eine zusätzliche SDS Behandlung hierfür nicht notwendig war. Im Gegenteil, es zeigte sich, dass der SDS Effekt auf die sae und eap Expression in der saeP Mutante deutlich weniger ausgeprägt ist als im Wildtyp Stamm. Das läßt vermuten, dass das Lipoprotein SaeP repremierend auf das sae System einwirkt. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die SDS vermittelte transkriptionelle Induktion von sae und eap, zusammen mit der erhöhten Invasion, abhängig vom vorhanden sein der SaeSP Variante im Newman Wildtyp Stamm ist. Die Arbeit zeigt, dass die saePQ Region wichtig ist für die vollständige Funktion des Zwei Komponenten Systems SaeRS unter  normalen Wachstumsbedingungen. Jedoch ist  diese Region nicht involviert in der Aktivierung von SaeS, mit SDS als Signalgeber, sowie der darauffolgenden Aktivierung des sae Zielgens eap.

In einem zweiten Ansatz wurde untersucht, ob die SDS induzierte sae Expression und Wirtszellinvasion   auch   häufig   in   S.   aureus   Stämmen   auftritt,   welche   keine   (L18P)
 

Punktmutation besitzen. Dafür wurde Stamm Newman, die isogene saeS Mutante und verschiedene S. aureus Klinikisolate auf ihre sae, eap Expression, sowie zelluläre Invasionsfähigkeit hin analysiert. Von den getesteten Stämmen reagiert nur Wildtyp Stamm Newman und ein MRSA Stamm ST239-635/93R mit gesteigerter sae Transkription, Eap Produktion und zellulärer Invasion. Der MRSA Stamm jedoch ohne erhöhte Eap Produktion. Interessanterweise zeigt der „community- associated“ MRSA Stamm USA300 LAC eine biphasische sae Transkription in verschiedenen Wachstumsphasen, welche jedoch nicht einhergeht mit erhöhter Invasion. Alle anderen Klinikisolate zeigten abnehmende Tendenzen
in den getesteten Parametern. Während im Stamm Newman der SDS Effekt auf das saeSP
Allel zurückzuführen ist, gilt dies nicht für den Stamm ST239-635/93R, sowie den biphasischen Stamm USA300. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die erhöhte Invasion des Stamms ST239-635/93R unabhängig von seiner Eap Produktion ist. Des Weiteren zeigten wir den globalen Effekt von SDS auf die sae Zielgenexpression. Dafür behandelten wir Wildtyp Stamm Newman mit SDS und analysierten die Transkription der sae Zielgene mittels Microarray Analyse. Wir konnten zeigen, dass subinhibitorische SDS Konzentrationen, induzierende als auch repremierende Auswirkungen auf die Genexpression haben. Dabei sind Gene betroffen, die involviert sind in verschiedene Signalwege, Biosynthese/Metabolismus als auch in Virulenz, Wirtzelladhärenz und Stressantwort.

