TY - THES A1 - Mambretti, Egle Maria T1 - Opioid receptors as therapeutic targets for nociceptor specific regional analgesia T1 - Opioidrezeptoren als therapeutisches Target einer nozizeptionsspezifischen Regionalanalgesie N2 - Opioids have been, since centuries, the gold standard for pain treatment and relief. They exert their effects after binding to opioid receptors (OP) that are expressed and functional in the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). As their systemic application has many side effects, including sedation and respiratory depression, a peripheral application of opioids and selective targeting of µ-OP (MOP) in nociceptive axons would be extremely beneficial. MOP presence and function has been conclusively demonstrated at nerve terminals; however it is still controversial whether functional MOPs are available on the membrane of peripheral nociceptive axons to mediate opioid-induced antinociception. While under pathologic conditions (i.e. nerve injury) exogenous as well as endogenous MOP agonists applied at the damaged nerve can elicit potent antinociception or anti-allodynia, under physiological conditions no antinociception was seen in rats. This could be caused by either a lack of functional opioid receptors in the axonal membranes or by the inability of injected opioids to cross the intact perineurial barrier and to reach nociceptors. Previous behavioral test results showed an antinociceptive effect (up to 5h) following perisciatic application of the hydrophilic DAMGO (MOP agonist) if coinjected with hypertonic saline solution (HTS; 10% NaCl), a treatment suited to open the perineural barrier. The effect was inhibited by naloxone, a MOP antagonist, documenting its specific action via MOP. Fentanyl, a lipophilic opioid, elicited an effect, which was enhanced by HTS treatment, indicating that HTS may act not only on the barrier but also directly on axonal MOP presence and/or functionality. To provide a basis for testing this hypothesis, the present work was designed to study the axonal localization of MOP in experimental animals under different conditions using molecular and morphological methods. Initially four different commercial antibodies were tested for MOP detection. Immunoreactions with these antibodies specifically detected MOP in the hippocampus and in amygdala, while in the peripheral nervous system the reactions showed varying labeling patterns pointing towards less specificity with low signal-to-noise ratio. Double labelling with calcitonin gene related peptide (CGRP), a neuropeptide expressed in sensory fibers, with the non-compacted myelin marker S100 or with the neuronal marker PGP9.5 documented significant immunoreaction signals outside sensory nerve fibers. Therefore, none of these antibodies appeared suitable. Taking advantage of a new commercial monoclonal rabbit antibody (RabMAb) and of genetically modified mice in which the fluorescent protein mcherry was inserted in the C-tail of MOP (MOP-mcherry knock-in mice), MOP fusion protein expression in rat and mouse CGRP+ sciatic nerve fibers and fiber bundles was confirmed by immunofluorescence labeling. Immunoelectron microscopic analysis indicated MOP/MOP-mcherry-localization in the cytoplasm and the membranes of unmyelinated axons organized in Remak bundles. Both antibodies detected bands of appropriate size in Western Blot in the CNS and additional larger bands in the PNS. Quantitative analyses 60 min after HTS-treatment revealed no change in MOP mRNA in the sciatic nerve and DRG as well as no change in MOP immunoreactivity in the sciatic nerve. Thus, the opioid-induced long lasting antinociception enhanced by perisciatic injection of HTS were not due to a sustained increased MOP expression or content in sensory, putative nociceptive axons. In summary, the current study succeeded to unequivocally document the presence of MOP protein in intact sensory axons of rat and mouse sciatic nerve. Thus, axonal MOPs may indeed mediate antinociceptive opioid effects observed in behavioral studies in naive animals possibly via activation of potassium or calcium channels. As HTS treatment does not lead to a sustained increase in axonal MOP protein or MOP mRNA expression, other mechanisms might enhance MOP function, including inhibition of MOP recycling or changes in functional coupling. Future studies should further explore the axonal mechanisms of antinociception by opioids and enhancing treatments. N2 - Opioide sind seit Jahrhunderten der Goldstandard für die Schmerzbehandlung. Sie entfalten ihre Wirkung nach der Bindung mit Opioidrezeptoren (OP), die im zentralen (ZNS) und peripheren (PNS) Nervensystem exprimiert und funktionell sind. Da die systemische Anwendung viele Nebenwirkungen hat, wie die Beruhigung und Atemdepression, wäre eine Anwendung von Opioiden und die gezielte Targeting von µ-OP (MOP) in nozizeptiven Axone in Rahmen einer Regionalanalgesie besser. Die Anwesenheit und die Funktionalität der MOP wurden zwar schon in Nervenendungen gezeigt, aber es ist noch strittig, ob funktionelle MOP in der Membran von peripheren nozizeptiven Axonen sind, um opioid-induzierte Antinozizeption zu vermitteln. Während bei Erkrankungen der Nerven (z.B. traumatische Nervenbeschädigung) exogene und endogene MOP-Agonisten Antinozizeption und Antiallodynie bewirken, konnte in gesunden Ratten kein Effekt bei perineuraler Injektion am Nerven beobachtet werden. Dies könnte entweder durch einen Mangel an funktionellen OP in axonalen Membranen verursacht sein. Alternativ könnte die mangelde Penetration der injizierten Opioide durch die Barriere des Perineuriums verantwortlich sein, die es verhindert, dass die Opioide die Nozizeptoren erreichen. Vorherige Ergebnisse aus Schmerzverhaltenstests zeigten eine Anhebung von mechanischen nozizeptiven Schwellen (bis 5 h) nach perineuraler Anwendung des hydrophilen MOP-Agonisten DAMGO, wenn dieser mit einer hypertonen Lösung (HTS; 10% NaCl) ko-injiziert war. Denn dies ist eine geeignete Behandlung, die die Barriere des Perineuriums öffnet. Der Effekt wurde von Naloxon, einem MOP-Antagonist, gehemmt, was eine spezifische Wirkung via MOP unterstützt. Die Wirkung von Fentanyl, einem lipophilen Opioid, wurde ebenfalls durch die HTS-Behandlung verbessert. Das führt zu unserer Hypothese, dass HTS nicht nur die Schranke öffnet, sondern auch direkt Expression und/oder Funktionalität von axonalen MOP verbessert. Um eine Grundlage für die Untersuchung dieser Hypothese zu schaffen, war das Ziel dieser Arbeit, die axonale MOP bei Versuchstieren unter verschiedenen Bedingungen mit molekularen und morphologischen Methoden zu charaktiersieren. Am Anfang wurden vier verschiedene kommerzielle Antikörper für die Erkennung der MOP getestet. Immunreaktionen mit diesen Antikörpern wiesen spezifisch MOP in dem Hippocampus und in der Amygdala nach, während im peripheren Nervensystem die Immunreaktion veränderliche Markierungsmuster und weniger Spezifität mit einem ungünstigeren Signal-zu-Hintergund Verhältnis zeigte. Die Doppelmarkierung mit calcitonin gene-related peptide (CGRP), einem Neuropeptid, das in sensorischen Fasern exprimiert ist, mit dem Marker für non-compacted Myelin S100 oder mit dem neuronalen Marker PGP9.5, bestätigte ein reproduzierbares Färbemuster außerhalb sensorischer Nervenfasern. Deshalb war keiner dieser Antikörper geeignet. Mit der Anwendung eines neuen kommerziell erhältlichen monoklonalen Kaninchen Antikörpers (RabMAb) gegen MOP sowie gentechnisch veränderten Mäusen, bei denen das fluoreszierende Protein mCherry in das C-terminale Ende von MOP eingefügt wurde (MOP-mcherry knock-in Mäusen), wurden MOP und das MOP-Fusionprotein im CGRP+ im Ischiasnerv und Fasernbündeln durch Immunfluoreszenzmarkierung von Ratten und Mäuse bestätigt. Die immunelectron-mikroscopische Analyse zeigte MOP/MOP-mcherry im Zytoplasma und der Membran unmyelinizierter Axone, die in Remak Bündlen organisiert sind. Beide Antikörper erkannten Banden in richtige Größe in Western Blot in ZNS und mehrere größere Banden in PNS. Quantitative Analysen 60 min nach HTS-Behandlung zeigten keine Veränderung in MOP mRNA in dem Ischiasnerv und Hinterwurzelganglion sowie keine Veränderung in der MOP-Immunreaktivität in dem Ischiasnerv. Daher müssen noch weitere Ursachen für die verbesserte Wirkung von Opioiden am Nerven nach HTS in Betracht gezogen werden. Zusammenfassend konnte diese Studie die MOP-Proteins in intakten sensorischen Axonen des N. ischiadicus der Ratte und Maus eindeutig nachweisen. Axonale MOPs könnten über Kaliumkanäle oder Calciumkanäle in den Verhaltenstests bei naiven Tiere antinozizeptiv wirken. Da die HTS Behandlung zu keiner deutlichen Steigerung von axonalem MOP-Protein führen kann, sollten anderen Mechanismen wie MOP-Recycling oder Veränderung der intrazellulären Singaltransduktion untersucht werden, die die Funktionalität von MOP erhöhen. Zukünftige Studien ferner den genauen Mechanismus klären, wie axonal Opioide antinozizeptiv wirken, um so die Behandlung von Schmerzen mit Regionalanalgesie weiter zu verbessert. KW - opioid receptors KW - nociceptors KW - regional analgesia KW - Opioide KW - Rezeptor KW - Nozizeptor KW - Lokalanästhesie Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128866 ER - TY - THES A1 - Schneider, Johannes T1 - Functional diversification of membrane microdomains in Bacillus subtilis T1 - Funktionale Diversifizierung von Membran-Mikrodomänen in Bacillus subtilis N2 - Eukaryotic cells are considered as evolutionary complex organisms because they possess organelles that enable them to regulate the spatio-temporal organization of cellular processes. Spatio-temporal organization of signal transduction cascades occurs in eukaryotic cells via organization of membrane-associated microdomains or lipid rafts. Lipid rafts are nanoscale-sized domains in the plasma membrane that are constituted by a specific set of lipids and proteins and harbor a number of proteins related to signal transduction and trafficking. The integrity of lipid rafts is important for the assembly and functional coordination of a plethora of signaling networks and associated processes. This integrity is partially mediated by a chaperone protein called flotillin. Disruption of lipid raft integrity, for example via depletion or overproduction of flotillin, alters raft-associated signal transduction cascades and causes severe diseases like Alzheimer’s, Parkinson’s disease or cardiovascular disease. It was traditionally assumed that a sophisticated compartmentalization of cellular processes like the one exhibited in lipid rafts was exclusive to eukaryotic cells and therefore, lipid rafts have been considered as a hallmark in the evolution of cellular complexity, suggesting that prokaryotic cells were too simple organisms to organize such sophisticated membrane platforms. However, it was recently discovered that bacteria are also able to organize Functional Membrane Microdomains (FMMs) in their cellular membrane that are able to organize and catalyze the functionality of many diverse cellular processes. These FMMs of bacterial membranes contain flotillin-like proteins which play important roles in the organization of FMM-associated cellular processes. In this dissertation I describe the structural and biological significance of the existence of two distinct flotillin proteins, FloA and FloT, in the FMMs of the bacterial model Bacillus subtilis. Localization studies, proteomic data and transcriptomic analyses show that FloA and FloT are individual scaffold proteins that activate different regulatory programs during bacterial growth. Using the tractable bacterial model system, I show that the functionality of important regulatory proteins, like the protease FtsH or the signaling kinases KinC, PhoR and ResE, is linked to the activity of FMMs and that this is a direct consequence of the scaffold activity of the bacterial flotillins. FloA and FloT distribute heterogeneously along the FMMs of B. subtilis thereby generating a heterogeneous population of FMMs that compartmentalize different signal transduction cascades. Interestingly, diversification of FMMs does not occur randomly, but rather in a controlled spatio-temporal program to ensure the activation of given signaling networks at the right place and time during cell growth. N2 - Eukaryotische Zellen werden als evolutionär komplexe Organismen betrachtet, weil sie Organellen besitzen, mit denen sie die raum-zeitliche Organisation von zellulären Prozessen steuern können. Die räumliche und zeitliche Organisation von Signalwegen in eukaryotischen Zellen erfolgt durch die Abgrenzung von membran-assoziierten Mikrodomänen oder Lipid Rafts. Lipid Rafts sind wenige Nanometer große Felder in der Plasmamembran, die aus einem spezifischen Set von Lipiden und Proteinen zusammengesetzt sind und eine Reihe von für die Signaltransduktion und den Proteintransfer erforderlichen Proteine enthalten. Die Integrität der Lipid Rafts ist wichtig um zahlreiche Signalwege und damit assoziierte Prozesse zu verbinden und funktional zu koordinieren. Diese Integrität wird zum Teil von einem Chaperon-Protein namens Flotillin vermittelt. Eine Beeinträchtigung der Integrität der Lipid Rafts, z.B. aufgrund eines Mangels an Flotillin oder einer Überproduktion von Flotillin, verändert Raft-assoziierte Signalwege und verursacht schwere Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder kardiovaskuläre Erkrankungen. Bislang wurde angenommen, dass eine so anspruchsvolle Kompartimentierung zellulärer Prozesse wie im Falle der Lipid Rafts ausschließlich in eukaryotischen Zellen vorkommt. Lipid Rafts galten daher als Meilenstein in der Evolution der zellulären Komplexität und prokaryotische Zellen als zu einfache Organismen, um solch komplexe Plattformen in der Membran einzurichten. Vor kurzem wurde jedoch herausgefunden, dass Bakterien ebenfalls in der Lage sind, Funktionale Mikrodomänen in der Membran (FMMs) zu formen, die viele verschiedene zelluläre Prozesse organisieren und katalysieren können. Diese FMMs in bakteriellen Membranen enthalten Flotillin-ähnliche Proteine, die wichtige Aufgaben bei der Organisation von FMM-assoziierten Prozessen übernehmen. In dieser Dissertation beschreibe ich die strukturelle und biologische Signifikanz des Vorkommens der beiden verschiedenen Flotillin-Proteine FloA und FloT in den FMMs des bakteriellen Modellorganismus Bacillus subtilis. Lokalisationsstudien, proteomische Daten und transkriptomische Analysen demonstrieren, dass FloA und FloT individuelle Gerüstproteine sind, die während des Bakterienwachstums verschiedene regulatorische Programme aktivieren. Mit Hilfe des zugänglichen bakteriellen Modellorganismus zeige ich, dass die Funktionsweise von wichtigen regulatorischen Proteinen, wie z.B. der Protease FtsH oder der Signalwegskinasen KinC, PhoR und ResE, an die Aktivität der FMMs gebunden ist, und dass dies eine direkte Folge der stützenden Tätigkeit der bakteriellen Flotilline ist. FloA und FloT sind unterschiedlich in den FMMs von B. subtilis verteilt, wodurch sie eine heterogene Population von FMMs erzeugen, die verschiedene Signalwege abgrenzen kann. Interessanterweise erfolgt die Diversifizierung der FMMs nicht zufällig, sondern durch ein räumlich und zeitlich kontrolliertes Programm, um die Aktivierung von bestimmten Signalwegen am richtigen Ort und zur richtigen Zeit während des Zellwachstums sicherzustellen. KW - Heubacillus KW - Plasmamembran KW - Diversifikation KW - FMMs KW - Bacillus subtilis KW - Flotillin KW - Lipid Rafts Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127569 ER - TY - THES A1 - Bruttel, Valentin Stefan T1 - Soluble HLA-G binds to dendritic cells which likely suppresses anti-tumour immune responses in regional lymph nodes in ovarian carcinoma T1 - Lösliches HLA-G wird von dendritischen Zellen gebunden, was beim Ovarialkarzinom zur Hemmung von Immunraktionen in regionalen Lymphknoten führen kann N2 - Zusammenfassung Einleitung HLA-G, ein nicht-klassisches HLA bzw. MHC Klasse Ib Molekül, kann sowohl als membrangebundenes als auch als lösliches Molekül verschiedenste Immunzellpopulationen effektiv inhibieren. Unter physiologischen Bedingungen wird HLA-G vor allem in der Plazenta exprimiert, wo es dazu beiträgt den semiallogenen Embryo vor einer Abstoßung durch das mütterliche Immunsystem zu beschützen. Außerdem wird HLA-G in einer Vielzahl von Tumoren wie zum Beispiel in Ovarialkarzinomen überexprimiert. Ziel dieser Arbeit war es besonders die Rolle von löslichem HLA-G im Ovarialkarzinom und die Expression von HLA-G in verschiedenen Subtypen des Ovarialkarzinoms genauer zu untersuchen. Ergebnisse Anhand eines Tissue Microarrays wurde bestätigt dass HLA-G unter physiologischen Bedingungen nur in sehr wenigen Geweben wie Plazenta oder Testes exprimiert wird. Außerdem wurden erstmals auch im Nebennierenmark hohe Expressionslevel detektiert. Im Gegensatz zur physiologischen Expression wurde HLA-G in serösen, muzinösen, endometrioiden und Klarzellkarzinomen und somit in Tumoren aller untersuchten Subtypen des Ovarialkarzinoms detektiert. Am häufigsten war HLA-G in hochgradigen serösen Karzinomen überexprimiert. Hier konnte gezeigt werden dass auf Genexpressionslevel in Ovarialkarzinomen die Expression des immunsuppressiven HLA-G mit der Expression von klassischen MHC Molekülen wie HLA-A, -B oder -C hochsignifikant korreliert. Außerdem konnte in Aszitesproben von Patientinnen mit Ovarialkarzinomen hohe Konzentrationen von löslichem HLA-G nachgewiesen werden. Auch auf metastasierten Tumorzellen in regionalen Lymphknoten war HLA-G nachweisbar. Überraschenderweise wurde aber besonders viel HLA-G auf Dendritischen Zellen in Lymphknoten detektiert. Da in Monozyten und Dendritischen Zellen von gesunden Spendern durch IL-4 oder IL-10 im Gegensatz zu Literatur keine Expression von HLA-G induzierbar war, untersuchten wir ob Dendritische Zellen lösliches HLA-G binden. Es konnte gezeigt werden, dass besonders Dendritische Zellen die in Gegenwart von IL-4, IL-10 und GM-CSF aus Monozyten generiert wurden (DC-10) effektiv lösliches HLA-G über ILT Rezeptoren binden. In Abhängigkeit von ihrer Beladung mit HLA-G hemmen auch fixierte DC-10 Zellen noch die Proliferation von zytotoxischen CD8+ T Zellen. Zudem wurden regulatorische T Zellen induziert. Schlussfolgerungen Besonders in den am häufigsten diagnostizierten hochgradigen serösen Ovarialkarzinomen ist HLA-G in den meisten Fällen überexprimiert. Durch die Expression immunsuppressiver MHC Klasse Ib Moleküle wie HLA-G können wahrscheinlich auch Tumore wachsen, die noch klassische MHC Moleküle exprimieren und aufgrund ihrer Mutationslast eigentlich vom Immunsystem erkannt und eliminiert werden müssten. Lösliches HLA-G könnte zudem lokal Immunantworten gegen Tumorantigene unterdrücken indem es an Dendritische Zellen in regionalen Lymphknoten bindet. Diese Zellen präsentieren nomalerweise zytotoxischen T Zellen Tumorantigene und spielen daher eine entscheidende Rolle in der Entstehung von protektiven Immunantworten. Mit löslichem HLA-G beladene Dendritische Zellen hemmen jedoch die Proliferation von CD8+ T Zellen und induzieren regulatorische T Zellen. Dadurch könnten Ovarialkarzinome “aus der Ferne” auch in metastasenfreien Lymphknoten die Entstehung von gegen den Tumor gerichteten Immunantworten unterdrücken. Dieser erstmals beschriebene Mechanismus könnte auch in anderen malignen Erkrankungen eine Rolle spielen, da lösliches HLA-G in einer Vielzahl von Tumorindikationen nachgewiesen wurde. N2 - Abstract Background HLA-G is a non-classical MHC class I molecule which exerts strong immunosuppressive effects on various immune cells. Several membrane-bound and soluble isoforms are known. Physiologically, HLA-G is predominantly expressed in the placenta, where it contributes to protecting the semi-allogeneic embryo from rejection by the maternal immune system. However, HLA-G is also often upregulated during tumourigenesis, such as in ovarian cancer. The aim of this thesis is to investigate how soluble HLA-G may contribute to local immunosuppression in ovarian carcinomas, and to characterize HLA-G expression in different ovarian carcinoma subtypes and metastases. Results As reported by others, physiological HLA-G expression is restricted to few tissues, such as placenta and testes. Here, HLA-G was also detected in the medulla of the adrenal gland. In contrast, HLA-G expression was frequently detected in tumours of all assessed subtypes of ovarian carcinomas (serous, mucinous, endometrioid and clear cell). Highest expression levels were detected in high-grade serous carcinomas. In primary tumours, expression of HLA-G correlated with expression of classical MHC class I molecules HLA-A, -B and -C. Surprisingly, high levels of HLA-G were also detected on dendritic cells in local lymph nodes. As no expression of HLA-G was inducible in monocytes or dendritic cells from healthy donors in response to IL-10 or IL-4, we speculated that tumour-derived soluble HLA-G might be transferred to dendritic cells via the lymphatic system. Accordingly, high levels of tumour-derived soluble HLA-G were detected in ovarian cancer ascites samples. In vitro, dendritic cells expanded in the presence of IL-4, IL-10 and GM-CSF (DC-10) were particularly prone to binding high amounts of soluble HLA-G via ILT receptors. Furthermore, HLA-G loaded DC-10 cells inhibited the proliferation of CD8 effector cells and induced regulatory T cells, even when the DC-10 cells had been fixed with paraformaldehyde. Conclusion The immunosuppressive molecule HLA-G is overexpressed in high-grade serous ovarian carcinomas, which account for the majority of ovarian cancers. In particular tumours with a high mutational burden and intact expression of classical, immunogenic MHC class Ia molecules may use HLA-G to escape from immunosurveillance. Additionally, tumour-derived soluble HLA-G may inhibit adaptive immune responses by binding to dendritic cells in local lymph nodes. Dendritic cells usually play a decisive role in the initiation of adaptive anti-tumour immune responses by presenting tumour antigens to cytotoxic T cells. In contrast, dendritic cells loaded with soluble HLA-G inhibit the proliferation of effector T cells and promote the induction of regulatory T cells. Thus, soluble HLA-G that is transferred to dendritic cells via lymphatic vessels may enable ovarian carcinomas to remotely suppress anti-tumour immune responses in local lymph nodes. This novel immune-escape mechanism may also exist in other solid tumours that express HLA-G. KW - HLA-G KW - HLA-G KW - Dendritische Zelle KW - Eierstocktumor KW - ovarian cancer KW - ovarian carcinoma KW - transfer KW - dendritic cells KW - immune escape Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-127252 ER - TY - THES A1 - Schulze, Markus T1 - Role of Chronophin for glioma cell migration and invasion T1 - Die Rolle von Chronophin für die Migration und Invasion von Gliomzellen N2 - Abstract Glioblastomas, primary brain tumors, represent a tumor entity with a dismal prognosis and a median survival of only about one year. Invasion into the healthy brain parenchyma contributes substantially to the malignancy of this type of brain tumor. Therefore, a better understanding of the mechanisms promoting the invasive behavior of these brain tumors is needed to identify new therapeutic targets. Cofilin, an actin regulatory protein, has been shown to be an important regulator of the invasive behavior of tumor cells in other types of cancer and the actin cytoskeleton is involved in the formation of a variety of cellular structures important for cell migration and invasion. Cofilin is regulated by phosphorylation on a single residue, serine 3. The aim of this thesis was to examine the role of the cofilin regulatory phosphatase chronophin for glioma cell migration and invasion. First, it was established that chronophin depletion in the cell line GBM6840 leads to an increase in the ratio of phosphorylated cofilin to total cofilin. Higher chronophin levels were correlated with a decrease in F-actin in the cell lines GBM6840 and U87 as measured in an actin spin down assay and in a flow cytometry based assay. Furthermore, it was shown that knockdown of chronophin in two different cell lines, GBM6840 and DBTRG-05-MG, strongly increased their invasiveness in vitro. Expression of human chronophin in the cell line U87 decreased its invasiveness substantially. There was no difference in cell proliferation between GBM6840 and DBTRG-05-MG cells expressing a chronophin targeting shRNA or a control shRNA and U87 cells transfected with an empty vector or a human chronophin encoding plasmid. The increase in invasiveness after chronophin depletion could be correlated with an increase in directionality in cell migration under 2D culture conditions in the cell lines U87 and GBM6840. Moreover, treatment with the ROCK inhibitor Y-27632 decreased directionality in GBM6840 cells under 2D culture conditions and reduced the invasiveness of GBM6840 chronophin shRNA cells back to control levels. Expression of a non-phosphorylatable cofilin mutant, the S3A mutant, was able to reduce invasiveness and to reduce directionality under 2D culture conditions back to control levels in GBM6840 chronophin shRNA cells. This provides important evidence for the involvement of cofilin phosphoregulation in the phenotypes described above. In vivo, when injected into NOD-SCID mice, chronophin depleted cells showed a dramatic growth reduction as compared to control and rescue cells. Transciptomic characterization of GBM6840 cells by microarray analysis and subsequent comparison of the data with microarray profiles of normal brain tissues and different glioma entities identified two specifically chronophin regulated transcripts potentially involved in tumor progression and invasion, MXI1 and EDIL3. Moreover, c-myc was identified as a significantly altered transcription factor after chronophin deregulation based on the number of c-myc target molecules in the microarray dataset. MXI1 is a potential negative regulator of c-myc dependent transcription, and was strongly downregulated after chronophin knockdown in GBM6840. In line with this, the activity of a c-myc reporter plasmid was increased after chronophin depletion in GBM6840 and reduced after chronophin expression in U87 cells. However, the protein level of the c-myc protein was reduced after chronophin depletion in GBM6840. Finally, anaylsis of the expression of proteases known to be important for glioblastoma pathogenesis revealed no major changes in protease expression between chronophin depleted and control cells. Therefore, a comprehensive analysis of chronophin in the context of glioma pathogenesis has been performed in this thesis. It has been shown that chronophin depletion strongly enhanced invasiveness of glioma cells and that it induced transcriptomic changes potentially involved in tumor progression. The proteins regulating cofilin phosphorylation are therefore valuable therapeutic targets for anti-invasive therapy in glioblastomas. Inhibitors for kinases upstream of cofilin, e.g. LIMKs and ROCKs, are available, and might be promising agents for anti-invasive therapy. N2 - Zusammenfassung Glioblastome sind primäre Gehirntumore, die eine besonders schlechte Prognose besitzen und bei denen die mediane Überlebenszeit nur ca. ein Jahr beträgt. Zur Malignität dieses Tumortyps trägt entscheidend das Eindringen der Tumorzellen in das gesunde Hirnparenchym bei. Daher ist es notwendig die molekularen Mechanismen zu verstehen, die diesem Phänomen zu Grunde liegen, um neue therapeutische Zielmoleküle zu identifizieren. Cofilin, ein Protein das das Aktinzytoskellet reguliert, ist in anderen Krebsarten als wichtiger Regulator des invasiven Verhaltens von Zellen bekannt und das Aktinzytoskellet ist an der Bildung einer Vielzahl von zellulären Strukturen beteiligt, die wichtig für die Zellmigration und –invasion sind. Cofilin wird über die Phosphorylierung einer einzigen Aminosäure, des Serin 3, reguliert. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle der Cofilin regulatorischen Phosphatase Chronophin für Zellmigration und -invasion zu untersuchen. Zuerst konnte gezeigt werden, dass eine Chronophin Depletion in der Zelllinie GBM6840 zu einer Zunahme des Anteils von P-Cofilin am Gesamtcofilin führt. Ebenso war ein hohes Chronophin Level in den Zelllinien GBM6840 und U87 mit einer Abnahme des F-Actin Levels korreliert, was in einem Aktin spin down Assay als auch mittels Durchflusszytrometrie gemessen werden konnte. Es konnte weiter gezeigt werden, dass eine shRNA vermittelte Depletion des Chronphin zu einer starken Zunahme der Invasivität in den Zelllinien GBM6840 und DBTRG-05-MG in vitro führt. Chronophin Expression in der Zelllinie U87 führte zu einer starken Abnahme der Invasivität. Es gab hingegen keinen Chronophin abhängigen Unterschied in der Proliferation von GBM6840 und DBTRG-05-MG Zellen, die entweder eine Kontroll- oder eine Chronophin gerichtete shRNA exprimierten, sowie keinen zwischen U87 Zellen, die mit einem Leervektor oder einem Chronophin codierenden Konstrukt transfiziert worden waren. Die Zunahme der Invasion nach Chronophin Depletion konnte mit einer Zunahme der Direktionalität der Zellen bei der Migration in einer 2D Umgebung korreliert werden. Desweiteren konnte durch Behandlung mit dem ROCK-Inhibitor Y-27632 in GBM6840 Zellen eine Erniedrigung der Direktionalität bei der Migration in 2D Kultur ebenso erreicht werden, wie eine Reduktion der Invasivität von Chronophin shRNA exprimierenden GBM6840 Zellen auf Kontrollniveau. Die Expression einer nicht-phosphorylierbaren Cofilin Mutante, der S3A Mutante, erniedrigte sowohl die Direktionalität in der 2D Migration als auch die Invasivität von GBM6840 Chronophin shRNA exprimierenden Zellen zurück auf Kontrollniveau. Diese Experimente lieferten wichtige Hinweise darauf, dass die Phosphoregulation von Cofilin ursächlich an der Entstehung der Phänotypen beteiligt war, die nach Chronophin Knockdown beobachtet wurden. In vivo konnte nach Injektion in NOD-SCID Mäuse eine dramatische Wachstumsreduktion der Chronophin depletierten Zellen gemessen werden. Durch Charakterisierung des Transkriptoms der Zelllinie GBM6840 mittels Microarrays und nachfolgender Vergleich der Ergebnisse mit Microarray-Profilen von Normalhirngewebe und verschiedenen Gliomentitäten konnten zwei spezifisch Chronophin abhängig regulierte Transkripte identifiziert werden, MXI1 und EDIL3, die potentiell mit der Progression und Invasivität von Gliomen verknüpft sind. MXI1, ein potentieller negativer Regulator der c-myc abhängigen Transkription, war nach Chronophin Herunterregulation in GBM6840 stark herunterreguliert. In Übereinstimmung mit diesem Befund war die Aktiviät eines c-myc Reporterplasmids nach Chronophin Herunterregulation in GBM6840 erhöht, nach Chronophin Expression in U87 jedoch erniedrigt. Das c-myc Protein selbst wies eine deutliche Reduktion nach Chronophin Depletion in GBM6840 auf. Abschließend wurde die Expression von Proteasen untersucht, für die eine Rolle in der Gliominvasion bekannt ist. Hier wurden jedoch keine größeren Chronophin abhängigen Expressionsunterschiede gefunden. Zusammenfassend gesagt konnte eine umfassende Charakterisierung der Rolle des Chronophin in der Gliompathogenese erreicht werden. Zum einen konnte gezeigt werden, dass Chronophin ein äußerst wichtiger Regulator der Invasion ist, zum anderen dass es zu Chronophin abhängigen transkriptomischen Veränderungen kommt, die potentiell zur Malignisierung des Tumors beitragen. Daher sind die Proteine die die Cofilinphosphorylierung regulieren potentielle therapeutische Zielmoleküle für eine anti-invasive Therapie im Glioblastom. Inhibitoren für die Kinasen, die Regulatoren des Cofilin sind, die ROCK- und LIM-Kinasen, sind verfügbar und stellen möglicherweise vielversprechende Substanzen für die anti-invasive Therapie dar. KW - Zellmigration KW - Chronophin KW - Invasion KW - Glioblastom KW - Gliom KW - PDXP KW - Glioma KW - Glioblastoma KW - Invasion KW - Migration Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109292 ER - TY - THES A1 - Stumpf, Anette D. T1 - Development of fluorescent FRET receptor sensors for investigation of conformational changes in adenosine A1 and A2A receptors T1 - Entwicklung fluoreszenter FRET Rezeptor-Sensoren zur Untersuchung von Konformationsänderungen in Adenosin A1 und A2A Rezeptoren N2 - Adenosine receptors that belong to the rhodopsin-like G protein-coupled receptors (GPCRs) are involved in a lot of regulatory processes and are widely distributed throughout the body which makes them an attractive target for drugs. However, pharmacological knowledge of these receptors is still limited. A big advance regarding the structural knowledge of adenosine receptors was the development of the first crystal structure of the adenosine A2A receptor in 2008. The crystal structure revealed the amino acids that form the ligand binding pocket of the receptor and depicted the endpoint of receptor movement in the ligand binding process. Within the scope of this work two members of the adenosine receptor family were investigated, namely the adenosine A1 and the A2A receptor (A1R, A2AR). A1R was generated on base of the previously developed A2AR. Receptors were tagged with fluorophores, with the cyan fluorescent protein (CFP) at the C-terminal end of receptor and the Fluorescein Arsenical Hairpin binder (FlAsH) binding sequence within the third intracellular loop of receptors. Resulting fluorescent receptor sensors A1 Fl3 CFP and A2A Fl3 CFP were investigated with help of Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) measurements within living cells. FRET experiments enable the examination of alteration in the distance of two fluorophores and thus the observation of receptor dynamical movements. For comparison of A1R and A2AR regarding receptor dynamical movement upon ligand binding, fluorescent receptor sensors A1 Fl3 CFP and A2A Fl3 CFP were superfused with various ligands and the outcomes of FRET experiments were compared regarding signal height of FRET ratio evoked by the distinct ligand that is correlated to the conformational change of receptor upon ligand binding. Beside the different direction of FRET ratio upon ligand binding at A1R and A2AR sensor, there were differences observable when signal height and association and dissociation kinetics of the various ligands investigated were compared to each other. Differences between the adenosine receptor subtypes were especially remarkable for the A1R subtype selective agonist CPA and the A2AR subtype selective agonist CGS 21680. Another part of the project was to investigate the influence of single amino acids in the ligand binding process within the fluorescent A1R sensor. Amino acid positions were derived from the crystal structure of the A2AR forming the ligand binding pocket and these amino acids were mutated in the A1R structure. Investigation of the A1R sensor and its mutants regarding confocal analysis showed involvement of some amino acids in receptor localization. When these amino acids were mutated receptors were not expressed in the plasma membrane of cells. Some amino acids investigated were found to be involved in the ligand binding process in general whereas other amino acids were found to have an influence on the binding of distinct structural groups of the ligands investigated. In a further step, A1R and A2AR were N-terminally tagged with SNAP or CLIP which allowed to label receptor sensors with multiple fluorophores. With this technique receptor distribution in cells could be investigated with help of confocal analysis. Furthermore, ligand binding with fluorescent adenosine receptor ligands and their competition with help of a non-fluorescent antagonist was examined at the SNAP tagged A1R and A2AR. Finally the previously developed receptor sensors were combined to the triple labeled receptor sensors SNAP A1 Fl3 CFP and SNAP A2A Fl3 CFP which were functional regarding FRET experiments and plasma membrane expression was confirmed via confocal analysis. In the future, with the help of this technique, interaction between fluorescent ligand and SNAP tagged receptor can be monitored simultaneously with the receptor movement that is indicated by the distance alteration between FlAsH and CFP. This can lead to a better understanding of receptor function and its dynamical movement upon ligand binding which may contribute to the development of new and more specific drugs for the A1R and A2AR in the future. N2 - Adenosin Rezeptoren, die zur Gruppe der Rhodopsin-ähnlichen G Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) gehören, sind in eine Vielzahl regulatorischer Prozesse eingebunden und weit im Körper verbreitet. Das macht sie zu einer interessanten Zielstruktur für Arzneistoffe. Das Wissen über die Struktur der Adenosin Rezeptoren ist jedoch noch begrenzt. Ein großer Fortschritt zu mehr strukturellem Wissen war die Entwicklung der ersten Kristallstruktur des Adenosin A2A Rezeptors im Jahr 2008. Mit der Kristallstruktur wurden die Aminosäuren bekannt, die die Ligandenbindetasche dieses Rezeptors formen. Zudem gab die Kristallstruktur Einblick in den Endpunkt der dynamischen Rezeptorbewegung nach Ligandenbindung. Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeit wurden zwei Mitglieder der Adenosin Rezeptor Familie, der Adenosin A1 Rezeptor und der Adenosin A2A Rezeptor (A1R, A2AR), genauer untersucht. Der A1R wurde auf Basis des vor kurzem veröffentlichten A2AR entwickelt. Die Rezeptoren wurden mit Fluorophoren versehen, zum einen mit dem cyan fluoreszierenden Protein (CFP) am C-Terminus des Rezeptors und zum anderen mit der Bindesequenz des kleinen Fluorophors "Fluorescein Arsenical Hairpin binder" (FlAsH) in der dritten intrazellulären Schleife des Rezeptors. Die daraus resultierenden Rezeptorsensoren A1 Fl3 CFP und A2A Fl3 CFP wurden mit Hilfe des Fluoreszenz Resonanz Energie Transfers (FRET) in lebenden Zellen erforscht. FRET Messungen ermöglichen es, eine Änderung der Distanz zwischen den beiden Fluorophoren und damit Rezeptorbewegungen zu untersuchen. Um A1R und A2AR bezüglich dynamischer Rezeptorbewegungen nach Ligandenbindung vergleichen zu können, wurden die fluoreszierenden Rezeptorsensoren A1 Fl3 CFP und A2A Fl3 CFP mit verschiedenen Liganden umspült. Die Ergebnisse der FRET Messungen bezüglich ihrer Höhe des FRET Ratio wurden verglichen, welche mit der Konformationsänderung des Rezeptors nach Ligandenbindung zusammenhängt. Neben der unterschiedlichen Richtung des FRET Ratio nach Ligandenbindung am A1R und A2AR Sensor waren Unterschiede bezüglich der Signalhöhe und der Bindungs- und Dissoziationskinetiken feststellbar, wenn die verschiedenen Liganden miteinander verglichen wurden. Unterschiede zwischen den Adenosin Rezeptor Subtypen waren speziell für den A1R subtypselektiven Agonist CPA und für den A2AR subtypselektiven Agonist CGS 21680 feststellbar. Einen weiteren Punkt in diesem Projekt stellte die Erforschung des Einflusses, den einzelne Aminosäuren im fluoreszierenden A1R Sensor auf den Prozess der Ligandenbindung haben, dar. Die Position der Aminosäuren wurde der Kristallstruktur des A2AR entnommen und entsprechende Aminosäuren im A1R mutiert. Die konfokalmikroskopische Analyse des A1R Sensors und seiner Mutanten ergab, dass einige Aminosäuren direkt an der zellulären Expression des Rezeptors beteiligt waren. Wurden diese Aminosäuren mutiert, wurde der Rezeptor nicht in der Plasmamembran der Zellen exprimiert. Einige Aminosäuren die untersucht wurden,hatten einen generellen Einfluss auf die Bindung der Liganden, andere Aminosäuren hatten mehr Einfluss auf die Bindung bestimmter struktureller Gruppen der untersuchten Liganden. In einem weiteren Schritt wurden A1R und A2AR am N-terminalen Rezeptorende mit SNAP oder CLIP versehen, was eine Markierung der Rezeptoren mit einer Vielzahl an Fluorophoren erlaubt. Mit Hilfe dieser Technik konnte die Verteilung der Rezeptoren in der Zelle mit konfokaler Mikroskopie untersucht werden. Des Weiteren wurde die Bindung von fluoreszierenden Adenosin Rezeptor Liganden und deren Verdrängung mit einem nicht-fluoreszierenden Adenosin Rezeptor Antagonist erforscht. Am Ende des Projekts wurden die zuvor beschriebenen fluoreszierenden Rezeptorsensoren zu dreifach fluorophormarkierten Rezeptorsensoren kombiniert, was zu den Sensoren SNAP A1 Fl3 CFP und SNAP A2A Fl3 CFP führte. Beide Rezeptorsensoren waren funktionell bezüglich FRET Experimenten und der Expression in der Plasmamembran der Zellen. In Zukunft können mit dieser Methode gleichzeitig die Bindung von fluoreszierenden Liganden am SNAP-markierten Rezeptor, so wie die Rezeptorbewegung beobachtet werden, die durch eine Distanzänderung zwischen CFP und FlAsH angezeigt wird. Das kann zu einem besseren Verständnis der Rezeptorfunktion und der dynamischen Rezeptorbewegung nach Ligandenbindung führen, die in Zukunft zur Entwicklung spezifischerer Wirkstoffe am A1R und A2AR beitragen könnte. KW - Adenosinrezeptor KW - Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer KW - G-Protein gekoppelte Rezeptoren KW - Adenosine receptors Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-125469 ER - TY - THES A1 - Wegner, Julia T1 - Restoring tissue-like functionality in circulating CD8 T-cells: mechanistic studies and application in immunomonitoring of cancer patients T1 - Wiederherstellen einer gewebeartigen Funktionalität in humanen CD8 T-Zellen des Blutes: mechanistische Studien und Anwendung beim Immunomonitoring von Krebspatienten N2 - Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) are the only source of human lymphoid cells routinely available for immunologic research and for immunomonitoring of T-cell responses to microbial and tumor-associated antigens. However the large majority of human T-cells resides in tissues, especially in lymphatic organs, while only 1 % of the body’s T-cells circulate in the blood stream. Previous work in mice and humans had indicated that CD4 T-cells transiently lose antigen sensitivity when cellular contacts are lost, e.g. by leaving lymphoid organs such as lymph nodes (LNs) and entering the circulation. In this study, these findings were extended to CD8 T-cells. Thus, CD8 T-cell responses of the human tonsil show a significant drop in sensitivity to viral antigens if tissue-exit was simulated by keeping cells in dispersed culture at body temperature for two hours. Conversely, tissue-like functionality in blood-derived CD8 T-cells was restored by applying the simple and robust RESTORE protocol. Indeed, application of the RESTORE protocol, i.e. pre-culturing PBMCs for two days at a high cell density before initiation of antigenic stimulation, demonstrated that CD8 T-cell responses to a broad range of viral and to tumor-associated antigens are greatly underestimated, and sometimes even remain undetected if conventional, unprocessed PBMC cultures are used. The latter finding is particularly striking with regard to the appearance of Wilms tumor 1 (WT1)-specific CD8 T-cell responses in leukemia patients after allogeneic bone marrow transplantation. My studies on the mechanism of the RESTORE protocol show that HD preculture of PBMCs does not involve antigen-or cytokine-driven clonal expansion of T-cells. Moreover, the gain in antigen sensitivity cannot be explained by a decreased activity of regulatory T-cells during the preculture step. The increased antigen sensitivity of CD8 T-cells from HD precultures of PBMCs is associated with tonic T-cell receptor signaling as indicated by enhanced tyrosine phosphorylation of the CD3 ζ chains and the tyrosine kinase Lck, thereby preparing T-cells for full responses. The upregulation of genes involved in aerobic glycolysis in “restored” CD8 memory T-cells relative to fresh cells might be an essential requirement for increased T-cell functionality including the regulation of IFN-γ production. Taken together, the RESTORE protocol, which was initially described for the CD4 T-cell response to the antibody TGN1412 permits a more meaningful monitoring of CD8 T-cell responses to viral infections and tumors. Furthermore, when generating T-cell lines for adoptive T-cell therapy, the RESTORE protocol allows the generation of CD8 T-cell lines with an improved representation of clones responding to low antigen concentrations. N2 - Mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMCs: peripheral blood mononuclear cells) stellen die einzige routinemäßig zugängliche Quelle für humane Lymphozyten dar, welche für die immunologische Forschung und das „Immunomonitoring“ von T-Zellantworten gegen mikrobielle und Tumor-assoziierte Antigene verwendet werden. Jedoch befindet sich der Großteil der T-Zellen des Menschen in Geweben, insbesondere den lymphatischen Organen, wohingegen sich nur 1 % der T-Zellen im Blut aufhalten. Frühere Studien, die sowohl mit murinen als auch mit humanen Zellen durchgeführt wurden, zeigten, dass CD4 T-Zellen ihre Sensitivität gegenüber Antigenen zeitweise verlieren sobald zelluläre Kontakte unterbrochen werden. Dies erfolgt beispielsweise beim Verlassen der T-Zellen von Geweben und dem Eintreten in die Blutzirkulation. In dieser Arbeit wurden diese Beobachtungen auf CD8 T-Zellen ausgeweitet. So weisen humane tonsilläre CD8 T-Zellen eine signifikant niedrigere Sensitivität gegenüber viralen Antigenen auf, wenn diese in Dispersion bei Körpertemperatur für zwei Stunden gehalten werden, um das Verlassen von Geweben und somit den Verlust von zellulären Kontakten zu simulieren. Im Gegenzug konnte eine gewebeähnliche T-Zellfunktionalität bei Blutzellen durch Anwendung des RESTORE Protokolls wiederhergestellt werden. In der Tat zeigte die Anwendung des RESTORE Protokolls, welches eine Vorkultur von PBMCs für zwei Tage bei hoher Zelldichte vor antigenspezifischer T-Zellstimulation einschließt, dass CD8 T-Zellantworten gegen eine Vielzahl viraler und Tumor-assoziierter Antigene deutlich unterschätzt werden, wenn herkömmliche Stimulationsansätze verwendet werden. Teilweise können diese so gemessenen T-Zellantworten bei Verwendung herkömmliche Stimulationsansätze auch gar nicht nachgewiesen werden. Dieser Effekt war bei der Detektion von Wilms Tumor 1 (WT1)-spezifischen CD8 T-Zellantworten bei Leukämiepatienten nach allogener Stammzelltransplantation besonders deutlich zu beobachten. Meine mechanistischen Studien zeigten, dass die Vorkultur von PBMCs bei hoher Zelldichte selbst nicht zu einer Antigen- oder Zytokin-getriebenen T-Zell Expansion führt. Des Weiteren wurde gezeigt, dass der RESTORE Effekt durch den Zugewinn an CD8 T-Zellsensitivität erklärt werden kann und nicht auf eine verringerte CD8 T-Zellsuppression durch regulatorische T-Zellen während der Vorkultur zurückzuführen ist. Die erhöhte Antigensensitivität von vorkultivierten CD8 T-Zellen steht im Zusammenhang mit tonischer T-Zell Signalweiterleitung, welche anhand von erhöhter Tyrosin Phosphorylierung der CD3 ζ Ketten des T-Zell-Rezeptors und der Tyrosinkinase Lck nachgewiesen werden kann. Diese tonischen T-Zellsignale bereiten CD8 T-Zellen darauf vor, bereits auf kleine Mengen Antigen effektiv zu reagieren. Auch die Hochregulierung von Genen, welche der aeroben Glykolyse zuzuordnen sind in vorkultivierten CD8 Gedächtniszellen im Vergleich zu CD8 Gedächtniszellen, welche direkt aus dem Blut isoliert wurden, trägt zu einer erhöhten T-Zellfunktionalität bei, welche die Regulation der IFN-γ Produktion einschließt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anwendung des RESTORE Protokolls, welches ursprünglich zum Nachweis von CD4 T-Zellantworten gegen den Antikörper TGN1412 entwickelt wurde, eine verlässliche Methode zum Nachweis von CD8 T-Zellantworten gegen virale Infektionen und Tumore darstellt. Des Weiteren kann das RESTORE Protokoll zur Generierung von T-Zelllinien in der adoptive T-Zelltherapie eingesetzt werden. Die Anwendung des Protokolls erlaubt das Generieren von Zelllinien, welche auch T-Zellklone beinhalten, die durch Immunantworten auf geringe Antigenkonzentrationen entstanden sind. KW - Antigen CD8 KW - CD8 T cell KW - antigen KW - CD8 T-Zelle KW - RESTORE protocol KW - sensitivity KW - T-Lymphozyt KW - Gewebe Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-124177 ER - TY - THES A1 - Tran-Gia, Johannes T1 - Model-Based Reconstruction Methods for MR Relaxometry T1 - Modellbasierte Rekonstruktionsmethoden für die MR-Relaxometrie N2 - In this work, a model-based acceleration of parameter mapping (MAP) for the determination of the tissue parameter T1 using magnetic resonance imaging (MRI) is introduced. The iterative reconstruction uses prior knowledge about the relaxation behavior of the longitudinal magnetization after a suitable magnetization preparation to generate a series of fully sampled k-spaces from a strongly undersampled acquisition. A Fourier transform results in a spatially resolved time course of the longitudinal relaxation process, or equivalently, a spatially resolved map of the longitudinal relaxation time T1. In its fastest implementation, the MAP algorithm enables the reconstruction of a T1 map from a radial gradient echo dataset acquired within only a few seconds after magnetization preparation, while the acquisition time of conventional T1 mapping techniques typically lies in the range of a few minutes. After validation of the MAP algorithm for two different types of magnetization preparation (saturation recovery & inversion recovery), the developed algorithm was applied in different areas of preclinical and clinical MRI and possible advantages and disadvantages were evaluated. N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein modellbasiertes Verfahren namens MAP (engl. Model-based Acceleration of Parameter mapping) für die Bestimmung des T1-Gewebeparameters mittels Magnetresonanztomographie (MRT) entwickelt. Dieser iterative Algorithmus verwendet das Vorwissen über den nach einer Magnetisierungspräparation zu erwartenden Signalverlauf, um aus einer im Anschluss an eine initiale Präparation aufgenommene zeitliche Serie stark unterabgetasteter k-Räume eine Serie voll abgetasteter k-Räume zu generieren.Eine Fourier-Transformation dieser Serie in den Bildraum zeigt den örtlich aufgelösten zeitlichen Verlauf der longitudinalen Relaxation, was eine Kartierung des Gewebeparameters T1 ermöglicht. In seiner schnellsten Form ermöglicht dieses Verfahren die Rekonstruktion einer T1-Karte aus einem innerhalb weniger Sekunden nach einer passenden Magnetisierungspräparation aufgenommenen radialen Gradienten-Echo-Datensatz, während die Messdauer herkömmlich verwendeter T1-Bestimmungstechniken üblicherweise im Bereich von einigen Minuten liegt. Nach der Validierung des MAP-Algorithmus für zwei unterschiedliche Arten der Magnetisierungspräparation (Sättigungspräparation, Inversion) wurde die entwickelte Technik im Rahmen dieser Arbeit in verschiedenen Bereichen der präklinischen und klinischen MRT angewendet und mögliche Vor- und Nachteile untersucht. KW - Kernspintomographie KW - Radiologische Diagnostik KW - Bildgebendes Verfahren KW - Magnetic Resonance Relaxometry KW - Magnetresonanz-Relaxometrie KW - Model Based Reconstruction Algorithms in Magnetic Resonance Imaging KW - Modellbasierte-Rekonstruktionsalgorithmen in der Magnetresonanztomografie KW - Relaxation Parameter Mapping in Magnetic Resonance Imaging KW - Bestimmung des Relaxations-Parameters in der Magnetresonanztomografie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109774 ER - TY - THES A1 - Jänicke, Laura Annika T1 - Regulation of MYC Activity by the Ubiquitin-Proteasome System T1 - Regulation der MYC Aktivität durch das Ubiquitin-Proteasom-System N2 - The oncogenic MYC protein is a transcriptional regulator of multiple cellular processes and is aberrantly activated in a wide range of human cancers. MYC is an unstable protein rapidly degraded by the ubiquitin-proteasome system. Ubiquitination can both positively and negatively affect MYC function, but its direct contribution to MYC-mediated transactivation remained unresolved. To investigate how ubiquitination regulates MYC activity, a non-ubiquitinatable MYC mutant was characterized, in which all lysines are replaced by arginines (K-less MYC). The absence of ubiquitin-acceptor sites in K-less MYC resulted in a more stable protein, but did not affect cellular localization, chromatin-association or the ability to interact with known MYC interaction partners. Unlike the wild type protein, K-less MYC was unable to promote proliferation in immortalized mammary epithelial cells. RNA- and ChIP-Sequencing analyses revealed that, although K-less MYC was present at MYC-regulated promoters, it was a weaker transcriptional regulator. The use of K-less MYC, a proteasomal inhibitor and reconstitution of individual lysine residues showed that proteasomal turnover of MYC is required for MYC target gene induction. ChIP-Sequencing of RNA polymerase II (RNAPII) revealed that MYC ubiquitination is dispensable for RNAPII recruitment and transcriptional initiation but is specifically required to promote transcriptional elongation. Turnover of MYC is required to stimulate histone acetylation at MYC-regulated promoters, which depends on a highly conserved region in MYC (MYC box II), thereby enabling the recruitment of BRD4 and P-TEFb and the release of elongating RNAPII from target promoters. Inhibition of MYC turnover enabled the identification of an intermediate in MYC-mediated transactivation, the association of MYC with the PAF complex, a positive elongation factor, suggesting that MYC acts as an assembly factor transferring elongation factors onto RNAPII. The interaction between MYC and the PAF complex occurs via a second highly conserved region in MYC’s amino terminus, MYC box I. Collectively, the data of this work show that turnover of MYC coordinates histone acetylation with recruitment and transfer of elongation factors on RNAPII involving the cooperation of MYC box I and MYC box II. N2 - Der Transkriptionsfaktor MYC ist an der Regulation einer Vielzahl biologischer Prozesse beteiligt ist und spielt bei der Tumorentstehung und des Tumorwachstum eine entscheidende Rolle. MYC ist ein kurzlebiges Protein, das durch das Ubiquitin-Proteasom-System abgebaut wird. Die Ubiquitinierung von MYC hat auch einen stimulierenden Einfluss auf dessen transkriptionelle Aktivität. Dabei blieb jedoch der Mechanismus, der dieser Beobachtung zugrunde liegt, bislang ungeklärt. Um den direkten Einfluss von Ubiquitinierung auf die Aktivität von MYC zu untersuchen, wurde in der vorliegenden Arbeit eine MYC Mutante analysiert, in der alle Lysine zu Argininen mutiert wurden (K-less MYC). Die Mutation der Ubiquitin-Verknüpfungsstellen resultierte in einem stabileren Protein, hatte jedoch keinen Einfluss auf die zelluläre Lokalisation oder Assoziation mit bekannten Interaktionspartnern. Im Vergleich zu Wildtyp (WT) MYC war K-less MYC jedoch in der Vermittlung MYC-induzierter biologischer Phänotypen stark beeinträchtigt. Mittels RNA- und ChIP-Sequenzierungen konnte gezeigt werden, dass K-less MYC zwar an MYC-regulierte Promotoren bindet, in der transkriptionellen Aktivität aber stark beeinträchtigt ist und diese Zielgene nicht aktivieren kann. Dabei war K-less MYC noch in der Lage, RNA Polymerase II (RNAPII) zu den Zielpromotoren zu rekrutieren und die Transkription dort zu initiieren, jedoch war der Übergang zur Elongation blockiert. Die Verwendung eines Proteasom-Inhibitors sowie die Rekonstitution einzelner Lysine in K-less MYC zeigten, dass der proteasomale Abbau von MYC für die Aktivierung von Zielgenen benötigt wird. Der proteasomale Abbau ist für die Histon-Acetylierung von Bedeutung, die von einer hoch konservieren Region in MYC, der MYC Box II, abhängt. Durch die WT MYC-vermittelte Induktion der Histon-Acetylierung können folglich die Proteine BRD4 und P-TEFb an die Promotoren rekrutiert werden. Diese Proteine spielen bei dem Übergang der initiierenden RNAPII zur elongierenden RNAPII eine essentielle Rolle. Darüber hinaus ermöglichte die Inhibition des MYC Abbaus die Identifizierung eines Zwischenschritts der MYC-abhängigen Transaktivierung: die Assoziation von MYC mit dem positiven Elongationskomplex, dem PAF-Komplex. Dieser wird über eine zweite hochkonservierte Region in MYC, der MYC Box I, rekrutiert. Somit kann angenommen werden, dass MYC als eine Verbindungsstelle fungiert, die positive Elongationsfaktoren auf die RNAPII transferiert. Zusammenfassend resultieren die Daten dieser Arbeit in einem Model, nach dem der proteasomale Abbau von MYC die Histon-Acetylierung mit der Rekrutierung und dem Transfer von Elongationsfaktoren auf die RNAPII koordiniert, was der Kooperation von MYC Box I und MYC Box II bedarf. KW - Myc KW - Ubiquitinierung KW - Transkription KW - RNS-Polymerase II KW - Elongation (Transkription) KW - Proteasomaler Abbau Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-123339 ER - TY - THES A1 - Post, Antonia T1 - Snap25 heterozygous knockout mice as a potential model for attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) T1 - Heterozygote Snap25 Knockout-Mäuse als Modell für Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) N2 - SNAP25 (Synaptosomal-Associated Protein of 25 kDa; part of the SNARE complex) is involved in the docking and fusion of synaptic vesicles in presynaptic neurons necessary for the regulation of neurotransmitter release, as well as in axonal growth and synaptic plasticity. In humans, different single nucleotide polymorphisms of SNAP25 have repeatedly been associated with attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Thus, in this study heterozygous Snap25 knockout mice were investigated as a model of ADHD. Heterozygous (+/-) Snap25 knockout mice as well as their wild-type (+/+) littermates were reared under control conditions or underwent a Maternal Separation (MS) procedure. Starting at the age of 2 months, mice were tested for locomotor activity in a repeated long-term Open Field (OF) task, for attention deficits and impulsive behavior in the 5 Choice Serial Reaction Time Task (5CSRTT), for anxiety-like behavior in the Light-Dark Box (LDB) and for depression-like behavior in the Porsolt Forced Swim Test (FST). The brains of these mice were subsequently tested for the expression of several ADHD related genes in a quantitative Real-Time PCR (qRT-PCR) study. Another group of female mice (+/+; +/-) underwent a one hour OF test after oral administration of 45 mg/kg Methylphenidate (MPH) or placebo. To find an optimized dosage for this MPH challenge, a pilot study was performed. Wild-type C57BL/6 mice were tested in a long-term OF with several dosages of MPH both intraperitoneally (i.p.) and orally. The brains of these animals were afterwards investigated for neurotransmitter concentrations. In this pilot study the dosages of MPH that were similarly behaviorally effective without causing symptoms of overdosing were 7.5-15 mg/kg intraperitoneally and 30-60 mg/kg orally. However, even though it was possible to find intraperitoneal and oral doses that correlate behaviorally, the neurochemistry was mostly different. In the study on Snap25-deficient mice, unstressed controls showed a hyperactive phenotype in the second of two long-term OF sessions (60 min) spaced three weeks apart. Considering all groups, there was a significant interaction of stress and genotype in the second session, with animals subjected to MS being overall hyperactive with no genotype differences. In the training phase of the 5CSRTT only effects of stress were found, with MS animals finding and consuming fewer rewards. In the single test trial, several genotype effects became apparent, with tendencies for the number of correct nose pokes and the number of rewards eaten, and a significant effect for the number of rewards eaten directly after the correct response. In all of these variables +/- mice performed worse than their wild-type littermates. In the LDB +/- mice entered the lit compartment of the arena earlier than the controls, thus showing attenuated anxiety-like behavior. Regarding depressive-like behavior in the FST, male +/- mice spent significantly less time struggling than male +/+ mice. In the gene expression study, +/- mice had lower expression levels of Maoa and Comt, and higher expression levels of Nos1 than wild-types. Finally, the locomotor activity response to MPH was exaggerated in +/- mice as compared to controls. Heterozygous Snap25 knockout mice show some of the behavioral characteristics of ADHD, as for example a mild hyperactivity in a familiar environment, difficulties in the correct execution of a given task and even some behavior that can be interpreted as delay aversion. Additionally, expression levels of three ADHD related genes were changed in these animals. Although the exaggerated locomotor activity response to MPH is not to be expected of an ADHD model, the difference in the response between +/+ and +/- mice nonetheless implicates a potential dysfunction of the brain dopaminergic system. N2 - SNAP25 (Synaptosomal assoziiertes Protein, 25 kDa; Teil des SNARE Komplexes) ist an der Fusion von synaptischen Vesikeln mit der präsynaptischen Zellmembran beteiligt, und somit notwendig für die Regulation der Neurotransmitter-Ausschüttung. Außerdem wird eine wichtige Funktion bei dem Wachstum von Axonen und synaptischer Plastizität diskutiert. In Humanstudien wurden wiederholt verschiedene Einzelnukleotid-polymorphismen von SNAP25 mit Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) assoziiert. In der vorliegenden Studie wurden heterozygote Snap25 knockout Mäuse als Modell für ADHS untersucht. Heterozygote (+/-) Snap25 knockout Mäuse und ihre wildtypischen Wurfgeschwister wurden unter Kontrollbedingungen großgezogen oder einer maternalen Separation (MS) unterzogen. Beginnend im Alter von etwa 2 Monaten wurden diese Mäuse verschiedenen Verhaltenstests unterzogen: in einem wiederholten Langzeit-Open-Field (OF) Test wurde Aktivität untersucht, Aufmerksamkeitsdefizite und Impulsivität mit dem 5 Choice Serial Reaction Time Task (5CSRTT), angst-ähnliches Verhalten in der Light-Dark Box (LDB) und depressions-ähnliches Verhalten im Porsolt Forced Swim Test (FST). Die Gehirne dieser Mäuse wurden anschließend auf die Expression verschiedener ADHS bezogener Gene in einer quantitativen Real-Time-PCR (qRT-PCR) untersucht. Eine zusätzliche Gruppe weiblicher Mäuse (+/+; +/-) durchlief einen einstündigen OF Test nach oraler Gabe von 45 mg/kg Methylphenidat (MPH) oder Placebo. Um eine optimale Dosierung für MPH in diesem Experiment zu finden, wurde eine Pilotstudie durchgeführt. Hierbei wurden wildtypische C57/BL6 Mäuse in einem Langzeit OF Test mit Gabe unterschiedlicher Dosierungen von MPH, sowohl oral als auch intraperitoneal (i.p.), untersucht. Im Anschluss wurden die Gehirne dieser Tiere auf Neurotransmitter-konzentration geprüft. Diese Pilotstudie ergab als optimale Dosierungen von MPH auf Verhaltensebene 7.5-15 mg/kg i.p. und 30-60 mg/kg oral. Allerdings waren die neurochemischen Effekte der beiden unterschiedlichen Applikationsarten größtenteils verschieden. In der Snap25 Studie zeigten ungestresste Kontroll-Tiere einen leicht hyperaktiven Phänotyp in dem zweiten von zwei Langzeit-Open-Field Tests (60 min) im Abstand von 3 Wochen. Bei Betrachtung aller Gruppen ergab sich auch eine signifikante Interaktion von Stress und Genotyp in der zweiten Testung, und zwar dahingehend, dass MS Tiere grundsätzlich aktiveres Verhalten zeigten, ohne Genotypen-Unterschiede. In der Anfangsphase des 5CSRTT lagen nur signifikante Haupteffekte für Stress vor, gestresste Tiere hatten größere Probleme im Meistern der Aufgabe als Wildtypen. Erst im sogenannten Test-Trial am Ende der Versuchsreihe ergaben sich signifikante Haupteffekte für den Genotyp. Heterozygote Snap25 knockout Mäuse zeigten beispielsweise weniger korrekte Reaktionen und konsumierten auch weniger Belohnungspellets direkt im Anschluss an eine korrekte Reaktion als Wildtypen. In der LDB brauchten +/- Mäuse wiederum weniger Zeit als Wildtypen, um den erleuchteten Teil der Arena zu betreten, und zeigten dadurch ein reduziertes Angst-ähnliches Verhalten. Im Gegensatz dazu ergab sich ein erhöht Depressions-ähnliches Verhalten für männliche heterozygote Snap25 knockout Mäuse im FST. Auf der Genexpressions-Ebene hatten +/- Mäuse niedrigere Expressionslevels von Maoa und Comt und höhere Expressionslevels von Nos1 als Wildtypen. Abschließend zeigte sich eine erhöhte Reaktion auf MPH bei heterozygoten Mäusen. Zusammenfassend zeigen heterozygote Snap25 knockout Mäuse einige Charakteristika von ADHS auf Verhaltensebene, wie zum Beispiel eine leichte Hyperaktivität in bekannter Umgebung, Schwierigkeiten im Erlernen einer gestellten Aufgabe und sogar Verhaltensweisen, die auf eine Abneigung gegenüber Verzögerungen hindeuten. Zusätzlich kommt es aufgrund des Knockouts zu veränderten Expressionslevels verschiedener ADHS assoziierter Gene. Auch wenn die erhöhte Verhaltensreaktion von +/- Mäusen auf MPH nicht die erwartete Reaktion eines ADHS Modells darstellt, deutet sie dennoch auf ein Ungleichgewicht des dopaminergen Systems im Gehirn hin, das bei ADHS eine wichtige Rolle spielt. KW - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom KW - SNAP-Rezeptor KW - Tiermodell KW - Verhalten KW - Genexpression KW - Animal model KW - Snap25 KW - Attention deficit / hyperactivity disorder Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-122899 ER - TY - THES A1 - Murti, Krisna T1 - The Role of NFATc1 in Burkitt Lymphoma and in Eµ-Myc induced B cell Lymphoma T1 - Die Role des NAFTc1 Transkriptionsfaktors im Burkitt Lymphom und im Eµ-Myc-induzierten B-Zell Lymphom N2 - Burkitt lymphoma (BL) is a highly aggressive B cell malignancy. Rituximab, a humanized antibody against CD20, in a combination with chemotherapy is a current treatment of choice for B-cell lymphomas including BL. However, certain group of BL patients are resistant to Rituximab therapy. Therefore, alternative treatments targeting survival pathways of BL are needed. In BL deregulation of MYC expression, together with additional mutations, inhibits differentiation of germinal centre (GC) B cells and drives proliferation of tumor cells. Pro-apoptotic properties of MYC are counteracted through the B-cell receptor (BCR) and phosphoinositide-3-kinase (PI3K) pathway to ensure survival of BL cells. In normal B-cells BCR triggering activates both NF-κB and NFAT-dependent survival signals. Since BL cells do not exhibit constitutive NF-κB activity, we hypothesized that anti-apoptotic NFATc1A isoform might provide a major survival signal for BL cells. We show that NFATc1 is constitutively expressed in nuclei of BL, in BL cell lines and in Eµ-Myc–induced B cell lymphoma (BCL) cells. Nuclear residence of NFATc1 in these entities depends on intracellular Ca2+ levels but is largely insensitive to cyclosporine A (CsA) treatment and therefore independent from calcineurine (CN) activity. The protein/protein interaction between the regulatory domain of NFATc1 and DNA binding domain of BCL6 likely contributes to sustained nuclear residence of NFATc1 and to the regulation of proposed NFATc1-MYC-BCL6-PRDM1 network in B-cell lymphomas. Our data revealed lack of strict correlation between the expression of six NFATc1 isoforms in different BL-related entities suggesting that both NFATc1/alphaA and -betaA isoforms provide survival functions and that NFATc1alpha/betaB and -alpha/betaC isoforms either do not possess pro-apoptotic properties in BL cells or these properties are counterbalanced. In addition, we show that in BL entities expression of NFATc1 protein is largely regulated at post-transcriptional level, including MYC dependent increase of protein stability. Functionally we show that conditional inactivation of Nfatc1 gene in Eµ-Myc mice prevents development of BCL tumors with mature B cell immunophenotype (IgD+). Loss of NFATc1 expression in BCL cells ex vivo results in apoptosis of tumor cells. Together our results identify NFATc1 as an important survival factor in BL cells and, hence, as a promising target for alternative therapeutic strategies for BL. N2 - Das Burkitt Lymphom (BL) ist eine hoch aggressive B-Zellentartung. Rituximab, ein humanisierter Antikörper gegen CD20, in Kombination mit Chemotherapie ist die augenblickliche Behandlung der Wahl für B-Zelllymphome inklusive dem BL. Allerdings sind bestimmte Gruppen der BL-Patienten resistent gegenüber einer Rituximabtherapie. Deshalb werden alternative Behandlungsmöglichkeiten, die das Überleben der BL gezielt beeinflussen, gesucht. Die Deregulation der MYC-Expression, zusammen mit weiteren Mutationen, inhibiert die Differenzierung der Keimzentrums- (GC-) B-Zellen im BL und treibt die Proliferation der Tumorzellen. Die pro-apoptotischen Eigenschaften von MYC sind durch den B-Zellrezeptor (BCR) und Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)-Signalwege gegenreguliert, was zum Überleben der BL-Zellen führt. Da BL-Zellen keine konstitutive NF-κB-Aktivität aufweisen, stellten wir die Hypothese auf, dass die anti-apoptotischen Isoformen von NFATc1A ein Hauptüberlebenssignal für BL-Zellen bereitstellen könnten. Wir zeigen, dass NFATc1 konstitutiv in den Kernen primärer BL-Zellen, der BL-Zelllinien und in den Zellen eines Eµ-MYC-induzierten B-Zelllymphoms (BCL) vorliegt. Nukleäre NFATc1-Präsenz in diesen Entitäten hängt von intrazellulären Ca2+-Mengen ab, ist aber weitestgehend unempfindlich gegenüber Cyclosporine A (CsA)-Behandlung und unabhängig von Calcineurin (CN)-Aktivität. Stattdessen trägt wahrscheinlich die Protein/Proteininteraktion zwischen der regulatorischen Domäne von NFATc1 und der DNA-Bindungsdomäne von BCL6 zur anhaltenden nukleären Präsenz von NFATc1 und dem vorgeschlagenen NFATc1-MYC-BCL6-PRDM1-Netzwerk in B-Zelllymphomen bei. Unsere Daten ergaben keine strenge Korrelation zwischen der Expression der sechs NFATc1-Isoformen in verschiedenen BL-verwandten Entitäten. Dies suggeriert, dass sowohl NFATc1/αA wie –βA Überlebenssignale vermitteln und dass NFATc1α/βB und –α/βC-Isoformen in BL-Zellen keine pro-apoptotischen Eigenschaften besitzen oder diese Funktionen gegenreguliert werden. Des Weiteren zeigen wir, dass in BL-Entitäten die Expression der NFATc1-Proteine auf post-transkriptioneller Ebene reguliert werden. Dies schließt einen MYC-abhängigen Anstieg der Proteinstabilität ein. In Bezug auf die Funktion von NFATc1 zeigen wir, dass seine konditionelle Inaktivierung in Eµ-MYC-Mäusen die Entwicklung von BCL-Tumoren mit reifem T-Zellimmunphänotyp (IgD+) verhindert. Dementsprechend resultiert der Verlust der NFATc1-Expression in BCL-Zellen ex vivo in einer Apoptose der Tumorzellen. Zusammengefasst brandmarken unsere Resultate NFATc1 als einen entscheidenden Überlebensfaktor in BL-Zellen bzw. identifizieren es als vielversprechendes Ziel alternativer therapeutischer Strategien in BL. KW - Transkriptionsfaktor KW - Burkitt Lymphom KW - B-Zell-Lymphom KW - NFATc1 KW - Burkitt Lymphoma Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106448 ER - TY - THES 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 - 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 - 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 - TY - THES 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 ER - TY - THES A1 - Chen, Wenchun T1 - Studies on the role of calcium channels and the kinase domain of transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) in platelet function T1 - Studien über die Rolle von Calcium Kanälen und der Kinase Dömane von transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) für die Thrombozytenfunktion N2 - Platelet activation and aggregation are essential processes for the sealing of injured vessel walls and preventing blood loss. Under pathological conditions, however, platelet aggregation can lead to uncontrolled thrombus formation, resulting in irreversible vessel occlusion. Therefore, precise regulation of platelet activation is required to ensure efficient platelet plug formation and wound sealing but also to prevent uncontrolled thrombus formation. Rapid elevations in the intracellular levels of cations are a core signaling event during platelet activation. In this thesis, the roles of Ca2+ and Mg2+ channels in the regulation of platelet function were investigated. Orai1, the major store-operated calcium (SOC) channel in platelets, is not only vital for diverse signaling pathways, but may also regulate receptor-operated calcium entry (ROCE). The coupling between the Orai1 signalosome and canonical transient receptor potential channel (TRPC) isoforms has been suggested as an essential step in the activation of store-operated calcium entry (SOCE) and ROCE in human platelets. However, the functional significance of the biochemical interaction between Orai and TRPC isoforms still remains to be answered. In the first part of this thesis, the functional crosstalk between Orai1 and TRPC6 was addressed. Orai1-mediated SOCE was found to enhance the activity of phospholipases (PL) C and D, to increase diacylglycerol (DAG) production and finally to regulate TRPC6-mediated ROCE via DAG, indicating that the regulation of TRPC6 channel activity seems to be independent of the physical interaction with Orai1. Furthermore, Orai1 and TRPC6 double deficiency led to a reduced Ca2+ store content and basal cytoplasmic Ca2+ concentrations, but surprisingly also enhanced ATP secretion, which may enhance Ca2+ influx via P2X1 and compensate for the severe Ca2+ deficits seen in double mutant platelets. In addition, Orai1 and TRPC6 were not essential for G protein-coupled receptor (GPCR)-mediated platelet activation, aggregation and thrombus formation. Transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) contains a cytosolic serine/threonine protein kinase. To date, a few in vitro substrates of the TRPM7 kinase have been identified, however, the physiological role of the kinase remains unknown. In the second part of this thesis, mice with a point mutation which blocks the catalytic activity of the TRPM7 kinase (Trpm7KI) were used to study the role of the TRPM7 kinase in platelet function. In Trpm7KI platelets phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) metabolism and Ca2+ mobilization were severely impaired upon glycoprotein (GP) VI activation, indicating that the TRPM7 kinase regulates PLC function. This signaling defect in Trpm7KI platelets resulted in impaired aggregate formation under flow and protected animals from arterial thrombosis and ischemic brain infarction. Altogether, these results highlight the kinase domain of TRPM7 as a pivotal signaling moiety implicated in the pathogenesis of thrombosis and cerebrovascular events. N2 - Die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten sind zwei elementare Prozesse für das Abdichten verletzter Gefäßwände und damit zur Verhinderung von exzessivem Blutverlust. Unter pathologischen Bedingungen kann die Thrombozytenaggregation jedoch zur unkontrollierten Thrombusbildung und folglich zum irreversiblen Gefäßverschluss führen. Daher ist eine präzise Regulation der Thrombozytenaktivierung wichtig, um effizient Gefäßverletzungen zu schließen aber gleichzeitig eine unkontrollierte Thrombusbildung zu verhindern. Schnelle Veränderungen der zytoplasmatischen Konztentration von Kationen stellen ein Kernelement der Signaltransduktion während der Plättchenaktivierung dar. In dieser Arbeit wurden die Rolle von Ca2+ und Mg2+ Kanälen in der Regulation der Thrombozytenfunktion untersucht. Orai1, der bedeutendste store-operated calcium (SOC) Kanal in Thrombozyten, ist nicht nur entscheidend für verschiedene Signalwege, sondern reguliert möglicherweise auch receptor-operated calcium entry (ROCE). Die Kopplung zwischen dem Orai1-Signalkomplex und canonical transient receptor potential channel (TRPC) Isoformen wurde als entscheidender Schritt in der Aktivierung in der Aktivierung von store-operated calcium entry (SOCE) und ROCE in humanen Thrombozyten vermutet. Die Frage nach der funktionellen Relevanz der Interaktion zwischen Orai und TRPC Isoformen blieb jedoch unbeantwortet. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde der funktionelle Crosstalk zwischen Orai1 und TRPC6 adressiert. Hierbei zeigte sich, das Orai1-vermittelter SOCE die Aktivität der Phosholipasen (PL) C und D steigert, die Diacylglycerol (DAG) Produktion verstärkt und schließlich TRPC6-vermittelten ROCE via DAG reguliert, was darauf hindeutet, dass die Regulation der TRPC6 Kanalaktivität unabhängig von einer direkten Interaktion mit Orai1 zu sein scheint. Darüber hinaus führte die Doppeldefizienz von Orai1 und TRPC6 zu verringerten Ca2+ Konzentrationen in intrazellulären Ca2+-Speichern und im Zytoplasma der Thrombozyten. Überraschenderweise war auch die ATP-Sekretion erhöht, was eventuell den Ca2+-Einstrom durch P2X1 verstärkt und möglicherweise das starke Ca2+-Defizit in den doppeldefizienten Thrombozyten kompensiert. Außerdem wurde gezeigt, dass Orai1 und TRPC6 nicht für die Aktivierung und Aggregation von Thrombozyten sowie für die Thrombusbildung mittlels G protein-gekoppelter Rezeptoren (GPCR) benötigt werden. Transient receptor potential melastatin-like 7 (TRPM7) enthält eine zytosolische Serin/Threonin-Kinase Domain. Bislang wurden zwar wenige in vitro Substrate der TRPM7 Kinase identifiziert, jedoch ist die physiologische Rolle dieser Kinase immer noch unbekannt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Mäuse mit einer Punktmutation, welche die katalytische Aktivität der TRPM7 Kinase blockiert (Trpm7KI) eingesetzt um die Rolle der TRPM7 Kinase für die Funktion von Thrombozyten zu untersuchen. In Trpm7KI Thrombozyten war der Metabolismus von phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) und die Ca2+-Mobilisierung nach Aktivierung des Rezeptors Glykoprotein (GP) VI schwer beeinträchtigt, was darauf hindeutet, dass die Aktivität der TRPM7 Kinase die Funktion der PLC reguliert. Aus diesem Signaltransduktionsdefekt in Trpm7KI Thrombozyten resultierte eine verringerte Aggregatbildung unter Flussbedingungen und ein Schutz der Tiere vor arteriellen Thrombosen und ischämischem Schlaganfall. Zusammenfassend heben diese Ergebnisse die Kinasedomäne von TRPM7 als einen ausschlaggebenden Bestandteil in Signalkaskaden hervor und implizieren eine Rolle dieser Domäne in der Pathogenese von ischämischen Kardio- und zerebrovaskulären Erkrankungen. KW - Thrombozyt KW - Calciumkanal KW - Protein TRPC6 KW - Platelet KW - Orai1 KW - Crosstalk KW - TRPM7 kinase Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103719 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Sun, Ping T1 - Alzheimer`s disease and brain insulin resistance: The diabetes inducing drug streptozotocin diminishes adult neurogenesis in the rat hippocampus – an in vivo and in vitro study T1 - Alzheimer-Krankheit und Insulinresistenz im Gehirn: Streptozotocin, das Änderungen im Insulinstoffwechsel hervorruft, reduziert die Neubildung von Neuronen im Hippocampus von adulten Ratten - In vivo- und In vitro-Untersuchungen N2 - Alzheimer’s disease (AD) is the most prevalent neurodegenerative disease of the brain, which is characterized by a progressive loss of memory and spatial orientation. Only less than 5-10% of AD sufferers are familial cases due to genetic mutations in the amyloid precursor protein (APP) gene or presenilin (PS) 1 and 2 genes. The cause of sporadic AD (sAD) which covers > 95% of AD patients is still unknown. Current research found interactions between aging, diabetes and cognitive decline including dementia in general and in AD in particular. Disturbances of brain glucose uptake, glucose tolerance and utilization and impairment of the insulin/insulin receptor (IR) signaling cascade are thought to be key targets for the development of sAD. In the brain of AD patients, neural plasticity is impaired indicated by synaptic and neuronal loss. Adult neurogenesis (AN), the generation of functional neurons in the adult brain, may be able to restore neurological function deficits through the integration of newborn neurons into existing neural networks. The dentate gyrus of the hippocampus is one out of few brain regions where life-long AN exists. However, there is a big controversy in literature regarding the involvement of AN in AD pathology. Most animal studies used transgenic mice based on the Amyloid ß (Aß) hypothesis which primarily act as models for the familial form of AD. Findings from human post mortem AN studies were also inconstistent. In this thesis, we focused on the possible involvement of AN in the pathogenesis of the sporadic form of AD. Streptozotocin intracerebroventricularily (STZ icv) treated rats, which develop an insulin-resistant brain state and learning and memory deficits preceding Aß pathology act as an appropriate animal model for sAD. We used STZ treatment for both parts of my work, for the in vivo and in vitro study. In the first part of my thesis, my coworkers and I investigated STZ icv treatment effects on different stages of AN in an in vivo approach. Even if STZ icv treatment does not seem to considerably influence stem cell proliferation over a short-term (1 month after STZ icv treatment) as well as in a long-term (3 months after STZ icv treatment) period, it results in significantly less immature and newborn mature neurons 3 months after STZ icv treatment. This reduction detected after 3 months was specific for the septal hippocampus, discussed to be important for spatial learning. Subsequently we performed co-localization studies with antibodies detecting BrdU (applied appr. 27 days before sacrifice) and cell-type specific markers such as NeuN, and GFAP, we found that STZ treatment does not affect the differentiation fate of newly generated cells. Phenotype analysis of BrdU-positive cells in the hilus and molecular layer revealed that some of the BrdU-positive cells are newborn oligodendrocytes but not newborn microglia. In the second part of my thesis I worked with cultured neural stem cells (NSCs) isolated from the adult rat hippocampus to reveal STZ effects on the proliferation of of NSCs, and on the survival and differentiation of their progeny. Furthermore, this in vitro approach enabled me to study cellular mechanisms underlying the observed impaired neurogenesis in the hippocampus of STZ-treated rats. In contrast to our findings of the STZ icv in vivo study we revealed that STZ supplied with the cell culture medium inhibits the proliferation of NSCs in a dose-dependent and time-dependent manner. Moreover, performing immunofluorescence studies with antibodies detecting cell-type specific markers after triggering NSCs to differentiate, we could show that STZ treatment affects the number of newly generated neurons but not of astrocytes. Analyzing newborn cells starting to differentiate and migrate I was able to demonstrate that STZ has no effect on the migration of newborn cells. Trying to reveal cellular mechanisms underlying the negative influence of STZ on hippocampal AN, we performed qRT-PCR and immunofluorescence staining and thus could show that in NSCs the expression of glucose transporter (GLUT)3 mRNA as well as IR and GLUT3 protein levels are reduced after STZ treatment. Therefore, the inhibition of the proliferation of NSCs may be (at least partially) caused by these two molecules. Interestingly, the effect of STZ on differentiating cells was shown to be different, as IR protein expression was not significantly changed but GLUT3 protein levels were decreased in consequence of STZ treatment. In summary, this project delivered further insights into the interrelation between AN the sporadic form of sAD and thus provides a basis of new therapeutic approaches in sAD treatment through intervening AN. Discrepancies between the results of the two parts of my thesis, the in vivo and in vitro part, were certainly caused to a certain extent by the missing microenvironment in the in vitro approach with cultured NSCs. Future studies e.g. using co-culture systems could at least minimize the effect of a missing natural microenvironment of cultured NSCs, so that the use of an in vitro approach for the investigation of STZ treatment underlying cellular mechanisms can be improved. N2 - Die Alzheimer-Krankheit (AK) ist die häufigste neurodegenerative Erkrankung weltweit. Nur etwa 5 bis 10% der Betroffenen leiden an der familiären Form, die auf bestimmten Mutationen in einzelnen Genen, wie z.B. dem Amyloid precursor protein (APP)-Gen, zurückzuführen ist. Die Ursache der sporadischen Form der AK (sAK), die mehr als 95% der Betroffenen ausmacht, ist hingegen noch weitgehend unbekannt. Jüngste Erkenntnisse weisen auf eine Wechselwirkung von hohem Alter, Stoffwechselkrankheiten wie z.B. Diabetes, und kognitiven Defiziten, welche eine Demenz im Allgemeinen und die Alzheimer-Krankheit im Besonderen kennzeichnen, hin. Deshalb werden Störungen in der Glukoseaufnahme, in der Glukosetoleranz, und in der Funktion des Insulin/Insulinrezeptorsignalweges als Schlüsselelemente für die Entstehung einer sAK angesehen. Die neuronale Plastizität der Gehirne von AK-Patienten ist stark eingeschränkt, was sich vor allem durch den Verlust von Synapsen als auch durch den Verlust ganzer Nervenzellen zeigt. Die adulte Neurogenese (AN), die Neubildung von Neuronen im Gehirn von erwachsenen Individuen, könnte durch den Einbau neu gebildeter Neurone in existierende neuronale Netzwerke eine wichtige Rolle bei der Regenerierung neurologischer Defizite spielen. Der Gyrus dentatus im Hippocampus ist eine der wenigen Gehirnregionen, in welcher lebenslang AN stattfindet. Jedoch ist noch unklar, ob eine veränderte AN an der Pathogenese der AK beteiligt ist. Es wurden bereits viele Untersuchungen zur AN in Tiermodellen durchgeführt, wobei die überwiegende Anzahl von bisher verwendeten Tiermodellen auf der Amyloid ß-(Aß) Hypothese basieren, und somit primär Modelle für die familiäre AK darstellen. Studien mit humanem post mortem-Gewebe gaben bisher jedoch auch noch keine klaren Hinweise auf die mögliche Bedeutung einer veränderten AN für die AK. In dieser Thesis sollte die Rolle der AN für die Pathogenese der sAD untersucht werden. Dafür wurden Ratten mit Streptozotocin intracerebroventrikulär (STZ icv) behandelt. Diese so behandelten Ratten gelten als Tiermodell für die sAK, da sie bereits kurze Zeit nach ihrer STZ icv-Behandlung kognitive Defizite zeigen, ihr Gehirn eine Insulin-Resistenz entwickelt, und etwas später dann auch erste Anzeichen einer Aß-Pathologie nachweisbar sind. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde in einem in vivo-Ansatz der mögliche Einfluss einer STZ icv-Behandlung auf die verschiedenen Stadien der AN untersucht. Wir konnten zeigen, dass 1 Monat nach STZ icv-Behandlung weder die Proliferation neuraler Stammzellen (neural stem cells, NSCs) noch die Bildung junger Neurone verändert war, dass aber nach 3 Monaten signifikant weniger junge unreife und auch reife Neurone entstanden sind. Diese reduzierte Anzahl neu gebildeter Neurone konnte nur im septalen Teil des Hippocampus, dem eine bedeutende Rolle beim räumlichen Lernen zugesprochen wird, nachgewiesen werden. Durch eine quantitativ ausgewertete Ko-Lokalisationsstudie mit Antikörpern gegen Bromodesoxyuridin (BrdU) (mehrmalige i.p.-Gabe 27 Tage vor Gewebeentnahme) und zelltyp-spezifischen Markern wie dem Neuronenmarker NeuN und dem Marker für Astrozypen GFAP konnten wir zeigen, dass die STZ icv-Gabe nur die Anzahl der neu gebildeten Neuronen, aber nicht die Differenzierungsrichtung der neu gebildeten Zellen verändert. Eine qualitative Phänotypanalyse BrdU-positiver Zellen ergab außerdem, dass im Hilus und in der Molekularschicht des Gyrus dentatus lokalisierte BrdU-positive Zellen neu gebildeten Oligodendrozyten, aber nicht neu gebildeten Mikrogliazellen, zugeordnet werden konnten. Im zweiten Teil meiner Arbeit habe ich NSCs aus dem adulten Hippocampus isoliert und kultiviert, um auch auf diese Art und Weise mögliche Effekte von STZ auf die Proliferation von NSCs als auch auf das Überleben und die Differenzierung von neu geborenen Zellen zu untersuchen. Ziel dieser in vitro-Studie war eine genauere Analyse der durch STZ-Gabe ausgelösten grundlegenden zellulären Mechanismen. Im Widerspruch zu den Ergebnissen der in vivo-Studie konnte ich einen Dosis- und Zeit-abhängigen negativen Effekt von STZ auf die Proliferation der NSCs zeigen. Darüber hinaus führte die Zugabe von STZ zum Medium letztendlich zu einer verringerten Bildung von Neuronen, die Neubildung von Astrozyten zeigte sich jedoch unverändert. In einem Test zur Untersuchung der Migration neu gebildeter Zellen konnte ich keinen Einfluss von STZ auf die Migration nachweisen. Weitere Analysen ergaben, dass die verringerte Proliferation der NSCs im Zusammenhang mit einer reduzierten mRNA- als auch Protein-Expression des Glukosetransporters(GLUT)3 und mit reduzierten Insulinrezeptorkonzentrationen stehen könnte. In sich differenzierenden Zellen jedoch wurde neben einer ebenfalls reduzierten GLUT3- Proteinexpression keine veränderte Insulinrezeptorenausstattung detektiert. Zusammenfassend gibt die vorliegende Arbeit mithilfe des in vivo- als auch in vitro-Ansatzes Hinweise auf eine Bedeutung der hippocampalen AN für die Entstehung der sAK und bietet dadurch Ansatzpunkte für neue therapeutische Ansätze. Die im in vivo- und in vitro-Ansatz erzielten unterschiedlichen Resultate, die sicherlich zum Teil durch die fehlende Mikroumgebung der NSCs und sich differenzierenden Zellen im in vitro-Ansatz verursacht wurden, können in Zukunft z.B. durch Ko-Kulturen zumindest verringert werden, so dass mithilfe von in vitro-Ansätzen grundlegende zelluläre Mechanismen einer STZ-Effekts in Zukunft besser untersucht werden können. KW - Alzheimerkrankheit KW - Insulinresistenz KW - adult neurogenesis KW - streptozotocin KW - Alzheimer`s disease KW - insulin resistance Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-119252 ER - TY - THES A1 - Ehmann, Nadine T1 - Linking the active zone ultrastructure to function in Drosophila T1 - Struktur-Funktions-Beziehungen an der aktiven Zone in Drosophila N2 - Accurate information transfer between neurons governs proper brain function. At chemical synapses, communication is mediated via neurotransmitter release from specialized presynaptic intercellular contact sites, so called active zones. Their molecular composition constitutes a precisely arranged framework that sets the stage for synaptic communication. Active zones contain a variety of proteins that deliver the speed, accuracy and plasticity inherent to neurotransmission. Though, how the molecular arrangement of these proteins influences active zone output is still ambiguous. Elucidating the nanoscopic organization of AZs has been hindered by the diffraction-limited resolution of conventional light microscopy, which is insufficient to resolve the active zone architecture on the nanometer scale. Recently, super-resolution techniques entered the field of neuroscience, which yield the capacity to bridge the gap in resolution between light and electron microscopy without losing molecular specificity. Here, localization microscopy methods are of special interest, as they can potentially deliver quantitative information about molecular distributions, even giving absolute numbers of proteins present within cellular nanodomains. This thesis puts forward an approach based on conventional immunohistochemistry to quantify endogenous protein organizations in situ by employing direct stochastic optical reconstruction microscopy (dSTORM). Focussing on Bruchpilot (Brp) as a major component of Drosophila active zones, the results show that the cytomatrix at the active zone is composed of units, which comprise on average ~137 Brp molecules, most of which are arranged in approximately 15 heptameric clusters. To test for a quantitative relationship between active zone ultrastructure and synaptic output, Drosophila mutants and electrophysiology were employed. The findings indicate that the precise spatial arrangement of Brp reflects properties of short-term plasticity and distinguishes distinct mechanistic causes of synaptic depression. Moreover, functional diversification could be connected to a heretofore unrecognized ultrastructural gradient along a Drosophila motor neuron. N2 - Kommunikation zwischen Nervenzellen ist von grundlegender Bedeutung für die Hirnfunktion. An chemischen Synapsen findet diese an hoch spezialisierten interzellulären Kontaktstellen statt, den aktiven Zonen, welche die Voraussetzung für präzise Neurotransmission schaffen und somit die synaptische Kommunikation gewährleisten. In aktiven Zonen befindet sich eine Vielzahl von Proteinen dicht gepackt, die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Plastizität der Signaltransduktion vermitteln. Bisher ist es jedoch unklar, in welcher Weise die molekularen Organisationsprinzipien dieser Proteine die Funktion der aktiven Zone beeinflussen. Teilweise ist dies dem Auflösungsvermögen konventioneller Lichtmikroskopie geschuldet, das nicht ausreicht um die Architektur der aktiven Zone im Nanometer Bereich aufzuklären. Unlängst jedoch haben neue Methoden der hochaufgelösten Fluoreszenzmikroskopie ihren Weg in die Neurowissenschaften gefunden. Diese sind in der Lage die Lücke zwischen optischer Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie zu schließen, ohne die Identität der Proteinspezies aus den Augen zu verlieren. Besonderes Interesse kommt hierbei sogenannten Lokalisationsmikroskopie Techniken zu. Diese können neben der Darstellung molekularer Organisationen im Idealfall sogar quantitative Informationen über die absolute Anzahl bestimmter Moleküle in subzellulären Bereichen liefern. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die auf klassischer Immunohistochemie beruht und dSTORM (direct stochastic optical reconstruction microscopy) nutzt, um die endogene Proteinorganisation in situ zu quantifizieren. Fokussierend auf Brp (Bruchpilot), einem Protein an der aktiven Zone von Drosophila melanogaster, zeigen die Ergebnisse, dass die Zytomatrix an der aktiven Zone modular aufgebaut ist, wobei jedes Modul ~137 Brp Moleküle umfasst. Diese sind zum Großteil in etwa 15 Gruppen mit je 7 Untereinheiten angeordnet. Um auf einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Ultrastruktur der aktiven Zone und ihrer Funktion zu schließen, wurden Drosophila Mutanten eingesetzt und mittels Elektrophysiologie funktionell untersucht. Die Ergebnisse veranschaulichen, dass sich spezifische Eigenschaften von Kurzzeitplastizität in der präzisen Anordnung von Brp widerspiegeln, was Rückschlüsse auf verschiedene Ursprünge synaptischer Depression zulässt. Darüber hinaus beschrieben dSTORM Experimente erstmals, dass ein funktioneller Gradient entlang des Motoneurons mit der graduellen Veränderung der Anzahl von Bruchpilotmolekülen pro aktive Zone korreliert. KW - Taufliege KW - Elektrophysiologie KW - Fluoreszenzmikroskopie KW - Synapse KW - Drosophila KW - active zone KW - structure-function relationships KW - super-resolution microscopy KW - electrophysiology KW - Synapses KW - Microscopy Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-118186 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 ER - TY - THES A1 - Weber, David T1 - Hey target gene regulation in embryonic stem cells and cardiomyocytes T1 - Regulation von Hey Zielgenen in embryonalen Stammzellen und Kardiomyozyten N2 - The Notch signaling pathway is crucial for mammalian heart development. It controls cell-fate decisions, coordinates patterning processes and regulates proliferation and differentiation. Critical Notch effectors are Hey bHLH transcription factors (TF) that are expressed in atrial (Hey1) and ventricular (Hey2) cardiomyocytes (CM) and in the developing endocardium (Hey1/2/L). The importance of Hey proteins for cardiac development is demonstrated by knockout (KO) mice, which suffer from lethal cardiac defects, such as ventricular septum defects (VSD), valve defects and cardiomyopathy. Despite this clear functional relevance, little is known about Hey downstream targets in the heart and the molecular mechanism by which they are regulated. Here, I use a cell culture system with inducible Hey1, Hey2 or HeyL expression to study Hey target gene regulation in HEK293 cells, in murine embryonic stem cells (ESC) and in ESC derived CM. In HEK293 cells, I could show that genome wide binding sites largely overlap between all three Hey proteins, but HeyL has many additional binding sites that are not bound by Hey1 or Hey2. Shared binding sites are located close to transcription start sites (TSS) where Hey proteins preferentially bind to canonical E boxes, although more loosely defined modes of binding exist. Additional sites only bound by HeyL are more scattered across the genome. The ability of HeyL to bind these sites depends on the C-terminal part of the protein. Although there are genes which are differently regulated by HeyL, it is unclear whether this regulation results from binding of additional sites by HeyL. Additionally, Hey target gene regulation was studied in ESC and differentiated CM, which are more relevant for the observed cardiac phenotypes. ESC derived CM contract in culture and are positive for typical cardiac markers by qRT PCR and staining. According to these markers differentiation is unaffected by prolonged Hey1 or Hey2 overexpression. Regulated genes are largely redundant between Hey1 and Hey2. These are mainly other TF involved in e.g. developmental processes, apoptosis, cell migration and cell cycle. Many target genes are cell type specifically regulated causing a shift in Hey repression of genes involved in cell migration in ESC to repression of genes involved in cell cycle in CM. The number of Hey binding sites is reduced in CM and HEK293 cells compared to ESC, most likely due to more regions of dense chromatin in differentiated cells. Binding sites are enriched at the proximal promoters of down-regulated genes, compared to up-or non-regulated genes. This indicates that up-regulation primarily results from indirect effects, while down-regulation is the direct results of Hey binding to target promoters. The extent of repression generally correlates with the amount of Hey binding and subsequent recruitment of histone deacetylases (Hdac) to target promoters resulting in histone H3 deacetylation. However, in CM the repressive effect of Hey binding on a subset of genes can be annulled, likely due to binding of cardiac specific activators like Srf, Nkx2-5 and Gata4. These factors seem not to interfere with Hey binding in CM, but they recruit histone acetylases such as p300 that may counteract Hey mediated histone H3 deacetylation. Such a scenario explains differential regulation of Hey target genes between ESC and CM resulting in gene and cell-type specific regulation. N2 - Der Notch Signalweg ist essenziell für die Herzentwicklung in Säugetieren. Er kontrolliert Zell-differenzierung, koordiniert Musterbildungsprozesse und reguliert Proliferation und Differenzierung. Kritische Notch Effektoren sind Hey bHLH Transkriptionsfaktoren, welche im Herzen in atrialen (Hey1) und ventrikulären (Hey2) Kardiomyozyten und dem sich entwickelnden Endokardium (Hey1/2/L) exprimiert werden. Die Bedeutung von Hey Proteinen während der Herzentwicklung wird an Hand von verschiedenen KO Mäusen ersichtlich, welche letale Herzdefekte, wie ventrikuläre Septumdefekte, Herzklappendefekte und Kardiomyopathien, entwickeln. Trotz dieser klaren funktionalen Relevanz ist wenig über Hey Zielgene im Herzen und den molekularen Mechanismus bekannt, über den diese reguliert werden. Hier wurde ein Zellkultursystem mit induzierbarer Expression von Hey1, Hey2 oder HeyL verwendet, um Hey Zielgene in HEK293, murinen embryonalen Stammzellen und in differenzierten Kardiomyozyten zu studieren. In HEK293 Zellen konnte ich zeigen, dass die Bindestellen im Genom weitestgehend zwischen allen drei Hey Proteinen überlappen, HeyL jedoch viele zusätzliche Bindestellen aufweist, welche weder von Hey1 noch Hey2 gebunden werden. Gemeinsame Bindestellen befinden sich nahe Transkriptionsstartstellen, präferentiell an kanonische E boxen. Die nur von HeyL gebunden Bindestellen sind mehr über das Genom verteilt. Dabei ist die Fähigkeit von HeyL diese Stellen zu binden vom C-terminalen Teil abhängig. Obwohl es Gene gibt, die unterschiedlich von HeyL reguliert werden, ist es auf Grund der sehr viel größeren Anzahl an HeyL Bindestellen unklar, ob diese Regulation das Resultat von zusätzlicher HeyL Bindung ist. Zusätzlich wurde die Regulation von Hey Zielgenen in embryonalen Stammzellen und differenzierten Kardiomyozyten untersucht, da diese Zellen für die beobachteten kardialen Phänotypen relevanter sind. Differenzierte Kardiomyozyten kontrahieren in Kultur und sind positiv für typische kardiale Marker an Hand von qRT-PCR und Färbungen. Nach diesen Markern ist die Differenzierung durch kontinuierliche Überexpression von Hey1 oder Hey2 unverändert. Die Hey1 und Hey2 regulierten Gene sind weitestgehend redundant. Viele Zielgene sind andere Transkriptionsfaktoren, die zum Beispiel an Entwicklungsprozessen, Apoptose, Zellmigration und dem Zellzyklus beteiligt sind. Diese werden oft Zelltyp spezifisch reguliert, was zur Folge hat, dass in embryonalen Stammzellen auch an der Zellmigration beteiligte Gene reprimiert werden, während es in Kardiomyozyten vor allem Gene sind, die den Zellzyklus betreffen. Die Zahl der Hey Bindestellen ist in Kardiomyozyten und HEK293 Zellen verglichen mit embryonalen Stammzellen reduziert, höchstwahrscheinlich da differenzierte Zellen weniger offenes Chromatin besitzen. Die Bindestellen sind in reprimierten Genen verglichen mit induzierten oder nicht regulierten Genen angereichert. Dies deutet an, dass eine Induktion meist durch indirekte Effekte zu Stande kommt, während eine Repression das direkte Ergebnis der Hey Bindung an Zielpromotoren ist. Die Stärke der Repression korreliert dabei generell mit der Menge an Promoter gebundenem Hey Protein, welches Histon-Deacetylasen rekrutiert und zu einer Reduktion der Histon H3 Acetylierung führt. In Kardiomoyzyten wird der repressive Effekt von Hey für bestimmte Gene unterbunden, wahrscheinlich durch Bindung herzspezifischer Aktivatoren, wie Srf, Nkx2 5 und Gata4. Diese Faktoren scheinen nicht die Bindung von Hey zu beeinflussen, aber sie rekrutieren Acetylasen wie p300, welche Hey vermittelter Histon H3 Deacetylierung entgegenwirken. Dieses Model erklärt die unterschiedliche Regulation von Hey Zielgenen zwischen embryonalen Stammzellen und Kardiomyozyten. KW - Transkriptionsfaktor KW - Gen notch KW - Gene regulation KW - Notch signalling KW - Hey proteins KW - Genregulation KW - Notch Signalweg KW - Hey Proteine Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-101663 ER - TY - THES A1 - Anjana Vaman, Vamadevan Sujatha T1 - LASP1, a newly identified melanocytic protein with a possible role in melanin release, but not in melanoma progression T1 - LASP1, ein neu identifiziertes melanozytischen Protein mit einer möglichen Rolle bei der Freisetzung von Melanin, jedoch nicht in Melanomprogression N2 - LIM and SH3 protein 1 (LASP1) is a nucleocytoplasmic scaffolding protein. LASP1 interacts with various cytoskeletal proteins via its domain structure and is known to participate in physiological processes of cells. In the present study, a detailed investigation of the expression pattern of LASP1 protein in normal skin, melanocytic nevi and melanoma was carried out and the melanocyte–specific function of LASP1 was analyzed. LASP1 protein was identified in stratum basale of skin epidermis and a very high level was detected in nevi, the benign tumor of melanocyte. In the highly proliferative basal cells, an additional distinct nuclear localization of the protein was noted. In different tumor entities, an elevated LASP1 expression and nuclear localization, correlated positively with malignancy and tumor grade. However, LASP1 level was determined to be very low in melanoma and even reduced in metastases. Melanoma is distinguished as the first tumor tested to date – that displayed an absence of elevated LASP1 expression. In addition no significant relation was observed between LASP1 protein expression and clinicopathological parameters in melanoma. The epidermal melanin unit of skin comprises of melanocytes and keratinocytes. Melanocytes are specialized cells that synthesize the photo protective coloring pigment, melanin inside unique organelles called melanosomes. The presence of LASP1 in melanocytes is reported for the first time through this study and the existence was confirmed by immunoblotting analysis in cultured normal human epidermal melanocyte (NHEM) and in melanoma cell lines, along with the immunohistostaining imaging in normal skin and in melanocytic nevi. LASP1 depletion in MaMel2 cells revealed a moderate increase in the intracellular melanin level independently of de novo melanogenesis, pointing to a partial hindrance in melanin release. Immunofluorescence images of NHEM and MaMel2 cells visualized co-localization of LASP1 with dynamin and tyrosinase concomitant with melanosomes at the dendrite tips of the cells. Melanosome isolation experiments by sucrose density gradient centrifugation clearly demonstrated the presence of LASP1 and the melanosome specific markers tyrosinase and TRP1 in late stage melanosomes. The study identified LASP1 and dynamin as novel binding partners in melanocytes and provides first evidence for the existence of LASP1 and dynamin (a protein well–known for its involvement in vesicle formation and budding) in melanosomes. Co-localization of LASP1 and dynamin along the dendrites and at the tips of the melanocytes indicates a potential participation of the two proteins in the membrane vesicle fission at the plasma membrane. In summary, a possible involvement of LASP1 in the actin–dynamin mediated membrane fission and exocytosis of melanin laden melanosome vesicles into the extracellular matrix is suggested. N2 - LIM und SH3 protein 1 (LASP1) ist ein nukleozytoplasmatischen Gerüstprotein. LASP1 interagiert über seine Domänenstruktur mit verschiedenen Zytoskelettproteinen und ist an physiologischen Prozessen wie Migration und Zellproliferation beteiligt. In der vorliegenden Studie wurde eine detaillierte Untersuchung des Expressionsmusters von LASP1 in normale Haut, Nävi und Melanom durchgeführt und die Melanozyten-spezifische Funktion des Proteins analysiert. LASP1 konnte durch immunhistologische Färbungen im Stratum basale der Epidermis und in hoher Konzentration in Nävi (gutartige Tumore der Melanozyten) nachgewiesen werden, während die Expression in Melanom und Metastasen sehr gering ist. Auch wurde kein signifikanter Zusammenhang zwischen der LASP1 Proteinexpression in Melanomen und den klinisch-pathologischen Parametern bei 58 Patienten festgestellt. Dies steht im Gegensatz zu allen bisher getesteten Tumoren (u.a. Brust, HCC und Medulloblastom), bei der eine erhöhte LASP1 Expression in den Tumoren beobachtet wurde, die mit dem Tumorgrad korrelierte. Die hochproliferativen Basalzellen der Epidermis bestehen aus Keratinozyten und Melanozyten und weisen, im Gegensatz zu Nävi und Melanomzellen, eine deutliche Kernlokalisation des LASP1 Proteins auf. Melanozyten sind spezialisierte Zellen, die das UV-Schutzfarbpigment Melanin in einzigartigen Organellen, genannt Melanosomen, synthetisieren. Die Expression von LASP1 in diesen Melanozyten konnte zum ersten Mal in dieser Studie nachgewiesen werden. Immunfluoreszenzaufnahmen und Western Blots mit kultivierten normalen menschlichen epidermalen Melanozyten (NHEM) und Melanom-Zelllinien bestätigen die LASP1 Expression. Funktionelle Experimente mit LASP1 depletierten Zellen zeigen eine erhöhte Melaninkonzentration, die unabhängig von der de novo Melanogenese ist. Immunfluoreszenaufnahmen visualisieren eine Ko-Lokalisation von LASP1 mit Tyrosinase an den Melanosomen in den Zellausläufern von pigmentierten MaMel2 Zellen. Eine Auftrennung der einzelnen Melanosomenstadien durch Saccharose-Dichtegradienten-Zentrifugation erlauben die Detektion von LASP1 mit Dynamin, TRP1 und Tyrosinase in späten Stadium IV Melanosomen. Die vorliegende Studie liefert den ersten Beweis für die Existenz von Dynamin (einem für die Vesikelbildung essentiellem Protein) in Melanosomen und identifiziert Dynamin als neuartigen Bindungspartner von LASP1 in Melanozyten. Die Ko-Lokalisierung LASP1 und Dynamin entlang der Dendriten und in den Spitzen der Melanozyten weist auf eine mögliche Beteiligung beider Proteine an der Melanosomen-Vesikel-Abspaltung an der Plasmamembran hin. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LASP1 an der Actin-Dynamin vermittelten Exocytose von Melanin-beladenen Melanosomvesikeln in die Extrazellulärmatrix beteiligt ist. KW - Melanom KW - Melanin KW - LASP1 KW - melanocytic nevi KW - melanoma cancer KW - Molekularbiologie KW - Melanin release Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-116316 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Jordan Garrote, Ana-Laura T1 - The role of host dendritic cells during the effector phase of intestinal graft-versus-host disease T1 - Die Rolle der dendritischen Zellen in der akuten intestinalen Graft-versus-Host Reaktion N2 - Monocytes can be functionally divided in two subsets, both capable to differentiate into dendritic cells (DCs): CX3CR1loCCR2+ classical monocytes, actively recruited to the sites of inflammation and direct precursors of inflammatory DCs; and CX3CR1hiCCR2− non-classical monocytes, characterized by CX3CR1-dependent recruitment to non-inflamed tissues. Yet, the function of non-classical monocyte-derived DCs (nc-mo-DCs), and the factors, which trigger their recruitment and DC differentiation, have not been clearly defined to date. Here we show that in situ differentiated nc-moDCs mediate immunosuppression in the context of intestinal graft-versus-host disease (GVHD). Employing multi-color confocal microscopy we observed a dramatic loss of steady state host-type CD103+ DC subset immediately after transplantation, followed by an enrichment of immune-regulatory CD11b+ nc-moDCs. Parabiosis experiments revealed that tissue-resident non-classical CX3CR1+ monocytes differentiated in situ into intestinal CD11b+ nc-moDCs after allogeneic hematopoietic cell transplantation (allo-HCT). Differentiation of this intestinal DC subset depended on CSF-1 but not on Flt3L, thus defining the precursors as monocytes and not pre-DCs. Importantly, CX3CR1 but not CCR2 was required for this DC subset differentiation, hence defining the precursors as non-classical monocytes. In addition, we identify PD-L1 expression by CX3CR1+ nc-moDCs as the major mechanism they employ to suppress alloreactive T cells during acute intestinal GVHD. All together, we demonstrate that host nc-moDCs surprisingly mediate immunosuppression in the context of murine intestinal GVHD – as opposed to classical “inflammatory” monocyte-derived dendritic cells (mo-DCs) – via coinhibitory signaling. This thorough study unravels for the first time a biological function of a - so far only in vitro and phenotypically described - DC subset. Our identification of this beneficial immunoregulatory DC subset points towards alternate future strategies in underpinning molecular pathways to foster their function. We describe an unexpected mechanism of nc-moDCs in allo-HCT and intestinal GVHD, which might also be important for autoimmune disorders or infections of the gastrointestinal tract. N2 - Monozyten (MO) lassen sich funktionell in zwei Subpopulationen unterteilen, die sich in dendritische Zellen (DC) differenzieren können: 1) Klassische Monozyten (CX3CR1loCCR2+), die direkte Vorläuferzellen von inflammatorischen DCs (mo-DCs) sind und aktiv an die Stelle der Entzündung rekrutiert werden und 2) nicht-klassische Monozyten (CX3CR1hiCCR2−). Bisher ist weder die Funktion der, aus nicht-klassischen Monozyten abstammenden, DC-Subpopulation (nc-mo-DCs) bekannt, noch ist geklärt, welche Faktoren die Ausdifferenzierung und die Rekrutierung der nc-mo-DCs in periphere Gewebe ermöglichen. In dieser Dissertationsarbeit zeige ich, dass nc-mo-DCs in situ differenzieren und in der akuten intestinalen Graft-versus-Host Erkrankung (GVHD) immunsuppressiv wirken. Konfokale Mikroskopie verdeutlichte den Rückgang der, im gesunden Gleichgewicht im intestinalen Gewebe dominierenden, CD103+ DCs direkt nach allogener hämatopoetischer Zelltransplantation (HCT) zugunsten immunregulatorischer CD11b+ nc-moDCs. Weiterhin zeigten Parabiose Experimente, dass nicht-klassische CX3CR1+ Monozyten im intestinalen Gewebe ansässig sind und sich nach allogener HCT in situ zu CD11b+ nc-moDCs ausdifferenzieren. Die Differenzierung findet in Abhängigkeit von CSF-1 und unabhängig von Flt3L statt, ein Beweis dafür, dass dieser Zelltyp aus Monozyten und nicht aus DC-Vorläuferzellen gebildet wird. Die Differenzierung dieser intestinalen DC Subpopulation hängt von CX3CR1, nicht jedoch von CCR2 ab, ein Beweis dafür, dass dieser Zelltyp aus nicht-klassischen Monozyten gebildet wird. Mechanistisch zeigen wir, dass nc-moDCs alloreaktive T-Zellen durch die Expression von PD-L1 supprimieren. Zusammenfassend beschreiben wir erstmalig nc-moDCs als neue DC Subpopluation, die im Mausmodell die intestinale GVHD unterdrückt und sich damit wesentlich von den bisher beschriebenen, klassischen proinflammatorischen mo-DCs unterscheidet. Die von den nc-moDCs vermittelte immunregulatorische Wirkung könnte weiterhin eine wichtige Rolle bei Autoimmunerkrankungen und Infektionen im Magen-Darm-Trakt spielen und sollte daher in zukünftigen Therapieansätzen berücksichtigt werden. KW - Knochenmarktransplantation KW - bone marrow transplantation KW - Immunologie KW - Dendritische Zellen KW - imunology KW - dendritic cells KW - Immunologie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-102130 ER - TY - THES A1 - Karabeg, née Lee, Margherita Maria T1 - Differences and Similarities in the Impact of Different Types of Stress on Hippocampal Neuroplasticity in Serotonin Transporter Deficient Mice T1 - Unterschiede und Gemeinsamkeiten in den Auswirkungen verschiedener Arten von Stress auf die Neuroplastizität im Hippocampus von Mäusen mit fehlendem Serotonin Transporter N2 - Stress has been shown to influence neuroplasticity and is suspected to increase the risk for psychiatric disorders such as major depression and anxiety disorders. Additionally, the short variant of the human serotonin transporter (5-HTT) length polymorphism (5-HTTLPR) is suggested to increase the risk for the development of such disorders. While stress as well as serotonergic signaling are not only discussed to be involved in the development of psychiatric disorders, they are also known to influence hippocampal adult neurogenesis (aN). Therefore, it has long been suspected that aN is involved in the etiology of these illnesses. The exact role of aN in this context however, still remains to be clarified. In the present doctoral thesis, I am introducing two different studies, which had been carried out to assess possible changes in neuroplasticity and behavior as a result of 5-HTT genotype by stress interactions. In both studies, animals of the 5-HTT knock-out (5-HTT-/-) mouse line were used, which have been found to exhibit increased anxiety- and depression-related behavior, an altered stress response and decreased aggressive behavior. The aim of the first study, the so-called Spatial Learning study, had been to evaluate whether mice with altered levels of brain 5-HT as a consequence of lifelong 5-HTT deficiency perform differently in two spatial memory tests, the Morris Water Maze (WM) and the Barnes Maze (BM) test prospectively differing in aversiveness. Mice of the Spatial Learning study were of male sex and six months of age, and where subjected to a total of 10 (BM) or 15 (WM) trials. My particular interest was to elucidate if there are genotype by treatment interactions regarding blood plasma corticosterone levels and, if neurobiological equivalents in the brain to the found behavioral differences exist. For this purpose I carried out a quantitative immunohistochemistry study, investigating stem cell proliferation (via the marker Ki67) and aN (via the immature neuron marker NeuroD), as well as expression of the two immediate early genes (IEGs) Arc and cFos as a markers for neuronal activity in the hippocampus. The aim of the second study, the chronic mild stress (CMS) study had been to evaluate whether the innate divergent depression-like and anxiety-like behavior of mice with altered levels of brain 5-HT as a consequence of 5-HTT-deficiency is altered any further after being subjected to a CMS paradigm. Two cohorts of one-year-old female mice had been subjected to a variety of unpredictable stressors. In order to exclude possible interfering influences of behavioral testing on corticosterone levels and the outcome of the quantitative immunohistochemistry study the first cohort had been behaviorally tested after CMS while the second one had remained behaviorally untested. The objective of my part of the study was to find out about possible genotype by treatment interactions regarding blood plasma corticosterone as well as regarding aN in the hippocampus of the mice that had been subjected to CMS. For this purpose I performed a quantitative immunohistochemistry study in order to investigate the phenomenon of adult neurogenesis (via Ki67, NeuroD and the immature neuron marker DCX). Both studies led to interesting results. In the CMS study, we could not replicate the increased innate anxiety- and depression-like behavior in 5-HTT-/- mice known from the literature. However, with regard to the also well documented reduced locomotor activity, as well as the increased body weight of 5-HTT-/- mice compared to their 5-HTT+/- and 5-HTT+/+ littermates, we could demonstrate that CMS leads to increased explorative behavior in the Open Field Test and the Light/Dark Box primarily in 5-HTT+/- und 5-HTT+/+ mice. The Spatial learning study revealed that increased stress sensitivity of 5-HTT-/- mice leads to a poorer performance in the WM test in relation to their 5-HTT+/+ and 5-HTT+/- littermates. As the performance of 5-HTT-/- mice in the less aversive BM was undistinguishable from both other genotypes, we concluded that the spatial learning ability of 5-HTT-/- mice is comparable to that of both other genotypes. As far as stress reactivity is concerned, the experience of a single trial of either the WM or the BM resulted in increased plasma corticosterone levels, irrespective of the 5-HTT genotype. After several trials 5-HTT-/- mice exhibited higher corticosterone concentrations compared with both other genotypes in both tests. Blood plasma corticosterone levels were highest in 5-HTT-/- mice tested in the WM indicating greater aversiveness of the WM and a greater stress sensitivity of 5-HTT deficient mice. In the CMS study, the corticosterone assessment of mice of cohort 1, which had undergone behavioral testing before sacrifice, resulted in significantly elevated corticosterone levels in 5-HTT-/- mice in relation to their 5-HTT+/+ controls. Contrary, corticosterone levels in mice of cohort 1, which had remained behaviorally untested, were shown to be elevated / increased after CMS experience regardless of the 5-HTT genotype. Regarding neuroplasticity, the Spatial Learning study revealed higher baseline levels of cFos- and Arc-ir cells as well as more proliferation (Ki67-ir cells) and higher numbers of neuronal progenitor cells (NeuroD-ir cells) in 5-HTT-/- compared to 5-HTT+/+ mice. Moreover, in 5-HTT-/- mice we could demonstrate that learning performance in the WM correlates with the extent of aN. The CMS study, in which aN (DCX-ir cells), has also been found to be increased in 5-HTT-/- mice compared to their 5-HTT+/+ littermates, yet only in control animals, did show hampered proliferation (Ki67-ir cells) in the hippocampus of all 5-HTT genotypes following CMS experience. Interestingly, the number of immature neurons (DCX-ir cells) was diminished exclusively in 5-HTT-/- mice in response to CMS. From the Spatial Learning study we concluded, that increased IEG expression and aN levels observed in the hippocampus of 5-HTT deficient mice can be the neurobiological correlate of emotion circuit dysfunction and heightened anxiety of these mice and that 5-HTT-/- animals per se display a “stressed” phenotype as a consequence of long-life 5-HTT deficiency. Due to the different age and sex of the mice in the two studies, they cannot be compared easily. However, although the results of the CMS study seem to contradict the results of the Spatial Learning study at the first glance, they do support the conclusion of the Spatial Learning study by demonstrating that although CMS does have an impact on 5-HTT-/- mice on the neurobiological level (e.g. manifesting in a decrease of DXC-ir cells following CMS) CMS experience cannot add onto their heightened inborn stress-level and is almost ineffective regarding further changes of the behavior of 5-HTT-deficient mice. I thus propose, that 5-HTT-/- mice as a result of lifelong altered 5-HT signaling display a stressed phenotype which resembles a state of lethargy and is paralleled by baseline heightened IEG expression and aN. It cannot be altered or increased by CMS, but it becomes most visible in stressful situations such as repeated spatial learning tests like the WM in which locomotor activity is required. N2 - Es ist bekannt, dass Stress die Neuroplastizität beeinflusst und es wird vermutet, dass dieser das Risiko erhöht eine psychische Erkrankung wie Depressionen oder Angststörungen zu entwickeln. Daneben wurde auch die kurze Variante des menschlichen Serotonintransporter (5-HTT)-Gens mit einem erhöhten Risiko für psychische Erkrankungen assoziiert. Stress und 5-HT werden jedoch nicht nur mit psychischen Erkrankungen in Verbindung gebracht, sondern sie sind auch bekannt dafür, dass sie die hippocampale adulte Neurogenese (aN) beeinflussen. Nicht zuletzt deswegen wird seit langem vermutet, dass die aN an der Ätiologie dieser Erkrankungen beteiligt ist. Dabei ist jedoch noch unklar, welche Rolle die aN hierbei spielt. In der vorliegenden Doktorarbeit stelle ich zwei verschiedene Studien vor, die durchgeführt wurden um mögliche Veränderungen in der Neuroplastizität und dem Verhalten aufgrund von Interaktionen zwischen dem 5-HTT Genotyp und Stress zu erforschen. In beiden Studien wurden Tiere der 5-HTT knock-out (5-HTT-/-) Mauslinie verwendet, die bekannt dafür sind, erhöhtes depressions- und angstähnliches Verhalten, sowie eine veränderte Stressantwort und verringertes aggressives Verhalten zu zeigen. Das Ziel der ersten Studie, der sogenannten Spatial Learning-Studie, war es herauszufinden ob Mäuse, die aufgrund des lebenslangen Fehlens des 5-HTT einen veränderten 5-HT-Spiegel besitzen, im Morris Water Maze (WM) und dem Barnes Maze (BM), zwei Verhaltenstests, die das räumliche Gedächtnis überprüfen und sich potenziell in ihrer Aversivität unterscheiden, ein verändertes Verhalten zeigen. Die Mäuse der Spatial Learing-Studie waren männlich, sechs Monate alt und waren im Ganzen zehnmal dem BM und fünfzehnmal dem WM unterzogen worden. Mein spezielles Interesse galt der Untersuchung ob es Interaktionen zwischen Genotyp und Testbedingung gibt, die sich auf den Kortikosteron-Spiegel sowie auf neurobiologischer Ebene auswirken. Zu diesem Zweck führte ich eine quantitative immunhistologische Studie durch. In dieser untersuchte ich die hippocampale aN auf Ebene der Stammzellproliferation (über den Marker Ki67) und auf Ebene von jungen unreifen Neuronen (über neuronalen Vorläuferzell-Marker NeuroD) sowie die Expression der beiden Immediate Early Genes (IEGs) Arc und cFos, als Marker für neuronale Aktivität im Hippocampus. Das Ziel der zweiten Studie, in der Mäuse unterschiedlichen 5-HTT-Genotyps chronisch mildem Stress (chronic mild stress, CMS) ausgesetzt wurden, war es herauszufinden, ob das angeborene, verstärkte depressions- und angstähnliche Verhalten von 5-HTT-defizienten Mäusen noch weiter durch den CMS moduliert wird. Hierfür wurden zwei Kohorten von einjährigen weiblichen Mäusen unterschiedlichen 5-HTT-Genotyps einer Auswahl an unvorhersehbaren Stressoren ausgesetzt. Die Mäuse der ersten Kohorte wurden nach dem CMS noch verschiedenen Verhaltenstests unterzogen, während die Mäuse der zweiten Kohorte nicht auf ihr Verhalten hin getestet wurden. Meine Aufgabe in dieser Studie zielte darauf, mögliche Interaktionseffekte zwischen dem 5-HTT-Genotyp und der Behandlung mit CMS in Bezug auf den Kortikosteron-Spiegel im Blutplasma sowie auf die aN im Hippocampus zu finden. Die aN wurde mithilfe der quantitativen Immunhistochemie und verschiedenen Markern einzelner aN-Stadien wie z.B. Ki67, NeuroD sowie DCX untersucht. Beide Studien führten zu interessanten Ergebnissen. Das aus der Literatur bekannte verstärkte depressions- und angstähnliche Verhalten der 5-HTT-/- Mäuse konnte im Rahmen unserer CMS-Studie nicht repliziert werden. Jedoch gelang uns bezüglich der bereits von mehreren Studien ebenfalls dokumentierten reduzierten lokomotiorischen Aktivität, als auch dem erhöhten Gewicht der 5-HTT-/-- im Vergleich zu den 5-HTT+/+-Mäusen der Nachweis, dass CMS vor allem in 5-HTT+/- und 5-HTT+/+ Mäusen zu vermehrtem explorativem Verhalten im Open Field Test und in der Light/Dark Box führt. Die Spatial Learning-Studie zeigte, dass 5-HTT-/- Mäuse im Vergleich zu 5-HTT+/+ Mäusen im der WM-Tests, aber nicht der BM-Tests, eine schlechter Leistung an den Tag legten, dass aber alle Mäuse unabhängig vom 5-HTT-Gentoyps gut räumlich lernen konnten. Im Hinblick auf die Stressantwort konnte gezeigt werden, dass ein einzelner Durchgang im WM oder BM zu einem vom 5-HTT-Genotyp unabhängigen Kortikosteronanstieg im Blutplasma führte. Mehrere Durchgänge resultierten jedoch in beiden Tests in Genotyp-abhängigen Unterschieden der Kortikosteronskonzentrationen. Diese waren 5-HTT-/- Mäusen im Vergleich zu 5-HTT+/- und 5-HTT+/+ Mäusen erhöht. Hierbei zeigten 5-HTT-/- Mäuse nach mehrfacher WM-Erfahrung, noch tendenziell höhere Kortikosteronkonzentrationen im Blutplasma als die Mäuse nach mehrfacher BM-Erfahrung, was auf eine höhere Aversivität des WM sowie eine höhere Stresssensitivität der 5-HTT-/- Mäuse hindeutet. In der CMS-Studie resultierte die Untersuchung von Mäusen der Kohorte 1, die vor ihrem Tod noch Verhaltenstests unterzogen worden waren, unabhängig von ihrer CMS-Erfahrung in signifikant erhöhten Kortikosteronkonzentrationen in 5-HTT-/- im Vergleich zu 5-HTT+/- und 5-HTT+/+ Mäusen. Im Gegensatz dazu waren die Kortikosteron-Werte der Kohorte 2, unabhängig vom Genotyp, in den CMS-Mäusen im Vergleich zu den Kontrollen siginikant erhöht. Die Untersuchung neuroplastischer Phänomene ergab im Rahmen der Spatial Learning-Studie in 5-HTT-/-, verglichen mit 5-HTT+/+-Mäusen, eine erhöhte Anzahl cFos- und Arc-immunreaktiven (ir) Zellen, eine erhöhte Anzahl neuronaler Vorläuferzellen (NeuroD-ir Zellen) sowie mehr proliferierende Zellen (Ki67-ir Zellen). Darüberhinaus konnte in 5-HTT-/- Mäusen gezeigt werden, dass die Leistung im WM-Test mit der Anzahl neu gebildeter junger Neurone korreliert, was für die funktionelle Relevanz der aN spricht. Auch in der CMS Studie, war die aN (DCX-ir Zellen) in 5-HTT-/- gegenüber 5-HTT+/+ Mäusen erhöht, wenn auch nur in Kontrolltieren. Außerdem konnte mit der CMS Studie gezeigt werden dass Stress, sowohl unabhängig vom Genotyp als auch in Interaktion mit dem 5-HTT-/- Genotyp, die Proliferation, sowie die Anzahl unreifer Neurone verringert. Aus den Ergebnissen der Spatial Learning-Studie folgerten wir, dass die Expression von IEGs und das Ausmaß der aN im Hippocampus von 5-HTT-defizienten Mäusen das neurobiologische Korrelat von erhöhter Ängstlichkeit sein könnte, da 5-HTT-/- Mäuse aufgrund des ihnen lebenslang fehlenden 5-HTT von sich aus einen gestressten Phänotyp mitbringen. Aufgrund des unterschiedlichen Alters und Geschlechts der Mäuse dieser beiden Studien ist es nicht leicht die Ergebnisse dieser beiden Studien zu vergleichen. Dennoch unterstützen sie die Schlussfolgerung der Spatial Learning-Studie, selbst wenn die Ergebnisse der CMS Studie denen der Spatial Learning-Studie auf den ersten Blick zu widersprechen scheinen. Und zwar zeigen die Ergebnisse, dass CMS, obwohl er sich neurobiologisch, in Form einer Verringerung von DCX-ir Zellen, auf 5-HTT-/- Mäuse auswirkt, nichts in punkto des angeborenen erhöhten Stress-Levels ausrichten kann und beinahe wirkungslos ist im Hinblick auf das Verhalten der 5-HTT-/- Mäuse. Aus alledem folgere ich, dass 5-HTT-defiziente Mäuse aufgrund ihrer lebenslang veränderten 5-HT-Homöostase einen gestressten Phänotyp aufweisen, welcher sich u.a. durch eine verstärkte Lethargie bemerkbar macht, parallel dazu zeichnen sich die 5-HTT-defizienten Mäuse durch eine verstärkte Expression von IEGs sowie durch erhöhte aN aus. Die genannte verstärkte Lethargie kann durch CMS nicht verändert oder verstärkt werden sondern wird in Situationen mit erhöhtem Stress, z. B. in Verhaltenstests wie dem WM, welche körperliche Aktivität voraussetzen, besonders leicht erkennbar. KW - Serotonin KW - Neuronale Plastizität KW - Maus KW - Stress KW - Serotonin Transporter KW - Chronic Mild Stres KW - Morris Water Maze KW - Neuroplasticity KW - Learning Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-115831 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Patil, Sandeep S. T1 - Oncolytic virotherapy and modulation of tumor microenvironment with vaccinia virus strains T1 - Onkolytische Virotherapie und Modulation des Tumormilieus mittels verschiedener Vaccinia Virus Typen N2 - Oncolytic viral therapies have shown great promise pre-clinically and in human clinical trials for the treatment of various cancers. Oncolytic viruses selectively infect and replicate in cancer cells, destroying tumor tissue via cell lysis, while leaving noncancerous tissues unharmed. Vaccinia virus (VACV) is arguably one of the safest viruses, which has been intensively studied in molecular biology and pathogenesis as a vaccine for the eradication of smallpox in more than 200 million people. It has fast and efficient replication, and cytoplasmic replication of the virus lessens the chance of recombination or integration of viral DNA into the genome of host cells. Anti-tumor therapeutic efficacy of VACV has been demonstrated for human cancers in xenograft models with a variety of tumor types. In addition recombinant oncolytic VACVs carrying imaging genes represent an advance in treatment strategy that combines tumor-specific therapeutics as well as diagnostics. As for other targeted therapies, a number of challenges remain for the clinical translation of oncolytic virotherapy. These challenges include the potential safety risk of replication of oncolytic virus in non-tumor tissue, the relatively poor virus spread throughout solid tumor tissue and the disadvantageous ratio between anti-viral and anti-tumoral immunity. However, manipulation of components of the tumor microenvironment may help oncolytic virus infection in killing the tumor tissue and thereby increasing the anti-tumor efficacy. Furthermore, dogs with natural cancer are considered as one of the best animal models to develop new drugs for cancer therapy. Traditionally, rodent cancer models have been used for development of cancer therapeutics. However, they do not adequately represent several features that define cancer in humans, including biology of initiation of tumor, the complexity of cancer recurrence and metastasis and outcomes to novel therapies. However, the tumor microenvironment, histopathology, molecular and genomics data from dog tumors has significant similarities with corresponding human tumors. These advantages of pet dog cancers provide a unique opportunity to integrate canine cancer patients in the studies designed for the development of new cancer drugs targeted against both human and canine cancers. This dissertation centers on the use of VACV strains in canine cancer xenografts with the aim of understanding the effects of modulation of tumor microenvironment on VACV-mediated tumor therapy. In the first studies, wild-type VACV strain LIVP6.1.1 was tested for its oncolytic efficiency in canine soft tissue sarcoma (STSA-1) and canine prostate carcinoma (DT08/40) cells in culture and xenografts models. LIVP6.1.1 infected, replicated within, and killed both STSA-1 and DT08/40 cells in cell culture. The replication of virus was more efficient in STSA-1 cells compared to DT08/40 cells. In xenograft mouse models, LIVP6.1.1 was safe and effective in regressing both STSA-1 and DT08/40 xenografts. However, tumor regression was faster in STSA-1 xenografts compared to DT08/40 xenografts presumably due to more efficient replication of virus in STSA-1 cells. Biodistribution profiles revealed persistence of virus in tumors 5 and 7 weeks post virus injection in STSA-1 and DT08/40 xenografts, respectively, with the virus mainly cleared from all other major organs. Immunofluorescence staining detected successful colonization of VACV in the tumor. Consequently, LIVP6.1.1 colonization in the tumor showed infiltration of innate immune cells mainly granulocytes and macrophages in STSA-1 tumor xenografts. These findings suggest that virotherapy-mediated anti-tumor mechanism in xenografts could be a combination of direct viral oncolysis of tumor cells and virus-dependent infiltration of tumor-associated host immune cells. In further studies, the effects of modulation of tumor angiogenesis of VACV therapy were analyzed in canine cancer xenografts. GLV-1h109 VACV strain (derived from prototype virus GLV-1h68) encoding the anti-VEGF single chain antibody GLAF-1 was characterized for its oncolytic efficacy in STSA-1 and DT08/40 cancer cells in culture and tumor xenografts. Concomitantly, the effects of locally expressed GLAF- 1 in tumors on virus replication, host immune infiltration, tumor vascularization and tumor growth were also evaluated. GLV-1h109 was shown to be similar to the parental virus GLV-1h68 in expression of the two marker genes that both virus strains have in common (Ruc-GFP and gusA) in cell cultures. Additionally, the anti-VEGF single-chain antibody GLAF-1 was expressed by GLV-1h109 in both cell cultures and tumor xenografts. The insertion of GLAF-1 did not significantly affect the replication and cytotoxicity of GLV-1h109 in the STSA-1 and DT08/40 cell lines, although at early time points (24-48 hpi), the replication of GLV-1h109 was higher in STSA-1 cells compared to DT08/40 cells. In addition, STSA-1 cells were more susceptible to lysis with GLV-1h109 than DT08/40 cells. GLV-1h109 achieved a significant inhibition of tumor growth in both STSA-1 and DT08/40 canine xenografts models. Consequently, the significant regression of tumor growth was initiated earlier in STSA-1 tumor xenografts compared to regression in DT08/40 xenografts. The reason for the higher efficacy of GLV-1h109 in STSA-1 xenografts than DT08/40 xenografts was attributed to more efficient replication of virus in STSA-1 cells. In addition, tumor-specific virus infection led to a continued presence of GLAF-1 in peripheral blood, which could be useful as a pharmacokinetic marker to monitor virus colonization and persistence in GLV-1h109- injected xenograft mice. GLAF-1 is a single-chain antibody targeting human and murine VEGF. It was demonstrated that GLAF-1 was functional and recognized both canine and human VEGF with equal efficiency. Histological analysis of tumor sections 7 days after GLV-1h109 injection confirmed that colonization of VACV and intratumoral expression of GLAF-1 translated into a significant decrease in blood vessel number compared to GLV-1h68 or PBS-treated control tumors. Subsequently, reduction in blood vessel density significantly improved the spread and replication of VACV as observed by FACS analysis and standard plaque assay, respectively. Inhibition of tumor angiogenesis and increased replication of virus further improved the infiltration of innate immune cells mainly granulocytes and macrophages in STSA-1 tumor xenografts. Both the results, i.e. improved virus spread and increased infiltration of innate immune cells in tumor, were explained by a phenomenon called “vascular normalization”, where anti-VEGF therapy normalizes the heterogeneous tumor vasculature thereby improving delivery and spread of VACV. In summary, the effects of inhibition of tumor angiogenesis on virus spread and replication were demonstrated using a vaccinia virus caring an anti- angiogenic payload targeting vascular endothelial growth factor (VEGF) in canine cancer xenografts. In the final studies, the effects of VACV therapy on modulation of the immune system were analyzed in canine cancer patients enrolled in a phase I clinical trial. V-VET1 (clinical grade LIVP6.1.1 VACV) injection significantly increased the percentages of CD3+CD8+ T lymphocytes at 21 days after initiation of treatment. CD3+CD8+ T lymphocytes are mainly cytotoxic T lymphocytes that have potential to lyse cancer cells. Subsequently, the frequency of immune suppressor cells, mainly MDSCs and Treg was also analyzed in peripheral blood of canine cancer patients. Increase in the MDSC population and decreased CD8/Treg ratio is known to have inhibitory effects on the functions of cytotoxic T cells. We demonstrated that injection of V-VET1 in canine cancer patients significantly reduced the percentages of MDSCs at 21 days post initiation of treatment. Additionally, CD8/Treg ratio was increased 21 days after initiation of V-VET1 treatment. We also showed that changes in the frequency of immune cells neither depends on dose of virus nor depends on tumor type according to the data observed from this clinical trial with eleven analyzed patients. This preclinical and clinical data have important clinical implications of how VACV therapy can be used for the treatment of canine cancers. Moreover, dogs with natural cancers can be used as an ideal animal model to improve the oncolytic virotherapy for human cancers. Furthermore, modulation of tumor microenvironment mainly tumor angiogenesis and tumor immunity has significant impact on the success of oncolytic virotherapy. N2 - Therapien für verschiedenste Krebsarten mittels onkolytischer Viren zeigten sowohl in präklinischen- als auch in humanen klinischen Studien ein erfolgversprechendes Potenzial. Onkolytische Viren infizieren selektiv Krebszellen und replizieren ausschließlich in diesen. In der Folge zerstören sie Tumorgewebe durch Zelllyse, während gesundes Gewebe unbeeinträchtigt bleibt. Das Vaccinia-Virus besitzt ein äußerst geringes Risikopotential, und wurde intensiv auf molekularbiologischer Ebene und in Bezug auf seine Pathogenese untersucht. All das qualifizierte es als Vakzin zur Ausrottung der Pocken und seit Markteinführung mehr als 200 Millionen Menschen injiziert. Das Vaccinia-Virus zeigt eine schnelle und effiziente Replikation, welche im Zytoplasma der Zelle stattfindet. Dies verringert die Möglichkeit der Rekombination oder Integration der viralen DNA in das Wirtsgenom. Die therapeutische Wirksamkeit onkolytischer Vaccinia-Viren (VACVs) wurde in humanen Xenograft-Mausmodellen mit unterschiedlichen Tumorarten gezeigt. Rekombinante onkolytische VACVs, welche mit fluoreszierenden Genen ausgestattet sind, kombinieren die Vorteile tumorspezifischer Therapeutika und dienen gleichzeitig als Diagnostika. Wie auch andere spezifische Therapien, steht auch die onkolytische Virustherapie vor einer Reihe von Herausforderungen. Dazu gehören die Replikation onkolytischer Viren in nicht-kanzerogenem Gewebe, relativ schlechte Virusverbreitung durch solides Tumorgewebe und ein unvorteilhaftes Verhältnis zwischen antiviraler und antitumoraler Immunität. Die gezielte Manipulation einzelner Komponenten des Tumormikromilieus kann jedoch zu einer verbesserten Virusinfektion und Lyse des Tumorgewebes führen und somit die Effizienz der antitumoralen Therapie verstärken. ... KW - Onkolyse KW - Vaccinia-Virus KW - Tumor microenvironment KW - Oncolytic Virotherapy Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-99514 ER - TY - THES A1 - Kern, Selina Melanie T1 - Functional characterization of splicing-associated kinases in the blood stages of the malaria parasite Plasmodium falciparum T1 - Funktionelle Charakterisierung von Splicing-assoziierten Kinasen in den Blutstadien des Malariaerregers Plasmodium falciparum N2 - Besides HIV and tuberculosis, malaria still is one of the most devastating infectious diseases especially in developing countries, with Plasmodium falciparum being responsible for the frequently lethal form of malaria tropica. It is a major cause of mortality as well as morbidity, whereby pregnant women and children under the age of five years are most severely affected. Rapidly emerging drug resistances and the lack of an effective and safe vaccine hamper the combat against malaria by chemical and pharmacological regimens, and moreover the poor socio-economic and healthcare conditions in malaria-endemic countries are compromising the extermination of this deadly tropical disease to a large extent. Malaria research is still questing for druggable targets in the parasitic protozoan which pledge to be refractory against evolving resistance-mediating mutations and yet constitute affordable and compliant antimalarial chemotherapeutics. The parasite kinome consists of members that represent most eukaryotic protein kinase groups, but also contains several groups that can not be assigned to conservative ePK groups. Moreover, given the remarkable divergence of plasmodial kinases in respect to the human host kinome and the fact that several plasmodial kinases have been identified that are essential for the intraerythrocytic developmental cycle, these parasite enzymes represent auspicious targets for antimalarial regimens. Despite elaborate investigations on several other ePK groups, merely scant research has been conducted regarding the four identified members of the cyclin-dependent kinase-like kinase (CLK) family, PfCLK-1-4. In other eukaryotes, CLKs are involved in mRNA processing and splicing by means of phosphorylation of serine/arginine-rich (SR) proteins, which are crucial components of the splicing machinery in the alternative splicing pathway. All four PfCLKs are abundantly expressed in asexual parasites and gametocytes, and stage-specific expression profiles of PfCLK-1 and PfCLK-2 exhibited nucleus-associated localization and an association with phosphorylation activity. In the course of this study, PfCLK-3 and PfCLK-4 were functionally characterized by indirect immunofluorescence, Western blot analysis and kinase activity assays. These data confirm that the two kinases are primarily expressed in the nucleus of trophozoites and both kinases possess in vitro phosphorylation activity on physiological substrates. Likewise PfCLK-1 and PfCLK-2, reverse genetic studies exhibited the indispensability of both PfCLKs on the asexual life cycle of P. falciparum, rendering them as potential candidates for antiplasmodial strategies. Moreover, this study was conducted to identify putative SR proteins as substrates of all four PfCLKs. Previous alignments revealed a significant homology of the parasite CLKs to yeast SR protein kinase Sky1p. Kinase activity assays showed in vitro phosphorylation of the yeast Sky1p substrate and SR protein Npl3p by precipitated PfCLKs. In addition, four homologous plasmodial SR proteins were identified that are phosphorylated by PfCLKs in vitro: PfASF-1, PFSRSF12, PfSFRS4 and PfSR-1. All four parasite SR splicing factors are predominantly expressed in the nuclei of trophozoites. For PfCLK-1, a co-localization with the SR proteins was verified. Finally, a library of human and microbial CLK inhibitors and the antiseptic chlorhexidine (CHX) was screened to determine their inhibitory effect on different parasite life cycle stages and on the PfCLKs specifically. Five inhibitors out of 63 compounds from the investigated library were selected that show a moderate inhibition on asexual life cycle stages with IC50 values ranging between approximately 4 and 8 µM. Noteworthy, these inhibitors belong to the substance classes of aminopyrimidines or oxo-β-carbolines. Actually, the antibiotic compound CHX demonstrated an IC50 in the low nanomolar range. Stage-of-inhibition assays revealed that CHX severely affects the formation of schizonts. All of the selected CLKs inhibitors also affect gametocytogenesis as well as gametogenesis, as scrutinized in gametocyte toxicity assays and exflagellation assays, respectively. Kinase activity assays confirm a specific inhibition of CLK-mediated phosphorylation of all four kinases, when the CLK inhibitors are applied on immunoprecipitated PfCLKs. These findings on PfCLK-inhibiting compounds are initial attempts to determine putative antimalarial compounds targeting the PfCLKs. Moreover, these results provide an effective means to generate chemical kinase KOs in order to phenotypically study the role of the PfCLKs especially in splicing events and mRNA metabolism. This approach of functionally characterizing the CLKs in P. falciparum is of particular interest since the malarial spliceosome is still poorly understood and will gain further insight into the parasite splicing machinery. N2 - Neben HIV und Tuberkulose stellt Malaria vor allem in Entwicklungsländern immer noch eine der verheerendsten Infektionskrankheiten dar, wobei Plasmodium falciparum für die oft tödlich verlaufende Form der Malaria tropica verantwortlich ist. Sie ist eine der Hauptgründe für Mortalität und Morbitität, von der vor allem schwangere Frauen und Kinder unter fünf Jahren am schlimmsten betroffen sind. Das Fehlen eines effektiven und ungefährlichen Impfstoffes und sich schnell ausbreitende Medikamentenresistenzen erschweren die Bekämpfung von Malaria mit Arzneimitteln. Darüber hinaus beeinträchtigen die schlechten sozioökonomischen Bedingungen und der mangelhafte Zustand des Gesundheitssystems in Malaria-endemischen Ländern die Elimination dieser tödlichen Tropenkrankheit in hohem Maße. Die Malariaforschung ist immer noch auf der Suche nach vielversprechenden Angriffspunkten im Parasiten, die widerstandsfähig gegenüber sich entwickelnden resistenz-vermittelnden Mutationen sind und dennoch erschwingliche und verträgliche Chemotherapeutika gegen Malaria darstellen. Das Kinom des Parasiten besteht aus Vertretern der meisten eukaryotischen Proteinkinase-Gruppen und enthält zudem einige Gruppen, die keiner