TY  - THES
A1  - Decker, Christina
T1  - Analyse der in-vitro Aktivität neutrophiler Granulozyten gegenüber Aspergillus fumigatus unter dem Einfluss von Antimykotika und Immunsuppressiva
T1  - Analysis of the in vitro activity of human neutrophils against Aspergillus fumigatus in presence of antifungal and immunosuppressive agents
N2  - Der ubiquitär vorkommende Schimmelpilz Aspergillus fumigatus (A. fumigatus) ist Haupterreger der invasiven Aspergillose (IA). Diese invasive Pilzinfektion tritt gehäuft bei Patienten mit immunsuppressiver Langzeit-Therapie z. B. nach allogener Stammzelltransplantation zur Prophylaxe und Therapie der Graft-versus-Host-Disease (GvHD) auf. Trotz der in-vitro-Suszeptibilität der Pilze gegenüber verschiedenen Antimykotika ist die Erkrankung in diesem Patientenkollektiv weiterhin mit einer hohen Letalität assoziiert. Neben ihren direkten, antifungalen Eigenschaften wurden durch Antimykotika auch indirekte, modulierende Wirkungen auf die Funktionalität von Immunzellen beschrieben, die damit möglicherweise das therapeutische Ansprechen dieser Erkrankung beeinflussen. Insbesondere neutrophile Granulozyten (PMN) spielen als Teil der angeborenen Immunität durch ihre Vielzahl an Abwehrmechanismen eine essentielle Rolle für die Bekämpfung von invasiven Pilzinfektionen und damit der IA. Von zusätzlicher Bedeutung und bislang kaum untersucht ist das kombinierte Einwirken von Antimykotika und Immunsuppressiva auf die Funktionalität dieser Zellen.
 
In dieser Arbeit wurde daher in-vitro der Einfluss klinisch eingesetzter Antimykotika zur Therapie der IA (liposomales Amphotericin B bzw. Amphotericin B – Desoxycholat, Voriconazol) auf wichtige Effektorfunktionen humaner neutrophiler Granulozyten nach Exposition gegenüber A. fumigatus untersucht. Im Fokus stand hierbei die Analyse des oxidativen Burst, der Interleukin (IL)-8-Freisetzung, der Bildung von neutrophil extracellular traps (NETs) sowie der Phagozytose-Aktivität dieser Immunzellen. Außerdem wurde der Effekt einer zusätzlichen Gabe klinisch relevanter Immunsuppressiva (Ciclosporin A / Mycophenolat-Mofetil, Prednisolon), die zur Prophylaxe und Therapie der akuten GvHD eingesetzt werden, auf diese vier Funktionen evaluiert.
 
Zusammenfassend ergaben unsere Analysen keinen Anhalt für eine relevante Beeinflussung des oxidativen Burst, der IL-8-Freisetzung und der Phagozytose-Aktivität neutrophiler Granulozyten durch die untersuchten Antimykotika, insbesondere gegenüber A. fumigatus. Weiterhin wurden in dieser Arbeit keine signifikanten Differenzen zwischen dem Einfluss von liposomalem Amphotericin B und Amphotericin B - Desoxycholat beobachtet. Durch Prednisolon konnten überwiegend bereits bekannte, immunsuppressive Wirkungen auf PMN bestätigt sowie zusätzlich Hinweise auf eine Modulation Antimykotika-vermittelter Immuneffekte durch Immunsuppressiva gewonnen werden. Die kurze Exposition der PMN gegenüber Ciclosporin A / Mycophenolat-Mofetil ergab keine signifikanten Veränderungen der Sekretion von reaktiven Sauerstoffspezies. 

Des Weiteren unterstützen unsere Daten Hinweise auf differente Aktivierungsmechanismen von verschiedenen Effektorfunktionen der PMN. Im Gegensatz zu den anderen untersuchten Funktionen konnte in dieser Arbeit eine signifikant verminderte Bildung von NETs durch liposomales Amphotericin B, Amphotericin B - Desoxycholat und auch Voriconazol beobachtet werden. Damit geben unsere Ergebnisse Anlass zu tiefergehenden Analysen des Zusammenspiels von Antimykotika insbesondere mit dem noch immer wenig verstandenen Mechanismus der Auslösung und Bildung von NETs. Zudem wären weitere Studien wünschenswert, um einen umfassenderen Überblick und ein besseres Verständnis auch hinsichtlich anderer invasiver Pilzinfektionen sowie weiterer Abwehrmechanismen zu erhalten.
N2  - Aspergillus fumigatus (A. fumigatus), an opportunistic pathogenic mould, is the most common pathogen to cause invasive aspergillosis (IA). This invasive fungal infection occurs primarily in patients with long-term immunosuppressive therapy, e.g. after haematopoetic stem cell transplantation during prophylaxis and treatment of graft-versus-host-disease (GvHD). Despite in vitro susceptibility to different antifungal drugs, IA is still associated with significant morbidity and mortality. Besides their well-known, direct antifungal properties, antifungal drugs have been reported to interfere with immune response mechanisms, thereby possibly affecting therapeutic outcome. In particular, neutrophils with their broad arsenal of antifungal mechanisms are essential in the innate immune response against invasive fungal infections, including IA. The combined influence of antifungal and immunosuppressive agents is of additional importance and has not been subject to much investigation.

Therefore, this study aimed to characterize the in vitro influence of clinically relevant antifungal agents for therapy of IA (liposomal amphotericin B, amphotericin B deoxycholate, voriconazole) on major effector functions of human neutrophils in response to A. fumigatus, particularly oxidative burst, release of interleukin-8 (IL-8), formation of neutrophil extracellular traps (NETs) and phagocytic activity. Moreover, we assessed the combined effects of antifungals and clinically relevant immunosuppressive agents commonly used for prophylaxis and treatment of GvHD (ciclosporin A / mycophenolate-mofetil, prednisolone) on these four effector functions.

In conclusion, our findings are not indicative of major impairment or enhancement of oxidative burst, IL-8-release or phagocytosis response of neutrophils to A. fumigatus in presence of the studied antifungal agents. Our results did not show significant differences between liposomal and conventional amphotericin B. We were able to confirm immunosuppressive effects of prednisolone on neutrophils, and observe a modulation of antifungal-mediated immunological effects through prednisolone. Short-time exposure of neutrophils to ciclosporin A / mycophenolate-mofetil did not cause significant alterations in oxidative burst response to A. fumigatus.

However, our data provide indications of different activation patterns for distinct effector functions of neutrophils. In contrast to the other effector functions, this study reports a significantly lowered formation of NETs in presence of LAmB, d-AmB, or voriconazole. Therefore, these findings should give rise to a more in-depth analysis of the interference of these antifungal drugs with the still poorly understood mechanisms of NEToses induction and trap formation. Further research is necessary to acquire a deeper knowledge of other invasive fungal infections and further effector mechanisms.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Granulozyt
KW  - Antimykotika
KW  - Immunsuppressiva
KW  - Effektorfunktionen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-209983
ER  - 
TY  - THES
A1  - Helm, Johanna Charlotte
T1  - Invasive Mykosen – Prognose und Diagnose mittels Aspergillus fumigatus-spezifischer CD154+/CD4+ Zellen
T1  - Invasive mycoses – prognosis and diagnosis based on the utilization of CD154+/CD4+ A. fumigatus-specific T cells
N2  - In den vergangenen Jahrzehnten kam es durch den Einsatz massiv immunsupprimierender Therapien zu einer steigenden Inzidenz invasiver Mykosen. Die durch eine Infektion mit A. fumigatus ausgelöste invasive Aspergillose stellt eine lebensbedrohliche Erkrankung für Patienten mit hämatologischen Malignomen oder nach hämatopoetischer Stammzelltransplantation dar. Für die Behandlung solcher Erkrankungen ist eine frühzeitige Diagnosestellung unabdingbar. Da invasive diagnostische Maßnahmen bei den betroffenen Patienten jedoch häufig kontraindiziert sind, werden neue Biomarker und nicht invasive Diagnoseverfahren intensiv beforscht.
Ein kürzlich beschriebener Ansatz zur Primär- und Verlaufsdiagnostik bei Patienten mit invasiven pulmonalen Aspergillosen und Mukormykosen ist die Verwendung des auf aktivierten T-Zellen exprimierten Aktivierungsmarkers CD154 zur durchflusszytometrischen Quantifizierung A. fumigatus-spezifischer T-Helfer-Zellen.
