TY  - THES
A1  - von Andrian-Werburg, Maximilian T. P.
T1  - Sex/Gender: A Revised Integrative Model for Sex/Gender Differences and Its Application on Media Research
T1  - Geschlecht?! Eine Revision des Integrativen Modells für Geschlechtsunterschiede und dessen medienpsychologische Anwendung
N2  - Far more women than men like to watch sad films, and far more men than women use video-based pornography. Do sex-affiliated biological-evolutionary influences cause these apparent differences, are they caused by social-cultural ones associated with gender, or do these dimensions interact? In the first step of this thesis, the Integrative Model for Sex/Gender Differences was thoroughly discussed and substantially revised. The model subsumed the current state of knowledge in psychology, which is based on wrong assumptions or outdated knowledge. In the second chapter, the Revised Integrative Model for Sex/Gender Differences yielded a theoretical guide to drive an extensive literature review for studies that used biological- evolutionary variables to predict sex/gender differences in media selection, use, and effects. In the study process, a large number of 6231 study titles and, if these appeared promising, abstracts were assessed for eligibility. In sum, only 39 studies were discovered that were attached to the topics of the revised integrative model and briefly outlined. Topics researched were as broad as exploring the potential of online dating advertisements to evaluate Sexual Strategies Theory and assess neuronal sex differences that affect video game and website use. The following chapter dealt with biopsychosocial predictor variables of pornography use, which appeared to be strongly affected by biological-evolutionary variables like the sex drive. The last empirical chapter assessed predictor variables for sad film use, which were social-culturally driven variables, such as the masculine gender role affecting the use of sad films. Men are taught that the sadness a sad film induces in them is not a socially desirable emotion to experience for them. Therefore, they like to watch sad films less in the first place. The final discussion highlighted that in line with recent acknowledgments in psychology science, human behavior can only be sufficiently explained if nature and nurture approaches for research are combined.
N2  - Weit mehr Frauen als Männer sehen sich gerne traurige Filme an, und weit mehr Männer als Frauen nutzen videobasierte Pornografie. Diese beiden offensichtlichen Geschlechtsunterschiede dienen in empirischen Beispielen in der vorliegenden Dissertation der Erforschung der Frage ob Geschlechtsunterschiede eher auf biologisch-evolutionäre Einflüsse (sex), auf soziokulturelle Einflüsse (gender), oder aber aus Interaktionen aus beiden Themengebieten zurückzuführen sind. Im ersten Schritt dieser Arbeit wurde hierzu das Integrative Modell für Geschlechtsunterschiede diskutiert und grundlegend überarbeitet. Das Modell subsumiert den vorhergehenden Wissens- stand zur Entstehungsgeschichte von Geschlechtsunterschieden in der Psychologie, welcher jedoch zu Teilen auf falschen Annahmen oder veraltetem Wissen beruht. Im zweiten Kapitel lieferte das überarbeitete Integrative Modell für Geschlechtsunterschiede einen theoretischen Leitfaden für eine umfangreiche Literaturrecherche nach Studien, die biologisch-evolutionäre Variablen zur Vorhersage von Geschlechtsunterschieden bei der Medienauswahl, -nutzung und
-wirkung verwendeten. Dabei wurde eine große Anzahl von 6231 Studientiteln und, falls die Titel vielversprechend erschienen, auch Abstracts auf ihre Eignung geprüft. Insgesamt wurden 39 Studien gefunden, die den Themen des überarbeiteten integrativen Modells zugeordnet werden konnten. Diese untersuchten breitgefächerte Themen wie die Erforschung des Inhalts von Online-Dating-Anzeigen zur Evaluation der Sexual Strategies Theory hin zur Untersuchung von neuronalen Geschlechtsunterschieden, die in Verdacht stehen die Nutzung von Videospielen und Websiten zu beeinflussen. Das darauffolgende Kapitel befasste sich mit biopsychosozialen Prädiktorvariablen von Pornografiekonsum, welcher offenbar stark von biologisch-evolutionären Variablen wie dem Sexualtrieb beeinflusst wird. Im letzten empirischen Kapitel wurden Prädiktorvariablen für die Nutzung trauriger Filme untersucht. Das Gefallen trauriger Filme wird stark von sozial-kulturellen Variablen, wie z. B. durch die männliche Geschlechterrolle, beeinflusst. Männern wird durch Erziehung beigebracht, dass die Trauer, die solch Film in ihnen auslöst, keine sozial akzeptable Emotion für sie ist. Daher sehen sie sich traurige Filme von vornherein weniger gern an. In der abschließenden Diskussion wird hervorgehoben, dass nach neueren Erkenntnissen der Psychologie menschliches Verhalten nur dann hinreichend erklärt werden kann, wenn biologisch-evolutionäre und sozial-kulturelle Forschungsansätze kombiniert werden.