der konventionellen Gruppen zuordenbar sind. Darüber hinaus stellen Kinasen vielversprechende Angriffspunkte für Malariamedikamente dar, da das Parasitenkinom bemerkenswerte Divergenzen gegenüber dem Wirtskinom aufweist und zudem einige Parasitenkinasen identifiziert wurden, die unerlässlich für den Replikationszyklus von asexuellen Parasiten sind. Trotz umfangreicher Untersuchungen anderer Kinasegruppen des Parasiten wurden die vier identifizierten Vertreter der Zyklin-abhängige-Kinase-ähnlichen Kinasen (cyclin-dependent kinase-like kinases, CLKs) bisher kaum untersucht. In anderen Eukaryoten sind CLKs an der mRNA-Prozessierung und am Spleißen durch die Phosphorylierung von Serin/Arginin-reichen (SR-) Proteinen beteiligt, welche wiederum Komponenten der Spleißmaschinerie sind. Alle vier PfCLKs sind abundant exprimiert in asexuellen Parasiten sowie Gametozyten, und stadien-spezifische Expressionsprofile von PfCLK-1 und PfCLK-2 zeigten eine Kern-assoziierte Expression sowie Phosphorylierungsaktivität in in vitro-Aktivitätsstudien. Im Verlauf dieser Studie wurden PfCLK-3 und PfCLK-4 mittels indirekter Immunfluoreszenzstudien, Western Blot-Analysen und Kinaseaktivitätsassays funktionell charakterisiert. Die Ergebnisse bestätigen, dass beide Kinasen vorrangig im Nukleus von P. falciparum-Trophozoiten lokalisiert sind und Phosphorylierungsaktivität gegenüber physiologischen Substraten in vitro aufweisen. Ähnlich wie für PfCLK-1 und PfCLK-2 konnte in Reverse-Genetik-Studien gezeigt werden, dass sowohl PfCLK-3 als auch PfCLK-4 essentiell für den asexuellen Replikationszyklus von P. falciparum sind. Dieser Umstand macht beide Kinasen zu potenziellen Angriffspunkten für antiplasmodiale Bekämpfungsstrategien. Des Weiteren wurde diese Studie ausgeführt, um mögliche Interaktionspartner aller vier PfCLKs zu identifizieren. Vorangegangene Sequenzabgleiche brachten eine bemerkenswerte Homologie der Parasiten-CLKs zur SR-Proteinkinase Sky1p der Bäckerhefe zu Tage. Kinaseaktivitätsassays zeigten Phosphorylierung des Sky1p-Substrates und SR-Proteins Npl3p durch präzipitierte PfCLKs in vitro. Außerdem wurden vier homologe plasmodiale SR-Proteine bzw. mutmaßliche Spleißfaktoren identifiziert, die ebenso von den PfCLKs in vitro phosphoryliert werden: PfASF-1, PFSRSF12, PfSFRS4 und PfSR-1. Alle vier Parasiten-Spleißfaktoren sind vorwiegend in Kernen von Trophozoiten exprimiert. Für PfCLK-1 konnte eine Ko-Lokalisation mit den SR-Proteinen nachgewiesen werden. Abschließend wurden eine Sammlung humaner und mikrobieller CLK-Inhibitoren sowie das Antiseptikum Chlorhexidin (CHX) auf ihren hemmenden Effekt auf verschiedene Lebenszyklusstadien von P. falciparum und gezielt auf die PfCLKs überprüft. Es wurden fünf Inhibitoren aus einer Sammlung von 63 Substanzen auserwählt, die eine moderate Hemmung auf asexuelle Lebenszyklusstadien aufwiesen, mit IC50-Werten zwischen ungefähr 4 und 8 µM. Das Antibiotikum CHX zeigte sogar einen IC50-Wert im niedrigen nanomolaren Bereich. Nachfolgende Stage-of-Inhibition-Assays deckten auf, dass CHX die Entwicklung von Schizonten enorm beeinträchtigt. Wie in Gametozyten-Toxizitätsassays und Exflagellationsassays ermittelt wurde, hemmen alle ausgewählten CLK-Inhibitoren ferner sowohl die Gametozytogenese als auch die Gametogenese. Kinaseaktivitätsassays bestätigen eine spezifische Hemmung der CLK-vermittelten Phosphorylierung aller vier Kinasen, wenn die CLK-Inhibitoren auf immunopräzipitierte PfCLKs angewendet wurden. Diese Erkenntnisse über PfCLK-hemmende Substanzen sind erste Ansätze, um mögliche Wirkstoffe gegen Malaria zu finden, die die PfCLKs als Angriffspunkte haben. Zudem stellen diese Resultate ein wirksames Mittel zur Verfügung, um chemische Kinase-Knockout-Parasiten zu generieren. Diese können dann verwendet werden, um die Rolle der PfCLKs vor allen in Bezug auf Spleißvorgänge und mRNA-Metabolismus phänotypisch zu untersuchen. Der Ansatz, die CLKs des Parasiten funktionell zu charakterisieren, ist von besonderem Interesse, da das Spleißosom des Malariaparasiten immer noch nicht ausreichend erforscht ist. Dadurch können weitere Erkenntnisse über die Spleißmaschinerie des Parasiten gewonnen werden. KW - Plasmodium falciparum KW - Malaria tropica KW - Posttranskriptionelle Regulation KW - Kinasen KW - Splicing KW - SR proteins KW - Molekularbiologie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-115219 ER - TY - THES A1 - Subbarayal, Prema T1 - The role of human Ephrin receptor tyrosine kinase A2 (EphA2) in Chlamydia trachomatis infection T1 - Die Rolle der humanen Rezeptor-Tyrosinkinase EphrinA2 (EphA2) in der Chlamydia trachomatis Infektion N2 - Chlamydia trachomatis (Ctr), an obligate intracellular gram negative human pathogen, causes sexually transmitted diseases and acquired blindness in developing countries. The infectious elementary bodies (EB) of Ctr involved in adherence and invasion processes are critical for chlamydial infectivity and subsequent pathogenesis which requires cooperative interaction of several host cell factors. Few receptors have been known for this early event, yet the molecular mechanism of these receptors involvement throughout Ctr infection is not known. Chlamydial inclusion membrane serves as a signaling platform that coordinates Chlamydia-host cell interaction which encouraged me to look for host cell factors that associates with the inclusion membrane, using proteome analysis. The role of these factors in chlamydial replication was analyzed by RNA interference (RNAi) (in collaboration with AG Thomas Meyer). Interestingly, EphrinA2 receptor (EphA2), a cell surface tyrosine kinase receptor, implicated in many cancers, was identified as one of the potential candidates. Due to the presence of EphA2 in the Ctr inclusion proteome data, I investigated the role of EphA2 in Ctr infection. EphA2 was identified as a direct interacting receptor for adherence and entry of C. trachomatis. Pre-incubation of Ctr-EB with recombinant human EphA2, knockdown of EphA2 by siRNA, pretreatment of cells with anti-EphA2 antibodies or the tyrosine kinase inhibitor dasatinib significantly reduced Ctr infection. This marked reduction of Ctr infection was seen with both epithelial and endothelial cells used in this study. Ctr activates EphA2 upon infection and invades the cell together with the activated EphA2 receptor that interacts and activates PI3K survival signal, promoting chlamydial replication. EphA2 upregulation during infection is associated with Ctr inclusion membrane inside the cell and are prevented being translocated to the cell surface. Ephrins are natural ligands for Ephrin receptors that repress the activation of the PI3K/Akt pathway in a process called reverse signaling. Purified Ephrin-A1, a ligand of EphA2, strongly interferes with chlamydial infection and normal development, supporting the central role of these receptors in Chlamydia infection. Overexpression of full length EphA2, but not the mutant form lacking the intracellular cytoplasmic domain, enhanced PI3K activation and Ctr infection. Ctr infection induces EphA2 upregulation and is mediated by activation of ERK signaling pathway. Interfering with EphA2 upregulation sensitizes Ctr-infected cells to apoptosis induced by tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) suggesting the importance of intracellular EphA2 signaling. Collectively, these results revealed the first Ephrin receptor “EphA2” that functions in promoting chlamydial infection. In addition, the engagement of a cell surface receptor at the inclusion membrane is a new mechanism how Chlamydia subverts the host cell and induces apoptosis resistance. By applying the natural ligand Ephrin-A1 and targeting EphA2 offers a promising new approach to interfere with Chlamydia infection. Thus, the work provides the evidence for a host cell surface tyrosine kinase receptor that is exploited for invasion as well as for receptor-mediated intracellular signaling to facilitate the chlamydial replication. N2 - Chlamydia trachomatis (Ctr) ist ein obligat intrazellulär lebendes Gram negatives Bakterium, das Geschlechtskrankheiten verursachen kann. In Entwicklungsländern führt es zudem häufig zu erworbener Blindheit. Die infektiösen Elementarkörper (EB) sind für die Anheftung an die Wirtszelle sowie die Aufnahme von Ctr in die Wirtzelle verantwortlich. Dies ist ein wichtiger Schritt, da nur so die sich anschließende Krankheitsentwicklung stattfinden kann. Diese ist auch abhängig vom engen Zusammenspiel der Ctr Proteine mit den Wirtszellfaktoren. Obgleich dieser Schritt so wichtig ist, wurden erst wenige Wirtszellrezeptoren gefunden und welche Rolle diese Rezeptoren im weiteren Verlauf der Infektion spielen, ist noch nicht richtig verstanden. Die chlamydiale Inklusionsmembran fungiert als Signalplattform, die das Zusammenspiel von Chlamydien und Wirtszelle koordiniert. In dieser Arbeit wurden die Wirtszellproteine, die an der Inklusionsmembran lokalisiert sind, mit Hilfe einer Proteomanalyse identifiziert. Anschließend wurde die Rolle dieser Proteine bei der Chlamydienvermehrung in einem RNAi screen untersucht (in Zusammenarbeit mit der AG Thomas Meyer). Hier wurde überraschenderweise der EphrinA2 Rezeptor, eine sich auf der Oberfläche der Zellen befindliche Rezeptor Tyrosin Kinase, die vor allem mit Krebs in Verbindung gebracht wird, als ein potentieller Kandidat identifiziert. Da die Proteomdaten gezeigt haben, dass EphrinA2 an der Inklusionsmembran lokalisiert ist, wurde die Rolle von EphrinA2 während der Ctr Infektion hier näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass EphrinA2 ein direkter Rezeptor für Ctr ist, der sowohl die Adhärenz als auch die Aufnahme von Ctr in die Wirtszelle bewerkstelligt. Vorinkubation von Ctr- EB mit rekombinantem menschlichen EphrinA2, das herunterregulieren von EphrinA2 mit Hilfe einer siRNA oder das Vorinkubieren der menschlichen Zelle mit Antikörpern gegen EphrinA2 oder dem Tyrosinkinase Inhibitor Dasatinib, reduzierten die Ctr Infektion signifikant. Diese drastische Reduktion der Ctr Infektion wurde sowohl in Epithelzellen als auch in Endothelzellen beobachtet. Ctr aktiviert EphrinA2 während der Infektion und invadiert die Wirtszelle zusammen mit dem aktivierten Rezeptor, dieser interagiert mit dem aktivierten PI3K Überlebenssignal, was die Replikation der Chlamydien ermöglicht. An der Inklusionsmembran akkumuliert EphrinA2, da der Transport von neuem Rezeptor zur Zellmembran unterbunden ist. Ephrine sind die natürlichen Liganden der Ephrinrezeptoren, sie unterdrücken die Aktivierung des PI3K/Akt Signalweges in einem Prozess, der reverse Signalübertragung genannt wird. Aufgereinigtes Ephrin-A1, ein Ligand des EphrinA2 Rezeptors, verhindert eine normale Chlamydieninfektion, was eine zentrale Rolle dieses Rezeptors weiterhin bestätigt. Die Überexpression von EphrinA2, erhöhte die PI3K Aktivierung und Ctr Infektion. Dies war nicht der Fall, wenn eine Mutante, der die intrazelluläre Domäne fehlt, überexprimiert wurde. Eine Ctr Infektion induziert die Hochregulierung von EphrinA2, welche durch die Aktivierung des ERK Signalwegs bewerkstelligt wird. Wenn die Hochregulierung von EphrinA2 verhindert wird, werden Ctr infizierte Zellen sensitiver für Apoptose induziert durch tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), was ein weiter Hinweis für die Bedeutung der intrazellulären EphrinA2 Signalübermittlung ist. Insgesamt haben diese Ergebnisse den ersten Ephrin Rezeptor "EphA2" offenbart, der in der Förderung chlamydialer Infektionen fungiert. Hinzu kommt, dass die Bindung eines Oberflächenrezeptors an die Inklusionsmembran ein neuer Mechanismus ist, die Wirtszelle zu verändern und eine Apoptoseresistenz in der Zelle zu induzieren. Die Zugabe des natürlichen Liganden Ephrin-A1 eröffnet eine neue vielversprechende Möglichkeit Chlamydieninfektionen zu bekämpfen. Daher liefert diese Arbeit erste Hinweise, das eine Wirtszelltyrosinkinase, die sich an der Zelloberfläche befindet, notwendig ist für die Invasion und die intrazelluläre Signalübermittlung, welche für die chlamydiale Replikation notwendig ist, essentiell ist. KW - Chlamydia trachomatis KW - ctr KW - Ephrine KW - Rezeptor KW - endocytosis KW - Ephrin ligand KW - chlamydia KW - signalling KW - PI3K KW - EphA2 Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-114778 ER - TY - THES A1 - Gonzalez-Leal, Iris Janet T1 - Roles of cathepsins B and L in the Th1/Th2 polarization by dendritic cells T1 - Die Rolle von Kathepsinen B und L während der Th1/Th2 Polarisierung durch Dendritische Zellen N2 - Leishmaniasis is a neglected tropical disease that can be manifested through different clinical forms, ranging from cutaneous to visceral. The host response against Leishmania spp. is greatly dependent on T cell-mediated immunity, in which T helper 1 responses are associated with macrophage activation and elimination of the parasite, while regulatory T cells and T helper 2 responses are correlated with parasite survival and persistence of infection. Leishmania uses different virulence factors as strategies for evading the immune response of the host. One of them are cathepsin-like cysteine proteases, which are currently under extensive investigation as targets for drug development. Previous studies with inhibitors of cathepsins B and L in vivo revealed an outstanding modulation of the host T helper cell response. However, the mechanisms behind these observations were not further investigated. Given the urgent need for better treatments against leishmaniasis, the aim of this study was to investigate the effects that the lack of cathepsin B and L activity have on the signals that dendritic cells use to instruct T helper cell polarization in response to infection with Leishmania major. The cathepsin inhibitors tested showed low or no cytotoxicity in bone marrow-derived dendritic cells, and dendritic cells and macrophages could be generated from cathepsin B and cathepsin L-deficient mice without apparent alterations in their phenotype in comparison to wild-type controls. Furthermore, lack of cathepsin B and L activity showed no impact in the rate of promastigote processing by dendritic cells. Cathepsin B and cathepsin L-deficient macrophages showed no differences in parasite proliferation and capacity to produce nitric oxide in comparison to wild-type macrophages. In response to the parasite, dendritic cells treated with a cathepsin B inhibitor and dendritic cells from cathepsin B-deficient mice showed higher levels of expression of major histocompatibility complex (MHC) class II molecules than dimethyl sulfoxide (DMSO) or wild-type controls, but it was not accompanied by changes in the expression of costimulatory molecules. Wild-type dendritic cells and macrophages are not able to express the pro-inflammatory cytokine interleukin (IL)-12 in response to promastigotes. However, cells treated with a cathepsin B inhibitor or cells deficient for cathepsin B were able to express IL-12, whilethe expression of other cytokines -including IL-6 and tumor necrosis factor (TNF)-alpha-remained unchanged. These characteristics point towards a more “pro-Th1” profile of dendritic cells in the absence of cathepsin B. This data is the first report on IL-12 regulation depending on cathepsin B. The IL-12 up-regulation observed was already present at the transcriptional level. Furthermore, it was also present in macrophages and dendritic cells in response to LPS, and the latter had a higher capacity to induce T cell helper 1 polarization in vitro than wild-type dendritic cells. The activation of different signaling pathways was analyzed, but the up-regulation of IL-12 could not be attributed to modulation of nuclear factor-kappaB (NFkappaB), p38 mitogen activated protein kinase (MAPK) and extra-cellular signal-regulated kinase (ERK)1/2 pathways. Thus, the mechanism behind IL-12 regulation by cathepsin B remains to be elucidated, and the impact of these effects is yet to be confirmed in vivo. Altogether it is tempting to speculate that cathepsin B, in addition to its role in processing endocytosed material, is involved in the modulation of the pro-inflammatory cytokine IL-12. N2 - Leishmaniose ist eine hauptsächlich in den Tropen vorkommende Infektionskrankheit, die sich in verschiedenen klinischen Formen, von kutan bis viszeral, manifestieren kann. Die Reaktion des Wirtes gegen Leishmania spp. hängt stark von der T-Zell-vermittelten Immunantwort ab, wobei die Antwort der T1-Helferzellen assoziiert ist mit der Aktivierung von Makrophagen und der Beseitigung des Parasiten, während die regulatorischen T-Zellen und T2-Helferzellen mit dem Überleben der Parasiten und der Fortdauer der Infektion in Verbindung stehen. Leishmania verwendet verschiedene Virulenzfaktoren als Strategie zur Umgehung der Immunantwort des Wirtes. Darunter zählen Cathepsin-ähnliche Cysteinproteasen, die derzeit Gegenstand umfangreicher Untersuchungen sind mit dem Ziel, für die Arzneimittelentwicklung eingesetzt werden zu können. Frühere Studien mit Inhibitoren von Cathepsin B und L in vivo zeigten eine hervorragende Modulation der Wirt-T-Helferzellantwort. Jedoch wurden die Mechanismen, die diesen Beobachtungen zu Grunde liegen, nicht weiter untersucht. Angesichts der dringenden Notwendigkeit einer besseren Behandlung gegen Leishmaniose war das Ziel dieser Studie die Auswirkungen zu untersuchen, die das Fehlen von Cathepsin B und L-Aktivität auf die Signale hat, welche die dendritischen Zellen verwenden, um die Reaktion der T-Helferzellen auf eine Infektion mit Leishmania major zu beeinflussen. Die getesteten Cathepsin-Inhibitoren zeigten geringe oder keine Cytotoxizität in den aus dem Knochenmark präparierten dendritischen Zellen. Dendritische Zellen und Makrophagen von Cathepsin B- und Cathepsin L-defizienten Mäusen zeigten keine offensichtlichen Veränderungen ihres Phänotyps im Vergleich zu Wildtypkontrollen. Weiterhin zeigte das Fehlen von Cathepsin B- und L-Aktivität keine Auswirkung auf die Prozessierung der Promastigoten durch dendritische Zellen. Auch zeigten Cathepsin Bund Cathepsin L-defiziente Makrophagen keine Unterschiede in der Parasitenproliferation und der Fähigkeit Stickoxid zu produzieren im Vergleich zu Wildtyp-Makrophagen. In Reaktion auf den Parasiten war bei mit einem Cathepsin-B-Inhibitor behandelten dendritischen Zellen und dendritischen Zellen von Cathepsin-B-defizienten Mäusen eine höhere Expression von MHC-Klasse-II-Molekülen ersichtlich im Vergleich zu DMSO oder Wildtyp-Kontrollen, aber es wurden keine Veränderungen in der Expression von costimulatorischen Molekülen festgestellt. Dendritische Zellen und Makrophagen von Wildtyp-Mäusen sind nicht in der Lage das pro-inflammatorische Zytokin IL-12 als Reaktion auf die Promastigoten zu exprimieren. Jedoch konnten dendritische Zellen, die mit einem Cathepsin-B-Inhibitor behandelt waren oder Cathepsin-B-defiziente Zellen, IL-12 exprimieren, während die Expression von anderen Zytokinen - einschließlich IL-6 und TNF-alpha- unverändert blieb. Diese Eigenschaften weisen in die Richtung einer "pro-Th1"-Antwort der dendritischen Zellen in Abwesenheit von Cathepsin B. Diese Daten sind der erste Bericht über die IL-12-Regulierung in Abhängigkeit von Cathepsin B. Die Hochregulation von IL-12 war bereits auf der Transkriptionsebene zu beobachten. Weiterhin war sie in Makrophagen und dendritischen Zellen auch als Reaktion auf LPS vorhanden. Dendritische Zellen von Cathepsin B-defizienten Mäusen hatten eine höhere Kapazität zur Induktion einer eine T1-Helferzell-Polarisierung in vitro als dendritische Zellen von Wildtyp-Mäusen. Die Aktivierung von verschiedenen Signalwegen wurde untersucht, jedoch konnte die Hochregulierung von IL-12 nicht auf die Modulation von NF_B, p38 MAPK und ERK1/2-Signalwege zurückgeführt werden. Damit ist der für die IL-12-Regulierung durch Cathepsin B verantwortliche Mechanismus noch nicht geklärt; auch die Auswirkungen dieser Effekte in vivo müssen noch bestätigt werden. Insgesamt lässt die vorliegende Studie vermuten, dass Cathepsin B nicht nur an der Prozessierung von endozytiertem Material sondern auch an der Regulierung des pro-inflammatorischen Zytokins IL-12 beteiligt ist. KW - Leishmaniose KW - Dendritische Zelle KW - leishmaniasis KW - dendritic cells KW - th1/th2 polarization KW - T-Lymphozyt KW - Helferzelle KW - Immunologie KW - Infektionsbiologie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-114397 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Schubert, Andreas T1 - Protein kinases as targets for the development of novel drugs against alveolar echinococcosis T1 - Proteinkinasen als Angriffspunkte für die Entwicklung neuer Chemotherapeutika gegen die Alveoläre Echinokokkose N2 - The metacestode larval stage of the fox tapeworm Echinococcus multilocularis is the causative agent of alveolar echinococcosis (AE), one of the most lethal zoonosis of the northern hemisphere. The development of metacestode vesicles by asexual multiplication and the almost unrestricted infiltrative growth within the host organs is ensured from a population of undifferentiated, proliferative cells, so-called germinative cells. AE treatment options include surgery, if possible, as well as Benzimidazole-based chemotherapy (BZ). Given that the cellular targets of BZs, the -tubulins, are highly conserved between cestodes and humans, the chemotherapy is associated with considerable side-effects. Therefore, BZ can only be applied in parasitostatic doses and has to be given lifelong. Furthermore, the current anti-AE chemotherapy is ineffective in eliminating the germinative cell population of the parasite, which leads to remission of parasite growth as soon as therapy is discontinued. This work focuses on protein kinases involved in the proliferation and development of the parasite with the intention of developing novel anti-AE therapies. Polo-like kinases (Plks) are important regulators of the eukaryotic cell cycle and are involved in the regulation and formation of the mitotic spindles during the M-phase of the cell cycle. Plks have already been shown to be associated with deregulated cellular growth in human cancers and have been investigated as novel drug targets in the flatworm parasite Schistosoma mansoni. In the first part of this work, the characterisation of a novel and druggable parasite enzyme, EmPlk1, which is homologous to the polo-like kinase 1 (Plk1) of humans and S. mansoni (SmPlk1), is presented. Through in situ hybridisation, it could be demonstrated that emplk1 is specifically expressed in the Echinococcus germinative cells. Upon heterologous expression in the Xenopus oocyte system, EmPlk1 induced germinal vesicle breakdown, thus indicating that it is an active kinase. Furthermore, BI 2536, a compound originally designed to inhibit the human ortholog of EmPlk1, inhibited the EmPlk1 activity at a concentration of 25 nM. In vitro treatment of parasite vesicles with similar concentrations of BI 2536 led to the elimination of the germinative cells from Echinococcus larvae, thus preventing the growth and further development of the parasite. In in vitro cultivation systems for parasite primary cells, BI 2536 effectively inhibited the formation of new metacestode vesicles from germinative cells. Thus, BI 2536 has profound anti-parasitic activities in vitro at concentrations well within the range of plasma levels measured after the administration of safe dosages to patients (50 nM after 24 h). This implies that EmPlk1 is a promising new drug target for the development of novel anti-AE drugs that would specifically affect the parasite’s stem cell population, namely the only parasite cells capable of proliferation. In addition to the chemotherapeutic aspects of this work, the inhibitor BI 2536 could be further used to study the function of stem cells in this model organism, utilising a method of injection of parasite stem cells into metacestode vesicles, for instance, as has been developed in this work. In the second part of this work, a novel receptor tyrosine kinase, the Venus flytrap kinase receptor (EmVKR) of E. multilocularis has been characterised. Members of this class of single-pass transmembrane receptors have recently been discovered in the related trematode S. mansoni and are associated with the growth and differentiation of sporocyst germinal cells and ovocytes. The ortholog receptor in EmVKR is characterised by an unusual domain composition of an extracellular Venus flytrap module (VFT), which shows significant similarity to GABA receptors, such as the GABAB receptor (γ-amino butyric acid type B) and is linked through a single transmembrane domain to an intracellular tyrosine kinase domain with similarities to the kinase domains of human insulin receptors. Based upon the size (5112bp) of emvkr and nucleotide sequence specificities, efforts have been made to isolate the gene from cell culture samples to study the ligand for the activation of this receptor type in Xenopus oocytes. To date, this type of receptor has only been described in invertebrates, thus making it an attractive target for drug screening. In a first trial, the ATP competitive inhibitor AG 1024 was tested in our in vitro cell culture. In conclusion, the EmVKR represents a novel receptor tyrosine kinase in E. multilocularis. Further efforts have to be made to identify the activating ligand of the receptor and its cellular function, which might strengthen the case for EmVKR as a potential drug target. The successful depletion of stem cells in the metacestode vesicle by the Plk1 inhibitor BI 2536 gives rise to optimising the chemical component for EmPlk1 as a new potential drug target. Furthermore, this inhibitor opens a new cell culture technique with high potential to study the cellular behaviour and influencing factors of stem cells in vitro. N2 - Das Verbreitungsgebiet des kleinen Fuchsbandwurms erstreckt sich über die nördliche Hemisphäre und eine Infektion des Menschen verursacht eine meist tödliche verlaufende Parasitose, die alveolaren Echinococcose (AE). Durch infiltratives und asexuelles Wachstum des Larvenstadiums der AE im betroffenen Wirtsorgan kommt es zu einer tödlich verlaufenden Krankheit. Das Wachstum der Metacestoden wird dabei durch undifferenzierte proliferierende Stammzellen, den sog. „germinativen Zellen“ des Fuchsbandwurmes verursacht. Die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten von AE sehen neben einem chirurgischen Eingriff, der in den meisten Fällen nicht möglich ist, nur eine Chemotherapie mit Benzimidazolen (BZ) vor. Die Chemotherapie mit BZ richtet sich dabei gegen die β-Tubuline des Parasiten und ist überwiegend mit einer lebenslangen Behandlung verbunden. Obwohl sich die Behandlungsmöglichkeiten und die Prognose für Patienten seit der Verwendung von Benzimidazolen bedeutsam verbessert haben, kommt es dennoch zu starken Nebenwirkungen und die angewendete Chemotherapie wirkt nur parasitostatisch. Der Grund dafür liegt an der hohen Homologie zwischen den β-Tubulinen des Parasiten und des Menschen, welche die Zielproteine von Benzimidazolen sind. Um die Nebenwirkungen für den Patienten gering zu halten, werden die Benzimidazole nur in Konzentrationen verabreicht, die parasitostatisch wirken, was zu keiner Abtötung des Parasitengewebes führt. Darüber hinaus sind die gegenwärtigen AE-Medikamente nicht wirksam gegen die germinativen Zellen des Parasiten, was zu einem Wiederauftreten des Wachstums von Parasitengewebe führt, sobald die Chemotherapie unterbrochen wird. Die hier vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung eines neuen chemotherapeutischen Ansatzes gegen AE und befasst sich mit Proteinkinasen, die einen wesentlichen Einfluss auf die Proliferation und die Differenzierung von Zellen des Parasiten haben. Proteinkinasen, die in direkten Zusammenhang mit den Zellzyklus stehen, sind beispielsweise die Polo-like kinasen (Plk), welche die Bildung von mitotischen Spindelfasern während der M-Phase regulieren. Wie bereits in vorhergehenden Studien gezeigt werden konnte, sind Plks auch an der Entstehung von Krebs beteiligt und daher interessante Ansatzpunkte für die Entwicklung von neuen Chemotherapeutika. Darüber hinaus zeigte sich auch, dass Sie zur Chemotherapie von parasitären Krankheiten Verwendung finden könnten, wie zur Behandlung von Schistosomiasis, welche durch Schistosoma mansoni ausgelöst wird. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung der Polo-like kinase 1 (Plk1) aus E. multilocularis, die Homologien zur humanen Plk1 und der aus S. mansoni (SmPlk1) aufweist und daher als Ansatzpunkt für eine neuartige chemotherapeutische Behandlung von AE angesehen werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass EmPlk1 in germinativen Zellen (Stammzellen) des Parasiten stark exprimiert wird und das es möglich ist, dieses orthologe Protein mit nanomolekularer Konzentration (25 nM) des Plk1 Inhibitors BI 2536 in seiner zellulären Funktion zu hemmen. Darüber hinaus führt die Behandlung in vitro zu einem Verlust von Stammzellen im Larvenstadium von E. multilocularis, was zu einer drastischen Verminderung des Wachstums und der Entwicklung des Parasiten führt. Des Weiteren konnte sehr deutlich gezeigt werden, dass bei Verwendung des Inhibitors BI 2536 in Zellkultursystemen mit „Primärzellen“ (80% Stammzellen) des Parasiten diese nicht mit mehr in der Lage sind in Metacestoden zu regenerieren. Dabei ist entscheidend, dass die verwendeten Konzentrationen des Inhibitors BI 2536 innerhalb der gemessenen Plasmakonzentrationen von Krebspatienten liegen (50 nM nach 48 Stunden). Die Inhibierung der Plk1 wird daher als vielversprechender neuer Ansatzpunkt einer Chemotherapie zur Behandlung der AE angesehen. Die Inhibierung der EmPlk1 hat einen wesentlichen Einfluss auf die Differenzierung von Stammzellen des Parasiten, wodurch das Wachstum und die weitere Entwicklung des Parasiten gehemmt werden. Des Weiteren kann neben der chemotherapeutischen Behandlung der Inhibitor BI2536 auch für das weitere Studium von Stammzellen und deren zelluläre Funktion in E. multilocularis genutzt werden. Dafür wurden erste in vitro Experimente mittels Injektion in stammzellfreie Metacestoden Vesikel durchgeführt. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit einem neuen Transmembranrezeptor in E. multilocularis, der hier als Venus-Fliegenfallen-Rezeptor charakterisiert wird. Dieser Rezeptortyp wurde erst kürzlich in S. mansoni beschrieben und steht im Zusammenhang mit der Entwicklung und dem Wachstum von Keimzellen des Parasiten. Der Rezeptor weist eine ungewöhnliche Zusammensetzung aus einer extrazellulären Venusfliegenfallendomäne (VFT) mit starker Ähnlichkeit zu GABA Rezeptoren auf (γ-amino-Buttersäure Typ B) und ist über eine einzelne Transmembrandomäne mit einer intrazellulären Tyrosinkinasedomäne verbunden, die eine hohe Homologie zu humanen Insulinrezeptoren zeigt. Der lange Genabschnitt (5112bp) von emvkr mit sequenzspezifischen Eigenschaften war schwierig zu klonieren, um eine anschließende Expression in Xenopus Oozyten durchzuführen. Bisher wurde dieser Rezeptor nur in Invertebraten beschrieben und stellt somit einen interessanten Ansatzpunkt für die Entwicklung von neuen Chemotherapeutika dar. In einem ersten Versuch wurde die Wirkung des ATP-Kompetitive Inhibitors AG 1024 in unserer in vitro Zellkultur untersucht. Zusammenfassend wurde die Relevanz von EmVKR als neuartiger Tyrosinkinaserezeptor in E. multilocularis verdeutlicht. In anschließenden Studien sollte die Aktivierung durch Ligandenbindung an den Rezeptor, sowie seine weitere zelluläre Funktion untersucht werden. Diese Erkenntnisse könnten dann eine entscheidende Rolle für die Entwicklung von neuen Medikamenten mit EmVKR spielen. Des Weiteren wurde die erfolgreiche Entfernung von Stammzellen aus Metacestoden Vesikel mit dem Plk1 Inhibitor BI 2536 gezeigt. Dies bietet nun die Option diesen Inhibitor auf das Wirkstoffziel EmPlk1 weiter zu optimieren. Darüber hinaus hat die Verwendung dieses Inhibitors den entscheidenden Zugang für eine neue Zellkulturtechnik ermöglicht, die das Studieren von Stammzellen und deren Einflussfaktoren in vitro bietet. KW - Chemotherapie KW - Echinococcus KW - Fuchsbandwurm KW - Stammzelle KW - Polo-like kinase 1 Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-113694 ER - TY - THES A1 - Alrefai, Hani Gouda Alsaid T1 - Molecular Characterization of NFAT Transcription Factors in Experimental Mouse Models T1 - Molekulare Charakterisierung von NFAT-Transkriptionsfaktoren in experimentellen Mausmodellen N2 - In this work we wanted to investigate the role of NFATc1 in lymphocyte physiology and in pathological conditions (eg. psoriasis). NFATc1 is part of the signal transduction pathways that regulates B cells activation and function. NFATc1 has different isoforms that are due to different promoters (P1 and P2), polyadenylation and alternative splicing. Moreover, we tried to elucidate the points of interactions between the NFAT and the NF-κB pathways in activated B-cell fate. NFAT and NF-κB factors share several properties, such as a similar mode of induction and architecture in their DNA binding domain. We used mice which over-express a constitutive active version of NFATc1/α in their B cells with -or without- an ablated IRF4. IRF4 inhibits cell cycle progression of germinal center B cell-derived Burkitt’s lymphoma cells and induces terminal differentiation toward plasma cells. Our experiments showed that a ‘double hit’ in factors affecting B cell activation (NFATc1 in this case) and late B cell Differentiation (IRF4 in this case) alter the development of the B cells, lead to increase in their numbers and increase in stimulation induced proliferation. Therefore, the overall picture indicates a link between these 2 genes and probable carcinogenic alterations that may occur in B cells. We also show that in splenic B cells, c-Rel (of the NF-κB canonical pathway) Support the induction of NFATc1/αA through BCR signals. We also found evidence that the lack of NFATc1 affects the expression of Rel-B (of the NF-κB non-canonical pathway). These data suggest a tight interplay between NFATc1 and NF-κB in B cells, influencing the competence of B cells and their functions in peripheral tissues. We also used IMQ-induced psoriasis-like inflammation on mice which either lack NFATc1 from B cell. Psoriasis is a systemic chronic immunological disease characterized primarily by abnormal accelerated proliferation of the skin keratinocytes. In psoriasis, the precipitating event leads to immune cell activation. Our experiments showed that NFATc1 is needed for the development of psoriasis. It also showed that IL-10 is the link that enables NFAT from altering the B cell compartment (eg Bregs) in order to affect inflammation. The important role of B cell in psoriasis is supported by the flared up psoriasis-like inflammation in mice that lack B cells. Bregs is a special type of B cells that regulate other B cells and T cells; tuning the immunological response through immunomodulatory cytokines. N2 - Diese Arbeit befasst sich mit der Regulation und der Funktion des Transkriptionsfaktors NFATc1 (“nuclear factor of activated T-cells c1) in B-Lymphozyten. Hierzu wurde zum einen die transkriptionelle Kontrolle des Nfatc1-Gens in aktivierten B-Lymphozyten und zum anderen die Bedeutung dieses Faktors für die Wachstumskontrolle und Autoimmunität anhand verschiedener Modellsysteme analysiert. Sechs verschiedene NFATc1-Isoformen können in B-Lymphozyten durch die Nutzung zweier verschiedener Promotoren, zweier Polyadenylierungsstellen und eines alternativen Splicings generiert werden. Wir zeigen hier, dass insbesondere die NF-kB Faktoren c-Rel und p50 eine essentielle Bedeutung für die starke Induktion des Promoters P1 und damit der Expression der kurzen Isoform NFATc1A in B-Zell-Rezeptor-stimulierten B-Zellen spielen. Interessanterweise zeigen NFATc1-defiziente B-Lymphozyten eine geschwächte Aktivierung der NF-kB-Faktoren, was auf eine enge Verknüpfung dieser zwei Signalwege hindeutet. NFATc1-defiziente B-Lymphozyten weisen eine Aktivierungs- und Wachstumsschwäche auf (Bhattacharyya S., et.al.). Hier zeigen wir, dass die Überexpression von konstitutiv aktivem NFATc1A in B-Lymphozyten, insbesondere wenn dies im Kontext einer IRF4-Defizienz geschieht, zu einer verstärkten Expansion der B-Zellpopulation, insbesondere nach deren Aktivierung, führt. Dies belegt die kritische Bedeutung, die der wohldosierten Expressions- und Aktivierungskontrolle der NFATc1-Faktoren in B-Lymphozyten zukommt. Dies zeigt sich auch in einem Imiquimod-induziertem Psoriasis Mausmodell. Hier wird durch Applikation von Imiquimod auf die Haut eine der Schuppenflechte ähnelnde entzündliche Reaktion