Die Detektion dieser Zellen mit dem in der Literatur beschriebenen Protokoll erfordert die Isolation von PBMCs und duldet vor der Verarbeitung der Proben in einem spezialisierten Labor nur kurze präanalytische Lagerungszeiten. Dies stellt einen limitierenden Faktor für die klinische Verwendbarkeit des beschriebenen Assays dar.
Die vorliegende Dissertationsschrift beschäftige sich damit, den beschriebenen Assay zur Detektion A. fumigatus-spezifischer T-Zellen, hinsichtlich seiner Präanalytik und klinischen Anwendbarkeit eingehender zu evaluieren und zu optimieren.
Zunächst konnte gezeigt werden, dass mittels Verdünnung und Agitation der zur PBMC Isolation verwendeten Blutproben eine Verlängerung des präanalytischen Zeitfensters zwischen Blutentnahme und Aufbereitung auf bis zu 4 h möglich ist, ohne dass dabei die Sensitivität des CD154-basierten T-Zell-Assays beeinträchtigt wird.
Weiterhin konnte die Verwendung eines Vollblut-basierten Protokolls, das auf die zeitaufwendige Isolation von PBMCs verzichtet, etabliert werden. Hinsichtlich seiner Detektionsleistung zeigte sich das Vollblutprotokoll dem PBMC Protokoll grundsätzlich überlegen. Für verschiedene Stimulationsperioden konnte ein gegenüber dem PBMC
Standardprotokoll reproduzierbarer Konversionsfaktor ermittelt werden, welcher einen Vergleich von Ergebnissen bei alternierender Durchführung von PBMC- und Vollblut-Assay bei den selben Patienten möglich macht. Das Protokoll erlaubt die Kombination von Stimulations- und Transportzeit unter Verwendung eines auf 37 °C temperierten Transportgefäßes. Eine alleinige Stimulation bei Raumtemperatur zeigte sich hingegen nicht erfolgreich. Die Anwendung des Assays am Point-of-Care wird durch die Verwendung vorbereiteter, marktüblicher Blutentnahmeröhrchen möglich, welche bis zum Zeitpunkt der Verwendung eingefroren gelagert werden können. Eine Analyse der Material- und Arbeitskosten ergab eine Reduktion der Gesamtkosten für die Verwendung des Vollblut-basierten Protokolls von bis zu 22 % pro Probe. Prinzipiell kann davon ausgegangen werden, dass der entwickelte Assay mit jedem Peptid-Antigen durchführbar ist, das in konstanter Qualität bezogen oder generiert werden kann und einen immunogenen Effekt aufweist, ohne dabei mit anderen verwendeten Reagenzien zu interagieren.
Weiterhin wurde in der vorliegenden Arbeit geprüft, wie sich T-Zell-inhibitorische Substanzen auf die Testergebnisse auswirken. Hierbei fand sich eine nicht unwesentliche Anzahl falsch-negativer Testergebnisse.
Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertationsschrift zeigen, dass eine suffiziente und sensitive Bestimmung A. fumigatus-spezifischer T-Zellen im Rahmen eines Vollblut-basierten Protokolls möglich ist. Eine Ausweitung des Assays für andere Infektionserreger, sowie die Entwicklung Brefeldin A-freier Protokolle wären wünschenswert. Ein mögliches Einsatzgebiet stellen klinisch infektiologische Studien oder umwelt- und arbeitsmedizinische Fragestellungen dar.
N2  - Over the past decades, the use of immunosuppressive therapies has led to an increasing incidence of invasive mycoses. Specifically, invasive aspergillosis, most commonly caused by Aspergillus fumigatus, is a life-threatening disease in hematopoietic stem cell transplant recipients and patients with hematologic malignancies. An early confirmation of the diagnosis is pivotal in order to improve therapeutic outcomes. As invasive diagnostic procedures are often contraindicated in high-risk patients, non-invasive diagnostic modalities and novel biomarkers for invasive mold infections are intensively studied.
A recently published method to diagnose and monitor invasive pulmonary aspergillosis utilizes flow cytometric quantification of mold-reactive T-helper cells by CD154 upregulation, an activation marker expressed on activated T cells. The published standard methodology to quantify these cells is based on isolated peripheral blood mononuclear cells (PBMCs).
Among several limitations hampering the applicability of this method in the clinical routine, our group has previously shown that PBMC-based mold-reactive T-cell quantification is highly susceptible to pre-analytic delays. Therefore, my thesis focused on the optimization of pre-analytic sample handling prior to PBMC isolation in order to improve the detection efficacy of A. fumigatus-specific T-helper cells. Using agitation and dilution of blood samples prior to PBMCs isolation, the pre-analytic storage period could be extended to 4 hours without observing an adverse impact on assay sensitivity.
To overcome the many logistical limitations of PBMC-based assays, my thesis further focused on the evaluation and optimization of a whole blood-based method to quantify A. fumigatus-specific T-helper cells. Therefore, blood collection tubes containing costimulatory antibodies and an A. fumigatus mycelial lysates were prepared and inoculated with heparinized whole blood from healthy adults. Frequencies of CD154+ A. fumigatus-specific T-helper cells were then compared with PBMC-based detection rates. Using optimized stimulation schemes for both matrices, significantly higher specific T-cell detection rates were achieved by the whole blood-based method. Excellent correlation and reproducible conversion factors between whole blood- and PBMC-based results were observed. Using frozen ready-to-use test tubes, detection rates of specific T cells were comparable to those observed with freshly prepared tubes. Taken together, these results suggest that our whole blood protocol provides a robust, highly sensitive, and cost-effective method for mold-reactive T-cell quantification. Our protocol allows for point-of-care sample stimulation and may contribute to better assay standardization for multi-center studies of mold reactive T-cell assays.
Lastly, my thesis focused on the impact of T-cell-inhibitory immunosuppressive pharmacotherapy on A. fumigatus specific T-cell quantification. My results revealed significantly reduced mean detection rates of specific T-cells and considerable inter-individual variation in assay reliability upon exposure of PBMC samples to cyclosporine A, mycophenolic acid, and prednisolone. These findings suggest that false-negative results need to be considered when performing this test in immunosuppressed patient cohorts and inspired further studies of our group to attenuate the detrimental impact of immunosuppressive agents on assay performance by enhanced costimulation.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Invasive Mykosen
KW  - Aspergillus fumigatus-spezifische CD154+/CD4+ Zellen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213406
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rauer, Andreas
T1  - Etablierung und Evaluierung einer Extraktionskontrolle für den Nachweis von Aspergillus fumigatus-DNA aus Humanserum
T1  - Establishment and evaluation of an extraction control for the detection of Aspergillus fumigatus DNA from human serum
N2  - Die invasive Aspergillose spielt in der modernen Medizin und speziell bei malignen Bluterkrankungen, die mit einer Immunsuppression des Patienten einhergehen, eine entscheidende Rolle. Die bisherigen Methoden erlauben eine Diagnose meist erst sehr spät oder liefern oft falsch-negative Ergebnisse. Bis zum heutigen Tag ist es nicht gelungen, ein standardisiertes Verfahren zur PCR-Diagnostik aus Blutproben zu etablieren. 
In den der Arbeit zugrunde liegenden Versuchsreihen wurden verschiedene Ansätze an Mastermix im Monoplex- und Duplexformat zur Aspergillus fumigatus-Detektion in Humanserum getestet und optimiert. Es wurde versucht, eine Extraktionskontrolle mit Bacillus subtilis in die Probe zu integrieren, um so die Aussagekraft der extrahierten Probe zu evaluieren. 
Dabei zeigte sich ein Elutionsvolumen von 35 µl am effizientesten. Der Cq-Wert war bei 35 µl Eluationsvolumen ca. einen Zyklus niedriger als bei 65 µl und 1,5-2 Zyklen niedriger als bei 100 µl. Bei den Versuchen im Monoplexformat konnte gezeigt werden, dass bei der Extraktion viel DNA in den Filtern zurückbleibt. Es wurden aus einer Serumextraktion zwei Eluate mit je 35 µl Elutionsvolumen erstellt und getestet. Hier zeigten sich in Abhängigkeit von der Menge der DNA teils hohe Cq-Werte im zweiten Eluat, bei einigen Proben aber sogar ein niedrigerer Cq-Wert im zweiten Eluat. Dies war sowohl für Aspergillus fumigatus als auch für Bacillus subtilis zu beobachten. Die Gründe für dieses Ergebnis könnten die längere Inkubationszeit und die zweite Zentrifugation des zweiten Eluats sein.