N2  - Few topics have been the subject of more controversy than those encapsulated by the terms "sex" and "gender". Social-cultural and biological-evolutionary argumentation patterns frequently clash and especially the public debate appears to be stuck in a stalemate between the two competing parties.
From a psychological perspective both topics appear deeply intertwined and are not easy to be separated. This study pursues an integrative approach to better understand the roots of differences best subsumed under the term sex/gender. It will become apparent that both nature and nurture variables interact and form the complex system of human behavior and experience.
KW  - Geschlecht
KW  - Neue Medien
KW  - Pornografie
KW  - Drama
KW  - Evolutionspsychologie
KW  - Sex/Gender
KW  - Biopsychosocial
KW  - Media Research
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345669
SN  - 978-3-95826-236-2
SN  - 978-3-95826-237-9
N1  - Parallel erschienen als Druckausgabe bei Würzburg University Press, ISBN 978-3-95826-236-2, 33,80 Euro.
PB  - Würzburg University Press
CY  - Würzburg
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kern, Christian S.
A1  - Haags, Anja
A1  - Egger, Larissa
A1  - Yang, Xiaosheng
A1  - Kirschner, Hans
A1  - Wolff, Susanne
A1  - Seyller, Thomas
A1  - Gottwald, Alexander
A1  - Richter, Mathias
A1  - de Giovannini, Umberto
A1  - Rubio, Angel
A1  - Ramsey, Michael G.
A1  - Bocquet, François C.
A1  - Soubatch, Serguei
A1  - Tautz, F. Stefan
A1  - Puschnig, Peter
A1  - Moser, Simon
T1  - Simple extension of the plane-wave final state in photoemission: bringing understanding to the photon-energy dependence of two-dimensional materials
JF  - Physical Review Research
N2  - Angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) is a method that measures orbital and band structure contrast through the momentum distribution of photoelectrons. Its simplest interpretation is obtained in the plane-wave approximation, according to which photoelectrons propagate freely to the detector. The photoelectron momentum distribution is then essentially given by the Fourier transform of the real-space orbital. While the plane-wave approximation is remarkably successful in describing the momentum distributions of aromatic compounds, it generally fails to capture kinetic-energy-dependent final-state interference and dichroism effects. Focusing our present study on quasi-freestanding monolayer graphene as the archetypical two-dimensional (2D) material, we observe an exemplary E\(_{kin}\)-dependent modulation of, and a redistribution of spectral weight within, its characteristic horseshoe signature around the \(\bar {K}\) and \(\bar {K´}\) points: both effects indeed cannot be rationalized by the plane-wave final state. Our data are, however, in remarkable agreement with ab initio time-dependent density functional simulations of a freestanding graphene layer and can be explained by a simple extension of the plane-wave final state, permitting the two dipole-allowed partial waves emitted from the C 2p\(_z\) orbitals to scatter in the potential of their immediate surroundings. Exploiting the absolute photon flux calibration of the Metrology Light Source, this scattered-wave approximation allows us to extract E\(_{kin}\)-dependent amplitudes and phases of both partial waves directly from photoemission data. The scattered-wave approximation thus represents a powerful yet intuitive refinement of the plane-wave final state in photoemission of 2D materials and beyond.
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-350330
VL  - 5
IS  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
T1  - Search for Multimessenger Sources of Gravitational Waves and High-energy Neutrinos with Advanced LIGO during Its First Observing Run, ANTARES, and IceCube
JF  - The Astrophysical Journal
N2  - Astrophysical sources of gravitational waves, such as binary neutron star and black hole mergers or core-collapse supernovae, can drive relativistic outflows, giving rise to non-thermal high-energy emission. High-energy neutrinos are signatures of such outflows. The detection of gravitational waves and high-energy neutrinos from common sources could help establish the connection between the dynamics of the progenitor and the properties of the outflow. We searched for associated emission of gravitational waves and high-energy neutrinos from astrophysical transients with minimal assumptions using data from Advanced LIGO from its first observing run O1, and data from the Antares and IceCube neutrino observatories from the same time period. We focused on candidate events whose astrophysical origins could not be determined from a single messenger. We found no significant coincident candidate, which we used to constrain the rate density of astrophysical sources dependent on their gravitational-wave and neutrino emission processes.