ausgelöst, die insbesondere durch eine stark verstärkte Proliferation der Keratinozyten gekennzeichnet ist. Wir können zeigen, dass die NFATc1-Faktoren in B-Lymphozyten kritisch an dieser Reaktion beteiligt sind. Fehlt den B-Lymphozyten das NFATc1-Gen, so produziert eine Subpopulation, die sogenannten regulatorischen B-Zellen, verstärkt das immunmodulatorischen Zytokins IL-10, wodurch die entzündliche Reaktion fast komplett unterdrückt wird. Dies ähnelt vorhergehenden Beobachtungen, in denen wir zeigen konnten, dass auch in einem Mausmodell der Multiplen Sklerose (EAE) die Immunreaktion durch den Verlust von NFATc1 in B-Zellen erheblich gelindert werden kann (Bhattacharyya S., et.al.). KW - Schuppenflechte KW - Maus KW - Transkriptionsfaktor KW - B-Lymphozyt KW - NFAT KW - NF-kB KW - Transgenic mice KW - Psoriasis KW - Cancer KW - B cells Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-97905 ER - TY - THES A1 - Yang, Zhenghong T1 - A systematic study of learned helplessness in Drosophila melanogaster T1 - Eine systematische Untersuchung der erlernten Hilflosigkeit in Drosophila melanogaster N2 - The learned helplessness phenomenon is a specific animal behavior induced by prior exposure to uncontrollable aversive stimuli. It was first found by Seligman and Maier (1967) in dogs and then has been reported in many other species, e.g. in rats (Vollmayr and Henn, 2001), in goldfishes (Padilla, 1970), in cockroaches (Brown, 1988) and also in fruit flies (Brown, 1996; Bertolucci, 2008). However, the learned helplessness effect in fruit flies (Drosophila melanogaster) has not been studied in detail. Thus, in this doctoral study, we investigated systematically learned helplessness behavior of Drosophila for the first time. Three groups of flies were tested in heatbox. Control group was in the chambers experiencing constant, mild temperature. Second group, master flies were punished in their chambers by being heated if they stopped walking for 0.9s. The heat pulses ended as soon as they resumed walking again. A third group, the yoked fly, was in their chambers at the same time. However, their behavior didn’t affect anything: yoked flies were heated whenever master flies did, with same timing and durations. After certain amount of heating events, yoked flies associated their own behavior with the uncontrollability of the environment. They suppressed their innate responses such as reducing their walking time and walking speed; making longer escape latencies and less turning around behavior under heat pulses. Even after the conditioning phase, yoked flies showed lower activity level than master and control flies. Interestingly, we have also observed sex dimorphisms in flies. Male flies expressed learned helplessness not like female flies. Differences between master and yoked flies were smaller in male than in female flies. Another interesting finding was that prolonged or even repetition of training phases didn’t enhance learned helplessness effect in flies. Furthermore, we investigated serotonergic and dopaminergic nervous systems in learned helplessness. Using genetic and pharmacological manipulations, we altered the levels of serotonin and dopamine in flies’ central nervous system. Female flies with reduced serotonin concentration didn’t show helpless behavior, while the learned helplessness effect in male flies seems not to be affected by a reduction of serotonin. Flies with lower dopamine level do not display the learned helplessness effect in the test phase, suggesting that with low dopamine the motivational change in learned helplessness in Drosophila may decline faster than with a normal dopamine level. N2 - Das „learned helplessness“ Phänomen ist ein spezifisches Verhalten nach vorheriger Exposition von unkontrollierbaren aversiven Stimuli induziert. Es wurde zuerst von Seligman und Maier (1967) bei Hunden und dann in vielen anderen Tierarten berichtet, z.B. in Ratten (Vollmayr und Henn, 2001), in Goldfische (Padilla , 1970), in Kakerlaken (Brown, 1988) sowie in Fruchtfliegen (Brown, 1996; Bertolucci, 2008). Allerdings wurde das learned helplessness Phänomen in Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) noch nicht genau erforscht. Somit wird in dieser Doktorarbeit haben wir erlernten learned helplessness von Drosophila zum ersten Mal systematisch untersucht. Drei Gruppen von Fliegen wurden in Heatbox getestet. Die Kontrollgruppe war in den Kammern erlebter konstant milder Temperatur. Die zweite Master Gruppe wurde in ihren Kammern erhitzt, wenn sie blieb stehen für 0,9 s. Die Hitze endete, sobald sie sich wieder bewegten. Eine dritte Gruppe, die Yoked Fliegen, war in ihren Kammern gleichzeitig. Doch ihr Verhalten keine Auswirkungen auf die Hitze hatte: Yoked Fliegen wurden erhitzt, wenn Master Fliegen wurden, mit gleichen Zeitpunkt und Dauer. Nach gewissen Hitze Veranstaltungen, Yoked Fliegen assoziierten ihre eigenen Verhalten mit der Unkontrollierbarkeit der Umwelt. Sie unterdrückte ihre angeborene Reaktionen, wie die Verringerung ihrer Laufaktivität; verlängerte mehr Fluchtlatenzzeiten und weniger Umdrehen Verhalten unter Hitzen. Auch nach der Konditionierungsphase zeigte Yoked Fliegen niedrigeren Aktivität als Master und Kontrolle Fliegen. Interessanterweise haben wir auch Sex Dimorphismus in Fliegen beobachtet. Male Fliegen haben learned helplessness nicht wie weibliche Fliegen ausgedrückt. Die Unterschiede zwischen den Master und Yoked Fliegen waren bei männlichen kleiner als bei weiblichen Fliegen. Ein weiteres interessantes Ergebnis war, dass längere oder sogar wiederholte Trainingsphasen die lerned helplessness Wirkung bei Fliegen nicht verstärken könnten. Darüber hinaus haben wir serotonergen und dopaminerge Nervensysteme in learned helplessness erforscht. Mit genetischen und pharmakologischen Manipulationen, haben wir das Niveau von Serotonin und Dopamin im zentralen Nervensystem der Fliegen geändert. Weibliche Fliegen mit reduzierten Serotoninkonzentration zeigten kein hilflos Verhalten, während die learned helplessness Wirkung in männlichen Fliegen schien nicht durch eine Reduktion von Serotonin beeinflusst zu werden. Fliegen mit niedrigerer Dopamin Konzentration zeigten keine learned helplessness Wirkung in der Testphase an, was darauf hindeutet, dass mit niedrigen Dopamin die Motivationsänderung in learned helplessness in Drosophila kann schneller als mit einem normalen Dopaminspiegel sinken. KW - Taufliege KW - Gelernte Hilflosigkeit KW - Drosophila KW - learned helplessness KW - depression KW - learning and memory Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112424 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Konopik, Oliver T1 - The impact of logging and conversion to oil palm plantation on Bornean stream-dependent frogs and their role as meso-predators T1 - Die Auswirkungen von Abholzung des Regenwalds und Umwandlung zu Ölpalmplantagen auf bachbewohnende Frösche und ihre Rolle als Mesoprädatoren in Borneo N2 - I. Nowadays, tropical landscapes experience large-scale land use intensification and land conversion driven by increasing demand for resourses. Due to the continuously high demand for tropical timber and politically intended step increase in palm oil production, multiple rounds of logging and subsequent conversion to oil palm plantations became a regionally wide-spread land conversion pattern in Southeast Asia. Although many tree species and some animals are highly threatened by logging, a great number of species groups, such as birds or mammals, have been shown to persist in logged forests. Accordingly, many ecosystem services, such as dung removal, seed dispersal or the activity of scavengers, are functionally maintained in logged forests. In contrast, oil palm plantations have been shown to not only dramatically alter the species composition and reduce biodiversity, but also curtail many crucial biotic and abiotic ecosystem functions. The focus of this dissertation was to investigate the response of anuran species richness and community composition to logging and conversion to oil palm plantation in northern Borneo (chapter II). I analysed the diet of various frog species and their change with habitat degradation. Furthermore, I assessed the shift in the trophic position of the anuran community as well as the response of anuran phylogenetic, dietary, and functional diversity to logging and conversion to oil palm plantations (chapter III). Finally, the resilience of the predator-prey interaction between an ant-specialist toad and its ant prey was analysed using shifts in species-level interactions (chapter IV). II. This part of the study compares the species richness, relative abundance and community composition of stream anuran assemblages among primary forests, repeatedly logged forests and oil palm plantations. I used a highly standardised sampling setup applying transect-based sampling. Surprisingly, most of the anuran species native to primary forests were able to survive in logged forest streams. In contrast, on average only one third of the forest species richness was found in oil palm plantation streams. However, a high percentage of canopy cover above the plantation streams was able to mitigate this loss substantially. This study demonstrates the high conservation value of logged forests for Southeast Asian anurans. In contrast, the conversion to oil palm plantations leads to a dramatic decline of forest species. However, they have a mainly unused potential to contribute to the protection of parts of the regional anuran biodiversity if conservation-oriented management options are implemented. III. In this part, I analysed the shifts in trophic position and multiple diversity layers of Southeast Asian stream-dependent anuran species across a gradient of disturbance from primary forest through intensively logged forest to oil palm plantation. For this purpose, I identified the diet composition of 59 anuran species by means of stomach flushing. Furthermore, I use diet composition of frog species as well as species traits to calculate dietary and functional diversity, respectively. I found that the trophic position of the entire anuran community is elevated in heavily disturbed habitats. Furthermore, species diversity, phylogenetic species variation, dietary diversity, and functional diversity were reduced. However, beyond the effect of the decreased species richness, only phylogenetic species variability and functional diversity were significantly impacted by land conversion, indicating a non-random loss of phylogenetic groups and functionally unique species. Overall, the observed changes to species interactions and functional composition suggest a greatly modified role of anurans in altered habitats and major foodweb reorganisation. Such far-reaching changes to the way species groups interact are likely to threaten local biodiversity and ecosystem functioning in natural and particularly modified habitats. However, I could also show, that small-scale habitat quality, provided by riparian reserves, is able to mitigate the negative consequences of land conversion considerably. IV. Here I assess how logging of rain forest and conversion to oil palm plantations affect the populations of the ant-specialist giant river toad (Phrynoidis juxtaspera), and availability and composition of its ant prey. I measured canopy cover as an estimate for the degree of disturbance. I found that toad abundance decreased with increasing disturbance. At the same time, ant community composition was altered, and local ground-foraging ant species richness increased with disturbance. However, for a given amount of canopy cover, primary forest supported more ant species than altered habitats. Despite these changes, composition of ants consumed by toads was only weakly affected by habitat change, with the exception of the invasive yellow crazy ant (Anoplolepis gracilipes), which was positively selected in oil palm plantations. This suggests that predator-prey interactions can be mostly maintained with habitat disturbance despite shifts in community composition, and even that some predators are capable of exploiting new prey sources in novel ecosystems. V. I could show that anuran diversity and their trophic interaction is negatively impacted by logging and in particular by conversion to oil palm plantations. From species richness and community composition, my study expanded to phylogenetic, dietary and functional diversity. Furthermore, I investigated the interaction of a particular toad species with its preferred prey (ants), on species level. This increasing degree of detail in my study provided comprehensive results, beyond the detail of many related studies. Overall, conservation of the remaining forest in Southeast Asia is urgently required to protect anuran biodiversity and their trophic interactions. N2 - I. Durch den stetig steigenden Bedarf an vielfältigen Ressourcen stehen heutzutage vor allem tropische Ökosysteme unter enormem Druck hin zu intensiver Landwirtschaft und der Umwandlung von natürlichen Lebensräumen. Getrieben durch die hohe Nachfrage an Tropenhölzern und dem politisch gewollten Anstieg der Palmölproduktion, etablierte sich in Südostasien eine weit verbreitete Landnutzungsumwandlung charakterisiert durch wiederkehrende Holznutzung und die anschließende Umwandlung zu Ölpalmplantagen. Manche Tiergruppen und vor allem Baumarten sind dadurch stark gefährdet. Dennoch können andere Organismengruppen wie Vögel oder Säuger auch in genutzten Wäldern überleben. Auch Ökosystemdienstleistungen, wie Kotbeseitigung oder die Aktivität von Aasfressern bleiben vielfach in genutzten Wäldern erhalten. Im Gegensatz dazu stellen Ölpalmplantagen keinen geeigneten Lebensraum für viele Tier und Pflanzenarten dar und viele Ökosystemserviceleistungen können in diesen Plantagen nicht aufrecht erhalten werden. Ziel dieser Arbeit war die Auswirkungen dieser massiven Habitatumwandlung auf die Artenzahl und die Artenzusammensetzungen von Fröschen und Kröten in Nordborneo zu untersuchen (Kapitel II). Ich untersuchte die Nahrungszusammensetzung von mehreren Froscharten und wie sich diese mit Habitatumwandlung verändert. Zusätzlich habe ich die Stellung von Fröschen in der Nahrungskette sowie ihre phylogenetische, nahrungs- und funktionelle Diversität untersucht (Kapitel III). Schließlich habe die Interaktion von Fröschen mit ihrer Beute (in diesem Fall Ameisen) auch auf Artebene untersucht (Kapitel IV). II. Dieser Teil der Arbeit vergleicht die Artenzahl, relative Häufigkeit und die Artenzusammensetzung der bachlebenden Froscharten zwischen Primärwäldern, genutzten Wäldern und Ölpalmplantagen. Dazu nahm ich die Froschbestände mit einer standardisierten Transektmethode auf. Ich fand heraus, dass die meisten Froscharten aus Primärwäldern auch in forstwirtschaftlich intensiv genutzten Wäldern überleben konnten. Im Gegensatz dazu wiesen Ölpalmplantagen nur durchschnittlich ein drittel der Froscharten aus Wäldern auf. Jedoch konnte dieser Artenschwund durch einen hohen Kronenschluss über den Plantagenbächen reduziert werden. Diese Studie belegt den hohen naturschutzfachlichen Wert von genutzten Wäldern in Südostasien und die geringe Bedeutung von Ölpalmplantagen in diesem Zusammenhang. Jedoch zeigt es auch Wege auf, wie Ölpalmplantagen naturschutzfachlich aufgewertet werden können. III. Dieser Teil der Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen der Habitatumwandlung auf die trophischen Interaktionen und mehrere Ebenen der Froschbiodiversität. Dazu untersuchte ich die Nahrungszusammensetzung von 59 Froscharten mittels Magenspülung. Darüber hinaus nutzte ich diese Daten um die Nahrungsvielfalt zu untersuchen und Daten aus der Literatur und die funktionelle Diversität zu erfassen. Dabei fand ich heraus, dass Frösche bei zunehmender Habitatzerstörung eine höhere Stellung in der Nahrungskette einnahmen. Darüber hinaus sank die allgemeine Diversität, die phylogenetische Verwandtschaft, die Nahrungsvielfalt und die funktionelle Diversität der Frösche. Also lässt sich schließen, dass diese tiefgreifenden Veränderungen eine deutlich andere Rolle der Frösche in den umgewandelten Habitaten zur Folge hat. Solche dramatischen Eingriffe in das Nahrungsnetz können negative Auswirkungen auf die Stabilität von Ökosystemen haben, jedoch zeigt sich auch hier, dass diese durch die Erhöhung des Kronenschlusses deutlich abgemildert werden können. IV. In diesem Abschnitt befasse ich mich auf die Auswirkungen der Habitatumwandlung auf die Häufigkeit der Kröte Phrynoidis juxtaspera, ihre Beute (Ameisen), sowie die Interaktion von Räuber und Beute. Dabei fand ich heraus, dass die Kröte in ungestörten Bächen am häufigsten war und gleichzeitig mehr (und andere) Ameisenarten in Ölpalmplantagen vorkamen. Jedoch war die Artenzahl von Ameisen bei konstantem Kronenschluss in Primärwäldern immer höher als in Ölpalmplantagen. Im großen Gegensatz zu diesen Veränderungen, war die Nahrungszusammensetzung der verbleibenden Kröten in den Plantagenbächen kaum unterschiedlich im Vergleich mit Primärwaldbächen. Eine Ausnahme war ein deutlich gestiegener Anteil der invasiven Ameisenart Anoplolepis gracilipes. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Räuber-Beute Interaktion unter Umständen unverändert die Habitatumwandlung überstehen können, aber auch in gewissem Umfang neue Ressourcen erschlossen werden können. V. Mit dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass sich die großflächige Habitatumwandlung von Wäldern hin zu Ölpalmplantagen negativ auf die Froschbiodiversität, wie auch die Räuber-Beute Interaktionen von Fröschen auswirkt. Ausgehend von Artenzahl und Artenzusammensetzung konnte ich in meiner Arbeit darüber hinaus auch die Biodiversität der Frösche auf verschiedenen Ebenen beleuchten und schließlich sogar die Räuber-Beute Interaktion auf Artebene untersuchen. Dadurch konnte ich diesen komplexen Zusammenhang in ganz besonderer Tiefe beleuchten. Insgesamt liefert diese Arbeit einen weiteren wichtigen Beleg dafür, dass Primärwälder, aber neuerdings auch immer mehr genutzte Wälder entscheidend für den Erhalt von tropischer Biodiversität sind. KW - Froschlurche KW - Biodiversität KW - Borneo KW - Ölpalmenanbau KW - Bach KW - amphibia KW - Borneo KW - logging KW - oilpalm plantation KW - frogs KW - stream KW - Rodung KW - Südostasien Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111749 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Ewald, Heike T1 - Influence of context and contingency awareness on fear conditioning – an investigation in virtual reality T1 - Der Einfluss von Kontext und Kontingenzbewusstsein auf Furchtkonditionierung – eine Untersuchung in virtueller Realität N2 - Fear conditioning is an efficient model of associative learning, which has greatly improved our knowledge of processes underlying the development and maintenance of pathological fear and anxiety. In a differential fear conditioning paradigm, one initially neutral stimulus (NS) is paired with an aversive event (unconditioned stimulus, US), whereas another stimulus does not have any consequences. After a few pairings the NS is associated with the US and consequently becomes a conditioned stimulus (CS+), which elicits a conditioned response (CR). The formation of explicit knowledge of the CS/US association during conditioning is referred to as contingency awareness. Findings about its role in fear conditioning are ambiguous. The development of a CR without contingency awareness has been shown in delay fear conditioning studies. One speaks of delay conditioning, when the US coterminates with or follows directly on the CS+. In trace conditioning, a temporal gap or “trace interval” lies between CS+ and US. According to existing evidence, trace conditioning is not possible on an implicit level and requires more cognitive resources than delay conditioning. The associations formed during fear conditioning are not exclusively associations between specific cues and aversive events. Contextual cues form the background milieu of the learning process and play an important role in both acquisition and the extinction of conditioned fear and anxiety. A common limitation in human fear conditioning studies is the lack of ecological validity, especially regarding contextual information. The use of Virtual Reality (VR) is a promising approach for creating a more complex environment which is close to a real life situation. I conducted three studies to examine cue and contextual fear conditioning with regard to the role of contingency awareness. For this purpose a VR paradigm was created, which allowed for exact manipulation of cues and contexts as well as timing of events. In all three experiments, participants were guided through one or more virtual rooms serving as contexts, in which two different lights served as CS and an electric stimulus as US. Fear potentiated startle (FPS) responses were measured as an indicator of implicit fear conditioning. To test whether participants had developed explicit awareness of the CS-US contingencies, subjective ratings were collected. The first study was designed as a pilot study to test the VR paradigm as well as the conditioning protocol. Additionally, I was interested in the effect of contingency awareness. Results provided evidence, that eye blink conditioning is possible in the virtual environment and that it does not depend on contingency awareness. Evaluative conditioning, as measured by subjective ratings, was only present in the group of participants who explicitly learned the association between CS and US. To examine acquisition and extinction of both fear associated cues and contexts, a novel cue-context generalization paradigm was applied in the second study. Besides the interplay of cues and contexts I was again interested in the effect of contingency awareness. Two different virtual offices served as fear and safety context, respectively. During acquisition, the CS+ was always followed by the US in the fear context. In the safety context, none of the lights had any consequences. During extinction, a additional (novel) context was introduced, no US was delivered in any of the contexts. Participants showed enhanced startle responses to the CS+ compared to the CS- in the fear context. Thus, discriminative learning took place regarding both cues and contexts during acquisition. This was confirmed by subjective ratings, although only for participants with explicit contingency awareness. Generalization of fear to the novel context after conditioning did not depend on awareness and was observable only on trend level. In a third experiment I looked at neuronal correlates involved in extinction of fear memory by means of functional magnetic resonance imaging (fMRI). Of particular interest were differences between extinction of delay and trace fear conditioning. I applied the paradigm tested in the pilot study and additionally manipulated timing of the stimuli: In the delay conditioning group (DCG) the US was administered with offset of one light (CS+), in the trace conditioning group (TCG) the US was presented 4s after CS+ offset. Most importantly, prefrontal activation differed between the two groups. In line with existing evidence, the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) was activated in the DCG. In the TCG I found activation of the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC), which might be associated with modulation of working memory processes necessary for bridging the trace interval and holding information in short term memory. Taken together, virtual reality proved to be an elegant tool for examining human fear conditioning in complex environments, and especially for manipulating contextual information. Results indicate that explicit knowledge of contingencies is necessary for attitude formation in fear conditioning, but not for a CR on an implicit level as measured by FPS responses. They provide evidence for a two level account of fear conditioning. Discriminative learning was successful regarding both cues and contexts. Imaging results speak for different extinction processes in delay and trace conditioning, hinting that higher working memory contribution is required for trace than for delay conditioning. N2 - Furchtkonditionierung ist ein effizientes Modell für assoziatives Lernen und hat unser Wissen über Prozesse, die der Entstehung und Aufrechterhaltung von pathologischer Furcht und Angst zugrunde liegen, entscheidend vergrößert. In einem differentiellen Furchtkonditionierungparadigma wird ein zunächst neutraler Reiz (NS) gemeinsam mit einem aversiven Ereignis (unbedingter Reiz, US) dargeboten, während ein zweiter Stimulus nicht mit dem Ereignis gepaart wird. Nach mehrmaliger gemeinsamer Darbietung wird der NS mit dem US assoziiert. Dadurch wird er zu einem bedingten Reiz (CS+) und löst eine konditionierte Furchtreaktion (CR) aus. Die Bildung expliziten Wissens über die CS/US-Assoziation während der Konditionierung bezeichnet man als Kontingenzbewusstsein. Befunde über die Rolle dieses Bewusstseins in der Furchtkonditionieung sind uneinheitlich. In Delay-Furchtkonditionierungsstudien konnte die Entwicklung einer CR unabhängig von Kontingenzbewusstsein gezeigt werden. Man spricht von Delay-Konditionierung, wenn der US direkt auf den CS+ folgt. Bei der Trace-Konditionierung liegt zwischen dem CS und dem US ein kurzer zeitlicher Abstand (Trace-Interval). Für Trace-Konditionierung werden mehr kognitive Ressourcen benötigt als für Delay-Konditionierung. Auf einer impliziten Ebene ist Trace-Konditionierung nicht möglich. Die Assoziationen, die während der Furchtkonditionierung gebildet werden, beschränken sich nicht auf Assoziationen zwischen spezifischen Reizen und aversiven Ereignissen. Kontextuelle Reize bilden den Hintergrund des Lernprozesses und spielen sowohl bei der Akquisition als auch bei der Extinktion von Furcht und Angst eine wichtige Rolle. Eine häufige Einschränkung in Furchtkonditionierungsstudien beim Menschen ist der Mangel an ökologischer Validität, besonders hinsichtlich der Kontextinformationen. Der Einsatz von virtuellen Realtitäten (VR) stellt einen vielversprechenden Ansatz dar um komplexe Umgebungen nachzubilden, die nahe an Alltagssituationen sind. Um Hinweisreiz- und Kontextkonditionierung unter Berücksichtigung des Kontingenzbewusstseins zu untersuchen habe ich drei Experimente durchgeführt. Dafür wurde ein Paradigma in virtueller Realität entwickelt, das es ermöglicht, Reize, Kontexte sowie zusätzlich das Timing der Ereignisse exakt zu manipulieren. In allen drei Studien wurden Versuchspersonen durch einen oder mehrere virtuelle Räume geführt, in denen zwei verschiedene Lichter als bedingte Reize und ein elektrischer Reiz als unbedingter Reiz dienten. Furchtpotenzierte Startlereaktionen wurden gemessen als Indikator für implizite Furchtkonditionierung. Um zu überprüfen, ob die Versuchspersonen auch explizites Kontingenzbewusstsein erwoben hatten, wurden subjektive Ratings erfasst. Die erste Studie wurde als Pilotstudie konstruiert, um sowohl das VR Paradigma als auch das Konditionierungsprotokoll zu testen. Zusätzlich hat mich der Effekt des Kontingenzbewusstseins interessiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Lidschlag-konditionierung im VR Paradigma möglich ist und dass sie nicht vom Kontingenz-bewusstsein abhängt. Allerdings war evaluative Konditionierung, gemessen durch subjektive Ratings, nur erkennbar bei Personen, die die Assoziation von CS und US explizit gelernt hatten. Um Akquisition und Extinktion sowohl furchtassoziierter Reize als auch furchtassoziierter Kontexte zu untersuchen, wurde in der zweiten Studie ein neues Reiz-Kontext-Generalisierungsparadigma eingesetzt. Neben dem Zusammenspiel von Reizen und Kontexten war ich auch hier an der Rolle des Kontingenzbewusstseins interessiert. Zwei verschiedene virtuelle Büros dienten als Furcht- bzw. Sicherheitskontext. Während der Akquisition folgte auf den CS+ im Furchtkontext immer ein US. Im Sicherheitskontext hatte keines der Lichter Konsequenzen. In der Extinktionsphase wurde zusätzlich ein neuer Kontext eingeführt. In keinem der Kontexte wurde ein US appliziert. Die Versuchspersonen reagierten nur im Furchtkontext mit erhöhter Startlereaktion auf den CS+ im Vergleich zum CS-. Diskriminatives Lernen hat sowohl hinsichtlich der Reize als auch hinsichtlich der Kontexte stattgefunden. Dies wurde bestätigt durch die subjektiven Ratings, allerdings nur bei Probanden mit Kontingenzbewusstsein. Eine Generalisierung der Angst vom Furchtkontext auf den neuen Kontext war nicht abhängig vom Kontingenzbewusstsein, konnte allerdings in der Gesamtgruppe nur tendenziell beobachtet werden. In der dritten Studie betrachtete ich neuronale Korrelate der Extinktion von Furchtgedächtnis mit Hilfe von funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI). Von besonderem Interesse waren dabei die Unterschiede zwischen der Extinktion von Delay- und Trace-Konditionierung. Ich habe das Paradigma aus der Pilotstudie angewendet und zusätzlich das Timing der Reize manipuliert. In der Delay-Konditionierungsgruppe (DCG) wurde der US zeitgleich mit dem Ende des CS+ appliziert, in der Trace-Konditionierungsgruppe (TCG) vier Sekunden nach Ende des CS+. Interessanterweise unterschieden sich die beiden Gruppen in ihrer präfrontalen Aktivierung. In Übereinstimmung mit der Literatur war der ventromediale Präfrontalkortex (vmPFC) in der DCG aktiviert. In der TCG konnte man Aktivierung des dorsolateralen Präfrontalkortex (dlPFC) beobachten. Dies könnte mit erhöhter Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses zusammenhängen, die notwendig ist, um das Trace-Interval zu überbrücken und die Informationen im Kurzzeitgedächtnis zu halten. Zusammengefasst hat sich virtuelle Realität als ein elegantes Instrument zur Fuchtkonditionierung beim Menschen herausgestellt, besonders zur Manipulation von Kontextinformation. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass explizites Kontingenzwissen notwendig ist für evaluative Furchtkonditionierung, nicht jedoch für eine implizite CR gemessen an FPS Reaktionen. Außerdem liefern sie Evidenz für den “two level account of fear conditioning”. Die Ergebnisse der Bildgebung sprechen für zwei unterschiedliche Extinktionsprozesse bei Delay- und Trace-Konditionierung und weisen darauf hin, dass für Trace-Konditionierung eine höhere Beteiligung des Arbeitsgedächtnisses notwendig ist als für Delay-Konditionierung. KW - Klassische Konditionierung KW - Angst KW - Virtuelle Realität KW - Schreckreaktion KW - Funktionelle Kernspintomographie KW - Fear conditioning KW - virtual reality KW - contingency awareness KW - contextual conditioning KW - fMRI KW - fear potentiated startle response KW - Assoziation KW - Lernen KW - Kontingenz Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-111226 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 - Samtleben, Samira T1 - Investigation of homeostatic calcium fluxes in hippocampal neurons by means of targeted-esterase induced dye loading (TED) T1 - Untersuchung von homöostatischen Kalziumströmen in hippokampalen Neuronen mittels “targeted-esterase induced dye loading (TED)” N2 - Calcium ions can activate intracellular signalling cascades that control key functions in all types of neurons. These functions include neuronal excitability and excitation, synaptic plasticity, cell migration, transmitter release, gene transcription, and apoptosis. The major intracellular neuronal store for calcium is the endoplasmic reticulum (ER), a continuous and dynamic, membranous organelle that extends through all parts of neurons, from axons to dendrites. The calcium concentration in the ER is appr. one thousand fold higher than in the cytosol and this calcium gradient is built up by the sarco-/endoplasmic reticulum calcium ATPase (SERCA) pump that pumps calcium from the cytosol into the ER. Despite detailed knowledge about various induced calcium signals within neurons, it was still elusive, how resting neurons maintain their ER calcium content at rest. In order to shed light on the calcium homeostasis at rest, the targeted-esterase induced dye loading (TED) technique was improved. TED allows the direct and non-disruptive visualization of ER calcium in presence of extracellular calcium, thus enabling to visualize the dynamic flow of ER calcium. TED is based on the overexpression of an ER-targeted mouse carboxylesterase. Inside the ER the carboxylesterase cleaves the acetoxymethyl ester calcium dye Fluo5N, AM, thereby converting this dye into a calcium sensitive, low-affinity, cell membrane impermeable calcium indicator that is trapped in the ER. When bound to calcium ions and excited by fluorescent light, its fluorescence intensity increases one hundredfold compared to the calcium-free state. It was observed that calcium withdrawal from resting neurons led to a rapid loss of calcium from both the ER and the cytosol, which recovered upon calcium re-addition. It was concluded that a strong calcium influx and efflux must exist under resting conditions that maintain a constant calcium concentration in neurons at rest. TED calcium imaging could visualize this resting calcium influx event. When the inhibitor of store-operated calcium entry (SOCE), SKF-96365, was acutely added to neurons an immediate decline in ER calcium levels was observed, whereas cytosolic calcium levels remained constant. Based on these findings, a novel calcium homeostasis model is proposed in which a strong SOCE-like calcium influx and a corresponding calcium efflux maintain the ER calcium levels at rest. These fluxes are adapted to disturbances in order to maintain a constant calcium level in resting neurons. This study visualizes for the first time the resting calcium flow into the ER. The calcium enters the neurons via a store-operated calcium entry-like mechanism, a form of calcium influx that was thought to be induced by signalling events. N2 - Kalzium kann intrazelluläre Signalkaskaden aktivieren und somit Schlüsselfunktionen in allen Typen von Neuronen kontrollieren. Diese Schlüsselfunktionen umfassen Zellmigration, Freisetzung von Neurotransmittern, synaptische Plastizität, Transkription von Genen und Apoptose. Der wichtigste Speicher für Kalzium in Neuronen ist das endoplasmatische Retikulum (ER); ein kontinuierliches, membranumschlossenes Zellorganell, das sich in alle Teile von Neuronen erstreckt, von Axonen bis zu Dendriten. Im ER ist die Kalziumkonzentration ca. eintausendmal höher als im Zytosol. Dieser Kalziumgradient wird von der sogenannten SERCA, der sarco-/endoplasmic reticulum calcium ATPase, Kalziumpumpe aufrechterhalten, die Kalziumionen aktiv vom Zytosol in das Innere des ER pumpt. Obwohl die einzelnen induzierten Kalziumsignalwege in Neuronen gut untersucht sind, war es lange nicht bekannt wie es Neuronen gelingt die hohe Kalziumkonzentration des ERs in Ruhe aufrechtzuerhalten. Um diese Frage zu klären wurde die sogenannte targeted-esterase induced dye loading (TED) Technik verbessert. TED ermöglicht es ER Kalzium direkt, in intakten Neuronen und in Gegenwart von extrazellulärem Kalzium sichtbar zu machen. Dadurch wird es möglich den Kalziumstrom des ERs direkt zu beobachten. TED beruht darauf, dass eine für das ER bestimmte Carboxylesterase der Maus überexprimiert wird, die sich im ER ansammelt. Im Inneren des ERs wandelt dieses Enzym den synthetischen Kalziumfarbstoff Fluo5N, AM um, der zur Gruppe der Acetoxymethyl-ester gehört. Dadurch wird aus diesem Farbstoff ein kalzium-sensitiver, niedrig-affiner Kalziumindikator, der nicht mehr permeabel für biologische Membranen ist und daher im ER verbleibt. In seiner Kalzium-gebunden Form erhöht sich die Fluoreszenz dieses Indikators einhundertfach im Vergleich zur Kalzium-ungebunden Form, wenn er durch Fluoreszenzlicht angeregt wird. Es wurde beobachtet, dass der Entzug von extrazellulärem Kalzium zu Verlust von Kalzium im ER und Zytosol von Neuronen führt. Bei Rückgabe des Kalziums erholt sich die Kalziumkonzentration wieder. Daraus wurde gefolgert, dass es bei Neuronen in Ruhe einen starken Einstrom und Ausstrom von Kalzium geben muss. Diese Ströme halten den Kalziumgehalt der Neurone konstant. Wenn SKF-96365, ein Inhibitor des sogenannten store-operated calcium entry (SOCE), akut auf die Neurone appliziert wurde, wurde sofort ein Abfall der ER Kalziumkonzentration beobachtet, wohingegen die Kalziumkonzentration des Zytosols gleich blieb. Aufgrund dieser Ergebnisse kann ein neues Kalziumhomöostase-Modell für Neurone vorgeschlagen werden: In ruhenden Neuronen halten ein starker SOCE-ähnlicher Kalziumeinstrom und ein entsprechender Kalziumausstrom den Kalziumgehalt des ERs aufrecht. Diese