Die Extraktionseffizienz hatte bei der Aufbereitung mit dem QIAamp Ultrasens Kit (Qiagen) einen Faktor von im Mittel 2,7 bei Aspergillus fumigatus und von 4,7 bei Bacillus subtilis beim GEX-Mastermix. Beim Sso-Mastermix lag der Faktor für Aspergillus fumigatus im Mittel bei 4,4 und der für Bacillus subtilis bei 5,4.
Bei den Versuchen im Duplexformat wurden sowohl Aspergillus fumigatus als auch Bacillus subtilis in unterschiedlichen Konzentrationen in dieselbe Probe eingebracht. Hier zeigte sich, dass im Sso-Mastermix die Menge an Bacillus subtilis-DNA und an Aspergillus fumigatus-DNA einen deutlichen Einfluss auf die jeweiligen Cq-Werte und die Sensitivität haben. Zusätzlich zeigte der Sso-Mastermix immer ein positives Ergebnis für Bacillus subtilis zwischen 36-40 Zyklen. Beim GEX-Mastermix hatte die Menge an Bacillus subtilis-DNA ebenfalls einen deutlichen Einfluss auf die Cq-Werte und die Sensitivität für Aspergillus fumigatus. Die Cq-Werte für Aspergillus fumigatus erhöhten sich bei 10 Kopien mit 104 Kopien Bacillus subtilis um 6,1 Zyklen und bei 105 Kopien Bacillus subtilis um 10,6 Zyklen im GEX-Mastermix. Ein Einfluss auf die Cq-Werte für Bacillus subtilis konnte bei den Versuchen im Duplexformat mit GEX-Mastermix nicht verzeichnet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Extraktionskontrolle mit Bacillus subtilis im Sso-Mastermix auf Grund der sich gegenseitig beeinflussenden Sonden und Primer sowie der DNA-Mengen an Aspergillus fumigatus und Bacillus subtilis nicht möglich ist, da keine Aussage über den Verlauf und die Effizienz der Extraktion getroffen werden könnte. Bei den Versuchen mit GEX-Mastermix konnte gezeigt werden, dass die Menge an eingegebener Bacillus subtilis-DNA einen entscheidenden Einfluss auf die Sensitivität für die Cq-Werte von Aspergillus fumigatus in niedriger Konzentration hat. Einen Einfluss auf die Cq-Werte für Bacillus subtilis wurde nicht detektiert. Eine Extraktionskontrolle mittels Bacillus subtilis wäre denkbar, wenn die Menge eingegebener Bacillus subtilis-DNA so reduziert werden könnte, dass stabile Cq-Werte für Bacillus subtilis erreicht würden, die dann aber keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Sensitivität für Aspergillus fumigatus hätten.
N2  - In the test series on which the work is based, various approaches to mastermix in monoplex and duplex format for Aspergillus fumigatus detection in human serum were tested and optimized. An attempt was made to integrate an extraction control with Bacillus subtilis into the sample in order to evaluate the meaningfulness of the extracted sample.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Aspergillose
KW  - PCR
KW  - Invasive Aspergillose
KW  - Humanserum
KW  - Extraktionskontrolle
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-194565
ER  - 
TY  - THES
A1  - Englert, Anne
T1  - Modulation der Immunantwort humaner NK-Zellen nach Stimulation mit steigenden Konzentrationen von Aspergillus fumigatus
T1  - Modulation of human NK-cells' immune response after stimulation with different concentrations of Aspergillus fumigatus
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit den antimykotischen Eigenschaften von NK-Zellen und dient der Charakterisierung der Immunantwort gegenüber A. fumigatus in Abhängigkeit der MOI (Multiplizität der Infektion). Klinisch interessant ist dies bei immunsupprimierten Patienten mit invasiver Aspergillose. Anhand von Oberflächenmarkern konnten eine an die Pilzkonzentration angepasste Bindung und Aktivierung von NK-Zellen demonstriert werden. Daneben kam es zu einer Modulation der Freisetzung ausgewählter Zytokine nach Konfrontation mit steigenden Mengen von A. fumigatus. Besonders deutlich war der Effekt bei den Chemokinen CCL3 und CCL4, deren Zusammenhang mit Pilzinfektionen bereits gezeigt wurde. Die Ergebnisse zum MOI-abhängigen Verhalten von NK-Zellen gegenüber A. fumigatus bestätigen die Relevanz bei der antimykotischen Immunantwort und verdeutlichen, weshalb ihnen zunehmende diagnostische und therapeutische Bedeutung zukommt.
N2  - The thesis focuses on the antifungal activity of NK-cells and characterizes the immune response towards A. fumigatus depending on the MOI (multiplicity of infection). This is of clinical interest regarding immunosuppressed patients suffering from invasive aspergillosis. Surface markers were used to demonstrate the binding and activation of NK cells adapted to the fungal concentration. In addition, the release of selected cytokines was modulated after confrontation with increasing amounts of A. fumigatus. The chemokine CCL3 and CCL4 that have already been described to be important during fungal infections showed the most impressive results. This study confirms the role of NK cells within the antifungal immune response and the increasing relevance for diagnosis and therapy.
KW  - Natürliche Killerzelle
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - natural killer cell
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-202335
ER  - 
TY  - THES
A1  - Halbing, Carolin
T1  - Analyse der Interaktion humaner dendritischer Zellen und natürlicher Killerzellen mit dem Schimmelpilz \(Aspergillus\) \(fumigatus\) mittels Echtzeitmikroskopie
T1  - Analysis of the interaction of human dendritic cells and natural killer cells with \(Aspergillus\) \(fumigatus\)  using real-time microscopy
N2  - Der humanpathogene Schimmelpilz A. fumigatus ist ein opportunistischer Krankheitserreger, der ein hohes Risiko eines letalen Krankheitsverlaufs durch das Auslösen einer invasiven Aspergillose (IA) birgt. Bei der IA handelt es sich um eine Infektion des Lungengewebes, welche hauptsächlich immunsupprimierte Menschen befällt. A. fumigatus stellt die Ursache für diese infektiöse Komplikation dar, welche von einem intakten Immunsystem in der Regel problemlos abgewehrt wird. Eine wichtige Abwehrbarriere gegen den Pilz setzt sich aus Zellen des angeborenen Immunsystems zusammen. In der vorliegenden Arbeit waren in diesem Zusammenhang natürliche Killerzellen (NK-Zellen) und dendritische Zellen (DCs) von besonderer Relevanz. NK- Zellen schütten lösliche Faktoren aus, welche als antifungale Mediatoren agieren. DCs besitzen hingegen die Fähigkeit, Pilzmorphologien zu phagozytieren. Im Anschluss an die Interaktion mit dem Pilz sekretieren beide Zelltypen Zytokine, welche wiederum weitere Immunzellen stimulieren. Besonders den DCs wird eine wichtige Funktion in der Immunabwehr gegen A. fumigatus zugeschrieben, da ihre Fähigkeit, das angeborene mit dem adaptiven Immunsystem zu verknüpfen, von großer Bedeutung ist. Ziel dieser Arbeit war es, die Interaktionen von primären Monozyten abgeleiteten DCs (moDCs) und NK-Zellen mit dem Pilz A. fumigatus in vitro zu charakterisieren. Hierfür wurden mit der Methode des Live-imaging verschiedene Experimente durchgeführt, um den reziproken Einfluss der zwei Immunzellarten in Anwesenheit von A. fumigatus zu analysieren. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl moDCs, als auch NK-Zellen mit dem Pilz interagieren. Neben NK-Zell-moDC-Interaktionen wurden auch Interaktionen mit den einzelnen Immunzelltypen und A. fumigatus beobachtet. Zusätzlich konnte nachgewiesen werden, dass die NK-Effektormoleküle IFN-ɣ, Granzym B und Perforin stimulierend auf moDCs wirken, was in einer erhöhten Zellaktivierung und einer in der Folge gesteigerten Kontaktanzahl zum Pilz resultierte.
