Podcasts about sekretion

Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp erläutern die Definition von Hormonen, deren strukturelle Einteilung und erläutern den Begriff der endokrinen Sekretion. Dabei werden zunächst die Hormone des Hypothalamus und der Hypophyse thematisiert.

Cronobacter sakazakii ist ein ubiquitäres Gram-negatives Stäbchenbakterium, das neben anderen Lebensmitteln vor allem in Milchpulver vorkommt und insbesondere bei Neonaten zu nekrotisierender Enterocolitis (NEC), Bakteriämie und Meningitis führen kann. Trotz der umfangreichen Forschung der letzten Jahre ist nach wie vor wenig über die Pathogenese von Cronobacter spp. sowie potentielle Virulenzfaktoren bekannt. Um neue Erkenntnisse über Pathogenitätsmechanismen von C. sakazakii zu erhalten, wurden in dieser Arbeit 28 Transposoninsertionsmutanten des klinischen Isolats C. sakazakii ES5 in drei unterschiedlichen Zelllinien auf ihre Fähigkeit an die eukaryotischen Zellen zu adhärieren, in sie einzudringen und in ihnen zu proliferieren, untersucht. Die inaktivierten Gene dieser Mutanten codieren für Proteine des Energiestoffwechsels, der Zellwand und des Biofilms, der Motilität der Bakterien und der Carotinoidbiosynthese. Angelehnt an den in vivo Infektionsweg von C. sakazakii - orale Infektion des Organismus, primäre lokale Infektion im Darm, systemische Infektion über die Invasion in Makrophagen und schließlich das Überschreiten der Blut-Hirn-Schranke und die Infektion des Gehirns - wurden für die Studie Caco-2 Darmepithelzellen, RAW-264.7 Makrophagen-Zellen sowie HBMEC Hirnendothelzellen ausgewählt. Beim Screening aller drei Zelllinien konnte festgestellt werden, dass die Flagellenstruktur betreffende Mutationen bei C. sakazakii ES5 zu fast 100%iger Attenuation der Invasion der Wirtszellen führen. Dies lässt auf die Bedeutung der Flagellen als Pathogenitätsfaktor schließen. Bedingt sein könnte die Attenuierung durch die verminderte Motilität der Bakterien, durch die instabile Interaktion von Flagellen mit den eukaryotischen Zellen selbst oder möglicherweise durch die fehlende Sekretion von Virulenzfaktoren durch das Typ-III-Flagellen-Sekretionssystem. Weiterführende Untersuchungen zu der Motilität der Transposoninsertionsmutanten zeigten, dass die Flagellenfunktion bei C. sakazakii ES5 durch Suppression reguliert zu sein scheint, da die bei C. sakazakii ES5 vorhandene Hemmung des Flagellen-vermittelten Swimmings im Weichagar z.B. unter Zugabe von steril filtriertem Überstand einer C. sakazakii ES5-Kultur wieder aufgehoben werden konnte. Des Weiteren fielen zwei Mutanten mit verminderter Serumresistenz durch reduzierte Virulenz auf, sowie eine Mutante, deren unterbrochenes Gen für einen putativen Reifungsfaktor der 30S-Untereinheit der Ribosomen codiert. Bei diesen drei Mutanten könnten die inaktivierten Gene für potentielle Virulenzfaktoren codieren und sollten näher untersucht werden. Transposonmutanten aus der orthologen Gruppe für Energiestoffwechsel zeigten ebenfalls eine verminderte Invasion. Diese Stämme hatten bei der biochemischen Charakterisierung der Metabolisierung definierter Kohlenstoffquellen bei den Aminosäuren und den Zwischenprodukten des Intermediärstoffwechsels ein vom Wildtyp ES5 abweichendes Metabolisierungsmuster. Die Unterbrechungen im Citratzyklus führten z.B. zur schwächeren Verstoffwechselung von L-Glutamat, dafür wurde L-Asparagin besser als Substrat verwertet. Somit konnte die Fähigkeit zur Anpassung durch Umstellung des Metabolismus bei C. sakazakii ES5 bestätigt werden. Weiterhin ergab der Vergleich des Kohlenstoff-Metabolismus von Cronobacter spp. mit dem von Salmonella enterica sv. Typhimurium einige interessante Unterschiede: C. sakazakii konnte im Gegensatz zu S. Typhimurium eine Vielzahl in der Umwelt vorkommender C-Quellen zur Energiegewinnung nutzen, was darauf schließen lässt, dass das ubiquitäre Bakterium Cronobacter spp. ursprünglich mit Pflanzen assoziiert war. Glucose-6-Phosphat, ein wichtiges Stoffwechselzwischenprodukt, das bei pathogenen Enterobacteriaceae neben Glucose und Mannose intrazellulär als die bevorzugte Kohlenstoffquelle gilt, wurde von C. sakazakii dagegen in vitro nicht metabolisiert. Es bleibt zu klären, ob C. sakazakii in der Lage ist, intrazellulär seinen Stoffwechsel umzustellen und Glucose-6-Phosphat als C-Quelle zu nutzen. C. sakazakii ist ein gelb pigmentiertes Bakterium und synthetisiert die Pigmente über Carotinoid-Biosynthese. In den Infektionsversuchen zeigte sich, dass pigmentlose Mutanten in der Invasion von RAW-264.7-Zellen attenuiert sind. In diesem Zusammenhang konnte auch festgestellt werden, dass bei der de novo Carotinoid-Synthese das CrtY-Protein (Lycopin-ß-Cyclase) die ß-Cyclisierung von Lycopin zu ß-Carotin ausführt. Nach Komplementierung der crtY-Mutante zeigte sich erneut die wildtypische gelbe Pigmentierung der Bakterienkolonien von C. sakazakii ES5crtY::Tn5/pUC19-crtY, anstatt der pinken Koloniefärbung der Mutante. Die Reduzierung der Invasion in HBMEC-Zellen um mehr als 30% konnte durch die Komplementation des crtY-Gens aufgehoben werden: die konstitutive Expression des Gens führte zu einem Invasionswert von 122% des Wildtyps. Im Rahmen dieser Arbeit konnten durch Infektionsexperimente in drei Zelllinien der Infektionsweg von C. sakazakii ES5 nachgestellt, neue potentielle Virulenz-assoziierte Faktoren identifiziert und die Fähigkeit der spezifischen Anpassung an das intrazelluläre Milieu als ein wichtiges Pathogenitätsmerkmal bestätigt werden.

Die Plasmamembran lebender Zellen stellt die Hauptbarriere für alle Arten von extrazellulären Signalen dar. Viele davon werden ins Innere der Zelle weitergeleitet, hier lösen sie im Kern transkiptionelle Veränderungen und damit die Anpassung der Zelle auf Proteinebene aus. Andere wiederum werden direkt erkannt und in unmittelbare molekulare Antworten umgewandelt, wie zum Beispiel die Sekretion von gespeicherten Stoffen oder Konformations-änderungen von Proteinen. Besonders in Pflanzen, welche durch ihre sesshafte Lebensweise auf die rechtzeitige und spezifische Erkennung von Umweltveränderungen angewiesen sind, hat sich ein höchst diverses Rezeptorsystem entwickelt. In der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, der in dieser Arbeit verwendeten Modellpflanze, wurden 610 verschiedene Rezeptorproteine identifiziert, welche wiederum von zahlreichen interagierenden, und bis jetzt weitestgehend unerforschten Proteinen reguliert werden. Als entscheidendes Prinzip, dieses Aufgebot an membran-gebundenen Komponenten von Signalkaskaden zu organisieren, gilt inzwischen die zeitliche und lokale Kompartimentierung der Plasmamembran. Durch Akkumulation relevanter Bestandteile von biologischen Prozessen in sogenannten Membrandomänen werden kurze Reaktionszeiten und die unmittelbare Signalweiterleitung garantiert. Besonders wichtig bei solchen Prozessen sind sogenannte Gerüstproteine, welche als Adaptoren zwischen anderen Komponenten fungieren. In dieser Arbeit wurden Remorine, eine Familie pflanzenspezifische Proteinen ohne bisher definierte Funktion, aufgrund ihrer Eigenschaft Membrandomänen zu markieren und ihrer mutmaßlichen Beteiligung an Pflanzen-Pathogen-Interaktionen, genauer untersucht. Eine systematische Expression von Remorinen als Fluorophor-Fusionen mit anschließender hochauflösender mikroskopischer und quantitativer Untersuchung offenbarte, dass die meisten Remorine sich in deutlich unterschiedlichen Mustern an der Membran verteilen. Untersucht wurden dabei Parameter wie die Größe der erkennbaren Domänen, die Form, die Helligkeit, aus welcher auf die Proteinkonzentration rückgeschlossen werden kann, sowie die Domänendichte an der Membran. Diese Ergebnisse wurden von Kolokalisationsanalysen unterstützt, welche die Lokalisation in unterschiedlichen, koexistierenden Membrankompartimenten erkennen ließen. Ferner wurden die Eigenschaften der von Remorinen markierten Membrandomänen, wie zum Beispiel der Austausch an Proteinen mit der umgebenden Membran, sowie lokale und zeitliche Dynamik und Stabilität untersucht. Dabei konnte eine hohe Fluktuation einzelner Proteine zwischen Domäne und umliegender Membran, jedoch eine klare laterale Immobilität der gesamten Domäne nachgewiesen werden. Zusätzlich zeichneten sich die untersuchten Domänen teilweise durch eine außerordentlich große zeitliche Stabilität aus, andere wiederum scheinen abhängig von bestimmten Stimuli zu entstehen. Weitergehende Arbeiten dienten der Identifizierung der Funktion einzelner Bereiche der Proteine. Hierbei konnte die entscheidende Rolle des äußersten C-terminalen Bereichs, des so- genannten RemCAs (Perraki et al., 2012; Konrad et al., 2014) als Membrananker bestätigt werden. Zusätzlich wurden mit Hilfe eines Hefe-2-Hybrid Ansatzes zahlreiche neue Interaktoren für eine Auswahl von Remorinen identifiziert. Dabei wurde ein essentieller Rezeptor der basalen Immunantwort, BAK1 als Interaktor für Remorin 6.4 gefunden. Zuletzt wurden einige wenige Remorine mit Hilfe von Mutantenlinien in einer genetischen Studie phänotypischen Analysen bezüglich ihrer Funktion bei Pflanzen-Pathogen Interaktionen unterzogen. Remorin 6.4 spielt hiernach eine Rolle bei der Immunantwort nach Befall mit virulenten Bakterien. Die grundlegende Erkenntnis, dass in lebenden Zellen zahlreiche klar unterscheidbare Arten an Membrandomänen koexistieren, ist ein Meilenstein auf dem Weg zur Anerkennung einer neuen Vorstellung vom Aufbau der Zytoplasmamembran. Diese wird häufig noch als undifferenzierte zweidimensionale Flüssigkeit beschrieben, in welcher stellenweise sogenannte Lipidflöße, festere Strukturen aus Cholesterin und Sphingolipiden, die auch bestimmte Proteine beherbergen können, auftreten. Anhand der in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse, sowie ähnlicher Studien in Hefe lässt sich nun folgendes Bild zeichnen: Es ist davon auszugehen, dass unterschiedliche Proteine, welche im selben biologischen Prozess involviert sind, in unmittelbarer Nachbarschaft oder sogar im selben Proteinkomplex in der Membran organisiert sind. Die Lipidzusammensetzung in der unmittelbaren Umgebung wird von diesen Proteinen bestimmt, bietet jedoch auch die Grundlage für die Bildung der Domäne, indem sie die Lokalisation der Komponenten in diesem Bereich fördert. Die zahlreichen an der Zellmembran gleichzeitig ablaufenden, unterschiedlichen Prozesse erfordern eine hochkomplexe, zeitlich und räumlich stark regulierte Kompartimentierung der Membran. Es kann vermutet werden, dass Remorine eine Rolle als Gerüstproteine bei der Ausbildung einer Auswahl dieser Domänen bilden. Im Fall von Remorin 6.4 ist das Protein für den Prozess der Flagellin-Erkennung und die unmittelbaren Abwehrantworten, welche nachweislich eine Präformierung der beteiligten Proteinkomplexe voraussetzen, notwendig.