KW  - gravitational waves
KW  - neutrinos
KW  - Electromagnetic signals
KW  - Events GW150914
KW  - ray
KW  - emission
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-360189
VL  - 870
IS  - 2
PB  - The American Astronomical Society
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schade, A.
A1  - Bader, A.
A1  - Huber, T.
A1  - Kuhn, S.
A1  - Czyszanowski, T.
A1  - Pfenning, A.
A1  - Rygała, M.
A1  - Smołka, T.
A1  - Motyka, M.
A1  - Sęk, G.
A1  - Hartmann, F.
A1  - Höfling, S.
T1  - Monolithic high contrast grating on GaSb/AlAsSb based epitaxial structures for mid-infrared wavelength applications
JF  - Optics Express
N2  - We demonstrate monolithic high contrast gratings (MHCG) based on GaSb/AlAs0.08Sb0.92 epitaxial structures with sub-wavelength gratings enabling high reflection of unpolarized mid-infrared radiation at the wavelength range from 2.5 to 5 µm. We study the reflectivity wavelength dependence of MHCGs with ridge widths ranging from 220 to 984 nm and fixed 2.6 µm grating period and demonstrate that peak reflectivity of above 0.7 can be shifted from 3.0 to 4.3 µm for ridge widths from 220 to 984 nm, respectively. Maximum reflectivity of up to 0.9 at 4 µm can be achieved. The experiments are in good agreement with numerical simulations, confirming high process flexibility in terms of peak reflectivity and wavelength selection. MHCGs have hitherto been regarded as mirrors enabling high reflection of selected light polarization. With this work, we show that thoughtfully designed MHCG yields high reflectivity for both orthogonal polarizations simultaneously. Our experiment demonstrates that MHCGs are promising candidates to replace conventional mirrors like distributed Bragg reflectors to realize resonator based optical and optoelectronic devices such as resonant cavity enhanced light emitting diodes and resonant cavity enhanced photodetectors in the mid-infrared spectral region, for which epitaxial growth of distributed Bragg reflectors is challenging.
KW  - monolithic grating
KW  - high contrast
KW  - mid-infrared wavelength applications
KW  - epitaxial structures
KW  - GaSb/AlAsSb
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-350346
VL  - 31
IS  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schürger, Peter
A1  - Engel, Volker
T1  - On the relation between nodal structures in quantum wave functions and particle correlation
JF  - AIP Advances
N2  - We study the influence of nodal structures in two-dimensional quantum mechanical densities on wave packet entanglement. This is motivated by our recent study [Entropy, 25, 970 (2023)], which showed that the mutual information derived from the momentum-space probability density of a coupled two-particle system exhibits an unusual time dependence, which is not encountered if the position-space density is employed in the calculation. In studying a model density, here, we identify cases where the mutual information increases with the number of nodes in the wave function and approaches a finite value, whereas in this limit, the linear correlation vanishes. The results of the analytical model are then applied to interpret the correlation measures for coupled electron-nuclear dynamics, which are treated by numerically solving the time-dependent Schrödinger equation.
KW  - nodal structures
KW  - information theory entropy
KW  - particle correlations
KW  - time-dependent Schrodinger equation
KW  - covariance and correlation
KW  - quantum wave functions
KW  - Schroedinger equation
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-350361
VL  - 13
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Willems, Suzanne
A1  - Detta, Elena
A1  - Baldini, Lorenzo
A1  - Tietz, Deniz
A1  - Trabocchi, Andrea
A1  - Brunschweiger, Andreas
T1  - Diversifying DNA-tagged amines by isocyanide multicomponent reactions for DNA-encoded library synthesis
JF  - ACS Omega
N2  - In DNA-encoded library synthesis, amine-substituted building blocks are prevalent. We explored isocyanide multicomponent reactions to diversify DNA-tagged amines and reported the Ugi-azide reaction with high yields and a good substrate scope. In addition, the Ugi-aza-Wittig reaction and the Ugi-4-center-3-component reaction, which used bifunctional carboxylic acids to provide lactams, were explored. Five-, six-, and seven-membered lactams were synthesized from solid support-coupled DNA-tagged amines and bifunctional building blocks, providing access to structurally diverse scaffolds.
KW  - DNA-tagged amines
KW  - DNA-encoded library synthesis
KW  - isocyanide multicomponent reactions
KW  - Ugi-azide reaction
KW  - lactams
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-349809
SN  - 2470-1343
VL  - 9
IS  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Schmidt, Sebastian
A1  - Holzgrabe, Ulrike
T1  - Do the enantiomers of ketamine bind enantioselectively to human serum albumin?