N2  - The human pathogenic mould A. fumigatus is an opportunistic pathogen that carries a high risk of lethal disease progression due to the triggering of invasive aspergillosis (IA). IA is an infection of the lung tissue that mainly affects immunosuppressed people. A. fumigatus is the cause of this infectious complication, which is usually fended off by an intact immune system without any problems. An important defence barrier against the fungus consists of cells of the innate immune system. In the present work, natural killer cells (NK cells) and dendritic cells (DCs) were of particular relevance in this context. NK cells secrete soluble factors which act as antifungal mediators. DCs, on the other hand, have the ability to phagocytise fungal morphologies. Following interaction with the fungus, both cell types secrete cytokines, which in turn stimulate further immune cells. DCs in particular are thought to play an important role in the immune defence against A. fumigatus, as their ability to link the innate with the adaptive immune system is of great importance. The aim of this work was to characterize the interactions of primary monocyte-derived DCs (moDCs) and NK cells with the fungus A. fumigatus in vitro. To this end, various experiments were performed using the live imaging method to analyze the reciprocal influence of the two immune cell species in the presence of A. fumigatus. It was shown that both moDCs and NK cells interact with the fungus. In addition to NK cell-moDC interactions, interactions with the individual immune cell types and A. fumigatus were also observed. In addition, the NK effector molecules IFN-ɣ, Granzyme B and Perforin were shown to stimulate moDCs, resulting in increased cell activation and consequently increased contact with the fungus.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Dendritische Zellen
KW  - Natürliche Killerzellen
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-171026
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hefter, Maike Sina
T1  - Quantifizierung und funktionale Analysen von \(Aspergillus\)-spezifischen Rezeptoren auf humanen dendritischen Zell-Subpopulationen
T1  - Quantification and functional Analysis of \(Aspergillus\)-specific receptors on human dendritic cell subpopulations
N2  - Pilzinfektionen zählen zu den häufigsten Infektionen beim Menschen. Sie verlaufen in den meisten Fällen unkompliziert und stellen keine vitale Bedrohung für den Betroffenen dar. Invasive Mykosen hingegen verlaufen oft tödlich und sind eine große Herausforderung für die moderne Medizin, da eine frühe Diagnose schwierig ist und die therapeutischen Möglichkeiten limitiert sind. 
Die Invasive Aspergillose (IA) zählt mit geschätzt über 200.000 Infektionen pro Jahr weltweit zu einer der häufigsten Invasiven Mykosen. Die bekanntesten Risikofaktoren für die Entstehung einer IA sind die Neutropenie, Organtransplantationen, hämatopoetische Stammzelltransplantationen und Erkrankungen, die mit einer Kompromittierung des Immunsystems einhergehen. Erreger der Invasiven Aspergillose ist in nahezu 90 Prozent Aspergillus fumigatus (A. fumigatus), ein ubiquitär vorkommender Schimmelpilz.  Seine Verbreitung erfolgt aerogen durch Sporen, sogenannte Konidien, die aufgrund ihres geringen Durchmessers problemlos über die Atemwege in die Lunge gelangen können.
Dendritische Zellen spielen als professionelle Antigen präsentierende Zellen eine wichtige Rolle in der Immunabwehr gegen A. fumigatus. Sie sind ein wichtiges Bindeglied zwischen angeborenem und adaptivem Immunsystem und sind mit einer Vielzahl von Rezeptoren (engl. pattern recognition receptor, PRR) zur Pathogen Erkennung ausgestattet. 
In der vorliegenden Arbeit wurde die Interaktion ausgewählter C Typ Lektin (CLEC) Rezeptoren auf Subtypen dendritischer Zellen (DCs) mit verschiedenen A. fumigtaus Morphologien untersucht. Es wurde mit in vitro generierten Monozyten abgeleiteten (moDCs) und in vivo vorkommenden myeloiden dendritischen Zellen (mDCs) gearbeitet und die Expression von CLEC4A, CLEC6A, CLEC7A, CLEC12A und CLEC4E und eine mögliche Regulation der Rezeptoren nach Stimulation mit Konidien, geschwollenen Konidien oder Keimschläuchen untersucht. Hierbei wurde bei beiden Subtypen eine Herabregulation von CLEC4A, CLEC7A und CLEC12A beobachtet. Dies ist vereinbar mit der Tatsache, dass C Typ Lektin Rezeptoren nicht nur eine Rolle bei der Pathogen Erkennung spielen, sondern auch als Phagozytose Rezeptoren fungieren. Auf molekularbiologischer Ebene wurde in Analysen von moDCs ebenfalls eine Reduktion der relativen mRNA Expression von CLEC4A, CLEC6A, CLEC7A und CLEC12A beobachtet. 
Weiterhin wurden die Auswirkungen einer Rezeptorblockade von CLEC7A mittels blockierender Antikörper auf das Maturierungsverhalten und Zytokinprofil beider Subtypen analysiert. Hier konnte durch die Zugabe eines CLEC7A blockierenden Antikörpers vor Stimulation mit A. fumigatus Konidien oder depletiertem Zymosan die Maturierung effektiv inhibiert werden. Die Sekretion der pro inflammatorischen Zytokine Tumornekrosefaktor α, Interleukin 8 und  1β, als auch des anti inflammatorischen Zytokins Interleukin 10 war durch die Rezeptorblockade ebenfalls signifikant vermindert.
Diese Erkenntnisse stützen die bislang relativ gut untersuchte Rolle von CLEC7A auf Monozyten abgeleiteten dendritischen Zellen als spezifischen Rezeptor für A. fumigatus. Darüber hinaus konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass CLEC7A ebenfalls auf mDCs an der Erkennung von A. fumigatus und Initiierung einer Immunantwort beteiligt ist. Diese Tatsache ist von Bedeutung, da die beiden Subtypen nicht ohne weiteres miteinander verglichen werden können und die Relevanz von in vivo vorkommen myeloiden dendritischen Zellen an einer Immunantwort gegen A. fumigatus bislang noch viele Fragen offen lässt.
Es bedarf weiterer Untersuchungen, insbesondere funktionaler Analysen von intrazellulären Signalwegen um ein besseres Verständnis zu erlangen. Die Übertragung in ein Tiermodell und die gezielte Ausschaltung von C Typ Lektin Rezeptor Genen könnte ein Ausblick auf zukünftige Forschungsprojekte sein.
N2  - Fungal infections are among the most common infections in humans. Most of them are minor superficial infections whereas invasive fungal infections are associated with high mortality rates due to difficulties in diagnosis and limited therpeutic options.
Invasive aspergillosis (IA) is one of the most significant invasive fungal infection with  
200.000 estimated life-threatening infections per year worldwide. Known risk factors are neutropenia, solid organ transplantation, haematopoetic stem cell transplantation and other immunosuppressive conditions. IA is caused primarily by Aspergillus fumigatus (A. fumigatus), an opportunistic pathogenic mould with a worldwide distribution. Hundreds of airborne spores are inhaled daily into the human lung. 
Dendritic cells are potent antigen-presenting cells and have an important role in the immune response against A. fumigatus. They are the sentinels of the immune system by bridging innate and adaptive immune responses against pathogens and express a large number of different pattern recognition receptors. 
This study aimed to analyze the interaction between selected C-type lectin (CLEC) receptors on human dendritic cell subsets and different A. fumigatus morphotypes. Therefore we analyzed the expression and regulation of CLEC4A, CLEC6A, CLEC7A, CLEC12A and CLEC4E on monocyte-derived dendritic cells (moDCs), which were generated in vitro,  and  myeloid dendritic cells (mDCs), which were directly isolated from peripheral blood.  We show that CLEC4A, CLEC7A and CLEC12A are down-regulated in the presence of A. fumigatus on both substes, consistent with their role as pathogen-recognition receptors and phagocytic receptors. mRNA expression of CLEC4A, CLEC6A, CLEC7A and CLEC12A was also down-regulated after confrontation with A. fumigatus. 
In addition we investigated the effect of blocking CLEC7A, using a specific antibody, on cell maturation and cytokine profiles. 
Blocking of CLEC7A diminished the expression of maturation markers on both dendritic cell subsets and inhibited cytokine release of pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-8, IL-1β as well as of the anti-inflammatory cytokine IL-10.