Einleitung: Zur in-vitro Diagnostik der Tuberkulose (TB) und latenten TB Infektion (LTBI) im Kindesalter werden derzeit zunehmend „Interferon-gamma (IFN-γ) release assays“ (IGRA) verwendet. Die Sensitivität der IGRA insbesondere im Kindesalter ist umstritten. Auch eine diagnostische Unterscheidung zwischen TB und LTBI ist mittels IGRA und anderen bisherigen basierten Testverfahren nicht möglich. In vorangegangen Studien zeigte sich der Biomarker „IFN-γ-inducible-protein-10“ (IP-10) als viel versprechend zur Diagnose der TB und LTBI. Ziele: In der vorliegenden Dissertationsschrift wurden die IP-10-Plasmakonzentrationen von Kindern mit TB, LTBI, Atemwegsinfektion (AWI) oder nicht-tuberkulöse Mykobakterien (NTM)-Erkrankung ohne Stimulation der Proben, nach unspezifischer Mitogen-Stimulation und nach spezifischer Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis)-Antigen-Stimulation bestimmt. Die Antigen-stimulierten IP-10-Plasmakonzentrationen der TB- und LTBI-Gruppe wurden mit denen der NTM- und AWI-Gruppe verglichen. Darüberhinaus wurde beurteilt, ob eine Unterscheidung zwischen TB und LTBI anhand der IP-10-Plasmakonzentration möglich ist. Außerdem wurde die Konkordanz und Korrelation zwischen dem IP-10-ELISA und QuantiFERON® -TB Gold In-Tube (QFT-IT) Test beurteilt und untersucht, ob der Biomarker IP-10 altersabhängig sezerniert wird. Material & Methoden: 48 Kinder wurden in die Studie eingeschlossen. Das mittlere Alter der Studienteilnehmer war 54 Monate. Alle Studienteilnehmer wurden zuvor in Deutschland entweder mit einer TB (n=11), LTBI (n=14), NTM (n=8) oder AWI (n=15) diagnostiziert. Unabhängig von der vorliegenden Studie wurden bei allen teilnehmenden Kindern IFN-γ-Werte mittels des QFT-IT-Testes bestimmt. Im Rahmen des QFT-IT wurden die für den Test notwendigen Blutproben entweder nicht stimuliert, mit einer unspezifischen Mitogenen-Substanz oder mit spezifischen M.tuberculosis-Antigenen stimuliert. Die jeweiligen Plasma-Überstände wurden asserviert und zur Bestimmung von IP-10 verwendet. Die IP-10-Konzentrationen wurden, in Zusammenarbeit mit dem Klinischen Forschungszentrums der Universität von Kopenhagen, mittels einem zu Forschungszwecken entwickelten ELISAs gemessen. Ergebnisse: Die IP-10-Plasmakonzentrationen ohne Stimulation, mit unspezifischer Mitogen- und spezifischer Antigen-Stimulation betrug für die TB-Gruppe 704 pg/ml, 12.966 pg/ml und 12.702 pg/ml; für die LTBI-Gruppe 366,5 pg/ml, 10.232 pg/ml und 9.109 pg/ml; für die NTM-Gruppe 309 pg/ml, 11.197 pg/ml und 97 pg/ml; und für die AWI-Gruppe 694 pg/ml, 5.401 pg/ml und 84 pg/ml. Es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen der IP-10-Konzentration der TB- und LTBI-Gruppe festgestellt werden (p-Wert= 0,24). Die IP-10- und IFN-γ- Plasmakonzentrationen der Kinder mit TB und LTBI korrelierten stark miteinander (rsp=0,65; p-Wert = 0,03 und rsp=0,79; p-Wert < 0,001). Der IP-10-ELISA und QFT-IT Test zeigten ebenso eine hohe Konkordanz (κ =0,96). Die IP-10-Sekretion war 18fach höher im Vergleich zur IFN-γ-Sekretion. Es konnte keine Korrelation zwischen dem Alter und der Mitogen-stimulierten IP-10-Konzentration nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen: Die IP-10-Plasmakonzentration von Kindern mit TB und LTBI im Vergleich zu Kindern mit NTM und AWI ist signifikant nach spezifischer M.tuberculosis-Antigen-Stimulation erhöht (p-Wert > 0,001). Die qualitativen und quantitativen Testergebnisse des IP-10-ELISAs korrelieren stark mit denen des QFT-IT-Testes. Im Vergleich zu IFN-γ scheint IP-10 in höheren Konzentrationen und möglicherweise unabhängig vom Alter sezerniert zu werden. Das legt die Vermutung nahe, dass IP-10 zur Diagnose der TB und LTBI im Kindesalter in Zukunft Verwendung finden könnte.

Obwohl die immunstimulatorischen Effekte viraler Nukleinsäursen, wie auch IFN -α und IFN-β, während Virusinfektionen eine wichtige Rolle spielen, ist wenig über ihre Funktion bei viraler Glomerulonephritis, wie beispielsweise HIV Nephropathie, bekannt. Virusinfektionen aktivieren, vor allem mittels IFN-α und IFN-β Produktion eine systemische antivirale Immunantwort. Es wurde gezeigt, dass diese inflammatorischen Zytokine einen pleiotropen immunmodulatorischen Effekt auf renale Mesangialzellen ausüben, was direkt zu glomerulären Krankheiten führt. Aber es ist bisher nicht bekannt, ob die viralen Nukleinsäuren und Typ I IFN einen Effekt auf die glomerulären Epithelzellen haben. (z.B. Podozyten und PECs). Um den Effekt von Nukleinsäuren auf Podozyten und PECs zu erforschen, stimulierten wir diese Zellen mit synthetischen dsDNA-(poly-dAdT) Komplexen mit lipofectamine, um eine virale Infektion zu imitieren. Wir haben herausgefunden, dass dsDNA stetig viele IFN-stimulierte Gene in Podozyten und PECs induziert. Desweitern haben wir herausgefunden, dass dsDNA die PECs Proliferation mindert und die CD24+/CD133+PECs Differenzierung zu ausgereiften Podozyten inhibiert. Um unsere Hypothese, dass deis aufgrund von der Sekretion von IFN-α und IFN-β passiert ist, zu bestätigen, haben wir den Effekt von diesen anitviralen Zytokinen auf PECs- und Podozyten-Homöostase etabliert. Wir haben herausgefunden, dass beide IFNs stetig Podozyten und PECs dazu anregen, stetig mehrere IFN-stimulierte Gene zu exprimieren. Trotzdem hat nur IFN-β das Podozytensterben induziert und die Permeabilität der Podozyten-Monolayer erhöht. In der Adriamycin-induzierter Nephropathie bei SCID Mäusen haben Injektionen mit IFN-α oder IFN-β die Proteinurie, den Makrophagen Influx und die Glomerulosklerose verstärkt. Trotzdem induziert nur IFN-β das mitotische Podozytensterben (katastrophale Mitose), welches zu einer reduzierten Podozytenanzahl führt. Wir haben führt, dass IFN-α einen Zellzyklusarrest in-vivo bei PECs induziert, der zur glomerulären Schädigung führt. Balb/c Mäuse, die Adriamycin gespritzt bekommen haben und täglich mit IFN-α und IFN-β behandelt wurden zeigten einen aggravierten Phänotyp mit vermehrter Proteinurie. Im Gegensatz zu dem, was an Studien in SCID Mausen gezeigt wurde, war der Effekt auf die Proteinurie nach IFN-α Behandlung prominenter bei Balb/c Mäusen, verglichen mit IFN-β. Deshalb haben Typ I IFNs einen deutlichen Effekt auf Podozyten und Parietalzellen. Zusammen fördern die Typ I IFNs die Glomerulosklerose durch verstärkten Untergang der Podozyten sowie durch Unterdrückung ihrer Regeneration aus Vorläuferzellen.

Zystische Fibrose ist die häufigste vererbbare letale Erkrankung in Europa, die trotz Fortschritten in Diagnostik und Therapie weiterhin mit einer verkürzten Lebenserwartung einhergeht. Einer der Hauptgründe verfrühter Sterblichkeit betroffener Patienten sind persistierende pulmonale Infektionen mit Pseudomonas aeruginosa. Der Keim bedient sich des Quorum Sensing (QS), eines interbakterielles Kommunikationssystems, um die Ausbildung von Virulenzfaktoren zu regulieren und die Immunantwort des Patienten zu beeinflussen. In dieser Arbeit wurde die Auswirkung des P. aeruginosa QS Moleküls 3oxoC12-HSL auf die Reifung humaner Dendritischer Zellen (DZ) untersucht. DZ vermitteln als professionelle Antigen-präsentierende Zellen zwischen angeborenem und erworbenem Immunsystem. Eine Infektion wurde simuliert, indem humane DZ mit Lipopolysaccharid oder Zytokin-Cocktail aktiviert wurden. Anschliessend wurde die Expression von Maturations- und Migrationsmarkern sowie Zytokinsekretion in Anwesenheit von 3oxoC12-HSL untersucht. Bei LPS-stimulierten DZ kam es in Anwesenheit von 3oxoC12-HSL zu einer erniedrigten Expression der Reifungsmarker CD80, CD86, CD83, CD40, HLA-DR, sowie der Migrationsmarker CD184 (CXCR4) und CD197 (CCR7). Die Coinkubation mit Zytokin-Cocktail und 3oxoC12-HSL ergab eine Herabregulierung der Maturationsmarker CD80, CD86 und HLA-DR. Auf unstimulierte DZ zeigte 3oxoC12-HSL keinen Effekt, das Oberflächenmarker-Expressionsprofil dieser Zellen glich dem unreifer DZ. 3oxoC12-HSL inhibierte auch die Sekretion der pro-inflammatorischer Zytokine IL-12, IFN-gamma, MIP-1alpha, TNF-alpha durch LPS- bzw. Zytokin-Cocktail-gereifte DZ. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass 3oxoC12-HSL die Reifung von DZ unterdrückt und somit das Zustandekommen einer effektiven Immunantwort verhindert wird.

Mit der intensiven Erforschung von Stammzellen soll zukünftig die Möglichkeit eröffnet werden durch Manipulation von Stammzellpopulationen das regenerative Potential des Organismus zu verstehen und zu nutzen. Darüber hinaus soll mittels genetisch modifizierter Stammzellpopulationen die Grundlagen dafür geschaffen werden schwere Gen- und Immundefekte zu therapieren. Humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) versprechen hierbei großes Potential, da sie bereits für systemische Therapieansätze eingesetzt werden. Allerdings sind die theoretischen Grundlagen der Stammzelleigenschaften der hMSC wie Proliferation, Invasion bzw. Migration und die Differenzierungskapazität nur rudimentär verstanden. Aufbauend auf den Ergebnissen von Dr. Marisa Karow und Dr. Thomas Kolben, die eine Beteiligung des Wnt/β-Catenin-Signalweges an der Steuerung dieser Stammzelleigenschaften in ihren Arbeiten nachweisen konnten (Karow 2008; Kolben et al. 2012), sollten in der vorliegenden Arbeit die Rezeption des spezifischen Wnt-Signals und die dabei beteiligten Frizzled (Fzd)-Rezeptoren näher untersucht werden. Da aus den vorigen Arbeiten schon hervorging, dass alle 10 Fzd-Rezeptoren in den hMSC exprimiert werden, sollte über eine qualitative PCR die Expression potentieller Wnt-Liganden sowie der beiden Inhibitoren des Wnt-Weges sFRP1 und WIF1 geprüft werden. Dabei zeigte sich, dass 8 der 19 Wnts sowie der Inhibitor sFRP1 exprimiert werden. Das Wnt-Expressionsmuster der Krebszelllinie HT1080 unterschied sich dagegen nur in der Expression zweier Wnts, was wahrscheinlich auf den mesodermalen Ursprung dieser Krebszelllinie zurückzuführen ist. Im Gegensatz hierzu zeigte sich eine umfangreichere Wnt-Expression in der immortalisierten Zelllinie HEK293, in der 13 der 19 Wnts sowie auch die beiden Inhibitoren sFRP1 und WIF1 nachgewiesen wurden. Für eine detailliertere Aufschlüsselung der Beteiligung einzelner Fzds an der Rezeption eines Wnt-Signals sowie an der basalen Aktivität des Wnt/β-Catenin-Signalweges in hMSC wurde ein TCF/LEF-Reporter-Vektorsystem in die hMSC eingebracht. Als Reportergen kam die sekretierte Form einer Luciferase aus dem Tiefsee-Cephalopoden Gaussia princeps zum Einsatz. Vorteil dieser Luciferase ist, dass die Sekretion in den Überstand eine Evaluierung der Wnt/β-Catenin-Aktivität über die Zeit hinweg erlaubt, ohne die Zellen zerstören zu müssen. Hierbei wurden transient und stabil-transfizierte TCF/LEF-(T-cell-specific transcription factor/lymphoid enhancer-binding factor)-Reporter-hMSC generiert und die Zellkulturbedingungen für nachfolgende Experimente optimiert. Die Evaluierung unterschiedlicher Aktivatoren des Wnt/β-Catenin-Signalweges ergab die stärkste Aktivierung nach Knockdown des Tumorsuppressorgens APC, während ein Knockdown des β-Catenins, dem zentralen Mediator des Wnt-Weges, zu einer signifikanten Reduktion der Gaussia-Luciferase-Aktivität führte. Bei Knockdown-Studien mit den verschiedenen Fzds mittels RNA-Interferenz (RNAi) in den TCF/LEF-Reporter-hMSC zeigte sich, dass Fzd5 und Fzd7 an der Weiterleitung eines Wnt-Signals sowohl unter unstimulierten Bedingungen als auch nach Applikation von Wnt3a beteiligt sind. Weiter zeigte nur noch der Knockdown von Fzd1, dass dieser Rezeptor an der Weiterleitung eines Wnt3a-Signals partizipiert. Um diese Ergebnisse über einen reversen Ansatz in Form einer Überexpression der Fzds zu untersuchen, wurde ein flexibles Klonierungssystem entwickelt, das einen einfachen Austausch von Protein-tags ermöglichen sollte. Nach Bestätigung der Überexpression der Fzds auf mRNA-Ebene und Proteinebene wurde die Wirkung der Überexpression in den TCF/LEF-Reporter-hMSC ohne und mit Wnt3a-Aplikation untersucht. Hier zeigte sich, dass neben der Überexpression von Fzd5 auch Fzd3 und Fzd6 eine Erhöhung der Gaussia-Luciferase-Aktivität und damit eine gesteigerte Aktivität des Wnt/β-Catenin-Signalweges sowohl unter unstimulierten als auch unter stimulierten Bedingungen nach sich zogen. Bei vergleichender Überexpression von Wnt3 oder Wnt3a konnte gezeigt werden, dass Wnt3 – welches hMSC auch endogen exprimieren – sehr viel stärker den Wnt-Weg aktivieren kann als Wnt3a. Um die Auswirkung des kanonischen Wnt-Rezeptors Fzd5 auf die Stammzelleigen-schaften der hMSC zu prüfen, wurde die Expression des Wnt-Zielgens Cyclin D1 und die Proliferation nach Knockdown sowie transienter Überexpression von Fzd5 quantitativ erfasst. Hierbei zeigte sich nach Knockdown von Fzd5 eine signifikante Abnahme der Proliferation, die auch auf Ebene der Wnt-Zielgene mit einer Abnahme der Cyclin D1-Expression einherging. Umgekehrt konnten stabil Fzd5-transfizierte hMSC-Populationen generiert werden, die eine signifikante Steigerung der Cyclin D1-Expression aufwiesen. Zusammenfassend konnte im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass die verschiedenen Fzds in unterschiedlichem Maße an der Weiterleitung eines Wnt-Signals beteiligt sind. Besonders scheinen hier Fzd5 und Fzd7 eine wichtige Rolle in hMSC zu spielen, da sie auch an der Vermittlung eines endogenen Wnt-Signals innerhalb der Stammzellpopulation beteiligt sind. Weiter wurde im Fall von Fzd5 auch die maßgebliche Beteiligung dieses Rezeptors am Erhalt der Proliferationskapazität der hMSC-Population nachgewiesen.

Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war es, die histochemischen und ultrastrukturellen Eigenschaften der Leber des Rindes mit modernen morphologischen Methoden näher zu untersuchen. Dabei sollte zugleich festgestellt werden, ob und in wie weit sich diese zwischen den einzelnen Leberlappen (Lobi hepatici) unterscheiden. Das Untersuchungsmaterial stammte von, als frei von pathologischen Befunden beurteilten Lebern frisch geschlachteter Rinder. Daraus wurden Präparate für konventionell lichtmikroskopische, immun- und glykohistochemische sowie elektronenmikroskopische Untersuchungen hergestellt. Als Grundlage für die konventionell lichtmikroskopischen Studien dienten Hämatoxylin-Eosin-, Masson-Goldner, Alcianblau 8GX- sowie PAS-gefärbte Schnitte. Bei den immunhistochemischen Analysen wurde der Nachweis von Zytokeratin 5, 8, 14, 18 und 19 sowie von Vimentin verfolgt. Bei den glykohistochemischen Untersuchungen kamen 14 verschiedene Lektine pflanzlicher Herkunft, deren Bindungsverhalten im Lebergewebe fluoreszenzmikroskopisch erfasst wurde zum Einsatz. Die ultrastrukturelle Analyse des Lebergewebes erfolgte transmissionselektronenmikroskopisch. Die Auswertung begann mit der konventionellen Lichtmikroskopie. Bereits die Analyse der HE-gefärbten Schnitte legte nahe, dass sich die Lobi hepatici mikroanatomisch nicht unterscheiden, was sich im Zuge der weiteren Analysen bestätigte. Die Färbung mit Alcianblau 8GX zeigte zudem zum einen das Vorkommen von Mastzellen im Bindegewebe der Rinderleber an und deutete zum anderen auf die Synthese und Sekretion von sauren Mucopolysacchariden, durch die insbesondere am Beginn des extralobulären Teils des Gallengangssystems gelegenen Epithelzellen hin. In der mit und ohne Amylasevorbehandlung durchgeführten PAS-Reaktion erwiesen sich darüber hinaus die Läppchenzentren als die Speicher des Leberglykogens, wobei deren Umfang in Abhängigkeit von der Stoffwechselsituation großen Schwankungen unterlag. Im Zuge der immunhistochemischen Studien konnte Zytokeratin 5 überhaupt nicht, und die Zytokeratine 8, 14, 18 und 19 nur in den Gallengangsepithelzellen nachgewiesen werden, wobei die einzelnen Zytokeratine nicht in allen Bereichen des Gallengangssystems, sondern nur in ganz bestimmten, für das jeweilige Zytokeratin individuell spezifischen Abschnitten deutlich in Erscheinung traten. Dieses Zytokeratin-Nachweismuster erlaubte unter Einbeziehung anatomischer, topographischer und morphologischer Gesichtspunkte eine Gliederung des Gallengangssystems in die überwiegend CK 8-positiven, zentralen Ductuli biliferi, die hauptsächlich CK 14-positiven, peripheren Ductuli biliferi sowie die, für die Verbindung zwischen dem intra- und extralobuären Teil des Gallengangssystems verantwortlichen, primär CK 18-positiven Ductus interlobulares biliferi kleinerer bis mittlerer Größe, und die von CK 19 dominierten Ductus interlobulares biliferi besonders großen Durchmessers. Diese sich unter Berücksichtigung des Zytokeratin-Nachweismusters ergebende Gliederung des intrahepatischen Gallengangssystems, spiegelte, mit Blick auf die Eigenschaften der einzelnen Zytokeratine, zugleich auch die embryologische Entwicklung des lichtmikroskopisch sichtbaren Teils des Gallenganssystems, beginnend mit den zentralen Ductuli biliferi bis hin zu den größten, am weitesten entwickelten Ductus interlobulares biliferi wieder. Das Auftreten der normalerweise außer für Basalzellen mehrschichtiger Epithelien nur noch für Zellarten mit mindestens bipotentem Potential typischen CK-14- Expression in den einschichtigen Gallengangsepithelien, ließ vermuten, dass auch die bovinen Gallengangsepithelzellen wenigstens zu einem gewissen Grad über bipotentes Potential verfügen. Vimentin war im gesamten Bindegewebe sowie im Endothel aller Blutgefäße nachweisbar. Im Rahmen der glykohistochemischen Untersuchungen zeigten das Endothel, insbesondere der Arterien und Sinusoide, im Vergleich zu den übrigen Strukturen des Lebergewebes den stärksten Besatz mit verschiedenartig gestalteten Glykanen. Dies war angesichts der zahlreichen Funktionen der Endothelzellen, wie etwa Aufrechterhaltung der Gewebestabilität, Mitwirkung an immunologischen Prozessen, Schaffung eines Gleichgewichtszustands zwischen Koagulation und Antikoagulation sowie Stoffaustausch zwischen Blut und Gewebe, deren Erfüllung nur aufgrund der umfangreichen Glykokalix möglich ist, nicht überraschend. Darüber hinaus wurde eindeutig ersichtlich, dass die Zuckerketten der arteriellen, venösen und sinusoidalen Endothelzellen jeweils ganz individuell spezifische, sich von denen der anderen Gefäßarten gänzlich unterscheidende Glykane tragen, was sich darauf zurückführen ließ, dass die verschiedenen Gefäßarten verschiedene Aufgaben bevorzugt wahrnehmen. Neben den Endothelzellen stellten sich auch die Hepatozyten als Träger von verhältnismäßig vielen, verschiedenartig gestalteten Glykane dar, wobei sich deren Präsenz nicht nur auf die Glykokalix beschränkte, sondern sie auch im Golgi-Apparat, sowie im Zytoplasma selbst nachgewiesen werden konnten. Im letzten Fall bestand der Verdacht, dass es sich aufgrund des, durch die rein auf Con A begrenzte Bindungsaffinität angezeigten, hohen Mannosereichtums der Kohlenhydratstrukturen um die Glykane von lysosomalen Enzymen und von, vom Hepatozyten synthetisierten und zur Sekretion vorgesehenen Glykoproteinen und -lipiden handelte. Bei den Gallengangsepithelzellen als weiterer Zellart, die über relativ zahlreiche, verschiedenartig strukturierte Glykane verfügt, traten diese ebenfalls nicht nur als Bestandteil der Glykokalix, sondern auch im Zytoplasma in Erscheinung. Die im Zytoplasma beobachteten, ebenfalls nur Con A-positiven und damit stark Mannose reichen Glykane ließen vermuten, dass auch die Gallengangsepithelzellen neben lysosomalen Enzymen zum Export vorgesehene Makromoleküle produzieren. Als derartige Makromoleküle kamen die bereits in der Färbung mit Alcianblau 8GX nachgewiesenen, sauren Mucopolysaccaride in Betracht. Sie könnten als Gallebeimengung ähnlich wie Phospholipide die Löslichkeit des zur Kristallisation neigenden Cholesterols erhöhen. Die, mit der Größenzunahme der Gallengänge korrelierende, zunehmende Reaktionsfreudigkeit der Epitheloberfläche implizierte eine, mit dem Übergang vom iso- zum hochprismatischen Epithel einhergehende, durch den Einbau weiterer Kohlenhydratmoleküle gekennzeichnete Weiterdifferenzierung der epithelialen Glykokalix. Sie dürfte durch Rezeptor-Liganden spezifische Erkennung zur Reabsorption vorgesehener Stoffe wesentlich an der, insbesondere im Anfangsteil des Gallengangssystems stattfindenden Modifikation der Primär- zur Sekundärgalle beteiligt sein. Bei den elektronenmikroskopischen Untersuchungen, deren Schwerpunkt auf die Parenchymzellen sowie den Disse Raum gelegt wurde, stand der Speziesvergleich im Vordergrund. Dabei zeichnete sich die Leber des Rindes durch Hepatozyten mit sehr spärlichem Mikrovillibesatz, Endothelzellen mit besonders kräftigen, trabekulären von einer kontinuierlichen Basalmembran unterlagerten Fortsätzen, Ito-Zellen mit ebenfalls sehr starken Ausläufern und wenigen, aber sehr großen Fettropfen sowie einem, von Kollagenfibrillen und Mikrofilamenten nahezu völlig freien, Disse Raum aus.

In dieser Studie wurde die Kompetenz des Immunsystems von Turopolje (TxT), Deutsche Landrasse x Pietrain (LxP) und Deutsche Landrasse x Turopolje (LxT) verglichen. Die verschiedenen Rassen sind Vertreter einer alten und einer modernen Rasse und einer Kreuzung von beiden. Hauptziel war es zu untersuchen, ob sich die verschiedenen Rassen in ihrer Immunabwehr gegenüber einer Infektion unterscheiden und wie das Immunsystem durch Stressoren belastet wird. Außerdem wurde untersucht, ob sich LxT zur kommerziellen Mast eignet. Unterschiede in der Sekretion von Immunglobulin G und M im Kolostrum und reifen Milch der Deutsche Landrasse und Turopolje Sauen, sowie deren Aufnahme durch die Ferkel wurde mittels ELISA untersucht. Nach dem Absetzen der Ferkel wurden zwei getrennte Gruppen gebildet: Die erste Gruppe wurde mit einem attenuierten Lebendimpfstoff gegen das Porzine Reproduktive und Respiratorische Syndrom Virus (PRRS MLV) immunisiert, um eine Infektion zu simulieren. Die Fragmente des PRRS MLV wurden aus dem Serum, den Leukozyten, den Tonsillen und dem Lymphonodus tracheobronchale extrahiert und mittels qRT-PCR gemessen. Durch ELISA wurden die Konzentrationen der Interleukine-1β, 6, 10 und 12 gemessen. Die Genexpression von CD163, SIGLEC1, Mx1, TLR7 und TLR8, TRAF6, Myd88, Interleukin 1, 6, 8, 10, 12, TNFα, TGFβ und CXCL12 wurde näher untersucht. Innerhalb der nicht geimpften Gruppe untersuchte man den Einfluss von Stress auf das Immunsystem. Hierbei wurde die Konzentration von Interleukin 6, 10, 12 im Plasma mittels ELISA, die Genexpression in den Lymphozyten durch qRT-PCR von Interleukin 1β, 6, 10, 12 und TNFα bestimmt. Außerdem wurde eine mitogenstimulierte Lymphozytenproliferation mittels Lumineszenzmessung durchgeführt. Bei beiden Gruppen wurde ein Differentialblutbild angefertigt, um Veränderungen im weißen Blutbild untersuchen zu können. Weiterhin wurde mittels ELISA die Immunglobulinkonzentration G und M im Serum untersucht. Es wurde in der Gruppe der immunisierten Tiere sichtbar, dass die Rassen unterschiedlich auf die Vakzination reagierten. TxT zeigt keine Konzentrationsveränderung von Interleukin 1β im Plasma. Durch die unveränderte Konzentration des Interleukins könnten vermehrt zytotoxische T Zellen gebildet werden. Als Folge wird TNFα aufreguliert. TNFα inhibiert CD163, daher wird nur eine geringe Anzahl von B-Zellen aktiviert und es werden spezifische Antikörper gebildet. Im Gegensatz dazu reagieren die beiden anderen Rassen mit einer Immunantwort des Typs 2. Die oben beschriebene Inhibierung kann nicht stattfinden und es kommt zur Synthese der B-Zellen und zu einer erhöhten Konzentration an Immunglobulinen und spezifischen Antikörpern. Die Ergebnisse meiner Studie können tendenziell den Einfluss des Stresses auf das Immunsystem bestätigen. So deuten bei TxT die geringere Immunglobulinkonzentration und das Differentialblutbild darauf hin, dass die Immunreaktion auf Stress eher auf T-Zellen basiert (Immunreaktion Typ 1). Auch bei LxT und LxP scheint es, dass die Immunantwort Typ2 und eine Hochregulation der Genexpression von IL6 und die Konzentration im Plasma dominieren. Weiterhin besteht eine Tendenz, dass TxT auf Stress robuster reagieren als die beiden anderen Rassen. Nach der Schlachtung wurden die Schweinehälften aller Rassen und Gruppen mittels der SEUROP-Klassifizierung eingeteilt und bewertet. Bei Schweinen, die in der 25. Lebenswoche geschlachtet wurden, untersuchte man zusätzlich den Tropfsaftverlust und das intramuskuläre Fett. Im Vergleich der Schachtkörper und Fleischqualität schnitten die Tiere der Kreuzungsrasse (LxT) qualitativ am besten ab. Schlussfolgernd ist die Kreuzungsrasse (LxT) zur Mästung als Nutzungsrasse geeignet. Sie stellt eine Bereicherung innerhalb der kommerziellen Schweinefleischproduktion dar.