Ströme werden an Störungen angepasst um eine konstante Kalziumkonzentration zu erreichen. In dieser Studie wird zum ersten Mal der Ruhestrom von Kalzium in das ER sichtbar gemacht. Kalzium gelangt über einen store-operated calcium entry -ähnlichen Mechanismus in die Neurone. Bisher dachte man, dass diese Art von Kalziumeinstrom nur nach Aktivierung von Signalen stattfindet. KW - Calciumhomöostase KW - Nervenzelle KW - neuron KW - calcium homeostasis KW - calcium imaging KW - Calcium Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-110332 ER - TY - THES A1 - Premachandran Nair, Anoop Chandran T1 - Identification and functional characterization of TGF-β inducible, immunosuppressive miRNAs in human CD8+ T cells T1 - Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von TGF-β induzierbaren, immunsuppressiven miRNAs in humanen CD8+ T Zellen N2 - While TGF-β is able to regulate miRNA expression in numerous cell types, TGF-β-dependent changes in the miRNA profile of CD8+ T cells had not been studied before. Considering that TGF-β suppresses CD8+ T cell effector functions in numerous ways, we wondered whether induction of immune-regulatory miRNAs could add to the known transcriptional effects of TGF-β on immune effector molecules. In this study, we used miRNA arrays, deep sequencing and qRT-PCR to identify miRNAs that are modulated by TGF-β in human CD8+ T cells. Having found that the TGF-β-dependent downregulation of NKG2D surface expression in NK cells and CD8+ T cells does not go along with a corresponding reduction in mRNA levels, this pathway appeared to be a possible target of TGF-β-inducible miRNAs. However, this hypothesis could not be confirmed by miRNA reporter assays. Instead, we observed that DAP10 transcription is suppressed by TGF-β which in turn negatively affects NKG2D surface expression. In spite of promising preliminary experiments, technical difficulties associated with the transfection of primary NK cells and NK cell lines unfortunately precluded the final proof of this hypothesis. Instead, we focused on the TGF-β-induced changes in the miRNome of CD8+ T cells and confirmed the induction of the miR-23a cluster members, namely miR-23a, miR-27a and miR-24 by three different techniques. Searching for potential targets of these miRNAs which could contribute to the immunosuppressive action of TGF-β in T cells, we identified and confirmed a previously unknown regulation of IFN-γ mRNA by miR-27a and miR-24. Newly generated miRNA reporter constructs further revealed that LAMP1 mRNA is a target of miR-23a. Upon modulation of the miR-23a cluster in CD8+ T cells by the respective miRNA antagomirs and mimics, significant changes in IFN-γ expression confirmed the functional relevance of our findings. Effects on CD107a/LAMP1 expression were, in contrast, rather minimal. Still, overexpression of the miR-23a cluster attenuated the cytotoxic activity of antigen-specific CD8+ T cells. Taken together, these functional data reveal that the miR-23a cluster not only is induced by TGF-β, but also exerts a suppressive effect on CD8+ T-cell effector functions, even in the absence of TGF-β signaling. N2 - Obwohl bekannt war, dass TGF- die miRNA Expression in zahlreichen Zelltypen moduliert, waren TGF- abhängige Veränderung des miRNA Profils in CD8+ T Zellen noch nicht untersucht worden. Da TGF-β die Effektorfunktionen von CD8+ T Zellen aber in vielfältiger Weise inhibiert, fragten wir uns, ob die transkriptionellen Effekte, die TGF-β bekanntermaßen auf Immuneffektormoleküle ausübt, noch durch die Induktion immunregulatorischer miRNAs ergänzt werden. Daher nutzten wir miRNA Arrays, Genomsequenzierungstechniken und Echtzeit-PCR um miRNAs zu identifizieren, welche in humane CD8+ T Zellen von TGF- moduliert werden. Die Beobachtung, dass die TGF--abhängige Herunterregulation der NKG2D Oberflächenexpression in Natürlichen Killerzellen und CD8+ T Zellen nicht mit einer entsprechenden Verringerung der mRNA Menge einhergeht, ließ zudem vermuten, dass dieser Signalweg über miRNAs reguliert werden könnte. Nach verschiedenen miRNA Reporterassays musste diese Hpothese jedoch verworfen werden. Stattdessen zeigte sich, dass TGF- die Transkription von DAP10 inhibiert was wiederum die Oberflächenexpression von NKG2D limitieren sollte. Trotz viel versprechender initialer Experimente scheiterte der letzgültige Beweis dieser Hypothese aber an der ungenügenden Transfizierbarkeit von primären NK Zellen sowie von NK Zelllinien. Daher konzentrierten wir uns im Weiteren auf die durch TGF- induzierten Veränderungen im miRNom von CD8+ T Zellen und konnten mit drei verschiedenen Techniken die Induktion des miR-23a Clusters (mit den einzelnen miRNAs miR-23a, miR-27a und miR-24) bestätigen. Auf der Suche nach potentiellen immunregulatorisch relevanten Zielgenen dieser miRNAs konnten wir erstmals eine Regulation von IFN- durch miR-27a und miR-24 nachweisen. Zu diesem Zweck generierte miRNA Reporterkonstrukte zeigten zudem, dass LAMP1 durch miR-23a reguliert wird. Nach Modulation des miR-23a Clusters durch die entsprechenden miRNA Antagomir und Surrogat-Konstrukte konnten wir auch in CD8+ T Zellen signifikante Veränderungen der IFN-γ Expression nachweisen und somit die funktionelle Relevanz unserer Befunde bestätigen. Die Effekte auf die Expression von CD107a/LAMP1 waren hingegen nur minimal. Trotzdem führte die Überexpression des miR-23a Clusters zu einer Verringerung der zytotoxischen Aktivität von antigenspezifischen CD8+ T Zellen. Zusammen genommen belegen diese funktionellen Untersuchungen, dass das miRNA-23a Cluster, welches durch TGF-β induziert wird, zur Hemung der Effektorfunktionen in CD8+ T Zellen beiträgt, und zwar sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von TGF-β. KW - Transforming Growth Factor beta KW - Antigen CD8 KW - miRNS KW - Interferon KW - Immunsystem KW - miR-23a cluster KW - T cell cytotoxicity KW - Regulation Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109741 ER - TY - THES A1 - Weirather, Johannes T1 - Role of CD4+ T lymphocytes in cardiac wound healing and remodeling after experimental myocardial infarction in mice T1 - Die Bedeutung von CD4+ T-Lymphozyten für die kardiale Wundheilung und Remodeling nach experimentellem Herzinfarkt im Mausmodell N2 - Cardiac healing after myocardial infarction (MI) represents the cardinal prerequisite for proper replacement of the irreversibly injured myocardium. In contrast to innate immunity, the functional role of adaptive immunity in postinfarction healing has not been systematically addressed. The present study focused on the influence of CD4+ T lymphocytes on wound healing and cardiac remodeling after experimental myocardial infarction in mice. Both conventional and Foxp3+ regulatory CD4+ T cells (Treg cells) became activated in heart draining lymph nodes after MI and accumulated in the infarcted myocardium. T cell activation was strictly antigen-dependant as T cell receptor-transgenic OT-II mice in which CD4+ T cells exhibit a highly limited T cell receptor repertoire did not expand in heart-draining lymph nodes post-MI. Both OT-II and major histocompatibility complex class II-deficient mice lacking a CD4+ T cell compartment showed a fatal clinical postinfarction outcome characterized by disturbed scar tissue construction that resulted in impaired survival due to a prevalence of left-ventricular ruptures. To assess the contribution of anti-inflammatory Treg cells on wound healing after MI, the Treg cell compartment was depleted using DEREG mice that specifically express the human diphtheria toxin receptor in Foxp3-positive cells, resulting in Treg cell ablation after diphtheria toxin administration. In a parallel line of experiments, a second model of anti-CD25 antibody-mediated Treg cell immuno-depletion was used. Treg cell ablation prior to MI resulted in adverse postinfarction left-ventricular dilatation associated with cardiac deterioration. Mechanistically, Treg cell depletion resulted in an increased recruitment of pro-inflammatory neutrophils and Ly-6Chigh monocytes into the healing myocardium. Furthermore, Treg cell-ablated mice exhibited an adverse activation of conventional non-regulatory CD4+ and CD8+ T cells that showed a reinforced infiltration into the infarct zone. Increased synthesis of TNFα and IFNγ by conventional CD4+ and CD8+ T cells in hearts of Treg cell-depleted mice provoked an M1-like macrophage polarization characterized by heightened expression of healing-compromising induced NO synthase, in line with a reduced synthesis of healing-promoting transglutaminase factor XIII (FXIII), osteopontin (OPN) and transforming growth factor beta 1 (TGFβ1). Therapeutic Treg cell activation by a superagonistic anti-CD28 monoclonal antibody stimulated Treg cell accumulation in the infarct zone and led to an increased expression of mediators inducing an M2-like macrophage polarization state, i.e. interleukin-10, interleukin-13 and TGFβ1. M2-like macrophage differentiation in the healing infarct was associated with heightened expression of scar-forming procollagens as well as scar-stabilizing FXIII and OPN, resulting in improved survival due to a reduced incidence of left-ventricular ruptures. Therapeutic Treg cell activation and the induction of a beneficial M2-like macrophage polarization was further achieved by employing a treatment modality of high clinical potential, i.e. by therapeutic administration of IL-2/ anti-IL-2 monoclonal antibody complexes. The findings of the present study suggest that therapeutic Treg cell activation and the resulting improvement of healing may represent a suitable strategy to attenuate adverse infarct expansion, left-ventricular remodeling, or infarct ruptures in patients with MI. N2 - Die kardiale Wundheilung nach einem Herzinfarkt ist unabdingbare Voraussetzung um das unwideruflich beschädigte Myokard zu ersetzen. Im Gegensatz zur Rolle der angeborenen Immunität ist zur Bedeutung der adaptiven Immunität für die kardiale Wundheilung nur wenig bekannt. Im Fokus der Studie stand deshalb die Rolle von CD4+ T-Zellen bei der Wundheilung und kardialem Remodeling nach einem experimentellen Herzinfarkt im Mausmodell. Sowohl konventionelle, als auch Foxp3-positive regulatorische CD4+ T Zellen (Treg-Zellen) wurden im Lymphknoten infarzierter Tiere aktiviert und akkumulierten im Infarktareal. Die Aktivierung von CD4+ T Zellen nach MI setzte die Erkennung von Selbstantigenen voraus, da OT-II Tiere, die ein stark eingeschränktes T-Zell-Rezeptor-Repertoire aufweisen, keine T-Zell-Aktivierung zeigten. Sowohl OT-II Tiere, als auch Haupthistokompatibilitätskomplex Klasse II Knock-out Mäuse, die kein CD4+ T-Zell Kompartment aufweisen, zeigten einen fatalen klinischen Phänotyp, welcher durch eine gestörte Narbenbildung und damit verbunden einem verstärkten Auftreten linksventrikulärer Rupturen verbunden war. Um den Einfluss anti-inflammatorischer Treg-Zellen auf die kardiale Wundheilung nach Herzinfarkt zu untersuchen, wurde das Treg-Zell Kompartment vor MI Induktion depletiert. Hierzu wurden DEREG Mäuse verwendet, in denen Foxp3-positive Zellen den humanen Diphtherietoxin-Rezeptor exprimieren, sodass nach nach Diphtierietoxin-Applikation die Treg-Zellen spezifisch depletiert werden. In einer dazu parallel verlaufenden Versuchsreihe wurden die Treg-Zellen mittels anti-CD25 monoklonaler Antikörper depletiert. Die Depletion des Treg-Zell Kompartments 2 Tage vor MI Induktion bewirkte ein verschlechtertes links-ventrikuläres Remodeling und damit einhergehend eine signifikante Verschlechterung der Herzfunktion. Mechanistisch führte die Treg-Zell Depletion zu einer verstärkten Rekrutierung pro-inflammatorischer Ly-6Chigh Monozyten und neutrophilen Granulozyten ins Infarktareal. Die Depletion von Treg-Zellen war weiterhin mit einer adversen Aktivierung konventioneller CD4+ und CD8+ T-Zellen assoziiert, die eine verstärkte Infiltration ins infarzierte Myokard zeigten. Die erhöhte Synthese von TNFα und IFNγ in konventionellen T-Zellen führte zu einer M1-Makrophagen Polarisierung, welche durch eine verstärkte Expression der induzierbaren NO Synthase charakterisiert war. Weiterhin exprimierten diese M1 Makrophagen signifikant weniger der für eine geordnete Heilung essentiellen Faktoren Osteopontin, Transglutaminase Faktor XIII und transforming growth factor beta 1 (TGFβ1). Im Gegensatz zu den Depletionsversuchen führte die therapeutische Aktivierung der Treg-Zellen durch einen superagonistischen anti-CD28 monoklonalen Antikörper zu einer verstärkten Rekrutierung von Treg-Zellen ins Infarktareal und bewirkte eine erhöhte Synthese von Interleukin (IL)-10, IL-13 sowie TGFβ1. Die damit einhergehende M2 Makrophagenpolarisierung im Infarktareal war mit einer verstärkten Narbenbildung sowie der Synthese von Osteopontin und Transglutaminase Faktor XIII verbunden, welche sich stabilisierend auf die Narbenbildung auswirken. Folgerichtig zeigten die behandelten Tiere ein verbessertes Überleben aufgrund einer signifikant verringerten Inzidenz linksventrikulärer Rupturen. Alternativ zum superagonistischen anti-CD28 monoklonalen Antikörper wurde ein weiterer klinisch relevanter Ansatz zur therapeutischen Aktivierung von Treg-Zellen verfolgt. Durch die Applikation von IL-2/ anti-IL-2 Antikörper-Komplexen konnte ebenfalls eine M2 Makrophagenpolarisierung hervorgerufen werden, die mit einer verstärkten Narbenbildung einherging. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie deuten darauf hin, dass eine therapeutische Aktivierung von Treg-Zellen bei Infarktpatienten und die dadurch hervorgerufene Verbesserung der Wundheilung potentiell einen geeigneten Ansatz darstellt, durch welchen adverses linksventrikuläres Remodeling sowie Infarktrupturen verhindert werden können. KW - Antigen CD4 KW - T-Lymphozyt KW - Herzinfarkt KW - Wundheilung KW - wound healing KW - Foxp3+CD4+ regulatory T cell KW - myocardial infarction KW - macrophage KW - Maus KW - Myokardinfarkt KW - T-Zelle KW - Makrophagen KW - Heilung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-107225 ER - 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 ER - TY - THES A1 - Werner, Christian T1 - Effect of autoantibodies targeting amphiphysin or glutamate decarboxylase 65 on synaptic transmission of GABAergic neurons T1 - Einfluss von Autoantikörpern gegen Amphiphysin oder Glutamatdecarboxylase 65 auf synaptische Transmission GABAerger Neurone N2 - The number of newly detected autoantibodies (AB) targeting synaptic proteins in neurological disorders of the central nervous system (CNS) is steadily increasing. Direct interactions of AB with their target antigens have been shown in first studies but the exact pathomecha-nisms for most of the already discovered AB are still unclear. The present study investigates pathophysiological mechanisms of AB-fractions that are associated with the enigmatic CNS disease Stiff person syndrome (SPS) and target the synaptically located proteins amphiphysin or glutamate decarboxylase 65 (GAD65). In the first part of the project, effects of AB to the presynaptic endocytic protein amphiphysin were investigated. Ultrastructural investigations of spinal cord presynaptic boutons in an es-tablished in-vivo passive-transfer model after intrathecal application of human anti-amphiphysin AB showed a defect of endocytosis. This defect was apparent at high synaptic activity and was characterized by reduction of the synaptic vesicle pool, clathrin coated vesi-cles (CCVs), and endosome like structures (ELS) in comparison to controls. Molecular inves-tigation of presynaptic boutons in cultured murine hippocampal neurons with dSTORM microscopy after pretreatment with AB to amphiphysin revealed that marker proteins involved in vesicle exocytosis (synaptobrevin 2 and synaptobrevin 7) had an altered expression in GA-BAergic presynapses. Endophilin, a direct binding partner of amphiphysin also displayed a disturbed expression pattern. Together, these results point towards an anti-amphiphysin AB-induced defective organization in GABAergic synapses and a presumably compensatory rearrangement of proteins responsible for CME. In the second part, functional consequences of SPS patient derived IgG fractions containing AB to GAD65, the rate limiting enzyme for GABA synthesis, were investigated by patch clamp electrophysiology and immunohistology. GABAergic neurotransmission at low and high activity as well as short term plasticity appeared normal but miniature synaptic potentials showed an enhanced frequency with constant amplitudes. SPS patient IgG after preabsorption of GAD65-AB using recombinant GAD65 still showed specific synaptic binding to neu-rons and brain slices supporting the hypothesis that additional, not yet characterized AB are present in patient IgG responsible for the exclusive effect on frequency of miniature potentials. In conclusion, the present thesis uncovered basal pathophysiological mechanisms underlying paraneoplastic SPS induced by AB to amphiphysin leading to disturbed presynaptic architec-ture. In idiopathic SPS, the hypothesis of a direct pathophysiological role of AB to GAD65 was not supported and additional IgG AB are suspected to induce distinct synaptic malfunction. N2 - Die Anzahl neu charakterisierter Autoantikörper (AAK) gegen synaptische Proteine bei Er-krankungen des zentralen Nervensystems (ZNS) ist stetig wachsend. Direkte Interaktionen der AAK mit ihren Zielantigenen konnten in ersten Studien belegt werden, jedoch besteht weiterhin Unklarheit über die exakten zugrunde liegenden Pathomechanismen. In der vorliegenden Arbeit wurden pathophysiologische Mechanismen von AAK gegen die synaptisch lokalisierten Proteine Amphiphysin und Glutamatdecarboxylase 65 (GAD65) untersucht, die mit der ZNS Erkrankung Stiff Person Syndrom (SPS) assoziiert sind. Im ersten Projektteil wurden die Effekte von AAK gegen das Endozytoseprotein Amphiphysin analysiert: in einem etablierten in-vivo Tiermodell konnten nach intrathekalem passiven Transfer von AAK gegen Amphiphysin ultrastrukturelle Untersuchungen von präsynaptischen Terminalen im Rückenmark eine Störung der Endozytose aufzeigen. Dieser Defekt, der bei hoher synaptischer Aktivität eintrat, war durch eine Verminderung synaptischen Vesikelpools, Clathrin-ummantelter Vesikel und endosomähnlicher Strukturen charakterisiert. Molekulare Untersuchungen präsynaptischer Terminale kultivierter hippokampaler Zellkulturen mit dSTORM Mikroskopie zeigten, dass an der Exozytose beteiligte synaptische Vesikelproteine (Synaptobrevin 2 und Synaptobrevin 7) ein verändertes Expressionsmuster innerhalb GA-BAerger Synapsen aufweisen. Die Expression von Endophilin, einem direkten Bindungs-partner von Amphiphysin, war ebenso verändert. Zusammengefasst weisen diese Ergebnis-se auf einen Organisationsdefekt GABAerger Synapsen hin, die durch anti-Amphiphysin AAK induziert sind und eine kompensatorische Umverteilung von Endozytoseproteinen vermuten lassen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die funktionellen Effekte von SPS AAK gegen GAD65, dem geschwindigkeitsbestimmenden Enzym der GABA-Synthese, mittels Patch-Clamp Mes-sungen und Immunhistologie untersucht. Die GABAerge synaptische Übertragung bei niedri-ger als auch hoher synaptischer Aktivität sowie die synaptische Kurzzeitplastizität wurden durch die IgG Fraktionen mit GAD65-AAK nicht beeinträchtigt. Die Frequenz von GABAergen Miniaturpotentialen war jedoch bei ansonsten gleichbleibender Amplitude erhöht. SPS-Patienten-IgG zeigte allerdings auch nach Präabsorbtion von GAD65-AAK mit Hilfe von rekombinanten GAD65 eine spezifische Anfärbung neuronaler Synapsen, was die Hypothese von weiteren, funktionell wirksamen, aber noch nicht identifizierten AAK im Patienten-IgG unterstützt. Zusammenfassend konnten in der vorliegenden Arbeit grundlegende pathophysiologische Mechanismen aufgezeigt werden, wie pathogene Antikörper gegen Amphiphysin die Struktur präsynaptischer Boutons beeinträchtigen können. Im Falle des idiopathischen SPS konnte keine unterstützenden Befunde für die Hypothese einer direkten pathophysiologischen Rolle von GAD65 AAK erhoben werden. Nach den vorliegenden Ergebnissen wird das Vorhandensein weiterer, derzeit noch nicht beschriebener IgG AAK postuliert, die die synaptische Fehlfunktion erklären können. KW - Autoaggressionskrankheit KW - Zentralnervensystem KW - Stiff person syndrome KW - autoimmunity KW - glutamate decarboxylase 65 KW - amphiphysin KW - Synapse KW - Glutamat-Decarboxylase KW - Autoimmunität KW - Endocytose Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105648 ER - TY - THES A1 - Meule, Adrian T1 - Food craving as a central construct in the self-regulation of eating behavior T1 - Craving nach Nahrungsmitteln als zentrales Konstrukt bei der Selbst-Regulation des Essverhaltens N2 - Background: Food craving refers to an intense desire to consume a specific kind of food of which chocolate is the most often craved one. It is this intensity and specificity that differentiates food craving from feelings of hunger. Although food craving and hunger often co-occur, an energy deficit is not a prerequisite for experiencing food craving, that is, it can also occur without being hungry. Food craving often precedes and predicts over- or binge eating which makes it a reasonable target in the treatment of eating disorders or obesity. One of the arguably most extensively validated measures for the assessment of food craving are the Food Cravings Questionnaires (FCQs), which measure food craving on a state (FCQ-S) and trait (FCQ-T) level. Specifically, the FCQ-S measures the intensity of current food craving whereas the FCQ-T measures the frequency of food craving experiences in general. The aims of the present thesis were to provide a German measure for the assessment of food craving and to investigate cognitive, behavioral, and physiological correlates of food craving. For this purpose, a German version of the FCQs was presented and its reliability and validity was evaluated. Using self-reports, relationships between trait food craving and dieting were examined. Cognitive-behavioral correlates of food craving were investigated using food-related tasks assessing executive functions. Psychophysiological correlates of food craving were investigated using event-related potentials (ERPs) in the electroencephalogram and heart rate variability (HRV). Possible intervention approaches to reduce food craving were derived from results of those studies. Methods: The FCQs were translated into German and their psychometric properties and correlates were investigated in a questionnaire-based study (articles #1 & #2). The relationship between state and trait food craving with executive functioning was examined with behavioral tasks measuring working memory performance and behavioral inhibition which involved highly palatable food-cues (articles #3 & #4). Electrophysiological correlates of food craving were tested with ERPs during a craving regulation task (article #5). Finally, a pilot study on the effects of HRV-biofeedback for reducing food craving was conducted (article #6). Results: The FCQs demonstrated high internal consistency while their factorial structure could only partially be replicated. The FCQ-T also had high retest-reliability which, expectedly, was lower for the FCQ-S. Validity of the FCQ-S was shown by positive relationships with current food deprivation and negative affect. Validity of the FCQ-T was shown by positive correlations with related constructs. Importantly, scores on the subscales of the FCQ-T were able to discriminate between non-dieters and successful and unsuccessful dieters (article #1). Furthermore, scores on the FCQ-T mediated the relationship between rigid dietary control strategies and low dieting success (article #2). With regard to executive functioning, high-calorie food-cues impaired working memory performance, yet this was independent of trait food craving and rarely related to state food craving (article #3). Behavioral disinhibition in response to high-calorie food-cues was predicted by trait food craving, particularly when participants were also impulsive (article #4). Downregulation of food craving by cognitive strategies in response to high-calorie food-cues increased early, but not later, segments of the Late Positive Potential (LPP) (article #5). Few sessions of HRV-biofeedback reduced self-reported food cravings and eating and weight concerns in high trait food cravers (article #6). Conclusions: The German FCQs represent sound measures with good psychometric properties for the assessment of state and trait food craving. Although state food craving increases during cognitive tasks involving highly palatable food-cues, impairment of task performance does not appear to be mediated by current food craving experiences. Instead, trait food craving is associated with low behavioral inhibition in response to high-calorie food-cues, but not with impaired working memory performance. Future studies need to examine if trait food craving and, subsequently, food-cue affected behavioral inhibition can be reduced by using food-related inhibition tasks as a training. Current food craving and ERPs in response to food-cues can easily be modulated by cognitive strategies, yet the LPP probably does not represent a direct index of food craving. Finally, HRV-biofeedback may be a useful add-on element in the treatment of disorders in which food cravings are elevated. To conclude, the current thesis provided measures for the assessment of food craving in German and showed differential relationships between state and trait food craving with self-reported dieting behavior, food-cue affected executive functioning, ERPs and HRV-biofeedback. These results provide promising starting points for interventions to reduce food craving based on (1) food-cue-related behavioral trainings of executive functions, (2) cognitive craving regulation strategies, and (3) physiological parameters such as HRV-biofeedback. N2 - Hintergrund: Craving nach Essen bezeichnet ein starkes Verlangen ein bestimmtes Nahrungsmittel zu konsumieren, welches sich meist auf Schokolade bezieht. Diese Intensität und Spezifität unterscheidet Craving nach Nahrungsmitteln von generellen Hungergefühlen. Obwohl Craving und Hunger häufig Hand in Hand gehen, ist ein Energiedefizit keine Voraussetzung dafür, Craving zu erleben; das bedeutet, es kann ebenfalls auftreten, obwohl man nicht hungrig ist. Craving geht häufig Überessen oder Essanfällen voraus, was es zu einem plausiblen Ansatzpunkt in der Therapie von Essstörungen und Adipositas macht. Eines der wohl am umfangreichsten validierten Maße zur Erfassung von Craving nach Nahrungsmitteln sind die Food Cravings Questionnaires (FCQs), die Craving als momentanen Zustand (engl. state, FCQ-S) und überdauerndes Merkmal (engl. trait, FCQ-T) erfassen. Genauer gesagt misst der FCQ-S die Intensität von aktuellem Craving nach Nahrungsmitteln, während der FCQ-T die Häufigkeit des Erlebens von Craving im Allgemeinen erfasst. Die Ziele der vorliegenden Arbeit waren die Bereitstellung eines deutschen Fragebogens zur Erfassung von Craving nach Nahrungsmitteln und die Untersuchung von kognitiven, behavioralen, und physiologischen Korrelaten von Craving. Hierfür wurde eine deutsche Version der FCQs präsentiert und deren Reliabilität und Validität überprüft. Zusammenhänge zwischen der Häufigkeit des Erlebens von Craving und Diätverhalten wurden mit Selbstberichtsfragebögen getestet. Kognitiv-behaviorale Korrelate von Craving wurden anhand von essensbezogenen Aufgaben zur Erfassung von exekutiven Funktionen untersucht. Psychophysiologische Korrelate von Craving wurden anhand von ereigniskorrelierten Potentialen (EKPs) im Elektroenzephalogramm und der Herzratenvariabilität (HRV) erforscht. Mögliche Interventionsansätze zur Reduktion von Craving wurden aus den Ergebnissen dieser Studien abgeleitet. Methoden: Die FCQs wurden auf Deutsch übersetzt und deren psychometrische Eigenschaften und Korrelate wurden in einer Fragebogenstudie untersucht (Artikel #1 & #2). Der Zusammenhang zwischen momentanem und habituellem Craving mit exekutiven Funktionen wurde anhand von behavioralen Aufgaben zur Erfassung der Arbeitsgedächtnisleistung und Verhaltenshemmung, die sehr schmackhafte Essensreize enthielten, überprüft (Artikel #3 & #4). Elektrophysiologische Korrelate von Craving wurden mit Hilfe von EKPs während einer Aufgabe zur Regulation von Craving getestet (Artikel #5). Schließlich wurde eine Pilotstudie zu den Effekten von HRV-Biofeedback zur Reduktion von Craving durchgeführt (Artikel #6). Ergebnisse: Die FCQs zeigten eine sehr hohe interne Konsistenz, wohingegen deren Faktorenstruktur nur teilweise repliziert werden konnte. Der FCQ-T hatte außerdem eine hohe Retest-Reliabilität, welche erwartungsgemäß geringer für den FCQ-S ausfiel. Validität des FCQ-S zeigte sich durch positive Zusammenhänge mit aktueller Essensdeprivation und momentaner negativer Stimmung. Validität des FCQ-T zeigte sich durch positive Korrelationen mit verwandten Konstrukten. Zudem konnte anhand der Subskalen des FCQ-T zwischen nicht-diäthaltenden und erfolgreichen und erfolglosen diäthaltenden Personen diskriminiert werden (Artikel #1). Weiterhin zeigte sich, dass der Zusammenhang zwischen rigiden Diätstrategien und geringem Diäterfolg durch Werte des FCQ-T vermittelt wurde (Artikel #2). Bezüglich der exekutiven Funktionen ergab sich, dass die Arbeitsgedächtnisleistung durch das darbieten von hochkalorischen Essensreizen vermindert wurde, allerdings war dies unabhängig von habituellem Craving und stand kaum mit momentanem Craving in Verbindung (Artikel #3). Häufiges Erleben von Craving konnte dahingegen eine behaviorale Enthemmung als Reaktion auf hochkalorische Essensreize vorhersagen, insbesondere wenn die Teilnehmer ebenfalls eine hohe Impulsivität berichteten (Artikel #4). Die Herunterregulierung von Craving während der Präsentation hochkalorischer Essensreize mit Hilfe kognitiver Strategien führte zu einer Erhöhung von früheren, nicht jedoch von späteren, Abschnitten des Late Positive Potential (LPP) (Artikel #5). Bereits wenige Übungssitzungen von HRV-Biofeedback resultierten in einer Reduktion selbstberichteter Cravings sowie essens- und gewichtsbezogener Sorgen bei Menschen mit häufigem Erleben von Cravings (Artikel #6). Schlussfolgerungen: Die deutschen FCQs stellen brauchbare Maße mit guten psychometrischen Eigenschaften zur Erfassung von Craving auf aktueller und habitueller Ebene dar. Obwohl momentanes Craving während kognitiven Aufgaben, die sehr schmackhafte Essensreize beinhalten, ansteigt, scheint eine Verminderung der Aufgabenleistung nicht durch das momentane Erleben solcher Cravings vermittelt zu sein. Habituelles Erleben von Craving ist dahingegen mit einer geringen Inhibitionsleistung auf hochkalorische Essensreize assoziiert, allerdings nicht mit einer eingeschränkten Arbeitsgedächtnisleistung. Zukünftige Studien sollten sich der Frage widmen, ob häufiges Erleben von Craving, und entsprechend auch der Einfluss von Essensreizen auf die Verhaltenshemmung, durch essensbezogene Inhibitionstrainings reduziert werden kann. Momentanes Craving und EKPs während der Präsentation von Essensreizen können leicht durch kognitive Strategien moduliert werden. Die LPP stellt hier wohl allerdings kein direktes Maß des Erlebens von Craving dar. Zu guter Letzt könnte HRV-Biofeedback ein nützliches, zusätzliches Therapieelement bei Störungen, die mit häufigem und intensivem Craving nach Nahrungsmitteln einhergehen, darstellen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorliegende Arbeit Instrumente zur Erfassung von Craving nach Nahrungsmitteln im deutschen Sprachraum bereitgestellt hat und differenzielle Zusammenhänge zwischen momentanem und habituellem Craving mit selbstberichtetem Diätverhalten, durch Essensreize beeinträchtige exekutive Funktionen, EKPs und HRV-Biofeedback, aufgezeigt wurden. Diese Ergebnisse stellen vielversprechende Ansatzpunkte für Interventionen zur Reduktion von Craving nach Nahrungsmitteln dar, die auf (1) essensbezogenen Verhaltenstrainings der exekutiven Funktionen, (2) kognitiven Craving-Regulationsstrategien, und (3) physiologischen Parametern wie beispielsweise HRV-Biofeedback, basieren. KW - Craving KW - Essgewohnheit KW - Nahrung KW - food craving KW - Heißhunger KW - eating behavior KW - self-regulation KW - Essverhalten KW - Selbstregulation Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104597 ER - TY - THES A1 - Hertlein, Tobias T1 - Visualization of Staphylococcus aureus infections and antibiotic therapy by bioluminescence and 19F magnetic resonance imaging with perfluorocarbon emulsions T1 - Darstellung von Staphylococcus aureus Infektionen und Antibiotikatherapie durch Biolumineszenzbildgebung und 19F-Kernspintomografie mit Perfluorcarbon-Emulsionen N2 - Staphylococcus aureus is a major threat to public health systems all over the globe. This second most cause of nosocomial infections is able to provoke a wide variety of different types of infection in humans and animals, ranging from superficial skin and skin structure infections to invasive disease like sepsis or pneumonia. But not enough, this pathogen is also notorious in acquiring and/or developing resistance to antimicrobial compounds, thus limiting available treatment options severely. Therefore, development of new compounds and strategies to fight S. aureus is of paramount importance. But since only 1 out of 5 compounds, which entered clinical trials, becomes a drug, the preclinical evaluation of promising compounds has to be reconsidered, too. The aim of this thesis was to address both sides of this problem: first, to improve preclinical testing by incorporating in vivo imaging technologies to the preclinical testing procedure in order to acquire additional and clearer data about efficacy of promising compounds and second, by evaluating lysostaphin, which is a promising, new option to fight S. aureus infections. The first aim of this thesis focused on the establishment of a dual modality in vivo imaging platform, consisting of Bioluminescence Imaging (BLI) and Magnetic Resonance Imaging (MRI), to offer detailed insights into the course and gravity of S. aureus infection in the murine thigh infection model. Since luciferase-expressing S. aureus strains were generated in former studies and enabled thus bioluminescence imaging of bacterial infection, this technology should be implemented into the compound evaluation platform in order to non-invasively track the bacterial burden over time. MRI, in contrast, was only rarely used in earlier studies to visualize and measure the course of infection or efficacy of anti-bacterial therapy. Thus, the first set of experiments was performed to identify benefits and drawbacks of visualizing S. aureus infections in the mouse model by different MR methods. Native, proton-based MR imaging showed in this regard increased T2 relaxation times in the infected thigh muscles, but it was not possible to define a clear border between infected and uninfected tissue. Iron oxide nanoparticles and perfluorocarbon emulsions, two MR contrast agents or tracer, in contrast, offered this distinction. Iron oxide particles were detected in this regard by their distortion of 1H signal in proton-based MRI, while perfluorocarbon emulsion was identified by 19F MRI. Mammals do not harbor sufficient intrinsic amounts of 19F to deliver specific signal and therefore, 19F MR imaging visualizes only the signal of administered perfluorocarbon emulsion. The in vivo accumulation of perfluorocarbon emulsion can be imaged by 19F MRI and overlayed on a simultaneously acquired 1H MR image, which shows the anatomical context in clear detail. Since this is advantageous compared to contrast agent based MR methods like iron oxide particle-based MRI, further experiments were performed with perfluorocarbon emulsions and 19F MRI. Experimental studies to elucidate the accumulation of perfluorocarbon emulsion at the site of infection showed robust 19F MR signals after administration between day 2 and at least day 8 p.i.. Perfluorocarbon emulsion accumulated in all investigated mice in the shape of a ‘hollow sphere’ at the rim of the abscess area and the signal remained stable as long as the infection prevailed. In order to identify the mechanism of accumulation, flow cytometry, cell sorting and histology studies were performed. Flow cytometry and cell sorting analysis of immune cells at the site of infection showed that neutrophils, monocytes, macrophages and dendritic cells carried contrast media at the site of infection with neutrophils accounting for the overwhelming portion of perfluorocarbon signal. In general, most of the signal was associated with immune cells, thus indicating specific immune cell dependent accumulation. Histology supported this observation since perfluorocarbon emulsion related fluorescence could only be visualized in close proximity to immune cell nuclei. After establishing and testing of 19F MRI with perfluorocarbon emulsions as infection imaging modality, the effects of antibiotic therapy upon MR signal was investigated in order to evaluate the capability of this modality for preclinical testing procedure. Thus, the efficacy of vancomycin and linezolid, two clinically highly relevant anti - S. aureus compounds, were tested in the murine thigh infection model. Both of them showed reduction of the colony forming units and bioluminescence signal, but also of perfluorocarbon emulsion accumulation strength and volume at the site of infection, which was visualized and quantified by 19F MRI. The efficacy pattern with linezolid being more efficient in clearing bacterial infection was shown similarly by all three methods. In consequence, 19F MRI with perfluorocarbon emulsion as MR tracer proved to be capable to visualize antibacterial therapy in preclinical testing models. The next step was consequently to evaluate a promising new compound against S. aureus infections. Thus, lysostaphin, an endo-peptidase that cleaves the cell wall of S. aureus, was tested in different concentrations alone or in combination with oxacillin for efficacy in murine thigh and catheter associated infection models. Lysostaphin only in the concentration of 5 mg/kg body weight or combined with oxacillin in the concentration of 2 mg/kg showed strong reduction of bacterial burden by colony forming unit determination and bioluminescence imaging in both models. The perfluorocarbon accumulation was investigated in the thigh infection model by 19F MRI and was strongly reduced in terms of volume and signal strength in both above-mentioned groups. In general, lysostaphin showed comparable or superior efficacy than vancomycin or oxacillin alone. Therefore, further development of lysostaphin for the treatment of S. aureus infections is recommended by these experiments. Overall, the antibiotic efficacy pattern of all applied antibiotic regimens was similar with all three applied methods, demonstrating the usefulness of MRI for antibiotic efficacy testing. Importantly, treatment with oxacillin either alone or in combination with lysostaphin resulted in stronger perfluorocarbon emulsion accumulation at the site of infection than expected compared to the results from bioluminescence imaging and colony forming unit determination. This might be an indication for immunomodulatory properties of oxacillin. Further murine infection experiments demonstrated in this context a differential release of cytokine and chemokines in the infected thigh muscle in dependence of the applied antibacterial therapy. Especially treatment with oxacillin, but to a less degree with minocycline or linezolid, too, exhibited high levels of various cytokines and chemokines, although they reduced the bacterial burden efficiently. In consequence, possible immunomodulatory effects of antibacterial compounds have to be taken into account for future applications of imaging platforms relying on the visualization of the immune response. However, this observation opens a new field for these imaging modalities since it might be extraordinary interesting to study the immunomodulatory effects of compounds or even bacterial factors in vivo. And finally, a two modality imaging platform which combines methods to visualize on the one hand the bacterial burden and on the other hand the immune response offers an innovative, new platform to study host-pathogen interaction in vivo in a non-invasive fashion. In summary, it could be shown that perfluorocarbon emulsions accumulate in immune cells at the site of infection in the murine S. aureus thigh infection model. The accumulation pattern shapes a ‘hollow sphere’ at the rim of the abscess area and its size and perfluorocarbon content is dependent on the severity of disease and/or efficacy of antibiotic therapy. Thus, 19F MRI with perfluorocarbon emulsions is a useful imaging modality to visualize sites and course of infection as well as to evaluate promising antibacterial drug candidates. Furthermore, since the accumulation of tracer depends on immune cells, it might be additionally interesting for studies regarding the immune response to infections, auto-immune diseases or cancer, but also to investigate the efficacy of immunomodulatory compounds and immunization. N2 - Staphylococcus aureus ist als zweithäufigste Ursache nosokomialer Infektionen eine ernste Bedrohung für Gesundheitssysteme weltweit. Dieses Pathogen ist in der Lage eine Vielzahl verschiedener Krankheitsformen, von oberflächlichen Wund- und Gewebsinfektionen bis hin zu invasiven Erkrankungen wie Bakteriämie oder Pneumonie, in Mensch und Tier zu verursachen. Zudem erwies sich dieser Krankheitserreger in der Vergangenheit als höchst anpassungsfähig durch den Erwerb oder die Entwicklung von Resistenzen gegenüber antibakterieller Substanzen, wodurch die Verfügbarkeit wirksamer Therapiemöglichkeiten drastisch eingeschränkt wurde. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Antibiotika und Behandlungsstrategien gegen S. aureus Infektionen von enormem gesellschaftlichem Interesse. Da aber lediglich eine von fünf Substanzen, die in klinische Studien eintreten, später als Medikament zugelassen wird, sollte die präklinische Evaluierung neuer, vielversprechender Therapeutika ebenso verbessert und überdacht werden. Diese Doktorarbeit addressiert in diesem Zusammenhang beide Facetten: zum einen wurde durch Einbeziehung von in vivo Bildgebungstechnologien ein deutlicheres Bild von der Effizienz neuer Substanzen während der präklinischen Evaluierung ermöglicht, zum anderen wurde mit Lysostaphin eine neuartige Substanzklasse zur Behandlung von S. aureus Infektionen getestet. Primärziel dieser Arbeit war deshalb die Entwicklung und Etablierung einer dualen Bildgebungsplattform bestehend aus Biolumineszenz- (BLI) und Kernspintomografischer (MRI) Bildgebung, um detaillierte Einblicke in Verlauf und Schwere von S. aureus Infektionen im Muskelinfektionsmodell der Maus zu ermöglichen. Die Biolumineszenzbildgebung bakterieller Infektionen wurde durch die Entwicklung von Luziferase-exprimierenden S. aureus Stämmen bereits in früheren Arbeiten ermöglicht und wurde in die Bildgebungsplatform integriert, um die Entwicklung der Bakterienlast nicht-invasiv verfolgen zu können. Kernspintomografie wurde in früheren Arbeiten hingegen kaum zur Darstellung der Effizienz anti-bakterieller Therapien während der Präklinik verwendet. Aus diesem Grund dienten die ersten Experimente zur Erkennung von Vor- und Nachteilen der Darstellung von S. aureus Infektionen im Tiermodell durch verschiedene Kernspintomografische Bildgebungsmethoden. Native, Protonen-basierte Kernspintomografie wies verlängerte T2 Relaxationszeiten im infizierten Muskelgewebe nach, doch eine klare Eingrenzung des infizierten Bereiches war nicht möglich. Die Anwendung von Eisenoxid und Perfluorcarbon Nanopartikeln, zwei Kontrastmittel zur Kernspintomografie, ermöglichte ebendiese. Eisenoxid Nanopartikel wurden durch ihren Signalstöreffekt auf das MR Protonensignal detektiert, während Perfluorcarbon Emulsionen durch 19F basierte Kernspintomografie nachgewiesen wurden. Säugetiere verfügen nicht über ausreichende Mengen von 19F Atomen, um ein spezifisches Signal zu liefern, weshalb 19F Kernspintomografie lediglich applizierte Perfluorcarbon Emulsion in vivo abbilden kann. Dieses Bild kann dann über ein zugleich aufgenommenes Protonen MR Bild gelegt werden, wodurch die Akkumulation des Kontrastmittels im Detail in anatomischer Umgebung dargestellt werden kann. Da es sich hierbei um einen Vorteil gegenüber anderen Kontrastmittel-basierten MR Bildgebungsmethoden wie Eisenoxid Nanopartikel gestützter Kernspintomografie handelt, wurden nachfolgende Experimente mit Perfluorcarbon Emulsionen durchgeführt. Studien zur Bildgebung der Perfluorcarbon Akkumulation am Infektionsherd des Muskelabszessmodels von S. aureus in der Maus zeigten deutliches 19F MR Signal nach Gabe zwischen Tag 2 und Tag 8 p.i.. In allen untersuchten Tieren zeigte sich eine Ansammlung des Kontrastmittels in Form einer Hohlkugel um den Abszessbereich, wobei das Signal während der gesamten Infektion stabil war. Um den Akkumulationsmechanismus zu identifizieren, wurden Durchflusszytometrie-, Zellseparations- und histologische Experimente durchgeführt. In diesem Zusammenhang erwiesen sich Neutrophile, Makrophagen, Monozyten und Dendritische Zellen als Perfluorcarbon-tragende Immunzelltypen, wobei das Gros an Kontrastmittel in Neutrophilen nachgewiesen werden konnte. Im Allgemeinen war der Großteil des Perfluorcarbonsignals mit Immunzellen assoziert, weshalb eine spezifische Immunzell-abhängige Akkumulation wahrscheinlich erscheint. Die histologischen Untersuchungen stützten diese Beobachtung, da die Kontrastmittel assoziierten Fluoreszenzmarker nur in der Nähe von Immunzellnuclei gefunden werden konnten. Die Etablierung von 19F Kernspintomografie mit Perfluorcarbon Emulsionen als Infektionsbildgebungsmethode ermöglichte im nächsten Schritt die Untersuchung von antibakterieller Therapie auf das MR Signal, um die Eignung dieser Methode für die Präklinik zu evaluieren. Deshalb wurden die Wirksamkeit von Vancomycin und Linezolid, zweier klinisch höchst relevanter Antibiotika zur Behandlung von S. aureus Infektionen, im Muskelabszessmodel der Maus untersucht. Beide erwiesen sich als effizient in der Verringerung der bakteriellen Last im infizierten Muskel und des Bakterien-Biolumineszenzsignals, aber auch bei der Reduktion der Stärke und des Volumens der Perfluorcarbon Akkumulation am Infektionsherd, die durch 19F Kernspintomografie dargestellt und vermessen wurde. Alle drei Methoden zeigten dabei das gleiche Effizienzmuster nach dem Linezolid wirksamer bei der Bekämpfung der Infektion war. Folglich erwies sich 19F Kernspintomografie mit Perfluorcarbon Emulsionen als effektiv um den antibakteriellen Effekt von Antibiotika in präklinischen Modellen zu untersuchen. Konsequenterweise wurde im nächsten Schritt eine neuartige Substanz zur Behandlung von S. aureus Infektionen mit Hilfe der Bildgebungsplattform untersucht: Lyostaphin. Diese Endopeptidase schneidet spezifisch die Zellwand von S. aureus und wurde in verschiedenen Konzentrationen oder in Kombination mit Oxacillin im Muskelabszess- oder Katheterinfektionsmodell der Maus gestestet. Lysostaphin in der Konzentration von 5 mg/kg Körpergewicht (Maus) oder Lysostaphin in der Konzentration von 2 mg/kg in Kombination mit Oxacillin führten zu einer starken Verringerung der Bakterienlast und des Biolumineszenzsignals in beiden Modellen. Die Ansammlung von Perfluorcarbon Kontrastmittel war zudem in diesen beiden Gruppen stark reduziert im Vergleich zur Negativkontrolle und den mit Vancomycin und Oxacillin behandelten Tieren. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass Lysostaphin eine vergleichbare oder bessere Wirksamkeit als Vancomycin oder Oxacillin alleine lieferte. Aus diesem Grund scheint eine Weiterentwicklung dieser Substanz zur Behandlung von S. aureus empfohlen. Der Nutzen der Bildgebungsplattform wurde in diesen Experimenten zudem dadurch deutlich, dass alle drei Methoden zur Bestimmung der Schwere der Erkrankung ähnliche Wirksamkeiten der Antibiotika anzeigten. Dennoch muss festgestellt werden, dass die Gruppen, die Oxacillin entweder alleine oder in Kombination mit Lysostaphin erhielten, stärkere Perfluorocarbon Akkumulation am Infektionsherd aufwiesen als von den Bakterienlast- oder Biolumineszenz-Ergebnissen zu erwarten gewesen wäre. Ein Grund hierfür könnten mögliche immunomodulatorischen Effekte von Oxacillin sein. Tatsächlich zeigten weitere Experimente Variationen in den Konzentrationen von Cytokinen und Chemokinen im infizierten Muskel in Abhängigkeit der verwendeten Antibiotikatherapie. Besonders die Behandlung mit Oxacillin, in geringerem Maße aber auch mit Minocyclin oder Linezolid, führte zu erhöhten Konzentrationen, wenngleich die Bakterienlast deutlich reduziert werden konnte. Folglich sollten mögliche immuno-modulatorischen Effekte antibakterieller Substanzen bei zukünftiger Anwendung von Bildgebungsplattform, die auf dem Markieren von Immunzellen basieren, mit ins Kalkül gezogen werden. Auf der anderen Seite eröffnet diese Beobachtung ein neues Anwendungsfeld für diese Bildgebungsmethoden, da es außerordentlich interessant erscheint, damit immuno-modulatorische Substanzen oder bakterielle Faktoren in vivo zu untersuchen. Zu guter Letzt, ermöglicht diese Bildgebungsplattform, die Methoden zur Darstellung der bakteriellen Last auf der einen und des Immunsystems auf der anderen Seite verknüpft, eine innovative, neue Möglichkeit Wirt-Pathogen Interaktionen nicht-invasiv und in vivo studieren zu können. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Perfluorcarbon Emulsionen in Immunzellen am Infektionsherd des S. aureus Muskelabszessmodells der Maus akkumulieren. Die Ansammlung formt eine Hohlkugel am Rand des Abszessbereiches, deren Größe und Fluorgehalt von der Schwere der Erkrankung und/oder der Wirksamkeit der angewandten Antibiotikatherapie abhängt. Aus diesem Grund erwies sich 19F Kernspintomografie mit Perfluorcarbon Emulsionen als Kontrastmittel als nützliche Platform zur präklinischen Evaluierung antibakterieller Substanzen. Weiterhin erscheint diese Methode wegen der Akkumulation des Kontrastmittels in Immunzellen, als interessant zum Studium der Immunantwort gegenüber Infektionen, aber auch Krebs oder Autoimmunerkrankungen sowie zur Erforschung von immuno-modulatorischen Substanzen und Impfansätzen. KW - Staphylococcus aureus KW - Kernspintomographie KW - Infektion KW - In vivo Imaging KW - Infection imaging KW - Infektionsbildgebung KW - Antibiotikum KW - Bilderzeugung KW - Molekulare Bildgebung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-105349 ER - TY - THES A1 - Li, Xiang T1 - Molecular imaging of inflammation in atherosclerosis: Preclinical study in Apolipoprotein E-Deficient mice and preliminary evaluation in human using positron emission tomography T1 - Molekulare Bildgebung inflammatorischer Prozesse bei Atherosklerose: Präklinische Studie in Apolipoprotein-E Knockout-Mäusen sowie erste Evaluation humaner PET-Studien N2 - Motivation and Aim: Cardiovascular disease has been the leading cause of mortality and morbidity throughout the world. In developed countries, cardiovascular diseases are already responsible for a majority of deaths and will become the pre-eminent health problem worldwide (1,2). Rupture of atherosclerotic plaque accounts for approximately 70% of fatal acute myocardial infarction and sudden heart deaths. Conventional criterias for the diagnosis of “vulnerable plaques” are calcified nodules, yellow appearance of plaque, a thin cap, a large lipid core, severe luminal stenosis, intraplaque hemorrhage, inflammation, thrombogenicity, and plaque injury (3-5). Noninvasive diagnosis of vulnerable plaque still remains a great challenge and a huge research prospect, which triggered us to investigate the feasibility of PET imaging on the evaluation of atherosclerosis. Nuclear imaging of atherosclerosis， especially co-registered imaging modalities, could provide a promising diagnostic tool including both anatomy and activities to identify vulnerable atherosclerotic plaque or early detection of inflammatory endothelium at risk. Furthermore, the development of specific imaging tracers for clinical applications is also a challenging task. The aim of this work was to assess the potential of novel PET imaging probes associated with intra-plaque inflammation on animal models and in human respectively. Methods In this work, several molecular imaging modalities were employed for evaluation of atherosclerosis. They included Positron emission tomography / Computed tomography (PET/CT) for human studies, and micro-PET, autoradiography and high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) for animal studies. Radiotracers for PET imaging included the glucose analogue 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG), the somatostatin receptor avide tracer 68Ga-DOTATATE, and the Gallium-68 labeled fucoidan (68Ga-Fucoidan), which was developed as a PET tracer to detect endothelial P-selectin, which overexpressed at early stage of atherosclerosis and endothelial overlying activated plaque. Tracer’s capabilities were firstly assessed on cellular level in vitro. Subsequently, Animal studies were conducted in two animal models: 1, Apolipoprotein E (ApoE-/-) mice having severe atherosclerotic plaque; 2, Lipopolysaccharide (LPS) -induced mice for receiving acute vascular inflammation. Corresponding analyses on protein and histological level were conducted as well to confirm our results. In human study, 16 patients with neuroendocrine tumors (NETs) were investigated on imaging vascular inflammation. These patients had undergone both 68Ga-DOTATATE PET/CT and 18F-FDG PET/CT for staging or restaging within 6 weeks. 16 patients were randomized into two groups: high-risk group and low-risk group. Uptake ratio of both tracers from two groups were compared and correlated with common cardiovascular risk factors. Results and Conclusion In murine study, the expression of somatostatin receptor 2, which is the main bio-target of 68Ga-DOTATATE on macrophage/monocyte was confirmed by flow cytometry and immunohistochemistry. Prospectively, high specific accumulation of 68Ga-DOTATATE to the macrophage within the plaques was observed in aorta lesions by autoradiography and by micro-PET. In study with 68Ga-fucoidan, a strong expression of P-selectin on active endothelium overlying on inflamed plaque but weaker on inactive plaques was confirmed. Specific focal uptake of 68Ga-fucoidan were detected at aorta segments by micro-PET, and correlated with high-resolution magnetic resonance imaging (MRI), which was used to characterize the morphology of plaques. 68Ga-fucoidan also showed a greater affinity to active inflamed plaque in comparison of inactive fibrous plaque, which was assessed by autoradiography. Specificity of 68Ga-DOTATATE and 68Ga-fucoidan were confirmed by ex-vivo blocking autoradiography and in vivo blocking PET imaging respectively. In human study, focal uptake of both 18F-FDG and 68Ga-DOTATATE was detected. Analyzing concordance of two tracers’ uptake ratio, Out of the 37 sites with highest focal 68Ga-DOTATATE uptake, 16 (43.2%) also had focal 18F-FDG uptake. Of 39 sites with highest 18F-FDG uptake, only 11 (28.2%) had a colocalized 68Ga-DOTATATE accumulation. Correlated tracers’ uptake and calcium burden and risk factors, Mean target-to-background ratio (TBR) of 68Ga-DOTATATE correlated significantly with the presence of calcified plaques (r=0.52), hypertension (r=0.60), age (r=0.56) and uptake of 18F-FDG (r=0.64). TBRmean of 18F-FDG correlated significantly only with hypertension (r=0.58; p<0.05). Additionally, TBRmean of 68Ga-DOTATATE is significant higher in the high risk group while TBRmean of 18F-FDG is not. In conclusion, we evaluated vascular inflammation of atherosclerosis non-invasively using the two PET tracers: 68Ga-DOTATATE and 68Ga-Fucoidan. 68Ga-DOTATATE show specific affinity to infiltrated macrophage within the plaques. 68Ga-Fucoidan may hold the potential to discriminate between active and inactive atherosclerotic plaques in terms of variant accumulation on different-types of plaques. PET as leading molecular imaging technique provides superiority in assessing cellular activity, which is pivotal for understanding internal activity of atherosclerotic plaques. Since diagnosis of atherosclerosis is a complex and multi-dimensional task. More integrated imaging technology such as PET/MRI, faster imaging algorithm, more efficient radiotracer are required for further development of atherosclerosis imaging, N2 - Ziel: Kardiovaskuläre Erkrankungen stellen die häufigste Todesursache der westlichen Industrieländer dar und führen zu einem zunehmenden Gesundheitsproblem weltweit. (1,2). Ca. 70 % aller akuten Myocardinfarkte sind auf die Ruptur atherosklerotischer Plaques zurück zuführen, deren typische Charakteristika ein kalzifizierter, lipidhaltiger Kern, überzogen von einer dünnen fibrösen Kappe, darstellt. Innerhalb der atherosklerotischer Plaques kommt es zu Makrophageneinlagerung und im weiteren Verlauf zu entzündlichen und angiogentischen Prozesse, die zu Einblutungen führen und die Instabilität der Plaques zur Folge hat (3-5). Die nichtinvasive Diagnostik rupturgefährdeter Plaques stellt immer noch eine große medizinische Herausforderung dar. Die nuklearmedizinische Bildgebung, kombiniert mit MRT/CT zur anatomischen Co-Registrierung, könnte eine verbesserte diagnostische Methode zur Darstellung rupturgefährdeter atherosklerotischen Plaques und frühzeitiger entzündlicher Prozesse darstellen. Ziel dieser Arbeit war es daher, atherosklerosische Plaques mittels Positronen¬emissions¬tomografie (PET) unter Verwendung neuer PET Tracer für die Darstellung von Entzündungs¬prozesse im Tiermodell und der humanen Anwendung zu untersuchen. Material und Methoden: Im Rahmen dieser Arbeit kamen verschiedene bildgebende Verfahren zur Anwendung. Im Einzelnen waren dies PET/CT bei humanen Studien sowie micro-PET, Autoradiografie und hochauflösende Magnetresonanztomografie (MRT) bei Untersuchungen im Tiermodell. Als PET-Tracer wurden das Glukosederivat 18F-Flurodesoxyglukose (18F-FDG), 68Ga-DOTATATE, das an Somatostatin-Rezeptoren bindet sowie Gallium-68 markiertes Fucoidan (68Ga-Fucoidan) verwendet. Bei 68Ga-Fucoidan handelt es sich um einen neu entwickelten PET-Tracer zur Darstellung von P-Selectin, welches an aktivieren Plaques im frühen Stadium der Atherosklerose überexprimiert wird. Die Untersuchungen im Tiermodell fanden sowohl an Apolipoprotein E Knockout-Mäusen (ApoE-/-) als auch an Lipopolysaccharid- (LPS) induzierten Mäusen statt. Des Weiteren wurden uptake-Untersuchungen auf in Zellkulturexperimenten durchgeführt. Zur Bestätigung der der Untersuchungsergebnisse wurden zusätzlich histochemische Untersuchungen durchgeführt. Im Rahmen der humanen Studien wurden 16 Patienten mit neuroendokrinenen Tumoren (NET) hinsichtlich vaskulärer Entzündungsprozesse untersucht. Alle Patienten erhielten ein 68Ga-DOTATATE PET/CT und 18F-FDG PET/CT zum Staging bzw. Restaging innerhalb von 6 Wochen. Die Einteilung der Patienten erfolgte in zwei Gruppen: hohes Risiko und geringes Risiko. Die uptake-Verhältnisse beider Tracer in beiden Gruppen wurden mit einander verglichen und hinsichtlich bekannter cardiocaskulärer Risikofaktoren in Beziehung gesetzt. Ergebnisse und Zusammenfassung: Die Expression der Somatostatin-Rezeptor Subtyps 2, an den 68Ga-DOTATATE an Makrophagen/Monocyten bindet, konnte mittels flow cytometrischer und immunhistochemischer Experimente im Mausmodell bestätigt werden. Mit Hilfe von micro-PET Untersuchungen und Autoradiografie wurde eine hohe spezifische Anreicherung von 68Ga-DOTATATE an Makrophagen innerhalb der Plaques beobachtet.Im Rahmen der Untersuchungen mit 68Ga-Fucoidan konnte eine hohe P-Selectin-Expression an aktiviertem Endothelium, welches die entzündlichen Plaques überlagert festgestellt werden. Bei inaktiven Plaques hingegen zeigte sich eine geringe P-Selectin-Expression. In micro-PET-Studien konnte ein spezifischer fokaler uptake von 68Ga-Fucoidan in der Aorta nachgewiesen werden. Dieser korrelierte mit den zusätzlich durchgeführten MRT-Unter¬suchungen zur Charakterisierung der Plaquemorphologie. Mittels Autoradiografie konnte nachgewiesen werden, dass 68Ga-Fucoidan eine höhere Affinität zu aktivierten entzündlichen Plaques im Vergleich zu inaktivieren fibrösen Plaques zeigt. Die spezifische Bindung von 68Ga-DOTATATE und 68Ga-Fucoidan wurde über Blockadeexperimente mittels Autoradiografie und PET bestätigt. In der humanen Anwendung wurde ein fokaler uptake von 18F-FDG und 68Ga-DOTATATE detektiert. Die Analyse der Übereinstimmung des uptakes beider Tracer ergab: Von 37 spots mit hohem 68Ga-DOTATATE-uptake zeigten 16 (43,2 %) ebenfalls einen fokalen 18F-FDG -uptake. Von 39 spots mit hohem 18F-FDG -uptake zeigten nur 11(28,2%) eine 68Ga-DOTATATE-Anreicherung. Betrachtet man den Tracer-uptake hinsichtlich des Calcium-burden und weiterer Risikofakoren, so ergeben sich folgende Korrelationskoeffizienten: TBRmean of 68Ga-DOTATATE korreliert signifikant mit der Anwesenheit von kalzifizierten Plaques (r=0,52), Blutdruck (r=0,60), Alter (r=0,56) und 18F-FDG uptake (r=0,64). Eine signifikante Korrelation von TBRmean 18F-FDG konnte lediglich beim Risikofaktor Blutdruck (r=0,58, p<0,05) festgestellt werden. Weiterhin zeigte sich, dass der TBRmean von Ga-DOTATATE in der Hoch-Risiko-Gruppe signifikant höher, dies gilt jedoch nicht für TBRmean 18F-FDG. Zusammenfassung: In dieser Arbeit wurden die vaskulären Entzündungsprozessen der Atherosklerose mittels der nichtinvasiven PET unter Verwendung von 68Ga-DOTATATE und 68Ga-Fucoidan untersucht und bewertet. 68Ga-DOTATATE zeigte eine spezifische Affinität zu Makrophagen innerhalb der atherosklerotischen Plaques. Mit 68Ga-Fucoidan konnt zwischen aktiven und inaktiven Plaques unterschieden werden. Die molekulare Bildgebung mittels PET eignet sich hervorragend zur Darstellung und Untersuchung molekularer Prozesse innerhalb atheroskerotischer Plaques. Dennoch sind weiterführende Technologien wie PET/MR, schnellere Algorithmen, hoch spezifische Radiotracer zur Weiterentwicklung der PET-Bildgebung atherosklerotischer Plaques notwendig. KW - Arteriosklerose KW - Entzündung KW - Makrophage KW - Positronen-Emissions-Tomographie KW - Non-invasive imaging KW - Atherosclerosis KW - PET KW - Nuclear imaging KW - Inflammation KW - Positron emission tomography KW - Vulnerable plaque KW - Macrophage Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-104622 ER - TY - THES A1 - Moitinho e Silva, Lucas T1 - Exploration of microbial diversity and function in Red Sea sponges by deep sequencing T1 - Untersuchungen zur mikrobiellen Diversität und Funktion in Schwämmen aus dem Roten Meer mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung N2 - Marine sponges (phylum Porifera) are simple, sessile, filter-feeder animals. Microbial symbionts are commonly found in the sponge internal tissue, termed the mesohyl. With respect to the microbial content, sponges are classified as either low-microbial abundance sponges (LMA), or high-microbial abundance sponges (HMA). The HMA/LMA dichotomy was explored in this Thesis using the Red Sea sponges as experimental models. A range of methods encompassing transmission electron microscopy, 16S rRNA gene deep sequencing, and metatranscriptomics was employed towards this goal. Here, particular emphasis was placed on the functional analysis of sponge microbiomes. The Red Sea sponges Stylissa carteri, Xestospongia testudinaria, Amphimedon ochracea, and Crella cyathophora were classified as HMA or LMA sponges using transmission electron microscopy. The diversity, specificity, and transcriptional activity of microbes associated with the sponges S. carteri (LMA) and X. testudinaria (HMA) and seawater were investigated using 16S rRNA amplicon pyrosequencing. The microbial composition of S. carteri was more similar to that of seawater than to that of X. testudinaria, which is consistent with the observation that the sequence data set of S. carteri contained many more possibly seawater sequences (~24%) than the X. testudinaria data set (~6%). The most abundant operational taxonomic units (OTUs) were shared between all three sources (S. carteri, X. testudinaria, seawater), while rare OTUs were unique to any given source. Despite this high degree of overlap, each sponge species contained its own specific microbiota. S. carteri microbiomes were enriched of Gammaproteobacteria and members of the genus Synechococcus and Nitrospira. Enriched members of X. testudinaria microbiomes included Chloroflexi, Deferribacteres, and Actinobacteria. The transcriptional activity of sponge-associated microorganisms was assessed by comparing 16S rRNA gene with transcript amplicons, which showed a good correlation. The microbial functional gene repertoire of sponges and seawater from the Red Sea (X. testudinaria, S. carteri) and the Mediterranean (Aplysina aerophoba, Dysidea avara) were investigated with the environmental microarray GeoChip 4. Amplicon sequencing was performed alongside in order to assess microbial diversity. The typical microbial diversity patterns characteristic of HMA (abundance of Gammaproteobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria, Deferribacteres, and others) and LMA sponges (abundance of Alpha-, Beta-, Gammaproteobacteria, Cyanobacteria, and Bacteroidetes) were confirmed. The HMA/LMA dichotomy was stronger than any possible geographic pattern based on microbial diversity (amplicon) and functional genes (GeoChip). However upon inspection of individual genes detected by GeoChip, very few specific differences were discernible, including differences related to microbial ammonia oxidation, ammonification (higher gene abundance in sponges over seawater) as well as denitrification (lower gene abundance). Furthermore, a higher abundance of a gene, pcc, representative of archaeal autotrophic carbon fixation was noted in sponges over seawater. Thirdly, stress-related genes, in particular those related to radiation, were found in lower abundances in sponge microbiomes than in seawater. With the exception of few documented specific differences, the functional gene repertoire between the different sources appeared largely similar. The most actively expressed genes of S. carteri microbiomes were investigated with metatranscriptomics. Prokaryotic mRNA was enriched from sponge total RNA, sequenced using Illumina HiSeq technology, and annotated with the metagenomics Rapid Annotation using Subsystem Technology (MG-RAST) pipeline. High expression of archaeal ammonia oxidation and photosynthetic carbon fixation by members of the genus Synechococcus was detected. Functions related to stress response and membrane transporters were among the most highly expressed by S. carteri symbionts. Unexpectedly, gene functions related to methylotrophy were highly expressed by gammaproteobacterial symbionts. The presence of seawater-derived microbes is indicated by the phylogenetic proximity of organic carbon transporters to orthologs of members from the SAR11 clade. In summary, the most expressed functions of the S. carteri-associated microbial community were revealed and linked to the dominant taxonomic members of the microbiome. In conclusion, HMA and LMA Red Sea sponges were used as models to gain insights into relevant themes in sponge microbiology, i.e. diversity, specificity, and functional activities. Overall, my Thesis contributes to a better understanding of sponge-associated microbial communities, and the implications of this association to marine ecology. N2 - Marine Schwämme (phylum Porifera) sind einfache, sessile, sich mittels Filtration von Meerwasser ernährende Tiere. Das Schwammgewebe, als Mesohyl definiert, ist häufig durch mikrobielle Symbionten besiedelt. Im Hinblick auf die mikrobielle Abundanz werden Schwämme in sogenannte „low-microbial abundance“ (LMA) oder „high microbial abundance“ (HMA) Kategorien unterteilt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde die „HMA/LMA-Dichotomie“ anhand von Schwämmen aus dem Roten Meer untersucht. Verschiedene Methoden, wie die Transmissions-Elektronenmikroskopie, 16S rRNA Gen-Hochdurchsatz-Sequenzierung sowie die Metatranskriptomik kamen zum Einsatz. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die funktionale Analyse der Schwammsymbionten gelegt. Die Schwämme Stylissa carteri, Xestospongia testudinaria, Amphimedon ochracea und Crella cyathophora aus dem Roten Meer wurden zunächst mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie als HMA oder LMA-Schwämme klassifiziert. Die Diversität, Spezifizität sowie transkriptionelle Aktivität von mit S. carteri (LMA), X. testudinaria (HMA) oder Meerwasser-assoziierten Mikroorganismen wurde mittels 16S rRNA Gen-Ampliconsequenzierung untersucht. Die mikrobielle Zusammensetzung von S. carteri ähnelte mehr der des Meerwassers als der von X. testudinaria, was mit dem Befund übereinstimmt, dass der Sequenzdatensatz von S. carteri deutlich mehr Meerwassersequenzen enthielt (~ 24%) als der von X. testudinaria (6%). Die am häufigsten vorliegenden „operational taxonomic units“ (OTUs) lagen gleichermaßen im Probenmaterial (S. carteri, X. testudinaria, Meerwasser) vor, während die am wenigsten häufigen OTUs jeweils spezifisch für eine Probe waren. Trotz der hohen Gemeinsamkeiten enthielt jede Schwammart ein eigenes Bakterienprofil. Die Mikrobiome von S. carteri waren durch Gammaproteobacteria, sowie Vertreter der Gattung Synechococcus und Nitrospira angereichert. Häufige Vertreter des X. testudinaria Mikrobioms waren Chloroflexi, Deferribacteres und Actinobacteria. Die transcriptionelle Aktivität von Schwamm-assoziierten Mikroorganismen wurde auf der Basis von 16S rRNA-Genen und 16S rRNA-Transkripten verglichen und zeigte eine gute Korrelation. Das funktionale Genrepertoire von Schwämmen und Meerwasser aus dem Roten Meer (X. testudinaria, S. carteri) und dem Mittelmeer (Aplysina aerophoba, Dysidea avara) wurde mittels des Mikroarrays GeoChip 4 verglichen. Die Ampliconsequenzierung wurde begleitend zur Charakterisierung der mikrobiellen Diversität durchgeführt. Die charakteristischen Diversitätsmuster von HMA-Schwämmen (Gammaproteobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria, Deferribacteres und weitere) und LMA-Schwämmen (Alpha-, Beta-, Gammaproteobacteria, Cyanobacteria, Bacteroidetes) konnten bestätigt werden. Die HMA/LMA-Dichotomie war sowohl im Bezug auf die Diversität (Amplikon-Daten) als auch auf das funktionale Genrepertoire (GeoChip) deutlich stärker ausgeprägt als ein mögliches geographisches Muster. Jedoch konnten nach Analyse einzelner Gene nur wenige spezifische Unterschiede definiert werden. Diese betrafen beispielsweise die mikrobielle Ammonium-Oxidation, Ammonifikation (höhere Genabundanz in Schwämmen als Meerwasser) oder die Denitrifikation (niedrigere Genabundanz in Schwämmen als Meerwasser). Weiterhin wurde eine höhere Genabundanz des pcc -Gens in Schwämmen als im Meerwasser beschrieben. Dieses Gen gilt als Indikator für archaeale, autotrophe Kohlenstoff-Fixierung. Drittens wurde eine niedrige Genabundanz von Stress-Genen, insbesondere im Bezug auf UV-Strahlung, in Schwämmen als im Meerwasser beobachtet. Von wenigen spezifischen Ausnahmen abgesehen war das funktionale Genrepertoire zwischen dem Probenmaterial jedoch sehr ähnlich. Die am häufigsten exprimierten Gene des S. carteri Mikrobioms wurden mittels Metatranskriptomik untersucht. Zu diesem Zweck wurde die prokaryotische mRNA aus der Gesamt-Schwamm RNA angereichert, mittels Illumina HiSeq-Technologie sequenziert und mittels der MG-RAST-Software annotiert. Die mit am häufigsten exprimierten Gene betrafen die archaeale Ammonium-Oxidation und die photosynthetische Kohlenstoff-Fixierung durch Synechococcus. Weiterhin waren Stress- und Membrantransport-relevane Gene mit am häufigsten exprimiert. Unerwartet war der Befund, dass Methylotrophie-verwandte Gene ebenfalls sehr häufig exprimiert wurden. Das Vorliegen von Meerwasserbakterien ist durch die phylogenetische Nähe von organischen Kohlenstoff-Transportern zu Genen der SAR11-Klade belegt. Zusammenfassend wurden in dieser Studie die am häufigsten transkribierten Funktionen des S. carteri Mikrobioms beschrieben und bezüglich ihrer taxonomischen Zugehörigkeit analysiert. Zusammenfassend wurden HMA und LMA-Schwämme aus dem Roten Meer als experimentelle Modellsysteme verwendet, um Einblicke in für die Schwamm-Mikrobiologie relevante Fragen bezüglich der mikrobiellen Diversität, Spezifität und funktionalen Aktivität zu gewinnen. Diese PhD-Arbeit trägt zu einem verbesserten Verständnis der Mikrobiologie von Schwämmen sowie deren Bedeutung für die marine Ökologie im Allgemeinen bei. KW - Meeresschwämme KW - Rotes Meer KW - Bakterien KW - Marine sponge KW - Symbiosis KW - Red Sea KW - Deep sequencing KW - Bacteria KW - Microbial community KW - Diversity KW - Metatranscriptomics KW - Function Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103836 ER - 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 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 - 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 ER -