These findings support the role of CLEC7A on moDCs as specific receptor for A. fumigatus and furthermore confirme that CLEC7A is involved in the recognition of A. fumigatus and inducing immune responses on primary human mDCs. This is of special relevance as both subsets do not necessarily show the same biological behavior, stimulatory capability and pattern recognition receptors and the role of mDCs for initiating immune responses against A. fumigatus leaves many questions unanswered so far.
Further investigations, in particular functional analyses of intracellular pathways, are necessary to acquire a deeper knowledge. Transfer to an animal model or targeted gene knock-out of C-type lectin receptors could be next steps in future research.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Immunsystem
KW  - Deutsche Gesellschaft für Hämatologie und Onkologie. Arbeitsgemeinschaft Infektiologie
KW  - Dendritische Zellen
KW  - C-Typ Lektin Rezeptoren
KW  - Dectin-1
KW  - Zytokine
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-166636
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TY  - THES
A1  - Beitzen-Heineke, Antonia
T1  - Invariant Natural Killer T cells possess immune-modulating functions during \(Aspergillus\) \(fumigatus\) infection
T1  - Invariante Natürliche Killer T Zellen besitzen immunmodulierende Funktionen in der \(Aspergillus\) \(fumigatus\) Abwehr
N2  - Aspergillus fumigatus is the most common cause for invasive fungal infections, a disease associated with high mortality in immune-compromised patients. CD1d-restricted invariant Natural Killer T (iNKT) cells compose a small subset of T cells known to impact the immune response towards various infectious pathogens. To investigate the role of human iNKT cells during A. fumigatus infection, we studied their activation as determined by CD69 expression and cytokine production in response to distinct fungal morphotypes in the presence of different CD1d⁺ antigen presenting cells using flow cytometry and multiplex ELISA. Among CD1d⁺ subpopulations, CD1d⁺CD1c⁺ mDCs showed the highest potential to activate iNKT cells on a per cell basis. The presence of A. fumigatus decreased this effect of CD1d⁺CD1c⁺ mDCs on iNKT cells and led to reduced secretion of TNF-α, G-CSF and RANTES. Production of other Th1 and Th2 cytokines was not affected by the fungus, suggesting an immune-modulating function for human iNKT cells during A. fumigatus infection.
N2  - Aspergillus fumigatus ist der häufigste Erreger von invasiven Pilzinfektionen, welche bei immunsupprimierten Patienten mit einer hohen Mortalität einhergehen. CD1d-abhängige invariante Natürliche Killer T (iNKT) Zellen sind eine kleine Subpopulation von T-Zellen, die die Immunantwort auf verschiedene Erreger beeinflussen. Um die Rolle von humanen iNKT Zellen in der Aspergillus fumigatus Abwehr zu untersuchen, wurde in Ko-Kulturen mit iNKT Zellen und CD1d⁺ Antigen präsentierenden Zellen in Anwesenheit von verschiedenen fungalen Morphotypen der Aktivierungsmarker CD69 und die Zytokinproduktion mittels Durchflusszytometrie und Multiplex ELISA untersucht. Unter den CD1d⁺ Subpopulationen wiesen die CD1d⁺CD1c⁺mDCs das höchste aktivierende Potential auf iNKT Zellen auf. Die Anwesenheit von A. fumigatus reduzierte diesen Effekt von CD1d⁺CD1c⁺mDCs auf iNKT Zellen und führte zu einer reduzierten Sekretion von TNF-α, G-CSF und RANTES. Die Produktion von anderen Th1 und Th2 Zytokinen war nicht durch den Pilz beeinflusst. Diese Arbeit suggeriert eine immunmodulierende Funktion von humanen iNKT Zellen in der Abwehr von A. fumigatus.
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - T Zelle
KW  - iNKT
KW  - CD1d
KW  - CD1c⁺ mDC
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-144966
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kalleda, Nataraja Swamy
T1  - Spatiotemporal analysis of immune cell recruitment and Neutrophil defence functions in \(Aspergillus\) \(fumigatus\) lung infections
T1  - Zeitliche und örtliche Analyse der Immunzellrekrutierung und der durch Neutrophile Granulozyten vermittelten Abwehr
gegen \(Aspergillus\) \(fumigatus\) Infektionen der Lunge
N2  - Humans are continuously exposed to airborne spores of the saprophytic fungus Aspergillus fumigatus. In healthy individuals, local pulmonary host defence mechanisms can efficiently eliminate the fungus without any overt symptoms. In contrast, A. fumigatus causes devastating infections in immunocompromised patients. However, local host immune responses against A. fumigatus lung infections in immunocompromised conditions have remained largely elusive.
Given the dynamic changes in immune cell subsets within tissues upon immunosuppressive therapy, we dissected the spatiotemporal pulmonary immune response after A. fumigatus infection to reveal basic immunological events that fail to effectively control the invasive fungal disease. In different immunocompromised murine models, myeloid but not lymphoid cells were strongly recruited upon infection. Notably, neutrophils and macrophages were recruited to infected lungs in different immunosuppressed regimens. Other myeloid cells, particularly dendritic cells and monocytes were only recruited in the corticosteroid model after infection. Lymphoid cells, particularly CD4+ or CD8+ T-cells and NK cells were highly reduced upon immunosuppression and were not recruited after A. fumigatus infection. Importantly, adoptive CD11b+ myeloid cell transfer rescued immunosuppressed mice from lethal A. fumigatus infection. These findings illustrate that CD11b+ myeloid cells are critical for anti-A. fumigatus defence under immunocompromised conditions.
Despite improved antifungal agents, invasive A. fumigatus lung infections cause a high rate morbidity and mortality in neutropenic patients. Granulocyte transfusions have been tested as an alternative therapy for the management of high-risk neutropenic patients with invasive A. fumigatus infections. To increase the granulocyte yield for transfusion, donors are treated with corticosteroids. Yet, the efficacy of granulocyte transfusion and the functional defence mechanisms of granulocytes collected from corticosteroid treated donors remain largely elusive.

We aimed to assess the efficacy of granulocyte transfusion and functional defence mechanisms of corticosteroid treated granulocytes using mouse models.
In this thesis, we show that transfusion of granulocytes from corticosteroid treated mice did not protect cyclophosphamide immunosuppressed mice against lethal A. fumigatus infection in contrast to granulocytes from untreated mice. Upon infection, increased levels of inflammatory cytokines helped to recruit granulocytes to the lungs without any recruitment defects in corticosteroid treated and infected mice or in cyclophosphamide immunosuppressed and infected mice that have received the granulocytes from corticosteroid treated mice. However, corticosteroid treated human or mouse neutrophils failed to form neutrophil extracellular traps (NETs) in in vitro and in vivo conditions. Further, corticosteroid treated granulocytes exhibited impaired ROS production against A. fumigatus. Notably, corticosteroids impaired the β-glucan receptor Dectin-1 (CLEC7A) on mouse and human granulocytes to efficiently recognize and phagocytize A. fumigatus, which markedly impaired fungal killing. We conclude that corticosteroid treatment of granulocyte donors for increasing neutrophil yields or patients with ongoing corticosteroid treatment could result in deleterious effects on granulocyte antifungal functions, thereby limiting the benefit of granulocyte transfusion therapies against invasive fungal infections.
N2  - Der Mensch kommt über die Atemluft in regelmäßigem Kontakt mit Sporen des saprophyitschen Pilzes Aspergillus fumigatus. Glücklicherweise eliminieren die lokalen Abwehrmechanismen der Lunge den Pilz in gesunden Individuen sehr effektiv und ohne offenkundige Symptome. In immunkomprimierten Patienten hingegen verursacht A. fumigatus verheerende Infektionen. Allerdings ist die lokale Immunreaktion gegen A.fumigatus-vermittelte Infektionen der Lunge unter immunsuppressiven 
Bedingungen immer noch  nicht ausreichend definiert.