Die von intrinsichen renalen Zellen und infiltrierenden Leukozyten exprimierten Zytokine sind zentrale Vermittler entzündlicher Nierenerkrankungen. Tumor Nekrose Faktor-α (TNF) ist ein solches proinflamatorisches Zytokin, das in der glomerulären Entzündungsreaktion involviert ist. Die funktionelle Rolle von TNF wurde in Tiermodellen der Glomerulonephritis belegt. Die biologischen Effekte von TNF werden durch die beiden funktionell eigenständigen TNF-Rezeptoren TNFR1 (CD120a) und TNFR2 (CD120b) vermittelt. Neuere Daten zeigen, dass in Modellen einer Immunkomplex-Glomerulonephritis wie der nephrotoxische Serumnephritis die beiden TNF-Rezeptoren in vivo unterschiedliche Funktionen bei der glomerulären Entzündung vermitteln können. Der vorliegenden Arbeit liegt die Hypothese zugrunde, dass Tnfr1 und Tnfr2 unterschiedliche inflammatorische TNF-Effekte in Glomeruli vermitteln. Daher war das Ziel dieser Arbeit, Expression und Funktion der beiden TNF-Rezeptoren in Maus-Glomeruli zu charakterisieren und die Tnfr-abhängig exprimierten Entzündungsmediatoren in Maus-Glomeruli zu identifizieren. Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Arbeit könnten selektive, Tnfr-spezifische Therapien zur Hemmung der glomerulären Entzündungsreaktion entwickelt werden. Zudem wurde in dieser Arbeit die funktionelle Rolle der beiden TNF-Rezeptoren im MRL/lpr-Mausmodell der Lupusnephritis untersucht, um eine selektive Tnfr-Blockade als mögliche Therapiestrategie zu charakterisieren. Hierfür war eine Rückkreuzung von Tnfr1- und Tnfr2-defizienten C57BL/6J-Mäusen in den MRL/lpr-Hintergrund erforderlich. Um TNF-Rezeptor-1- und 2-vermittelte inflammatorische Signalwege in Glomeruli zu identifizieren wurde die Expression und die Funktion der beiden TNF-Rezeptoren in Mausnieren, in isolierten Glomeruli ex vivo und murinen glomerulären Endothel- und Mesangialzellen in vitro untersucht. In normaler Mausniere konnte eine Tnfr1- und Tnfr2-mRNA- und Protein-Expressionen präferentiell in Glomeruli im Vergleich zum Tubulointerstitium nachgewiesen werden. Die Expression von beiden TNF-Rezeptoren und die TNF-induzierte Induktion von Tnfr2-mRNA-Expression wurde auch in vitro sowohl in murinen glomerulären Endothel- als auch Mesangialzelllinien bestätigt. Die prominente glomeruläre TNF-Rezeptor-Expression korrelierte mit einer konstitutiven glomerulären mRNA-Expression von Adhäsionsmolekülen wie Icam-1, Vcam-1, E- und P-Selektin und Chemokinen wie Ccl2, Ccl3 und Ccl5. Eine intraperitoneale TNF-Injektion induzierte die Expression dieser Mediatoren präferentiell in Glomeruli. Diese in vivo TNF-Exposition führte zu einer raschen glomerulären Akkumulation von Leukozyten einschließlich Neutrophilen und mononukleären Phagozyten, die mittels einer kompartimentspezifischer Durchflußzytometrie analysiert wurden. Um Tnfr-abhängige inflammatorische Effekte in intrinsischen glomerulären Zellen unabhängig von infiltrierenden Leukozyten zu untersuchen, wurde eine Microarray-Gene-Expressionsanalyse an intakten Glomeruli durchgeführt, die aus Wildtyp und Tnfr-defizienten Mäusen isoliert und anschließend mit TNF ex vivo stimuliert wurden. Die meisten TNF-Effekte wurden ausschließlich durch Tnfr1 vermittelt, unter anderem die induzierte mRNA-Expression von Adhäsionsmolekülen, proinflammatorischen Chemokinen, Komplement-Faktoren und proapoptotischen Molekülen. Im Gegensatz dazu fanden wir nur vier Tnfr2-abhängig exprimierte Gene, einschließlich einer kleinen GTPase der Rab-Familie (Rab6b). Diese Ergebnisse wurden durch quantitative RT-PCR-Analysen von TNF-stimulierten Glomeruli und primären Mesangialzellen bestätigt. Weitere Untersuchungen zeigten allerdings auch einen Beitrag von Tnfr2 bei der gesteigerten glomerulären Expression von Adhäsionsmolekülen und Chemokine nach Stimulation mit niedrigen TNF-Konzentrationen auf. Im Gegensatz zur Wildtyp-Kontrolle fehlte in TNF-stimulierten Tnfr1-defizienten Glomeruli die Sekretion verschiedener proinflammatorischer Chemokine beinahe vollständig. Interessanterweise war die Proteinexpression auch in Tnfr2-defizienten Glomeruli signifikant herunterreguliert. Folglich sind die meisten inflammatorischen TNF-Effekte in Glomeruli via Tnfr1 durch die induzierte Expression von proinfammatorischen Mediatoren wie Adhäsionsmolekülen und Chemokinen vermittelt. Darüber hinaus dürfte Tnfr2 zu dieser inflammatorischen Antwort beitragen, wenn Glomeruli niedrigen TNF-Konzentrationen ausgesetzt sind. Ferner scheint Tnfr2 posttranskriptionell die Chemokinsekretion in Glomeruli nach einer TNF-Exposition zu beeinflussen, möglicherweise durch die Tnfr2-abhängig exprimierte Rab GTPase Rab6b, die am intrazellulären Transport und der Sekretion von inflammatorischen Molekulen beteiligt sein könnte. In Bezug auf Tnfr-spezifische, anti-inflammatorische Therapien weisen die hier präsentierten Ergebnisse somit darauf hin, dass eine selektive Tnfr1-Blockade eine glomeruläre, insbesondere durch Granulozyten und Makrophagen vermittelte Entzündung verbessern könnte, möglicherweise bei geringer Hemmung immunregulatorischer und antimikrobieller Funktionen von TNF, die redundant durch Tnfr2 vermittelt werden könnten. Dagegen erscheint aufgrund der erhobenen Daten im MRL/lpr-Mausmodell eine Blockade von TNF oder beider Rezeptoren bei der Lupusnephritis, in der glomeruläre Neutrophileninfiltrate keine entzündliche Rolle spielen, weniger erfolgversprechend. Gleichzeitig weisen die vorliegenden Ergebnisse auf eine immunsuppressive, die systemische Immunreaktivität beim SLE begrenzende Funktion von Tnfr2 hin.

Die vorliegende Arbeit untersuchte die Rolle der Perizyten bei steriler Inflammation. Bisher war in diesem Zusammenhang der Einfluss der Perizyten nicht bekannt, ebenso wenig ob und wie sie zu Entzündungsreaktionen beitragen. Weiterhin war der Einfluss der Perizyten auf die interstitielle Migration myeloider Zellen in vivo unerforscht. Hier konnte gezeigt werden, dass Perizyten durch eine Vielzahl von Rezeptoren wie TLR2, TLR4, TNFR1, FPR2 in der Lage sind inflammatorische Reize zu detektieren und daraufhin einen proinflammatorischen Phänotyp annehmen. Dieser ist durch die vermehrte Expression von NLRP3 sowie des Adhäsionsmoleküls ICAM-1 und die Sekretion von Chemokinen wie CXCL1, IL8 und CCL2 gekennzeichnet. Weiterhin wird das Chemokin-ähnliche Molekül MIF von aktivierten Perizyten sowohl sezerniert als auch an der Oberfläche präsentiert. Die ausgeschütteten Chemokine beeinflussen wiederum Monozyten und neutrophile Granulozyten durch ihre chemotaktische Wirkung. Auch konnte ein anti-apoptotischer sowie aktivierender Effekt der Perizyten auf neutrophile Granulozyten gezeigt werden, was die Überlebensdauer dieser Zellen im interstitiellen Gewebe signifikant verlängert. Anhand eines Mausmodells und der 2-Photonen Mikroskopie wurde gezeigt, dass Perizyten auch in vivo einen entscheidenden Beitrag zur Rekrutierung neutrophiler Granulozyten und Monozyten zur Inflammation leisten. Zum ersten Mal wurde die Interaktion myeloider Zellen mit Perizyten in vivo visualisiert und genauer charakterisiert. Diese Interaktion beeinflusst die interstitielle Migration neutrophiler Granulozyten und Monozyten abhängig davon, ob ein Stimulus für gerichtete oder ungerichtete Migration vorliegt. Es wurde deutlich, dass Perizyten sowohl einen chemotaktischen als auch einen haptotaktischen Reiz auf myeloide Leukozyten ausüben, was an einer Polarisierung der Zellen zu erkennen ist. Ebenso tragen sie durch die Interaktion zur Aktivierung der myeloiden Zellen in vivo bei. Diese Arbeit leistet demnach einen Beitrag zur genaueren Definition der Rolle von Perizyten bei steriler Inflammation. Hierfür wurden die zellulären und molekularen Mechanismen in vitro und die in vivo ablaufenden Prozesse bei der interstitiellen Migration myeloider Zellen genauer charakterisiert. Dabei konnten Perizyten als neuer Zelltyp identifiziert werden, der Gewebeschäden detektiert und aktiv zur akuten Entzündungsreaktion beiträgt indem er die Rekrutierung und Funktionalität myeloider Leukozyten unterstützt.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den durch S-Lost-verursachten Symptomen in der Haut, die zunächst durch starke Blasenbildung und später durch eine verzögerte Wund-heilung charakterisiert sind. Bei S-Lost handelt es sich um einen chemischen Kampfstoff, der erstmals im ersten Weltkrieg zum Einsatz kam und bis heute in vielen internationalen Kon-flikten großen Schaden anrichtete, obwohl der Gebrauch schon 1925 durch die Genfer Konvention verboten wurde. Aktuell stellt S-Lost zudem eine Bedrohung durch terroristische Aktivitäten dar. Da für S-Lost-induzierte Verletzungen bislang keine spezifisch wirksamen Behandlungs-methoden verfügbar sind, besteht großes Interesse an der Aufklärung der dem Krankheitsbild zugrunde liegenden molekularen Pathomechanismen, um daraus Rückschlüsse auf besser ge-eignete therapeutische Maßnahmen ziehen zu können. In unseren ersten Experimenten wurden als mögliche Auslöser der Blasenbildung die Expression und Sekretion ausgewählter Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) und deren endogenen Inhibitoren, den tissue inhibitors of matrix metalloproteinases (TIMPs) in einem 3D-Haut-modell und in verschiedenen Zelltypen der Haut (Keratinozyten, Fibroblasten, mikrovaskuläre Endothelzellen, mesenchymale Stammzellen, monozytäre Zellen, PMN-Granulozyten) sowohl in Mono- als auch in Mischkultur untersucht. Unter Verwendung von molekularbiologischen und proteinbiochemischen Methoden wie qRT-PCR, Zymographie und Western Blot gelang der Nachweis, dass MMPs - insbesondere MMP-9 - nach Exposition der Zellen (v.a. Fibroblasten und monozytäre Zellen) mit S-Lost deutlich hochreguliert wurden. Zu Erhärtung der Annahme, dass MMP-9 durch Degradation der Basalmembran zwischen Epidermis und Dermis zur Blasenbildung beiträgt, konnte als Pathomechanismus nun erstmals eine parakrine Stimulation von Fibroblasten durch S-Lost-behandelte Keratinozyten identifiziert werden, als deren Folge eine vermehrte MMP-9-Sekretion resultierte. Darüber hinaus zeigte sich in weiteren Versuchen unter Verwendung des sog. Scratch-Assays und eines Transwell-basierten Invasionsassays, dass das Migrations- und Invasionsverhalten der Fibroblasten in Gegenwart des konditionierten Mediums der S-Lost-behandelten Keratinozyten positiv beeinflusst wurde. Aus klinischer Sicht sprechen diese Erkenntnisse für neue therapeutische Ansätze, die darauf beruhen sollten, die S-Lost-induzierte, auf proteolytischer Aktivität basierende Blasenbildung der Haut durch Applikation spezifischer MMP-Inhibitoren zu behandeln. In einem weiteren Projekt wurde die verzögerte Wundheilung als spätes Symptom der S-Lost-Vergiftung auf zellulärer Ebene untersucht, bei der eine eingeschränkte Re-Epithelialisierung der betroffenen Hautstellen beobachtet wird. Sowohl für den Prozess der Wundheilung als auch für die stetige Erneuerung der Haut werden epidermale Stammzellen benötigt, die für die Bildung von Keratinozyten verantwortlich sind. Diese unipotenten Progenitorzellen befinden sich in der basalen Schicht der Epidermis und sind in der Lage zu proliferieren und anschließend terminal zu differenzieren. Um eine Beeinflussung dieser Prozesse durch S-Lost zu untersuchen, wurden primäre unreife Keratinozyten (NHEK) verwendet und hinsichtlich ihres Differenzierungspotenzials untersucht. Dabei erwies sich S-Lost als potenter Induktor der Differenzierung von NHEK, was durch Bestimmung der Expression typischer Markerproteine wie Keratin-1, Involucrin und Loricrin gezeigt wurde. Die Induktion des Reifungsprozesses war sowohl von einem Rückgang der Proliferation als auch von einer verminderten Migrationsrate der Zellen begleitet. Die eingehende Analyse von mitogen-activated protein kinase (MAPK)-Signaltransduktionswegen führte zu der Erkenntnis, dass die Aktivitäten von p38 und ERK1/2 gegenteilige Rollen im Differenzierungsprozess einnehmen. Studien mit spezifischen Inhibitoren der MAPK be¬legten, dass p38 für den Reifungsvorgang in NHEK essentiell ist, während ERK1/2 diesem entgegen wirkt. So konnte durch Blockade von p38 die von S-Lost ausgelöste Differenzierung der Zellen verhindert werden. Ebenso war es durch diese Behandlung möglich, die von S-Lost stark beeinträchtige Migrationsfähigkeit der Keratinozyten wiederherzustellen, welche mit einer erhöhten MMP-1-Expression einherging. Davon abgeleitet erscheint es therapeutisch sinnvoll, selektive p38-Inhibitoren für die Behandlung von Wundheilungsstörungen nach Exposition der Haut mit S-Lost einzusetzen. Zusammenfassend erbrachten unsere Studien also den Nachweis, dass der S-Lost-induzierten Blasenbildung (als frühes Symptom) die spezifische Induktion der MMP-9 zugrunde liegt. Darüber hinaus konnte erstmals eine verfrühte Differenzierung in unreifen Keratinozyten der Haut (als mögliche Ursache für die verzögerte Wundheilung) nachgewiesen werden, wobei die MAPK p38 bei der Initiierung des Prozesses von entscheidender Bedeutung ist. Aufgrund dieser Resultate empfiehlt sich eine kombinierte Applikation von Inhibitoren der Aktivitäten von MMP-9 und p38, wobei der Einsatz jedoch zeitlich abgestimmt erfolgen sollte, um pathologische Effekte (Blasenbildung bzw. Differenzierungsinduktion in Keratinozyten) zu blockieren, ohne die positiven Auswirkungen von MMP-9 und p38 auf die Heilung (Migration von Immunzellen und Keratinozyten bzw. Reepithelialisierung) zu hemmen.