JF  - European Journal of Pharmaceutical Sciences
N2  - The binding of drugs to plasma proteins is an important process in the human body and has a significant influence on pharmacokinetic parameter. Human serum albumin (HSA) has the most important function as a transporter protein. The binding of ketamine to HSA has already been described in literature, but only of the racemate. The enantiomerically pure S-ketamine is used as injection solution for induction of anesthesia and has been approved by the Food and Drug Administration for the therapy of severe depression as a nasal spray in 2019. The question arises if there is enantioselective binding to HSA. Hence, the aim of this study was to investigate whether there is enantioselective binding of S-and R-ketamine to HSA or not. Ultrafiltration (UF) followed by chiral capillary electrophoretic analysis was used to determine the extent of protein binding. Bound fraction to HSA was 71.2 % and 64.9 % for enantiomerically pure R- and S-ketamine, respectively, and 66.5 % for the racemate. Detailed binding properties were studied by Saturation Transfer Difference (STD)-, waterLOGSY- and Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)-NMR spectroscopy. With all three methods, the aromatic ring and the N-methyl group could be identified as the structural moieties most strongly involved in binding of ketamine to HSA. pK\(_{aff}\) values determined using UF and NMR indicate that ketamine is a weak affinity ligand to HSA and no significant differences in binding behavior were found between the individual enantiomers and the racemate.
KW  - protein binding
KW  - albumin
KW  - electrophoresis
KW  - nuclear magnetic resonance spectroscopy
KW  - ultrafiltration
KW  - enantioselectivity
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-349791
VL  - 192
ER  - 
TY  - THES
A1  - Adhikari, Bikash
T1  - Targeted degradation of Myc-interacting oncoproteins
T1  - Gezielte Degradation von mit Myc interagierenden Onkoproteinen
N2  - The hallmark oncoprotein Myc is a major driver of tumorigenesis in various human cancer entities. However, Myc’s structural features make it challenging to develop small molecules against it. A promising strategy to indirectly inhibit the function of Myc is by targeting its interactors. Many Myc-interacting proteins have reported scaffolding functions which are difficult to target using conventional occupancy- driven inhibitors. Thus, in this thesis, the proteolysis targeting chimera (PROTAC) approach was used to target two oncoproteins interacting with Myc which promote the oncogenicity of Myc, Aurora-A and WDR5. PROTACs are bifunctional small molecules that bind to the target protein with one ligand and recruit a cellular E3- ligase with the other ligand to induce target degradation via the ubiquitin- proteasome system. So far, the most widely used E3-ligases for PROTAC development are Cereblon (CRBN) and von Hippel–Lindau tumor suppressor (VHL). Furthermore, there are cases of incompatibility between some E3-ligases and proteins to bring about degradation. Hence there is a need to explore new E3- ligases and a demand for a tool to predict degradative E3-ligases for the target protein in the PROTAC field.

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

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

In the last part, a rapamycin-based assay was developed to predict the degradative E3-ligase for a target. The assay was validated using the WDR5/VHL and Aurora- A/CRBN pairs. The result that WDR5 is degraded by VHL but not CRBN and Aurora-A is degraded by CRBN, matches observations made with PROTACs. This technique will be used in the future to find effective tissue-specific and essential E3-ligases for targeted degradation of oncoproteins using PROTACs.
Collectively, the work presented here provides a strategy to improve PROTAC development and a starting point for developing Aurora-A and WDR5 PROTACs for cancer therapy.
N2  - Das Onkoprotein Myc ist ein wichtiger Faktor bei der Tumorentstehung in verschiedenen menschlichen Krebsarten. Die strukturellen Merkmale von Myc machen es jedoch schwierig, kleine Moleküle gegen dieses Protein zu entwickeln. Eine vielversprechende Strategie zur indirekten Hemmung der Funktion von Myc besteht darin, auf seine Interaktoren abzuzielen. Viele Proteine, die mit Myc interagieren, haben Gerüstfunktionen, die mit herkömmlichen Inhibitoren nur schwer zu hemmen sind. Daher wurde in dieser Arbeit der PROTAC-Ansatz (Proteolysis Targeting Chimera) verwendet, um zwei Onkoproteine, die mit Myc interagieren und die Onkogenität von Myc fördern, ins Visier zu nehmen: Aurora-A und WDR5. PROTACs sind bifunktionale kleine Moleküle, die mit einem Liganden an das Zielprotein binden und mit dem anderen Liganden eine zelluläre E3-Ligase rekrutieren, um den Abbau des Zielproteins über das Ubiquitin-Proteasom-System einzuleiten. Die bisher am häufigsten verwendeten E3-Ligasen für die Entwicklung von PROTACs sind Cereblon (CRBN) und der von Hippel-Lindau-Tumorsuppressor (VHL). Außerdem gibt es Fälle von Inkompatibilität zwischen einigen E3-Ligasen und Proteinen, die abgebaut werden sollen. Daher besteht die Notwendigkeit, neue E3-Ligasen zu erforschen und Werkzeuge zur Vorhersage abbauender E3-Ligasen für das Zielprotein zu entwickeln.