In Anbetracht der dynamischen Veränderungen an Immunzellunterpopulationen im Gewebe nach 
immunsuppressiver Therapie haben wir die zeitliche und örtliche pulmonale Immunreaktion nach A. 
fumigatus infektion untersucht, um die grundlegenden immunologischen Geschehnisse aufzudecken, die 
in dieser Situation zur unzureichenden Kontrolle des Pilzes führen. In anderen immunsupprimierten 
Mausmodellen fand eine starke Rekrutierung myeloider Zellen nach Infektion statt. In besonderem 
Maße wurden nach der Infektion Neutrophile und Makrophagen in die Lunge immunsupprimierter Mäuse 
rekrutiert. Andere myeloide Zellen, insbesondere dendritische Zellen und Monozyten, wurden nur im 
Corticosteroid-Modell nach Infektion rekrutiert. Lymphoide Zellen, insbesondere CD4+ oder CD8+ 
Zellen und NK Zellen, waren nach Immunsuppression stark reduziert und wurden nach Infektion mit A. 
fumigatus nicht rekrutiert. Adoptiver Zelltransfer von CD11b+ myeloiden Zellen stellte die Abwehr 
immunsupprimierter Mäuse gegen A. fumigatus wieder her, was die wesentliche Bedeutung dieser Zellen 
in der Immunabwehr unterstreicht. Diese Erkenntnisse verdeutlichen, dass CD11b+ myeloide Zellen unter immunkomprimierten Bedingungen entscheidend für die Abwehr gegen A-fumigatus sind. ...
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Neutrophils
KW  - Spatiotemporal analysis
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150931
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kerber, Isabel
T1  - Einfluss von Punktmutationen auf die Funktionalität von NK-Zellen in Interaktion mit Aspergillus fumigatus
T1  - Influence of point mutations on the functionality of NK cells in interaction with Aspergillus fumigatus
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung von Punktmutationen in ifng und ncam1 in Hinblick auf eine veränderte Funktionalität von NK-Zellen bei der Interaktion mit A. fumigatus. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen langfristig zur Verbesserung der Diagnostik, Prophylaxe und Therapie einer Invasiven Aspergillose, die zum Beispiel im Rahmen einer Stammzelltransplantation auftreten könnte, beitragen. 
In dieser Arbeit wurde die DNA von zwanzig gesunden Spendern auf einen ifng-SNP (rs2069705) und einen ncam1-SNP (rs10502171) untersucht. Von je drei ausgewählten Spendern mit SNP und sechs Kontrollspendern wurden NK-Zellen isoliert. Diese wurden unstimuliert belassen, mit Interleukin 2/15 oder A. fumigatus stimuliert. Bei der Versuchsreihe zum ifng-SNP wurde eine qPCR zur Ermittlung der relativen Expression von ifng und ccl4, bei den Versuchen zum ncam1-SNP eine durchflusszytometrische Analyse zur Messung der Expression verschiedener Oberflächenmarker durchgeführt. Bei beiden wurde mittels ELISA die Freisetzung von IFN-gamma bzw. CCL4/MIP-1ß bestimmt.
Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse zum ifng-SNP lassen vermuten, dass das Vorliegen dieses ifng-SNP keine durch NK-Zellen vermittelten Auswirkungen auf das Risiko der Patienten, an einer Invasiven Aspergillose zu erkranken, hat. In Bezug auf den ncam1-SNP konnte die Hypothese bestätigt werden, dass der SNP die Interaktion zwischen der NK-Zelle und A. fumigatus verändert. Der SNP korreliert zwar mit einer erhöhten Grundaktivierung von NK-Zellen, jedoch auch mit einem schwächeren Aktivierungspotential bei Stimulation mit dem Pilz.
N2  - The aim of this thesis was the characterization of point mutations in ifng and ncam1 with respect to an altered functionality of NK cells during interaction with A. fumigatus. In the long term, the findings should contribute to the improvement of the diagnosis, prophylaxis and therapy of invasive aspergillosis, which can occur, for example, after stem cell transplantation. 
In this work, the DNA of twenty healthy donors was examined for one ifng-SNP (rs2069705) and one ncam1-SNP (rs10502171). NK cells were isolated from three donors for each SNP and six control donors. These were left unstimulated, stimulated with interleukin 2/15 or A. fumigatus. In the ifng-SNP series qPCR was performed to determine the relative expression of ifng and ccl4, in the ncam1-SNP series flow cytometric analysis was performed to measure the expression of different surface markers. In both cases the release of IFN-gamma and CCL4/MIP-1ß was determined by ELISA.
The results obtained in this study on ifng-SNP suggest that the presence of this ifng-SNP has no NK cell mediated effects on the risk of patients suffering from invasive aspergillosis. With regard to the ncam1-SNP, the hypothesis that the SNP alters the interaction between the NK cell and A. fumigatus was confirmed. The SNP correlates with an increased basic activation of NK cells, but also with a weaker activation potential when stimulated with the fungus.
KW  - Punktmutation
KW  - Natürliche Killerzelle
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - Single nucleotide polymorphism
KW  - SNP
KW  - NK-Zelle
KW  - point mutation
KW  - NK cells
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189256
ER  - 
TY  - THES
A1  - Burgert, Anne
T1  - Untersuchung von Sphingolipiden und anderen Membrankonjugaten mittels hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie
T1  - Analysis of sphingolipids and other membrane conjugates with super-resolution fluorescence microscopy
N2  - Methoden der Fluoreszenz-Lokalisationsmikroskopie (engl. single-molecule localization microscopy, SMLM) ermöglichen es Moleküle zu quantifizieren und deren Verteilung zu analysieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Membranmoleküle auf unterschiedlichen eukaryotischen Zellen, aber auch auf Prokaryoten mit dSTORM (engl. direct stochastic optical reconstruction microscopy) oder PALM (engl.: photoactivated localization microscopy) aufgenommen und quantifiziert. Bevor jedoch diese hochauflösende fluoreszenzbasierte Technik für biologische Fragestellungen angewendet werden konnten, mussten zunächst potentielle Artefakt-auslösende Quellen identifiziert und Strategien gefunden werden, um diese zu eliminieren. 
Eine mögliche Artefakt-Quelle ist eine zu niedrige Photonenzahl, die von Fluorophoren emittiert wird. Werden zu wenige Photonen detektiert, kann die Lokalisation eines Fluorophors weniger präzise bestimmt werden. Dies kann zu einer falschen Abbildung von Strukturen führen oder zu falschen Rückschlüssen über die Verteilung von Molekülen. Eine Möglichkeit die Anzahl der emittierten Photonen zu erhöhen, ist chemische Additive als Triplettlöscher einzusetzen. Sie bewirken, dass die Fluorophore wieder in den Grundzustand relaxieren und somit wieder angeregt werden können. Es wurden verschiedene Additive, die in der Literatur als Triplettlöscher beschrieben sind, getestet. Dazu wurden zunächst ihre Auswirkungen auf den Triplettzustand verschiedener Fluorophore (Alexa Fluor (Al) 488, 532 und 647 und Atto655) mit Hilfe von Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) untersucht. Cyclooctatetraen (COT) bewirkte dabei eine Abnahme der Triplettausbeute von Al488, Al532 und Al647 um ~ 40-60%, bei Atto655 veränderte sie sich nicht. Obwohl die Ergebnisse der FCS-Messungen darauf hindeuten, dass COT in einer erhöhten Anzahl an emittierten Photonen resultiert, konnte dies bei dSTORM-Messungen nicht bestätigt werden. Hier hatte COT nur einen größeren positiven Effekt auf das Fluorophor Al647 (Zunahme um ~ 60%). Eine Erklärung für diese Widersprüchlichkeit zu den Ergebnissen aus den FCS-Messungen, könnte das Vorhandensein des Schaltpuffers bei dSTORM-Messungen sein. Dieser bewirkt den Übergang der Fluorophore in den Aus-Zustand bzw. entzieht dem Puffer Sauerstoff. 
Bei der Zugabe von 5 mM Kaliumiodid (KI) nahm die Triplettamplitude bei FCS-Messungen nur bei Al488 ab (um ~ 80%). Eine geringe Steigerung (um ~ 10%) der Intensität von Al488 mit KI konnte bei dSTORM-Messungen mit niedrigen Konzentrationen (~ 0,5 mM) erzielt werden. Bei einer Konzentration von 5 mM sank die Intensität jedoch wieder um 40%.
Deuteriumoxid (D2O) soll, anders als die Triplettlöscher, eine Verbesserung der Photonenausbeute dadurch bewirken, dass strahlungslose Relaxationsprozesse minimiert werden. Mit dSTORM-Messungen konnte gezeigt werden, dass Atto655 und Al647 in D2O zwar pro An-Zustand mehr Photonen emittieren als in Schaltpuffer ohne D2O, da die Fluorophore hier jedoch schneller bleichen, letztendlich die gleiche Anzahl an Photonen detektiert werden. 