Aufgrund der steigenden Lebenserwartung von Patienten mit cystischer Fibrose (CF) nimmt die Prävalenz einer gestörte Glukosetoleranz (IGT) und eines CF-assoziierten Diabetes mellitus (CFRD)kontinuierlich zu. In der vorliegenden Arbeit wurde die Prävalenz von Glukosestoffwechselstörungen und deren Einfluss auf den klinischen Status in einer nicht vorselektionierten Gruppe von erwachsenen CF Patienten (n=34) im Vergleich zu neu-diagnostizierten Patienten mit Typ 2 Diabetes (n=9) und gesunden Kontrollpersonen (n=10) mittels oGTT untersucht. Desweiteren wurde durch Messung von Insulin, intaktem Proinsulin, intaktem GLP1 und der Bestimmung verschiedener Indices für die ß-Zellfunktion und die Insulinresistenz mögliche pathophysiologische Mechanismen in verschiedenen Stadien der Glukosetoleranzstörung untersucht. Bei den CF Patienten (Alter 30,2±8 Jahre, BMI 20,9 ±2,5 kg/m2) zeigten 50% der Patienten eine gestörten Glukosetoleranz (12% IFG, 23% IGT, 15% neu diagnostizierter CFRD). Im oGTT war der maximale Insulinpeak und die totale Insulinsekretionskapazität nicht unterschiedlich in den CF-Gruppen (AUCinsulin0-120min NGT: 3296±547 μU/ml, IFG: 3694±809 μU/ml, IGT: 3337±535 μU/ml, CFRD: 2387±318 μU/ml) und den Kontrollpersonen(3704±335 μU/ml). Bei CF-Patienten war ähnlich wie bei DM2 Patienten eine verminderte erste Phase der Insulinsekretion und eine zeitliche Verschiebung des Insulinpeaks nachweisbar, die mit der Verschlechterung der Glukosetoleranz assoziiert war (Stumvoll-FPIR NGT:450±291; IFG:252±203; IGT:309±254; CFRD:18±41; Kontrollen:950±388). Die Insulinsekretion korrelierte invers mit dem Glukoseprofil, so dass bei IFG und IGT hohe postprandiale Glukosespiegel innerhalb der ersten 60 Minuten und ein Blutzuckerabfall nach 120-180 min zu beobachten waren. Die Proinsulinspiegel und die GLP-1 Spiegel im oGTT waren nicht unterschiedlich im Vergleich zu den gesunden Kontrollen. Im Gegensatz zu den DM2 Patienten konnte bei CF Patienten keine deutliche Insulinresistenz festgestellt werden. Bei den CF Patienten war eine Verschlechterung der Lungenfunktion und des Ernährungszustandes mit zunehmender Glukoseintoleranz zu sehen. Hohe maximale Glukosespiegel(rs=-0,50, p=0,002), der Insulinogenic Index (rs = 0,36, p

Eine zunehmende Zahl von Daten aus der Fachliteratur weist immer deutlicher darauf hin, dass Tumor- und Stammzellen trotz aller funktionellen Unterschiede, wie beispielsweise der Destruktion von gesundem Gewebe bzw. Regeneration von zerstörtem Gewebe, offensichtlich wesentliche Gemeinsamkeiten aufzeigen, insbesondere hinsichtlich der molekularen Mechanismen, die z.B. den zellulären Prozessen Differenzierung/Transformation, Zellalterung, Apoptose und Migration/Invasion zugrunde liegen. Im Gegensatz zur Situation bei Tumorzellen ist die Rolle lysosomaler Cysteinproteasen in humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) bei diesen Prozessen jedoch noch weitgehend unbekannt und sollte daher im Rahmen dieser Arbeit genauer definiert werden. So konnten wir erstmals nachweisen, dass lysosomale Cysteinproteasen sowohl in hMSC exprimiert als auch während deren Kultivierung sezerniert werden. Von den elf bekannten humanen lysosomalen Cystein¬proteasen (Cathepsine) wurden vor allem Cathepsin B und Cathepsin K durch extrazelluläre Matrix (EZM)-Proteine, insbesondere durch Vitronektin, in ihrer Expression beeinflusst und zeigten eine kontinuierliche Erhöhung der Expression im Verlauf von 21 Tagen. Eine vermehrte Sekretion nach Vitronektinstimulation wurde proteinche-misch bei Cathepsin B und X nachgewiesen. Im Gegensatz dazu hatten Stimulationen mit Kollagen I und Laminin keinen signifikanten Einfluss auf die Expression bzw. Freisetzung dieser Proteasen. Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Adhäsions-/Migrationsverhalten der hMSC durch EZM-Proteine vor allem über deren Wechselwirkung mit Adhäsionsmolekülen (Integrinen) beeinflusst wird. Zudem kann auch Procathepsin X in Abhängigkeit von Integrin αvβ3 an hMSC binden. Durch die Interaktionen der hMSC mit EZM-Proteinen sowie mit Procathepsin X wird eine Reihe von Signaltransduktionswegen, darunter der ERK-Signalweg, aktiviert. In Transmigrationsversuchen mit Cathepsin X-defizienten hMSC wurde zudem nachgewiesen, dass Procathepsin X – im Gegensatz zur Konstellation bei Tumorzellen – keine bedeutende Rolle bei der Migration der hMSC spielt. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass gegen dieses Enzym gerichtete Tumortherapiestrategien nur geringe (oder gar keine) Auswirkungen auf Stammzell-Mobilisation/Migration haben. Die im Rahmen dieser Arbeit erhobenen in vitro-Daten zeigen somit neue Erkenntnisse bezüglich der Regulation lysosomaler Cysteinproteasen durch extrazelluläre Matrixproteine in hMSC und stellen daher eine gute Basis für weitere in vitro- bzw. auch in vivo-Evaluierungen dar.

H. pylori kolonisiert die Magenmukosa von etwa 50% der Bevölkerung und ist die Ursache von vielen schweren Erkrankungen, wie z.B. chronischer Gastritis, Magengeschwüren und Magenkrebs. Lange Zeit wurde angenommen, dass das Milieu des Magens aufgrund der dort herrschenden Bedingungen steril sei. H. pylori hat Strategien entwickelt, um dieses Habitat zu besiedeln und stellt den dominierenden Bestandteil der Mikroflora im Magen dar. Eine entscheidende Voraussetzung für die erfolgreiche Kolonisierung ist die genetische Diversität und die damit verbundene Anpassung an die verschiedenen Mikronischen des Magens. Die Pathogenität von H. pylori wird nicht nur durch Toxine vermittelt, sondern resultiert aus der komplexen Interaktion zwischen dem Bakterium, dem Wirt und der Umwelt. Eine wichtige Bedeutung hierbei hat der Austausch von genetischem Material. Während die natürliche Kompetenz eine entscheidende Rolle für die Aufnahme von genetischem Material spielt, wird auch ein konjugativer Mechanismus zum Transfer von DNA diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals der DNaseI-resistente Transfer der intrinsischen, kryptischen Plasmide pHel4 und pHel12 zwischen H. pylori-Stämmen nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass für diesen Mechanismus sowohl die Plasmid-, als auch die chromosomal-kodierten Relaxasen nicht essentiell sind. Möglicherweise wird die Rezirkularisierung der Plasmid-DNA im Rezipienten durch RecA durchgeführt. Um Informationen über die Maschinerie, welche den DNaseI-geschützten Transfer der intrinsischen Plasmide vermittelt zu erhalten, wurden alle in H. pylori P12 identifizierten T4SS mit Hilfe einer Kontraselektionsstrategie sequentiell deletiert und Kokultivierungsexperimente mit den entsprechenden Mutanten durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass außer dem ComB-System keines der T4SS für den DNA-Transfer zwischen H. pylori-Stämmen essentiell ist. Dieses ist für die Aufnahme von DNA im Rezipienten verantwortlich und spielt auch eine Rolle für den DNA-Export durch den Donor. Das ComB-System stellt somit das entscheidende T4SS für den Transfer von DNA dar und hat eine duale Funktion hinsichtlich Transformation und einem Konjugations-ähnlichen Mechanismus im Donor und Rezipienten. Bemerkenswert ist, dass auch nach Deletion aller T4SS in H. pylori P12 DNA-Transfer stattfindet. Mögliche Kandidaten für einen alternativen DNA-Übertragungsweg, stellen Membranvesikel dar. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass Tfs4 Plasmid-DNA in das umgebende Milieu sekretiert. Durch die Sekretion des Modul-artig aufgebauten kryptischen Plasmids pHel12 kann die Verbreitung von genetischem Material zwischen Stämmen unterstützt werden. Die Unabhängigkeit des DNA-Transfermechanismus von den Relaxasen, sowie die Resistenz gegenüber dem Angriff durch DNaseI lassen einen neuartigen, Konjugations-ähnlichen DNA-Transfermechanismus vermuten, der von der konventionellen Konjugation abgrenzt werden kann. Neben der Charakterisierung der DNA-Transfer-Mechanismen in H. pylori P12 wurden im Rahmen dieser Arbeit auch die kryptischen Plasmide pHel4 und pHel12 und die mögliche Funktion ihrer Genprodukte untersucht. Etwa 50% aller klinischen Isolate enthalten kryptische Plasmide. Ihre Funktion ist bisher allerdings nicht klar. Die Anwesenheit einer mob-Region deutete auf eine konjugative Übertragung der Plasmide hin. Darüber hinaus lässt die Struktur der Plasmide eine Rolle bei der Verbreitung von genetischem Material als Orte des „gene shufflings“ vermuten. Zudem konnten erste Hinweise bezüglich der mit den Plasmiden verbundenen Zytotoxizität bestätigt werden. So beeinflusst die Expression von orf4M aus pHel4 und orf12M aus pHel12 in eukaryotischen Zellen die zelluläre Integrität und führt schließlich zum Zelltod. Die kryptischen Plasmide stellen eine interessante Möglichkeit für H. pylori dar, genetische Information auszutauschen und möglicherweise die Wirtszelle zu beeinflussen.

Die Regulation der postprandialen Hyperglykämie hat eine große Bedeutung für die Glykämiekontrolle bei Patienten mit Diabetes mellitus. Früheren Untersuchungen entsprechend werden postprandiale Blutzuckerexkursionen wesentlich auch durch die Geschwindigkeit der Magenentleerung determiniert. Umgekehrt hemmt eine akute Hyperglykämie die Magenentleerung. Ziel dieser prospektiven, randomisierten, einfach-blinden cross-over Studie war die Bedeutung der Magenentleerung für die postprandialen Glukoseflüsse und die Wechselwirkung zwischen Magenentleerung und Hyperglykämie bei 14 gesunden Probanden und 15 altersentsprechenden Patienten mit Typ 1 Diabetes mellitus (T1DM). In einem ersten Ansatz wurde die Magenentleerung bei normoglykämischen Gesunden selektiv durch den Amylin-Agonisten Pramlintide gehemmt. In einem zweiten Teil wurde der Effekt einer akuten Hyperglykämie auf Magenentleerung und postprandiale Glukoseflüsse bei Amylin-defizienten Patienten mit T1DM untersucht und mit Gesunden verglichen. In einem dritten Teil wurde die Magenentleerung hyperglykämischer Patienten mit T1DM durch das Amylin-Analogon Pramlintide verzögert. Die Magenentleerung wurde mit zeitlich hochauflösender Szintigraphie gemessen, die Glukoseflüsse wurden unter Einsatz nicht-radioaktiver Tracer zur Markierung der oralen Glukose und des systemischen Glukosepools kalkuliert. Die durch Pramlintide induzierte Verzögerung der initialen Magenentleerung bei Gesunden führte zu einer Reduktion der Erscheinerate von Glukose im Plasma und einer deutlichen Reduktion sowohl der postprandialen Blutzuckerexkursionen als auch der Insulinplasmakonzentrationen. Die Reduktion der Gesamterscheinerate von Glukose war bei gleichzeitiger Steigerung der endogenen (hepatischen) Glukoseproduktion ausschließlich durch die reduzierte Erscheinerate exogener Mahlzeitglukose bedingt. Zudem wurde ein größerer Teil der oralen Glukose hepatisch sequestriert und auch peripher trotz niedrigerem Plasmainsulin suffizienter eliminiert. Bei den Patienten mit T1DM war die Magenentleerung unter Euglykämie (5 mM) im Vergleich zu Gesunden gering, aber signifikant beschleunigt. Die Magenentleerung ließ sich im Gegensatz zu Gesunden durch eine akute Hyperglykämie (10 mM) nicht hemmen. Entsprechend war die Erscheinerate der Mahlzeitglukose im Vergleich zu Gesunden höher, und die akute Hyperglykämie beeinflusste bei den Diabetikern weder die Erscheineraten der exogenen noch der endogenen Glukose. Bei Gesunden ist die Sekretion des in der ß-Zelle mit Insulin kolokalisierten Amylin eng an die Freisetzung von Insulin geknüpft. Amylin ist ein humoraler inhibitorischer Regulator der Magenentleeerung. Mechanismus ist wahrscheinlich eine reversible vagal-cholinerge Hemmung. Unter Hyperglykämie kam es bei den Gesunden parallel zu der Verzögerung der Magenentleerung zu einem starken Anstieg der Plasmaamylinkonzentration. Bei den Patienten mit T1DM war Amylin auch unter Hyperglykämie nicht nachweisbar. Die pharmakologische Wiederherstellung einer der unter akuter Hyperglykämie Gesunder vergleichbaren Verzögerung der Magenentleerung bei den Patienten mit T1DM durch das Amylin-Analogon Pramlintide führte bei identischer Insulinsubstitution zu einer deutlichen Reduktion der postprandialen Blutglukoseexkursionen und zu einer signifikant niedrigeren Erscheinerate exogener Mahlzeitglukose bei unveränderter postprandialer Suppression der hepatischen Glukoseproduktion. Eine Magenentleerungsverzögerung führt somit insulinunabhängig zu einer verbesserten Glukosetoleranz durch eine reduzierte Erscheinerate der Mahlzeitglukose, eine Steigerung der hepatischen Glukosesequestration und eine verbesserte periphere Glukoseelimination. Die unter akuter Hyperglykämie zu beobachtende Magenentleerungsverzögerung ist ein physiologischer Schutzmechanismus zur Wahrung der Glukosehomöostase. Diese Magenentleerungsverzögerung ist zumindest zum Teil durch Amylin vermittelt. Bei Amylin- defizienten Patienten mit T1DM existiert diese feedback- Hemmung auf die Magenentleerung nicht mehr. Wir vermuten, dass eine gestörte Magenentleerungsregulation bei T1DM mitverantwortlich ist für die gestörte postprandiale Blutzuckerregulation bzw. einen relativ hohen Bedarf an exogenem Insulin. Bei Patienten mit T1DM ohne Nachweis einer autonomen Neuropathie ist eine medikamentöse Therapie zur bedarfsgerechten postprandialen Verzögerung der Magenentleerung pathophysiologisch sinnvoll. Inwiefern dies auch für Patienten mit T2DM gilt, bleibt zu untersuchen.