Im ersten Teil wurde ein hochspezifischer Degrader der mitotischen Kinase Aurora-A, JB170, entwickelt. Bei dieser Verbindung wurde der Aurora-A-Inhibitor Alisertib als Zielligand und Thalidomid als Binder für die E3-Ligase CRBN verwendet. Die Spezifität von JB170 und die ternäre Komplexbildung wurden durch die Wechselwirkungen zwischen Aurora-A und CRBN unterstützt. Der durch PROTAC vermittelte Abbau von Aurora-A führte zu einem deutlichen Defekt in der S-Phase und nicht zu einem mitotischen Stillstand, wie es für dessen katalytische Hemmung beobachtet wurde. Dies zeigt, dass Aurora-A eine nicht-katalytische Funktion in der S-Phase hat. Außerdem führte der Abbau von Aurora-A in verschiedenen Krebszelllinien zur Apoptose.
Im zweiten Teil wurden zwei verschiedene Serien von WDR5 PROTACs auf der Grundlage von zwei Protein-Protein-Inhibitoren von WDR5 untersucht. Die effizientesten Degrader aus beiden Serien rekrutierten VHL als E3-Ligase und zeigten einen teilweisen Abbau von WDR5. Darüber hinaus wurde die Abbaueffizienz der PROTACs erheblich von der Art und Länge des Linkers beeinflusst, was die Bedeutung der Linkerlänge und -zusammensetzung bei der Entwicklung von PROTACs unterstreicht. Die Abbauprodukte zeigten bestenfalls bescheidene Proliferationsdefekte in Krebszelllinien. Eine Überexpression von VHL erhöhte jedoch die Abbaueffizienz und den antiproliferativen Effekt der PROTACs.
Im letzten Teil wurde ein auf Rapamycin basierender Assay entwickelt, um die abbauende E3-Ligase für ein Target vorherzusagen. Der Assay wurde anhand der Paare WDR5/VHL und Aurora-A/CRBN validiert. Das Ergebnis, dass WDR5 von VHL, aber nicht von CRBN abgebaut wird und Aurora-A von CRBN abgebaut wird, stimmt mit den Beobachtungen überein, die mit PROTACs gemacht wurden. Diese Technik wird in Zukunft eingesetzt werden, um wirksame gewebespezifische und essentielle E3-Ligasen für den gezielten Abbau von Onkoproteinen mit Hilfe von PROTACs zu finden.
Insgesamt bieten die hier vorgestellten Arbeiten eine Strategie zur Verbesserung der PROTAC-Entwicklung und einen Ausgangspunkt für die Entwicklung von Aurora-A- und WDR5-PROTACs für die Krebstherapie.
KW  - Degradation
KW  - PROTACs
KW  - Oncoprotein
KW  - Cancer
KW  - Onkoprotein
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317326
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dekant, Raphael H.
T1  - Species-differences in the \(in\) \(vitro\) biotransformation of trifluoroethene (HFO-1123)
T1  - Speziesunterschiede in der \(in\) \(vitro\) Biotransformation von Trifluorethen (HFO-1123)
N2  - 1,1,2-trifluoroethene (HFO-1123) is intended for use as a refrigerant. Inhalation studies on HFO-1123 in rats suggested a low potential for toxicity, with no-observed-adverse-effect levels greater then 20,000 ppm. However, single inhalation exposure of Goettingen Minipigs  and New Zealand White Rabbits resulted in mortality. It was assumed that conjugation of HFO-1123 with glutathione, via glutathione S-transferase, gives rise to S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-glutathione (1123-GSH), which is then transformed to the corresponding cysteine S-conjugate (S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-cysteine, 1123-CYS). Subsequent beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS may result in monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase. Species-differences in 1123-GSH formation and 1123-CYS cleavage to MFA may explain species-differences in HFO-1123 toxicity.