Um die Anzahl an emittierten Photonen zu erhöhen, eignet sich also nur COT bei dSTORM-Messungen mit AL647 und KI in sehr geringen Konzentrationen bei Al488. D2O kann eingesetzt werden, wenn eine Probe schnell vermessen werden muss, wie zum Beispiel bei Lebendzellmessungen. 
Nicht nur eine zu niedrige Photonenzahl, auch eine zu geringe Photoschaltrate kann Artefakte bei dSTORM-Messungen erzeugen. Dies wurde anhand von verschiedenen biologischen Strukturen, die mit unterschiedlichen Anregungsintensitäten aufgenommen wurden, deutlich gemacht. Besonders die Aufnahmen von Plasmamembranen sind anfällig für die Generierung von Artefakten. Sie weisen viele inhomogene und lokal dichte Regionen auf. Wenn nun mehr als ein Emitter pro µm² gleichzeitig an ist, erzeugt das Auswertungsprogramm große artifizielle Cluster. Die hier durchgeführten Messungen machen deutlich, wie wichtig es ist, dSTORM-Bilder immer auf mögliche Artefakte hin zu untersuchen, besonders wenn Moleküle quantifiziert werden sollen. Dafür müssen die unbearbeiteten Rohdaten sorgfältig gesichtet werden und notfalls die Messungen mit einer höheren Laserleistung wiederholt werden. Da dSTORM mittlerweile immer mehr zur Quantifizierung eingesetzt wird und Clusteranalysen durchgeführt werden, wäre es sinnvoll bei Veröffentlichungen die Rohdaten von entscheidenden Aufnahmen der Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen.
Die Färbemethode ist ein weiterer Punkt, durch den Artefakte bei der Abbildung von Molekülen mittels SMLM entstehen können. Häufig werden Antikörper zum Markieren verwendet. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass möglichst kleine Antikörper oder Antikörperfragmente verwendet werden, besonders wenn Clusteranalysen durchgeführt werden sollen. Anderenfalls leidet die Auflösung darunter, bzw. erhöht sich die Gefahr der Kreuzvernetzung von Molekülen. 

Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit, wurden Plasmamembran-Ceramide untersucht. Ceramide gehören zu den Sphingolipiden und regulieren diverse zelluläre Prozesse. Verschiedene Stimuli bewirken eine Aktivierung von Sphingomyelinasen (SMasen), die Ceramide in der Plasmamembran synthetisieren. Steigt die Konzentration von Ceramiden in der Plasmamembran an, kondensieren diese zu Ceramid-reichen Plattformen (CRPs). Bisher ist noch wenig über die Verteilung der Ceramide und die Größe der CRPs bekannt. Sie wurden hier über IgG-Antikörper in der Plasmamembran von Jurkat-, U2OS-, HBME- und primären T-Zellen angefärbt und erstmals mit dSTORM hochaufgelöst, um sie dann zu quantifizieren. Unabhängig von der Zelllinie befanden sich 50% aller Ceramidmoleküle in ~ 75 nm großen CRPs. Im Mittel bestanden die CRPs aus ~ 20 Ceramiden. Mit Hilfe einer Titrationsreihe konnte ausgeschlossen werden, dass diese Cluster nur durch die Antikörper-Färbung artifiziell erzeugt wurden. Bei Inkubation der Zellen mit Bacillus cereus Sphingomyelinase (bSMase) stieg die Gesamtkonzentration der Ceramide in der Plasmamembran an, ebenso wie die Ceramidanzahl innerhalb der CRPs, außerdem die Anzahl und Größe der CRPs. Dies könnte zu einer Veränderung der Löslichkeit von Membrankomponenten führen, was wiederum eine Akkumulation bestimmter Rezeptoren oder eine Kompartimentierung bestimmter Proteine erleichtern könnte. Die Anhäufung der Ceramide in den CRPs könnte ebenfalls die lokale Interaktion mit anderen Membranmolekülen erleichtern und dadurch möglicherweise die Reaktivität von Rezeptoren verändern. 
Mittels Azid-modifizierten Ceramidanaloga und kupferfreier Click-Chemie wurden Plasmamembran-Ceramide auch in lebenden Jurkat-Zellen mit Hilfe konfokaler Laser-Raster-Mikroskopie (CLSM, engl. confocal laser scanning microscopy) und Strukturierter Beleuchtungsmikroskopie (SIM, engl. structured illumination microscopy) untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Fettsäure-Kettenlänge und die Position des Azids bei den Ceramidanaloga eine entscheidende Rolle spielt, wie hoch das detektierte Signal in der Plasmamembran letztendlich ist. Die Versuche machen auch deutlich, dass die klickbaren Ceramidanaloga lebendzellkompatibel sind, sodass sie eine hervorragende Möglichkeit darstellen, zelluläre Reaktionen zu verfolgen.
Es wurden hier nicht nur Ceramide in eukaryotischen Zellen analysiert, sondern auch in Bakterien. Neisseria meningitidis (N. meningitidis) sind gramnegative Bakterien, die im Menschen eine Sepsis oder eine Meningitis auslösen können. Es wurde mittels immunhistochemischen Färbungen mit dem anti-Ceramid IgG-Antikörper, aber auch mit den klickbaren Ceramidanaloga, ein Signal in der Membran erhalten, was mit dSTORM hochaufgelöst wurde. In anderen Bakterien wurden ebenfalls schon Sphingolipide nachgewiesen. Studien zu Ceramiden in N. meningitidis wurden bisher jedoch noch nicht veröffentlicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnten erstmals Ergebnisse erhalten werden, die darauf hinweisen, dass N. meningitidis ebenfalls Ceramide besitzen könnten.

In einem dritten Projekt wurde die Interaktion zwischen NK-Zellen und Aspergillus fumigatus untersucht. Der Schimmelpilz kann eine Invasive Aspergillose in immunsupprimierten Menschen auslösen, was zum Tod führen kann. Verschiedene Studien konnten schon zeigen, dass NK-Zellen eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung des Pilzes spielen. Der genaue Mechanismus ist jedoch noch unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass der NK-Zell-Marker CD56 entscheidend für die Pilzerkennung ist. Mit immunhistochemischen Färbungen und LSM-, aber auch dSTORM-Messungen, konnte gezeigt werden, dass die normalerweise homogen verteilten CD56-Rezeptoren auf der Plasmamembran von NK-Zellen aktiv an die Interaktionsstelle zu A. fumigatus transportiert werden. Mit der Zeit akkumulieren hier immer mehr CD56-Proteine, während das Signal in der restlichen Membran immer weiter abnimmt. Es konnte erstmals CD56 als wichtiger Erkennungsrezeptor für A. fumigatus identifiziert werden.

In dem letzten bearbeiteten Projekt, wurde die Bindung von Anti-N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Rezeptor Enzephalitis Autoantikörper an Neuronen untersucht. Bei einer Anti-NMDA-Rezeptor Enzephalitis bilden die Patienten Autoantikörper gegen die NR1-Untereinheit ihrer eigenen postsynaptischen NMDA-Rezeptoren. Da die Krankheit oft sehr spät erkannt wird und die Behandlungsmöglichkeiten noch sehr eingeschränkt sind, führt sie noch oft zum Tod. Sie wurde erst vor wenigen Jahren beschrieben, sodass der genaue Mechanismus noch unbekannt ist. Im Rahmen dieser Arbeit, konnten erste Färbungen mit aufgereinigten Antikörper aus Anti-NMDA-Rezeptor Enzephalitis Patienten an NMDA-Rezeptor-transfizierte HEK-Zellen und hippocampalen Maus-Neuronen durchgeführt und mit dSTORM hochaufgelöst werden. Mit den Messungen der HEK-Zellen konnte bestätigt werden, dass die Autoantikörper an die NR1-Untereinheit der Rezeptoren binden. Es konnten erstmals auch die Bindung der Antikörper an Neuronen hochaufgelöst werden. Dabei wurde sichtbar, dass die Antikörper zum einen dicht gepackt in den Synapsen vorliegen, aber auch dünner verteilt in den extrasynaptischen Regionen. Basierend auf der Ripley’s H-Funktion konnten in den Synapsen große Cluster von ~ 90  nm Durchmesser und im Mittel ~ 500 Lokalisationen und extrasynaptisch kleinere Cluster mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ~ 70 nm und ~ 100 Lokalisationen ausgemacht werden. Diese ersten Ergebnisse legen den Grundstein für weitere Messungen, mit denen der Mechanismus der Krankheit untersucht werden kann.