Zusammenfassend gibt die Arbeit Aufschluss über die Rolle der „upstream“ Region saePQ hinsichtlich der SDS-abhängigen saeRS und eap Expression in S. aureus. Am wichtigsten ist hierbei die Erkenntnis, das subinhibitorische SDS Konzentrationen einen deutlichen stammabhängigen Effekt auf die sae Transkription und daraus folgernd auf die Wirtszellinvasion von S. aureus haben. Letzteres wird vermutlich in manchen Stämmen durch andere Faktoren als die bekannten Invasinproteine Eap und FnBP vermittelt. Außerdem scheint es in den klinischen S. aureus Isolaten mehr als nur den saeSP abhängigen Mechanismus der sae Induktion durch SDS zu geben. Diese Ergebnisse helfen uns die Virulenz und pathogenen Mechanismen als auch deren Regulation in S. aureus zu verstehen. Die Beobachtungen tragen zu unserem Verständnis bei, wie das sae System Signale der Umgebung detektieren kann. Dies ist bis jetzt eine Fragestellung mit vielen Unbekannten.
KW  - Staphylococcus aureus
KW  - Eap
KW  - Newman strain sae
KW  - virulence
KW  - Cellular invasion
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149403
ER  - 
TY  - THES
A1  - Koziol, Uriel
T1  - Molecular and developmental characterization of the Echinococcus multilocularis stem cell system
T1  - Molekulare und entwicklungsbiologische Charakterisierung des Echinococcus multilocularis Stammzellsystems
N2  - The metacestode larva of Echinococcus multilocularis is the causative agent of alveolar echinococcosis (AE), one of the most dangerous zoonotic diseases in the Northern Hemisphere. Unlike “typical” metacestode larvae from other tapeworms, it grows as a mass of interconnected vesicles which infiltrates the liver of the intermediate host, continuously forming new vesicles in the periphery. From these vesicles, protoscoleces (the infective form for the definitive host) are generated by asexual budding. It is thought that in E. multilocularis, as in other flatworms, undifferentiated stem cells (so-called germinative cells in cestodes and neoblasts in free-living flatworms) are the sole source of new cells for growth and development. Therefore, this cell population should be of central importance for the progression of AE. 
In this work, I characterized the germinative cells of E. multilocularis, and demonstrate that they are indeed the only proliferating cells in metacestode vesicles. The germinative cells are a population of undifferentiated cells with similar morphology, and express high levels of transcripts of a novel non-autonomous retrotransposon family (ta-TRIMs). Experiments of recovery after hydroxyurea treatment suggest that individual germinative cells have extensive self-renewal capabilities. However, germinative cells also display heterogeneity at the molecular level, since only some of them express conserved homologs of fgfr, nanos and argonaute genes, suggesting the existence of several distinct sub-populations. Unlike free-living flatworms, cestode germinative cells lack chromatoid bodies. Furthermore, piwi and vasa orthologs are absent from the genomes of cestodes, and there is widespread expression of some conserved neoblast markers in E. multilocularis metacestode vesicles. All of these results suggest important differences between the stem cell systems of free-living flatworms and cestodes. 
Furthermore, I describe molecular markers for differentiated cell types, including the nervous system, which allow for the tracing of germinative cell differentiation. Using these molecular markers, a previously undescribed nerve net was discovered in metacestode vesicles. Because the metacestode vesicles are non-motile, and the nerve net of the vesicle is independent of the nervous system of the protoscolex, we propose that it could serve as a neuroendocrine system. By means of bioinformatic analyses, 22 neuropeptide genes were discovered in the E. multilocularis genome. Many of these genes are expressed in metacestode vesicles, as well as in primary cell preparations undergoing complete metacestode regeneration. This suggests a possible role for these genes in metacestode development. In line with this hypothesis, one putative neuropeptide (RGFI-amide) was able to stimulate the proliferation of primary cells at a concentration of 10-7 M, and the corresponding gene was upregulated during metacestode regeneration.
N2  - Das Metazestoden Larvenstadium von Echinococcus multilocularis ist die Ursache für die alveoläre Echinokokkose (AE), eine der gefährlichsten Zoonosen in der nördlichen Hemisphäre. Im Gegensatz zu Metazestoden anderer Bandwürmer wächst es zu einem Labyrinth verknüpfter Vesikel, die in der Peripherie permanent neu gebildet werden und dabei die Leber des Wirts infilitrieren. In diesen Vesikeln werden die Protoskolizes (das infizierende Stadium für den Endwirt) durch asexuelle Knospung aus der Vesikelwand heraus gebildet. Man geht davon aus dass in E. multilocularis, wie in anderen Plattwürmen, undifferenzierte Stammzellen (so gennante „Germinative cells” in Bandwürmern und Neoblasten in Turbellarien) der einzige Ursprung neuer Zellen für Wachstum und Entwicklung sind. Deshalb sollte diese Zellpopulation eine zentrale Rolle im Fortschritt der AE spielen.
In dieser Arbeit habe ich die Germinative cells von E. multilocularis charakterisiert und zeige, dass sie tatsächlich die einzigen sich vermehrenden Zellen in Metazestodenvesikeln sind. Die Germinative cells sind eine Population von undifferenzierten Zellen mit ähnlicher Morphologie, die eine hohe Zahl an Transkripten einer neuen Retrotransposonfamilie (ta-TRIMs) exprimieren.  Experimente nach Behandlung mit Hydroxyurea deuten darauf hin, dass einzelne Germinative cells die Fähigkeit haben sich selbst zu erneuern. Allerdings, zeigen die Germinative cells auch Heterogenität auf molekurarer Ebene, da nur manche von Ihnen konservierte Homologe von fgfr, nanos und argonaute Genen exprimieren, was auf die Existenz eindeutiger Subpopulationen hinweist. Im Gegensatz zu Turbellarien fehlen den Germinative cells von Zestoden “Chromatoid bodies”, weiterhin fehlen dem Genom der Zestoden Orthologe von piwi und vasa und es werden einige Neoblastenmarker in den Metazestodenvesikeln von E. multilocularis umfassend exprimiert. All diese Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede zwischen den Stammzellsystemen von Turbellarien und Zestoden auf.
Ich beschreibe ausserdem molekulare Marker für differenzierte Zelltypen, inklusive solche des Nervensystems. Mit diesen Markern wurde ein Nervennetz in Metazestodenvesikeln endeckt, das bis dato unbeschrieben war.  Da die Vesikel unbeweglich sind und ihr Nervennetz unabhängig vom Nervensystem des Protoscolex ist wird angenommen dass es als Neuroendokrinsystem dient. Mit Hilfe von Genomanalysen wurden 22 Neuropeptidgene im Genom von E. multilocularis entdeckt. Viele von ihnen werden sowohl in Metazestodenvesiklen exprimiert als auch in Primärzellpräparationen, die zu kompletten Vesikeln regenerieren.  Das weist auf eine mögliche Rolle dieser Gene in der Metazestodenentwicklung hin. Einhergehend mit dieser Hypothese war ein putatives Neuropeptid (RGFIamide) in der Lage die Vermehrung von Primärzellen bei einer Konzentration von 10-7 M zu stimulieren, dabei war das korrespondierende Gen während der Metazestodenregeneration hochreguliert.
KW  - Fuchsbandwurm
KW  - Echinococcus multilocularis
KW  - Stammzelle
KW  - Larve
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105040
ER  -