Thu, 26 Nov 2009 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/10869/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/10869/1/Scholl_Nina.pdf Scholl, Nina

Gallensäuren stellen potente Signalmoleküle dar, die schon in geringen mikromolaren Konzentrationen, wie sie beim Menschen im Serum beobachtet werden, zentrale Leberzellfunktionen auf transkriptioneller und posttranskriptioneller Ebene beeinflussen. Die hydrophoben und potentiell toxischen Gallensäuren Lithocholsäure (LCA) und Chenodeoxycholsäure (CDCA) induzieren Apoptose und Cholestase, während hydrophile Gallensäuren hepatoprotektiv wirken können. Unter ihnen ist die antiapoptotisch und anticholestatisch wirksame Ursodeoxycholsäure (UDCA) von besonderer Bedeutung. UDCA stellt derzeit das einzige wirksame Therapeutikum bei chronischen cholestatischen Leberkrankheiten dar. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Bedeutung intrazellulärer Signaltransduktionswege für die choleretischen, (anti-)cholestatischen und (anti-)apoptotischen Wirkungen physiologischer Gallensäuren in verschiedenen experimentellen Modellen. Hauptziel der Arbeit war die genauere Charakterisierung (i) der für den klinisch bedeutenden anticholestatischen Effekt des Taurinkonjugats der Ursodeoxycholsäure (TUDCA) verantwortlichen Signaltransduktionswege, und (ii) der zentralen Stellung von PI3-Kinasen in der intrazellulären Signalvermittlung der biologischen Effekte hydrophiler und hydrophober Gallensäuren. Im Modell der isoliert perfundierten Rattenleber untersuchten wir die anticholestatische und hepatoprotektive Wirkung der TUDCA in der intakten Leber unter Einsatz pharmakologischer Enzyminhibitoren. Als Leberfunktionsparameter dienten quantitativer Gallenfluß, Sekretion des Modellsubstrats der Konjugatexportpumpe Mrp2, GS-DNP, in die Galle und als Marker der Leberzellschädigung die hepatovenöse LDH-Freisetzung. Simultane Hemmung der cPKCa und der PKA, nicht aber Hemmung von cPKCa oder PKA allein antagonisierte bei Taurolithocholsäure (TLCA)-induzierter Cholestase die protektive Wirkung der TUDCA. Gallenfluß und GS-DNP-Sekretion waren unter gleichzeitiger Hemmung beider Signalwege signifikant reduziert, wohingegen die LDH-Freisetzung deutlich erhöht war. Die Ergebnisse zeigen, dass der posttranskriptionell vermittelte anticholestatische Effekt der TUDCA im etablierten Modell TLCA-induzierter Cholestase durch einen kooperativen cPKC- und PKA-abhängigen Signalweg vermittelt wird. Mitogenaktivierte Proteinkinasen Erk1/2- und p38-abhängige Signalwege hingegen, die als Vermittler von TUDCA-induzierter Cholerese unter nicht-cholestatischen Bedingungen beschrieben wurden, waren im untersuchten Modell ohne Bedeutung für die anticholestatische Wirkung der TUDCA. Mit Hilfe der neu etablierten Biotinylierung von Membranproteinen konnten wir in Ntcp-transfizierten humanen Hepatomzellen (HepG2-Ntcp) zeigen, dass TUDCA unter Cholestase die Insertion von MRP2 in die Hepatozytenmembran anregt. Dieser für die klinische Wirksamkeit der (T)UDCA potentiell bedeutende und im Tiermodell von uns vorbeschriebene Wirkmechanismus konnte damit erstmals in einem humanen Modell nachvollzogen werden. Ein weiterer in vitro Ansatz untersuchte die Phosphorylierung von aus HepG2-Ntcp immunopräzipitiertem MRP2 durch die als Gallensäureneffektoren diskutierten Proteinkinasen cPKCa, nPKCe und PKA. Alle drei Proteinkinasen phosphorylierten, durch den PKC/PKA-Inhibitor Staurosporin hemmbar, MRP2. Diese Phosphorylierung könnte, wie für die Gallensäurentransporter BSEP und NTCP bereits gezeigt, Einfluss auf Aktivität und Membraninsertion von MRP2 haben. Der funktionellen Bedeutung der PI3-Kinasen, welchen in den bisher entschlüsselten Signalwegen sowohl hydrophober/toxischer wie auch hydrophiler/protektiver Gallensäuren eine zentrale Rolle zugesprochen worden war („PI3-Kinasen-Paradoxon“), galten unsere in vitro Untersuchungen zur Aktivität der Isoformen der Klasse I PI3-Kinasen p110a, p110b und p110g nach Stimulation von primären Rattenhepatozyten mit TLCA, GCDCA, TCA und TUDCA in einem neu etablierten isoformspezifischen Kinaseassay. Dabei zeigte sich für jede Gallensäure ein für sie spezifisches Aktivierungsmuster unterschiedlicher PI3-Kinase-Isoformen. PI3-Kinase p110g wurde dabei spezifisch durch die cholestatisch und apoptotisch wirkenden Gallensäuren TLCA und GCDCA aktiviert. In HepG2-Ntcp-Zellen untersuchten wir daher die Bedeutung von p110g für Gallensäuren-induzierte Apoptose nach deren pharmakologischer Hemmung bzw. nach Transfektion mit siRNA gegen p110g. Die apoptotische Wirkung u.a. der Gallensäuren TLCA und GCDCA war unter beiden Methoden der p110g-Antagonisierung deutlich reduziert, wie sowohl in einem Caspase3/7-Assay als auch morphologisch evaluiert. Gallensäuren-unabhängige Apoptose, durch Etoposid bzw. TNFa ausgelöst, war p110g-unabhänig. Die Bedeutung der Aktivierung der PI3-Kinase-Isoform p110a durch TUDCA ist durch weitere experimentelle Untersuchungen zu klären. Die Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit tragen zum Verständnis der komplexen Signalgebung im Rahmen cholestatischer Leberschädigung und der therapeutischen Wirkung der (T)UDCA bei und sind damit für die Entwicklung neuer Therapiestrategien bei cholestatischen Leberkrankheiten potentiell von Bedeutung.

Das Glioblastoma multiforme ist ein maligner hirneigener Tumor mit einer bislang infausten Prognose. Humane mesenchymale Progenitorzellen des Knochenmarks (hMSC) zeigen in-vitro und in-vivo einen ausgeprägten glioblastom¬induzierten Tropismus. Sie sind einfach in der Handhabung, weil sie leicht zu gewinnen, in Kultur zu vervielfältigen und anschließend autolog zu transplantieren sind. Diese Eigenschaften machen hMSC zu vielversprechenden Kandidaten für eine zellbasierte Gentherapie des Glioblastoms. Die molekularen Mechanismen, welche zu der gerichteten Migration der hMSC hin zu den Glioblastomzellen führen und die biologischen Wechselwirkungen zwischen Stammzellen und Tumorzellen sind bisher kaum verstanden. Um erste Einblicke in diese Wechselwirkungen zu erlangen, wurden im Rahmen des vorliegenden Promotionsvorhabens in-vitro Untersuchungen zu den Grundlagen des glioblastominduzierten Tropismus von hMSC durchgeführt. Die Fragestellung befasste sich insbesondere damit, welche Chemokine an der Vermittlung der glioblastomgerichteten Migration von hMSC beteiligt sind. Hierzu wurden Migrationsversuche mit einer modifizierten Boyden Kammer durchgeführt, wobei zunächst einige bekannte glioblastomassoziierte Chemokin-kandidaten (IL-8, NT-3, TGF-ß1, EGF, CNTF, GDNF, PDGF und BDNF) getestet wurden. Eine signifikante chemotaktische Eigenschaft auf hMSC wurde hierbei für IL-8, TGF-ß1 und NT-3 beobachtet. Die promigratorische Wirkung dieser drei Chemokine erwies sich hierbei als konzentrationsabhängig. Im Weiteren wurde nachgewiesen, dass die bekannte chemotaktische Wirkung von glioblastom-konditioniertem Medium auf hMSC durch die Zugabe von IL-8, TGF-ß, beziehungs¬weise NT-3 neutralisierenden Antikörpern signifikant reduziert wird. Somit konnte funktionell nachgewiesen werden, dass diese Chemokine tatsächlich eine Rolle beim glioblastominduziertem Tropismus der hMSC spielen. Ergänzend wurde mittels Immunfluoreszenzfärbung die Expression der entsprechenden Chemokin¬rezeptoren auf den hMSC nachgewiesen und die Sekretion der Chemokine durch die Glioblastomzellen mittels ELISA quantifiziert. Aus Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe ist bekannt, dass auch VEGF-A eine chemotaktische Wirkung auf hMSC besitzt. Wie VEGF-A werden auch IL-8, TGF-ß1 und NT-3 von Glioblastomen überexprimiert. Zudem wird über diese Chemokine die Neoangiogenese jener Tumore vermittelt. Dies führt zu der Hypo-these, dass Glioblastome die Migration der hMSC aus dem peripheren Blut in das Tumorgebiet über angiogenetische Signalwege vermitteln. Damit könnten hMSC an dem Prozess der Angiogenese des Glioblastoms beteiligt sein. Ein genaues Verständnis des möglichen Beitrages von hMSC zum Glioblastomwachstum ist eine unabdingbare Voraussetzung für ihre mögliche klinische Anwendung als gentherapeutische Vektoren beim Menschen. Deshalb müssen zukünftig neben weiteren in-vitro vor allem in-vivo Studien mit Langzeit-beobachtungen im Tiermodell durchgeführt werden. In diesen Studien sollten die Auswirkungen einer Transplantation nativer hMSC einerseits und genetisch modifizierter therapeutischer hMSC andererseits auf das Glioblastomwachstum untersucht werden. Die vielversprechenden Ergebnisse der bisher vorliegenden Arbeiten lassen hoffen, dass in nicht allzu ferner Zukunft eine bessere Therapie für Patienten mit Glioblastom gefunden werden kann.

Ektodomänenspaltung und Intramembranproteolyse des Amyloiden Vorläufer Proteins (APP) durch Alpha-, Beta- und gamma-Sekretase sind in die Pathogenese der Alzheimer Erkrankung (AD) involviert. Eine vermehrte proteolytische Prozessierung und Sekretion eines anderen Membranproteins, des Typ II Interleukin-1 Rezeptors (IL-1R2) wurde mit der Pathogenese der Alzheimer Erkrankung in Verbindung gebracht. IL-1R2 ist ein Abfangrezeptor, welcher vermutlich in der Lage ist, die schädlichen Effekte von Interleukin-1 im Gehirn zu begrenzen. Bis jetzt ist die proteolytische Prozessierung von IL-1R2 nur wenig verstanden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass IL-1R2 ähnlich wie auch APP prozessiert wird. In humanen embryonalen Nierenzellen (HEK293) exprimiertes IL-1R2 unterläuft zuerst eine Spaltung der Ektodomäne durch eine Metalloprotease, was zur Freisetzung der Ektodomäne und einem in der Membran verbleibenden C-terminalen Fragment führt. Dieses Fragment wird durch Intramembranproteolyse des Gamma-Sekretase-Komplexes in eine intrazelluläre Domäne (ICD) gespalten. Die Intramembranproteolyse von IL-1R2 konnte durch einen hochspezifischen Gammasekretase-Inhibitor gehemmt werden und fehlte in Gamma-Sekretase-defizienten embryonalen Mausfibroblasten. Überraschenderweise erhöhen die Beta-Sekretase BACE1 und ihr Homolog BACE2 die Sekretion von IL-1R2, welche zu ähnlich großen C-terminalen Fragmenten wie auch bei der Alpha-Spaltung von IL-1R2 führen. Dies könnte bedeuten, dass beide Proteasen als alternative Alpha-Sekretasen agieren könnten. Darüber hinaus werden zahlreiche andere Membranproteine, die in dieser Arbeit untersucht wurden, nicht durch BACE1 und BACE2 geschnitten, was zeigt, dass beide Proteasen nicht am generellen Membranproteinumsatz beteiligt sind. Diese Arbeit zeigt, dass Il-1R2 und APP eine ähnliche proteolytische Prozessierung durchlaufen. Dies könnte somit eine Erklärung für die erhöhte Sekretion von IL-1R2 im Rahmen der Alzheimer Erkrankung sein.

Hintergrund und Ziele der Arbeit: Die Freisetzung von Serotonin aus enterochromaffinen (EC-)Zellen der Darmschleimhaut ist das Schlüsselereignis bei der Regulation der enterischen Motilität und Sekretion. Im Rahmen dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob nasale olfaktorische Rezeptoren auch in EC-Zellen der menschlichen Darmschleimhaut exprimiert werden, und ob deren Liganden – Duftstoffe und Gewürze – hier eine Serotoninfreisetzung bewirken können. Methoden: Die Expression der olfaktorischen Rezeptoren wurde durch RT-PCR in mittels Laser-assistierter Mikrodissektion gewonnenen humanen EC-Zellen, in humanen Dünndarmbiopsaten sowie in einer von humanen EC-Zellen abstammenden Karzinoidzelllinie (BON) analysiert. Die Aktivierung von EC-Zellen durch Duftstoffe wurde durch digitales Fluoreszenz-Imaging mit dem Ca2+-bindenden Farbstoff Fluo-4 untersucht. Die Serotoninfreisetzung wurde im Zellkulturüberstand durch Serotonin-ELISA sowie mittels Amperometrie unter Verwendung von direkt auf Einzelzellen platzierten Carbonfaser-Mikroelektroden gemessen. Ergebnisse: Es wurden vier olfaktorische Rezeptoren (OR73, hOR17-7/11, OR1G1 und hOR17-210) in mikrodissektierten humanen EC-Zellen, Dünndarmbiopsaten und der Karzinoidzelllinie (BON) exprimiert gefunden. Die hierauf durchgeführten funktionellen Untersuchungen ergaben, dass die Liganden der identifizierten olfaktorischen Rezeptoren einen Ca2+-Einstrom, eine Anhebung des intrazellulären Ca2+-Spiegels und eine nachfolgende Serotoninfreisetzung aus den Zellen bewirken. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit weisen darauf hin, dass Duftstoffe und Gewürze im luminalen Kompartiment des menschlichen Gastrointestinaltrakts über die Stimulation von olfaktorischen Rezeptoren auch in vivo eine Serotoninfreisetzung aus EC-Zellen bewirken könnten. Da Serotonin als wichtigster Regulator von Darmmotilität und -sekretion fungiert und pathophysiologisch eine wesentliche Rolle u. a. bei Erbrechen, Diarrhoe und dem Reiz-darmsyndrom spielt, könnten die in dieser Arbeit erstmals beschriebenen intestinalen olfaktorischen Rezeptoren mögliche neue Ziele in der Pharmakotherapie von Erkrankungen und Motilitätsstörungen des Gastrointestinaltrakts darstellen.