N2  - With single molecule localization microscopy (SMLM) quantification of molecules and the analysis of their distribution becomes possible. In this work various plasma membrane molecules of different eukaryotic and prokaryotic cells were imaged with dSTORM (direct stochastic optical reconstruction microscopy) or PALM (photoactivated localization microscopy) and quantified. To use these super-resolution fluorescence microscopy techniques and answer elaborate biological questions, potential sources of artifacts were identified and strategies to circumvent them developed. 
A possible source of artifacts is an insufficient number of photons emitted by fluorophores. If less photons are detected, determining the localization of one fluorophore is less precise. This can cause a wrong reconstruction of structures or might lead to false conclusions about the distribution of molecules. One possibility to increase the number of photons is to use chemical additives which quench the triplet state of fluorophores. They ensure that the fluorophores relax into the ground state allowing them to become excited again. Different additives, described in literature as triplet quenchers, were tested. The effects of these additives on the triplet state of different fluorophores (Alexa Fluor (Al) 488, 532 und 647 und Atto655) were analyzed with fluorescence correlation spectroscopy (FCS). Cyclooctatetraene (COT) resulted in a decrease of triplet state yield of Al488, Al532 and Al647 by ~ 40-60%, yet the triplet state of Atto655 was unaffected. FCS measurements indicated that COT results in an increased number of emitted photons, but dSTORM measurements could not confirm this finding. Here, COT only revealed a positive effect on the intensity of Al647 (increase by ~ 60%). An explanation for this inconsistency with the FCS results might be the presence of the switching buffer in dSTORM measurements. The buffer is designed to cause a transition of the fluorophores to and stabilize the off-state by removing oxygen from the sample, counteracting the effect of COT. 
On addition of 5 mM potassium iodide (KI) only Al488 fluorophores showed a decreased triplet state rate (~ 80%) in FCS measurements. This finding was confirmed by dSTORM measurements with low concentrations (~ 0.5 mM) of KI which resulted in a slight intensity increase (~ 10%) of Al488. Higher KI concentration (5 mM) on the other hand showed a reversed effect, resulting in a drop in intensity by ~ 40%. 
Deuterium oxide (D2O) isn’t a triplet quencher but should minimize non-radiative processes. DSTORM measurements with Atto665 and Al647 revealed, that D2O does not affect the total number of emitted photons per fluorophore. Instead, D2O increased the amount of emitted photons per time.
In a nutshell, these results show that dSTORM measurements with Al647 can be improved using COT, and measurements with Al488 by using very low concentrations of KI. If needed, D2O can speed up dSTORM acquisition time considerably, e.g. for life cell measurements.
In addition to an insufficient number of collected photons, inappropriate photoswitching rates can induce artifacts in dSTORM measurements as well. This was shown using various biological reference structures. Especially the imaging of plasma membranes is prone to generate artifacts. Plasma membranes exhibit a lot of intrinsically three-dimensional structures with high local emitter densities. In these regions of higher fluorophore densities the likelihood of two close fluorophores emitting at the same time is increased. This in turn can result in large artificial clusters due to misinterpretation by the reconstruction software. Taken together, the performed experiments show how important it is to prove dSTORM images and minimize possibility image artifacts. Thus, raw data movies need to be examined carefully and, if necessary, measurements must be repeated with adapted imaging conditions. Since dSTORM is increasingly used for quantification and cluster analysis it is recommended to publish raw data in the Supporting information of the manuscript.
Another source of artifacts when imaging molecules with SMLM is the staining procedure. Usually antibodies are used to label biological structures for dSTORM. In the interest of resolution, small antibodies or just fragments of antibodies should be used, especially if cluster analysis is performed. Otherwise reduced resolution or an increase in cross-linking of molecules might occur. 

In the second part of this study plasma membrane ceramides were investigated. Sphingolipid ceramides regulate various cellular processes. Different stimuli initiate activation of sphingomyelinases (SMase) which synthesize ceramides at the plasma membrane. A rise in ceramide concentration leads to a condensation of them in ceramide-rich platforms (CRPs). So far, only little is known about the distribution and the size of CRPs. Here, plasma membrane ceramides of Jurkat-, U2OS-, HBME- and primary T-cells were stained with an IgG-antibody, imaged using dSTORM and their distribution quantitatively analyzed. Independent of the analyzed cell line, ~ 50% of all ceramides detected in the plasma membrane formed CRPs with a size of ~ 75 nm. On average one CRP consisted of ~ 20 ceramide molecules. Using a titration series the possibility of artificial cluster generation due to antibody staining was ruled out. Treatment of cells with Bacillus cereus sphingomyelinase (bSMase) increased the overall ceramide concentration in the plasma membrane, the number of ceramides in the CRPs as well as the quantity and the size of CRPs. This might result in a higher solubility of membrane components in CRPs which in turn could facilitate accumulation or compartmentation of certain proteins. Accumulation of ceramides in the CRPs could also enable local interaction with other molecules and possibly change the reactivity of some receptors.
To investigate plasma membrane ceramides in living cells azido-modified ceramides and copper-free click chemistry were used for labeling. Imaging was performed using confocal laser-scanning microscopy (LSM) and structured illumination microscopy. It was shown that the length of fatty acid chains and the position of the azido group of ceramide analogues play a decisive role in the magnitude of the detected signal in the plasma membrane. These results demonstrate that azido-functionalized ceramides are live-cell compatible, making them an excellent tool to follow cellular reactions. 
In this study, ceramides were not only analyzed in eukaryotic cells but in bacteria as well. Neisseria meningitidis (N. meningitidis) are gram-negative bacteria triggering sepsis or meningitis in humans. Using both immunolabeling with anti-ceramide IgG-antibodies and azido-modified ceramides, ceramides were detected for the first time in the membrane of N. meningitidis by dSTORM. Although sphingolipids were reported to exist in various bacterial membranes, studies about ceramides in N. meningitidis have not yet been published. The results obtained here suggest the presence of ceramides in N. meningitidis.
The third part of this thesis addresses the interaction between NK cells and Aspergillus fumigatus. The mold can cause invasive aspergillosis in immunocompromised patients which can lead to death. Various studies have already shown that NK cells play a crucial role in the clearance of the fungal infection. Still, the exact mechanism remains unknown. As part of this work the NK cell marker CD56 was identified as a decisive receptor in recognition of the mold. Using LSM and dSTORM measurements in combination with immunocytochemical staining an active transport of the usually homogenous distributed CD56 receptors to the interaction site of NK cells and fungus was detected. Over time CD56 proteins accumulate at these interaction sites while the signal in the rest of the membrane continuously decreases. For the first time this study was able to identify CD56 as an important recognition receptor for A. fumigatus. 
In the last project binding of anti-N-Methyl-D-aspartate (NMDA) receptor encephalitis autoantibodies were investigated in neurons. Patients with this form of encephalitis generate autoantibodies against the NR1 subunit of their own postsynaptic NMDA receptors. Since NMDA receptor encephalitis is often diagnosed too late and treatment options are limited the disease often proves to be fatal. Anti-NMDA receptor encephalitis was described quite recently, explaining why the exact mechanism remains still unknown. For this study purified antibodies from anti-NMDA receptor encephalitis patients were used to stain NMDA receptor transfected HEK cells and hippocampal mouse neurons. These samples were subsequently imaged with dSTORM and analyzed. Measurements on HEK cells confirmed that the autoantibodies bind to the NR1 subunit. Using dSTORM, the binding sites of these antibodies at the neurons were imaged for the first time with super-resolution microscopy. The receptors are densely localized in synapses and more equally distributed at lower density in extrasynaptic regions. Based on Ripley’s H function synaptic clusters with a diameter of ~ 90 nm and ~ 500 localizations were determined while the extrasynaptic smaller clusters have a median diameter of ~ 70 nm and ~ 100 localizations per cluster. These first results form the basis for further investigations on the mechanism of anti-NMDA receptor encephalitis.
KW  - Ceramide
KW  - Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Aspergillus fumigatus
KW  - NMDA
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Lokalisationsmikroskopie
KW  - dSTORM
KW  - Plasmamembran
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-145725
ER  -