This study was designed to test the hypothesis, that GSH-dependent biotransformation and subsequent beta-lyase mediated formation of monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase in the citric acid cycle, may play a key role in HFO-1123 toxicity and to evaluate if species-differences in the extent of MFA formation may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. The overall objective was to determine species-differences in HFO-1123 biotransformation in susceptible vs. less susceptible species and humans as a basis for human risk assessment.
To this end, in vitro biotransformation of HFO-1123 and 1123-CYS was investigated in renal and hepatic subcellular fractions of mice, rats, humans, Goettingen Minipigs and NZW Rabbits. Furthermore, cytotoxicity and metabolism of 1123-CYS was assessed in cultured renal epithelial cells. Enzyme kinetic parameters for beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS in renal and hepatic cytosolic fractions were determined, and 19F-NMR was used to identify fluorine containing metabolites arising from 1123-CYS cleavage. Quantification of 1123-GSH formation in hepatic S9 fractions after incubation with HFO-1123 was performed by LC-MS/MS and hepatic metabolism of HFO-1123 was monitored by 19F-NMR.
Rates of 1123-GSH formation were increased in rat, mouse and NZW Rabbit compared to human and Goettingen hepatic S9, indicating increased GSH dependent biotransformation in rats, mouse and NZW Rabbits. NZW Rabbit hepatic S9 exhibited increased 1123-GSH formation in the presence compared to the absence of acivicin, a specific gamma-GT inhibitor. This indicates increased gamma-GT mediated cleavage of 1123-GSH in NZW Rabbit hepatic S9 compared to the other species. 19F-NMR confirmed formation of 1123-GSH as the main metabolite of GSH mediated biotransformation of HFO-1123 in hepatic S9 fractions next to F-. Increased F- formation was detected in NZW Rabbit and Goettingen Minipig hepatic S9 in the presence of an NADPH regenerating system, indicating a higher rate of CYP-450 mediated metabolism in these species. Based on these findings, it is possible that CYP-450 mediated metabolism may contribute to HFO-1123 toxicity.
In contrast to the increased formation of 1123-GSH in rat, mouse and NZW Rabbit hepatic S9 (compared to human and Goettingen Minipig), enzyme kinetic studies revealed a significantly higher beta-lyase activity towards 1123-CYS in renal cytosol of Goettingen Minipigs compared to cytosol from rats, mice, humans and NZW Rabbits. However, beta-lyase cleavage in renal NZW Rabbit cytosol was slightly increased compared to rat, mouse and human renal cytosols. 19F-NMR analysis confirmed increased time-dependent formation of MFA in renal Goettingen Minipig cytosol and NZW Rabbit (compared to human and rat cytosolic fractions). Three structurally not defined MFA-derivatives were detected exclusively in NZW Rabbit and Goettingen Minipig cytosols. Also, porcine kidney cells were more sensitive to cytotoxicity of 1123-CYS compared to rat and human kidney cells. 
Overall, increased beta-lyase mediate cleavage of 1123-CYS to MFA in Goettingen Minipig and NZW Rabbit kidney (compared to human and rat) may support the hypothesis that enzymatic cleavage by beta-lyases may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. However, the extent of GST mediated biotransformation in the liver as the initial step in HFO-1123 metabolism does not fully agree with this hypothesis, since 1123-GSH formation occurs at higher rates in rat, mouse and NZW Rabbit S9 as compared to the Goettingen Minipig.
Based on the inconsistencies between the extent of GST and beta-lyase mediated biotransformation of HFO-1123 obtained by this study, a decisive statement about an increased biotransformation of HFO-1123 in susceptible species with a direct linkage to the species-specific toxicity cannot be drawn. Resulting from this, a clear and reliable conclusion regarding the risk for human health originating from HFO-1123 cannot be made. However, considering the death of Goettingen Minipigs and NZW Rabbits after inhalation exposure of HFO-1123 at concentrations great than 500 ppm and greater than 1250 ppm, respectively, this indicates a health concern for humans under peak exposure conditions. For a successful registration of HFO-1123 and its use as a refrigerant, further in vitro and in vivo investigations addressing uncertainties in the species-specific toxicity of HFO-1123 are urgently needed.