In der hier durchgeführten Studie „Untersuchungen zur mikrobiellen Besiedlung der Nasenhöhle von Patienten mit chronischer Rhinosinusitis unter besonderer Berücksichtigung von Staphylococcus aureus und Staphylococcus aureus Small Colony Varianten“ sollte das Keimspektrum der chronischen Rhinosinusitis (CRS) beim Menschen, mit Schwerpunkt auf Staphylococcus aureus (Sa) und seinem Small Colony Variant (SCV) -Phänotyp, untersucht werden. Die chronische Rhinosinusitis (CRS) ist eine häufig vorkommende Erkrankung die bei etwa 5-15 % der Bevölkerung westlicher Industrienationen auftritt. Ihre Ätiologie ist noch unbekannt, allerdings wird als mögliche Ursache eine Infektion mit Bakterien diskutiert. Unter den Bakterien wird dem grampositiven Keim Staphylococcus aureus eine große Bedeutung bei dieser Erkrankung zugeschrieben. In dieser Studie wurden Nasenschleimhautbiopsien und Nasenspülproben von 31 Patienten mit CRS und nasalen Polypen (CRSNP+), 13 Patienten mit CRS ohne nasale Polypen (CRSNP-) und 21 Kontrollpatienten mit verschiedenen mikrobiologischen Methoden untersucht. Die Ergebnisse der hier vorliegenden Studie stellen eine bakteriologische Ursache für die chronische Rhinosinusitis in Frage. Es wird deutlich, dass der normale Phänotyp von Sa keine wesentliche Rolle bei der CRS spielt, da dieser Keim sowohl bei erkrankten als auch bei gesunden Probanden etwa gleich häufig auftrat, bei CRSNP- Patienten sogar in noch geringerer Menge als bei den anderen beiden Gruppen. In keiner der untersuchten Proben konnten SASCV nachgewiesen werden, so dass deren Rolle bei der CRS untergeordnet erscheint. Auf Grund der kleinen Fallzahlen kann von dieser Studie zwar nicht auf die Gesamtbevölkerung geschlossen werden, aber die Ergebnisse geben dennoch Hinweise auf die tatsächliche Situation. Auch bei der Untersuchung der übrigen in den Proben vorkommenden gram-positiven und gram-negativen, aeroben und anaeroben Bakterien konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen festgestellt werden. Beim Vergleich der hier angewandten mikrobiologischen Nachweismethoden, stellte sich heraus, dass die Bakterienkultur im Vergleich zur Real-time PCR und der Fluoreszenz in situ Hybridisierung die sensitivste Methode war. Die PCR hat allerdings den Vorteil dass auch DNA toter Bakterien nachgewiesen werden kann, und dass sie erheblich schneller durchzuführen ist als die Bakterienkultur. Die Fluoreszenz in situ Hybridisierung an Paraffingewebsschnitten scheint nach den hier vorliegenden Ergebnissen nicht geeignet zu sein, Sa im Gewebe nachzuweisen. Auf diesem Gebiet besteht also noch Bedarf an weiterer Optimierung der Methode an Paraffinschnitten. Neben bakteriologischen Untersuchungen von Patientenproben sollten Auswirkungen des Sa und SASCV- Nachweises auf nasale immunologische Parameter erfasst werden. Hierzu sollte das nasale Zytokinmuster erhoben werden und mögliche Unterschiede der Genexpression bei CRSNP+ Patienten mit Sa- Nachweis untersucht werden. Wie eine Infektion mit Sa bzw. SASCV zelluläre Reaktionen auf Proteinebene beeinflusst und ob Unterschiede zwischen Sa und SASCV in der induzierten Zellantwort bestehen, wurde zusätzlich an humanen monozytären MonoMac-6 Zellen (MM6) und an humanen Atemwegsepithelzellen der Zelllinie BEAS-2B (B2B) untersucht. Eine in vitro Infektion dieser beiden Zelltypen mit verschiedenen Sa- Stämmen führte zu einer unspezifischen Stimulierung der Sekretion aller untersuchten Proteine. Eine Polarisation in Richtung TH1 bzw. TH2, also in Richtung CRSNP- bzw. CRSNP+ konnte nicht festgestellt werden. Auch die Microarrayanalysen von Sa-positiven und Sa-negativen Biopsien von CRSNP+ Patienten zeigen keine vermehrte Expression von Genen für Zytokine die für TH1 oder TH2 polarisieren. Ebenso wurde die Konzentration der in der nasalen Lavage gemessenen Zytokine durch eine Infektion mit Sa nicht beeinflusst und ein TH2 Shift war nicht erkennbar. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass bei der CRS vermutlich zunächst eine Entzündung vorliegt, die dann ggf. die bakterielle Besiedlung fördert, als dass diese Entzündung initial durch eine bakterielle Infektion induziert wird. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, dass hier nur kleine Fallzahlen untersucht wurden. Klarheit könnte eine groß angelegte Studie mit möglichst hohen Patientenzahlen und einer gut charakterisierten Patientenpopulation sowie ggf. die Verwendung molekularer Verfahren zum Nachweis bakterieller Erreger bringen. Diese Studie zeigt, dass eine bakterielle Ursache der CRS unwahrscheinlich ist.

Atheromatöse Plaques sind vulnerabel, und deren Ruptur kann die Bildung gefäßverschließender plättchen- und fibrinreicher Thromben induzieren, welche akute Myokardinfarkte und ischämische Schlaganfälle verursachen können. Bisher geht man davon aus, dass der Plaque-„tissue factor“ als Aktivator der extrinsischen Blutgerinnung und Stimulator der Thrombin-vermittelten Plättchenaktivierung und Aggregation die bedeutendste prothrombogene Substanz atheromatöser Läsionen darstellt. Zu Beginn dieser Arbeit war nicht geklärt, ob und wie das lipidreiche atherosklerotische Plaquematerial auch direkt mit den Thrombozyten im Blut interagieren und auf diese Weise die Bildung eines gefäßverschließenden Plättchenthrombus induzieren kann. Die atheromatösen Läsionen von mehr als 60 verschiedenen Patienten mit Karotisstenose wurden mittels Endarterektomie isoliert und Kollagen Typ I- und Kollagen Typ III-positive, morphologisch äußerst heterogene Strukturen in den Plaques identifiziert, welche direkt die Adhäsion, Sekretion und Aggregation von Plättchen in Puffer, Plasma und Blut stimulierten. Darüber hinaus lösten die Plaques auch die Bildung von Thrombozyten-Monozyten-Aggregaten sowie eine plättchenbeschleunigte Fibrinbildung und Gerinnung aus. Unter arteriellen Flussbedingungen induzierten die kollagenpositiven Komponenten des Plaquematerials die Adhäsion, das Ausbreiten und die Aggregatbildung der Thrombozyten. Die Plaque-stimulierte Plättchenaggregatbildung erfolgte sehr rasch (< 5 min) und wurde in Hirudin-antikoaguliertem Blut beobachtet, was darauf schließen lässt, dass diese direkt und unabhängig von der Plaque-„tissue factor“-vermittelten Koagulation erfolgte und sehr wahrscheinlich für die initiale und schnelle Thrombusbildung nach einer Plaqueruptur in vivo von Bedeutung ist. Sowohl die Ergebnisse mit humanen, als auch mit murinen Blutplättchen wiesen auf eine essentielle Rolle morphologisch diverser Kollagen Typ I- und Kollagen Typ III-positiver Plaquestrukturen und des thrombozytären Kollagenrezeptors GPVI bei der durch atheromatöse Läsionen stimulierten Plättchenformveränderung, Adhäsion, Ausbreitung, Sekretion und Aggregation im statischen System und unter arteriellen Flussbedingungen hin. Der zweite bedeutende thrombozytäre Kollagenrezeptor, das Integrin α2β1, schien hingegen nicht an der durch die atheromatösen Läsionen hervorgerufenen Plättchenadhäsion und Aggregation im statischen System und unter Fluss beteiligt zu sein. Diese Beobachtungen führten zur Annahme, dass die Verabreichung von z. B. spezifischen anti-GPVI-Antikörpern oder löslichem GPVI-Protein, welche die Interaktion des thrombozytären GPVI-Rezeptors mit dessen Liganden im Plaquegewebe (Kollagen Typ I/Typ III) inhibieren, viel versprechende neue und effektive antithrombotische Strategien zur frühen Prävention kardio- und cerebrovaskulärer Gefäßverschlüsse darstellen könnten. Der thrombozytäre VWF-Rezeptor GPIbα war weder im gerührten System, noch unter Fluss mit niedrigeren Scherraten von 500 s-1 von Bedeutung für die durch atheromatöse Plaques induzierte Plättchenaggregation im Blut. Unter arteriellen Flussbedingungen mit höheren Scherraten von 1500 s-1 allerdings resultierte die Blockade von GPIbα in einer starken Reduktion (77±5%) der Plaque-stimulierten Thrombozytenadhäsion und Aggregatbildung. Dies lässt darauf schließen, dass unter diesen Strömungebedingungen auch die Interaktion des VWF mit dem Plättchen-GPIbα-Rezeptor eine wichtige Rolle für die Thrombusbildung nach Plaqueruptur spielt. Sowohl die ADP-Rezeptor-Antagonisten MRS2179 (P2Y1-Antagonist) und AR-C69931MX (P2Y12-Antagonist), als auch Aspirin® konnten die Plaque-vermittelte Thrombozytenaggregation in gerührtem PRP und Blut signifikant verringern, wobei die Kombination aller drei Plättchenhemmer am effektivsten wirkte und die Plaque-induzierte Aggregation vollständig inhibierte. Unter arteriellem Fluss (Scherraten: 1500 s-1) wirkten MRS1279, AR-C69931MX sowie deren Kombination allerdings deutlich weniger effizient als im statischen System und reduzierten die Plaque-stimulierte Plättchenaggregatbildung nur um 35±14%, 32±13% und 58±12%. Überraschender Weise führte die Zugabe von Aspirin® unter Fluss zu keiner signifikanten Reduktion der Plaque-induzierten Thrombozytenaggregatbildung. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass ADP-Rezeptor-Antagonisten sowie Aspirin® die Bildung eines gefäßverschließenden Thrombus nach Plaqueruptur eher ineffizient hemmen dürften. Die atheromatösen Plaquehomogenate verschiedener Patienten wiesen unterschiedliche thrombozytenaktivierende Eigenschaften auf, welche weder auf deren variierenden Gehalt an löslichem Kollagen, noch auf die unterschiedliche Morphologie der Kollagen Typ I- und Kollagen Typ III-positiven Plaquekomponenten zurückgeführt werden konnte. Weiterhin verhielt sich sowohl fibrilläres als auch lösliches Kollagen Typ I und Kollagen Typ III anders als das Plaquematerial bezüglich der Plättchenaggregation im PRP. Die Bindung des thrombozytären GPVI-Rezeptors an das Plaquematerial stellte die Voraussetzung für die Plättchenaktivierung der Plaques dar, wobei jedoch keine eindeutige positive Korrelation zwischen der GPVI-Bindung und der Aktivität der atheromatösen Läsionen verschiedener Patienten hergestellt werden konnte. Der Grund für die unterschiedliche Thrombozytenaktivierung induziert durch das Plaquematerial verschiedener Patienten bleibt letztlich also unklar. Die weitere Erforschung möglicher Ursachen für die unterschiedlichen plättchenaktivierenden Eigenschaften der lipidreichen atheromatösen Läsionen verschiedener Patienten stellt eine interessante und vor allem klinisch relevante zukünftige Fragestellung dar.