N2  - 1,1,2-Trifluorethen (HFO-1123) besitzt hervorragende klimatische und thermische Eigenschaften für den Einsatz als Kühlmittel. In Inhalationsstudien an Ratten, Kaninchen und Schweinen, die im Rahmen der regulatorischen Toxizitätsprüfung durchgeführt wurden, konnten ausgeprägte Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 nachgewiesen werden. In Ratten zeigte HFO-1123 ein geringes Potential für akute und chronische Toxizität, mit NOAELs („No-Observed-Adverse-Effect Level“) größer als 20.000 ppm. Im Gegensatz dazu führte die einmalige HFO-1123 Exposition von Goettingen Minischweinen und Weißen Neuseeländer Kaninchen zum Tod von Versuchstieren. Bereits die niedrigste verwendete Raumkonzentrationen von 65 ppm führten bei Goettingen Minischweinen zu ausgeprägter Toxizität (Kardiotoxizität, Neurotoxizität). Auf Grundlage der inhalativen Toxizität, sowie detaillierter Kenntnis der Biotransformation strukturverwandten Substanzen wurde vermutet, dass Speziesunterschiede in der Toxizität auf einer speziesspezifischen Biotransformation von HFO-1123 beruhen. Der erste Schritt in der vermuteten Bioaktivierung von HFO-1123 könnte demnach eine Glutathion S-transferase abhänge Konjugation mit Glutathion beinhalten und zur Bildung von S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Glutathion (1123-GSH) führen. Das gebildete Glutathion-Konjugat könnte gamma-Glutamyltransferase, sowie Dipeptidase und Aminotransferase abhängig zu seinem korrespondierenden Cystein S-Konjugat, S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Cysteine (1123-CYS) abgebaut werden. Wie andere Cystein S-Konjugate mit elektronegativen Substituenten am Schwefelatom, könnte dieses mittels Cysteinkonjugat-beta-Lyasen (beta-Lyasen) zu einem Thionoacylfluorid- Intermediat umgewandelt werden. Nach Hydrolyse entsteht voraussichtlich Monofluoressigsäure (MFA) als stabiler Metabolit. MFA greift in den Zitronensäurezyklus ein, indem das Enzym Aconitase irreversible gehemmt wird. Die Hemmung der Aconitase führt zu einem Abbruch des Zitronensäurezyklus und somit zu einem erheblichen Eingriff in die Energiegewinnung des Organismus. Speziesunterschiede in der Bildung von 1123-GSH sowie der Spaltung von 1123-CYS zu MFA könnten die speziespezifische Toxizität von HFO-1123 erklären.
Ziel dieser Arbeit war es die im vorherigen Absatz aufgestellte Arbeitshypothese, einer Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123, gefolgt von einer beta-Lyase vermittelten Bildung von MFA zu überprüfen um deren Beitrag in der speziesspezifischen Toxizität von HFO-1123 einzuschätzen. Unterschiede im Ausmaß der Bildung von MFA könnten ursächlich für die Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 sein. Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen als Grundlage für die Risikobewertung von HFO-1123 im Menschen dienen.
Im Rahmen dieser Arbeit, wurde die in vitro Biotransformation von HFO-1123 und 1123-CYS in subzellulären Fraktionen von Leber und Niere der Spezies Ratte, Maus, Goettingen Minischwein, Kaninchen und Mensch untersucht. Zusätzlich wurde die Zytotoxizität und der Metabolismus von 1123-CYS in Nierenepithelzellen überprüft. Die Bildung von 1123-GSH wurde mittel LC-MS/MS in hepatischen S9 Fraktionen quantitativ bestimmt und die Entstehung weiterer Metabolite mittels 19F-NMR analysiert. Weiterhin wurde die Enzymkinetik der beta-Lyase vermittelten Spaltung von 1123-CYS in cytosolischen Leberfraktionen bestimmt und fluorhaltige Metabolite dieser Spaltung mittels 19F-NMR aufgezeichnet.
In Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und WN Kaninchen wurde eine gesteigerte Bildung von 1123-GSH im Vergleich zu S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen beobachtet. Dies deutet auf eine gesteigerte Glutathion-abhängige Biotransformation in Ratten, Mäusen und WN Kaninchen hin. Zusätzlich zeigten Leber S9 Fraktionen von WN Kaninchen eine erhöhte Bildung von 1123-GSH in Anwesenheit von Acivicin, einem spezifischen gamma-GT Inhibitor. Dies deutet auf eine gesteigerte gamma-GT abhängige Spaltung von 1123-GSH in hepatischen S9 Fraktionen von WN Kaninchen hin. Zusätzlich bestätigten 19F-NMR Untersuchungen - neben anorganischem Fluorid (F-) - 1123-GSH als Hauptmetaboliten der Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123. Die erhöhte Bildung von F- in Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen in Anwesenheit eines NADPH regenerierenden Systems, deutet weiterhin auf eine gesteigerte CYP-450 vermittelte Biotransformation in diesen Spezies hin. Jedoch ist der Beitrag der CYP-450 vermittelten Biotransformation von HFO-1123 zur speziesspezifischen Toxizität nicht geklärt.
Im Gegensatz zur gesteigerten Bildung von 1123-GSH in Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und Kaninchen (verglichen mit Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen), wurde in enzymkinetischen Untersuchungen eine erhöhte beta-Lyase Aktivität gegenüber 1123-CYS in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Ratten, Mäusen, Menschen und WN Kaninchen beobachtet. Trotz der niedrigeren beta-Lyase Aktivität in WN Kaninchen (verglichen mit Goettingen Minischwein), zeigte diese zytosolische Fraktion eine leicht erhöhte Aktivität im Vergleich zu Nierenzytosol von Ratten, Mäusen und Menschen. Im Einklang damit wurde eine erhöhte Bildung von MFA in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen (im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Menschen und Ratten) mittels 19F-NMR beobachtet. Interessanterweise wurde ausschließlich im Zytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Bildung von drei strukturell nicht charakterisierten MFA-Derivaten nachgewiesen. Unterstützt wird die erhöhte beta-Lyase Aktivität in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen durch eine erhöhte Zytotoxizität von 1123-CYS in Nierenepithelzellen von Schweinen (Verglichen mit humanen und Ratten Nierenzellen).
Grundsätzlich bestätigt die erhöhte beta-Lyase abhängige Spaltung von 1123-CYS zu MFA in Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Annahme, dass eine beta-Lyase vermittelte Spaltung von 1123-CYS einen wichtigen Beitrag zur Toxizität von HFO-1123 leistet. Jedoch steht dem eine verminderte GST vermittelte Bildung von 1123-GSH in Goettingen Minischwein Leber S9 Fraktionen im Vergleich zu Ratten, Maus und WN Kaninchen entgegen.
Auf Basis der bisher erhobenen Daten ist der Beitrag der Glutathion-abhängigen und beta-Lyase vermittelten Biotransformation zur Toxizität von HFO-1123 nicht abschließend geklärt und lässt eine eindeutige Aussage über eine vermehrte Biotransformation von HFO-1123 zu toxischen Metaboliten in empfindlichen Spezies im Zusammenhang mit der speziesspezifischen Toxizität nicht zu. Diese Unsicherheiten lassen keine Rückschlüsse über das Ausmaß der Biotransformation und Toxizität im Menschen zu. Für die Registrierung von HFO-1123 und seiner zukünftigen Verwendung als Kühlmittel sind weiter in vitro und in vivo Untersuchungen nötig, um die Sicherheit bei der Verwendung von HFO-1123 für die menschliche Gesundheit zu gewährleisten.
KW  - Biotransformation
KW  - Risikoanalyse
KW  - 19F-NMR
KW  - LC-MS/MS
KW  - Mercapturic acid pathway
KW  - Trifluoroethene
KW  - HFO-1123
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-314035
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tessmer, Ingrid
A1  - Margison, Geoffrey P.
T1  - The DNA alkyltransferase family of DNA repair proteins: common mechanisms, diverse functions
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - DNA alkyltransferase and alkyltransferase-like family proteins are responsible for the repair of highly mutagenic and cytotoxic O\(^6\)-alkylguanine and O\(^4\)-alkylthymine bases in DNA. Their mechanism involves binding to the damaged DNA and flipping the base out of the DNA helix into the active site pocket in the protein. Alkyltransferases then directly and irreversibly transfer the alkyl group from the base to the active site cysteine residue. In contrast, alkyltransferase-like proteins recruit nucleotide excision repair components for O\(^6\)-alkylguanine elimination. One or more of these proteins are found in all kingdoms of life, and where this has been determined, their overall DNA repair mechanism is strictly conserved between organisms. Nevertheless, between species, subtle as well as more extensive differences that affect target lesion preferences and/or introduce additional protein functions have evolved. Examining these differences and their functional consequences is intricately entwined with understanding the details of their DNA repair mechanism(s) and their biological roles. In this review, we will present and discuss various aspects of the current status of knowledge on this intriguing protein family.
KW  - DNA repair
KW  - O6-alkylguanine-DNA alkyltransferase
KW  - alkylation damage
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-355790
SN  - 1422-0067
VL  - 25
IS  - 1
ER  -