Cathepsine sind lysosomale Cysteinproteasen, die neben der allgemeinen Proteindegradation in Lysosomen auch spezifische Funktionen ausüben, die eine limitierte Proteolyse erfordern. Zudem werden Cathepsine sezerniert, weshalb man sie auch im Extrazellulärraum findet, wo sie ebenfalls an verschiedenen biologischen Vorgängen, wie etwa der Zellmigration/Invasion, teilnehmen. Über Cathepsin X, einen relativ neu entdeckten Vertreter dieser Proteinklasse, war zu Beginn der Promotionsarbeit noch wenig bekannt. Die Struktur und das Aktivitätsprofil konnten zwar bereits gelöst werden, über mögliche (patho-)physiologische Funktionen gab es jedoch noch keine Erkenntnisse. Das Hauptziel meiner Untersuchungen war daher, mittels geeigneter Methoden nähere Aufschlüsse über die Rolle von Cathepsin X oder seiner Proform innerhalb und außerhalb der Zelle zu erlangen. Dies sollte vorwiegend durch die Analyse der Expression und Sekretion dieser Protease, sowie durch das Auffinden von Interaktionspartnern erfolgen. Wie sich in Vorversuchen zeigte, wird Cathepsin X in humanen Leukozyten unterschiedlich stark exprimiert. Da eine hohe Expression insbesondere in Monozyten vorlag, wurde für weitere Analysen das Zellmodell THP-1 eingesetzt, das auch für die Differenzierung zu Makrophagen-ähnlichen Zellen durch Stimulation mit Phorbol-12-Myristat-13-Acetat (PMA) oder all-trans Retinsäure (ATRA) verwendet werden kann. Interessanterweise zeigten diese Agenzien unterschiedliche Auswirkungen auf die Expression und Sekretion von Cathepsin X. So wurde mit PMA eine starke intra- und extrazelluläre Erhöhung der Protease verzeichnet, während mit ATRA das Gegenteil der Fall war. Da eine differenzielle Expression von Cathepsin X in Leukozyten auf eine mögliche Funktion in der Entzündungsantwort hindeutet, schien eine Untersuchung der Wirkung von proinflammatorischen Zytokinen und extrazellulären Matrix (EZM)-Proteinen sinnvoll, weil diese Faktoren ebenfalls die Sekretion von Proteasen beeinflussen können. Die untersuchten Zytokine hatten allerdings keinen Effekt auf die Sekretion von Cathepsin X aus THP-1-Zellen, wohingegen mit dem EZM-Protein Vitronektin eine Verdopplung der Cathepsin-X-Konzentration im Medium beobachtet wurde. In diesem Kontext konnte nachgewiesen werden, dass Vitronektin durch die Interaktion mit dem Zelloberflächenrezeptor Integrin avb3 den Sekretionsapparat der Zelle beeinflusst, wobei offensichtlich das Sequenzmotiv Arginin-Glyzin-Aspartat (RGD), welches in Vitronektin enthalten ist, für diesen Vorgang entscheidend ist. Neben Cathepsin X wurde auch für die Cathepsine B und L eine erhöhte Freisetzung nach Inkubation mit Vitronektin gemessen, was zeigt, dass dieser durch das EZM-Protein ausgelöste Mechanismus nicht auf Cathepsin X beschränkt ist. Umgekehrt ließ sich in einem weiteren Zellmodell (HUVEC) durch den Einsatz von „small-interfering RNA“ (siRNA) die Expression von Cathepsin X erniedrigen, was zu einer verminderten Migration der HUVEC in einem Invasionsversuch führte. Dies deutet auf eine Funktion von Cathepsin X in der Zellmotilität hin. Weil Cathepsin X, ähnlich wie Vitronektin, ein exponiertes RGD-Motiv in seiner Proregion aufweist, sollte nun eine mögliche Interaktion mit Integrinen untersucht werden. Tatsächlich ließ sich eine RGD-abhängige Interaktion von Procathepsin X mit dem Integrin avb3 zeigen. Somit werden in dieser Arbeit zwei wesentliche neue Aspekte in der Regulation der Sekretion und seiner Beteiligung an Migrationsvorgängen gezeigt, wobei die Interaktion von Procathepsin X mit dem Integrin avb3 eine besondere Rolle zu spielen scheint. Ob diese beiden Vorgänge miteinander gekoppelt sind, konnte mit den bisherigen Ergebnissen noch nicht bewiesen werden. Insgesamt deuten die Ergebnisse jedoch darauf hin, dass extrazelluläres (Pro)Cathepsin X neben seiner Rolle als Protease auch nicht-proteolytische Funktionen, beispielsweise als Ligand bestimmter Zelloberflächenstrukturen ausüben kann. Dieser Aspekt könnte im Hinblick auf eine therapeutische Inhibition von Angiogenese und Metastasierung von Tumorzellen durch Antikörper gegen Cathepsin X und/oder Integrine von großem Nutzen sein.

Thu, 24 Apr 2008 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/8471/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/8471/1/Loeser_Maria.pdf Löser, Maria ddc:600, ddc:610, Mediz

Die koronare Herzkrankheit (KHK) stellt momentan die häufigste Krankheits- und Todesursache in Europa dar. Häufig kommt es als Folge einer KHK zum akuten Myokardinfarkt mit den gefürchteten Folgen, wie kardiogenem Schock und plötzlichem Herztod. Während sich die etablierten konservativen Therapiestrategien bislang auf eine Verminderung des pathologischen Remodellings beschränken, gewinnt die Forschung an alternativen Therapiemöglichkeiten zur längerfristigen Regeneration des geschädigten Myokards zunehmend an Bedeutung. Ein neuer bisher noch nicht zur Therapie des Herzinfarkts eingesetzter Kandidat könnte das Parathormon (PTH) sein. Dessen Fragment PTH (1-34) befindet sich bereits seit Jahren im klinischen Einsatz zur Bekämpfung schwerer Osteoporosen. Im Tiermodell verbesserte PTH durch Steigerung des myokardialen Blutflusses die Herzfunktion und verhinderte dadurch die Ausbildung eines kardiogenen Schocks. Kürzlich konnte darüber hinaus im Mausmodell gezeigt werden, dass PTH die Stammzellnische im Knochenmark reguliert. So führte die PTH-Gabe zu einem Anstieg verschiedener Stammzellpopulationen im Knochenmark und verminderte bei bestrahlten Mäusen nach Knochenmarktransplantation signifikant deren Mortalität. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von PTH (1-34) auf die Mobilisation von Knochenmarkstammzellen ins periphere Blut sowie mögliche Effekte auf Pumpfunktion und Remodelling nach akutem Myokardinfarkt im Mausmodell zu untersuchen. Die Behandlung mit PTH (1-34) führte zu einer Mobilisation verschiedener Stammzellpopulationen aus dem Knochenmark ins periphere Blut. Dabei kam es nach PTH-Gabe im Gegensatz zu Granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) nicht zum Abfall von CD45+/CD34+ Stammzellen im Knochenmark. Nach chirurgisch induziertem Myokardinfarkt führte die Gabe von PTH zu einer signifikanten Abnahme der Mortalität im Vergleich zu den Kontrolltieren. Dies war bei den PTH-Tieren assoziiert mit einer signifikanten Verbesserung der globalen Herzfunktion. So waren das Herzzeitvolumen und die Auswurffraktion nach PTH-Gabe deutlich gesteigert. Wir konnten anhand einer erniedrigten arteriellen Nachlast in den hämodynamischen Untersuchungen zeigen, dass PTH am arteriellen Gefäßbett zu einer Vasodilatation führt. Über diesen bekannten Einfluss von PTH auf den arteriellen Gefäßwiderstand kommt es zu einem gesteigerten myokardialen Blutfluss. Dadurch verbessert PTH in der Akutphase nach akutem Myokardinfarkt die Herzfunktion und schützt vor einem akuten Herzversagen. Auf histologischer Ebene fanden sich nach PTH-Behandlung kleinere Infarktgrössen und eine verminderte Abnahme der linksventrikulären Vorderwand im Vergleich zu den Kontrolltieren. Diese Veränderungen im Remodelling nach PTH-Behandlung waren durch eine Zunahme von CD31+ Kapillaren in der Grenzzone um den Infarkt (Borderzone) erklärbar. Die Gefäßneubildungen waren assoziiert mit einer gesteigerten Expression von Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) sowie des Insulin like Growth Factor-1 (IGF-1)-Rezeptors in der Borderzone. PTH bewirkt somit entweder direkt oder indirekt über die Mobilisation von Knochenmarkstammzellen eine vermehrte Sekretion von vaskulären Wachstumstumsfaktoren wie VEGF und IGF-1. So kommt es nach akutem Myokardinfarkt im Mausmodell zu einem abgeschwächten „Remodelling“ mit konsekutiver Verbesserung der myokardialen Pumpfunktion. Neben weiterer Untersuchungen bezüglich der Mechanismen, über die PTH zu den gezeigten Veränderungen im kardialen Remodelling führt, müßte in einem nächsten Schritt geklärt werden, ob PTH (1-34) beim Menschen in der zur Osteoporosebehandlung üblichen Tagesdosis von 20-40 µg oder in konsekutiv höheren Dosierungen zur Freisetzung verschiedener Populationen von Knochenmarkstammzellen ins periphere Blut führt (Phase I Studie).

Die B-Zellentwicklung der Vögel zeigt im Vergleich zu Maus und Mensch grundsätzliche Unterschiede. Davon ausgehend konnte in neuerer Zeit auch für die meisten Haustierspezies gezeigt werden, dass sie für die Reifung ihrer B-Zellen darmassoziiertes lymphatisches Gewebe (GALT) verwenden. Da Hühner-B-Zellen in einem einzigartigen GALT-Organ, der Bursa fabricii reifen, stellt das Huhn ein exzellentes Modell dar, um die zugrunde liegenden Mechanismen der B-Zellreifung zu studieren. Zahlreiche Mausmodelle zeigen, dass TNF-TNF-R- Familienmitglieder wichtige Regulatoren der B-Zellreifung und –funktion darstellen. Um die Struktur und die Funktion des CD40-CD40L-Systems im Huhn zu untersuchen, wurde zuerst das CD40-Expressionsmuster auf hämatopoetischen Zellen und verschiedenen Zellinien mittels durchflusszytometrischer Untersuchungen unter Verwendung des monoklonalen Antikörpers AV79 analysiert. Alle B-Zellen aus Blut, Milz, Zäkaltonsillen und der Bursa exprimierten das CD40-Antigen. Im Gegensatz dazu konnte CD40 nur auf einer Subpopulation der T-Zellen gefunden werden. Bei der Analyse von Zellinien konnten sowohl eine B-Zellinie als auch eine T-Zellinie sowie embryonale Fibroblasten als CD40+ Zellen identifiziert werden. Um die funktionelle Rolle von CD40 im B-Zellsystem zu studieren, wurden B-Zellen aus Bursa, Milz und Zäkaltonsillen mit einem rekombinanten CD40L-Konstrukt stimuliert. Die Zugabe von rChCD40L verlängerte die Lebensspanne von B-Zellen signifikant und induzierte sowohl eine Proliferation der B-Zellen als auch einen Klassenwechsel der Immunglobuline. Die Aktivierung der B-Zellen durch rChCD40L führt zu einer verstärkten Expression von MHCII-Molekülen sowie zur Sekretion von IL-6. Zusätzlich konnten durch rChCD40L erstmals Langzeitkulturen primärer Hühner-B-Zellen etabliert werden. In diesen Langzeitkulturen war rChCD40L in der Lage, die antigenspezifischen Antikörpertiter in in vitro-Kulturen von Milz-B-Zellen immunisierter Tiere signifikant zu erhöhen. Ausgehend von diesen Daten kann auf eine essentielle Rolle des CD40-CD40L-Systems in der Entwicklung und der Funktion der B-Zellen in einem nicht zu den Säugetieren gehörenden Wirbeltier geschlossen werden. Somit stellt das CD40-CD40L-System ein phylogenetisch konserviertes System dar. Darüber hinaus bietet die Etablierung von Langzeitkulturen primärer Hühner-B-Zellen ein neues Werkzeug für Studien zur Wirt-Pathogen-Interaktion.

Trotz des Einsatzes verschiedenster sehr potenter Antibiotika und Antiphlogistika in Verbindung mit einer ausgereiften Intensivmedizinischen Betreuung ist die Sepsis sowohl in der Human- als auch in der Tiermedizin heute immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Die Immunpathogenese der Erkrankung ist gekennzeichnet durch eine systemische Entzündungsreaktion, hervorgerufen durch eine frühe Sekretion des Zytokins Tumor Nekrose Faktor alpha (TNFα). Im Vergleich zu TNFα gilt dagegen das erst kürzlich entdeckte Zytokin High Mobility Group Box 1 (HMGB1) als später proinflammatorischer Faktor. Um nun die Rolle dieser beiden Zytokine in der caninen Sepsis näher zu untersuchen, wurden neue sensitive Nachweismethoden etabliert und zusätzlich zwei bereits kommerziell erhältliche Substanzen aus der Humanmedizin zur Neutralisation von caninem TNFα in vitro getestet. Anhand bereits publizierter Sequenzen und mit Hilfe der Ensembl Datenbank konnten per PCR die Sequenzen für canines TNFα, TNFR1 (P60), HMGB1 und dessen Rezeptor RAGE kloniert und die Proteine rekombinant exprimiert werden. Die Bioaktivität und die Konzentration des rcanTNFα wurden in einem Zytotoxizitäts Assay mit der Zelllinie WEHI164 getestet. Die Bioaktivität des P60-Fc Fusionsproteins wurde durch seine neutralisierende Wirkung auf das zytotoxische rcanTNFα im gleichen Assay nachgewiesen. Mit Hilfe des P60-Fc Fusionsproteins und einem kommerziellen biotinylierten Ziege-anti-Hund TNFα Antikörper konnte ein entsprechender sensitiver ELISA aufgebaut werden. Gleichzeitig wurden ebenfalls im WEHI-Bioassay die zwei humanen anti-TNFα Therapeutika Infliximab und Ethanercept auf ihre Eigenschaft zur Bindung und Neutralisation von caninem TNFα hin getestet Nur Ethanercept konnte dabei das Zytokin binden und neutralisieren. Anschließend wurden Plasmaproben von 79 klinisch an Sepsis erkrankten Hunden analysiert und im TNFα ELISA quantifiziert. Keine der untersuchten Proben wies dabei jedoch einen erhöhten Spiegel an TNFα im Plasma auf. Aus diesem Grund wurden nun auch mit Hilfe zweier polyklonaler Seren gegen rcanHMGB1 und gegen eine spezifische Peptidsequenz des Zytokins ein Western Blot Verfahren und ein Capture ELISA für die Messung von HMGB1 aufgebaut. HMGB1 konnte dabei allerdings sowohl bei gesunden als auch bei sepsiskranken Hunden in vergleichbaren Mengen nachgewiesen werden.

Der „Extracellular Matrix Metalloproteinase Inducer“ EMMPRIN ist bisher im Wesentlichen bekannt aus der Tumorpathologie; er induziert in umliegenden Fibroblasten eine Aktivierung der Matrix Metalloproteinasen (MMPs). Die Beteiligung von EMMPRIN am arteriosklerotischen Geschehen konnte in früheren Untersuchungen durch den Nachweis der EMMPRIN-Expression in verschiedenen kardiovaskulären Zellen wie Monozyten, Endothelzellen und glatten Muskelzellen in der arteriosklerotischen Plaque erbracht werden. Diese Arbeit beschreibt erstmals das Vorkommen von EMMPRIN auf Thrombozyten. Der Rezeptor wird im offenen kanalikulären System von ruhenden Thrombozyten gespeichert und aktivierungsabhängig an der Zelloberfläche exprimiert. Für die Untersuchungen zur funktionellen Relevanz von EMMPRIN auf den Thrombozyten und für weiterführende in vivo-Versuche beschreibt die vorliegende Arbeit die Generierung muriner Thrombozyten, welche mittels retroviralem Gentransfers eine Überexpression von EMMPRIN an der Zelloberfläche aufweisen. Die siRNA-Technologie wurde eingesetzt, um die EMMPRIN-Synthese der koinkubierten Monozyten zu hemmen. Eine funktionelle Relevanz von EMMPRIN bei zellulären Interaktionen konnte nachgewiesen werden. So führt die Wechselwirkung der Thrombozyten untereinander EMMPRIN-vermittelt zu einer Aktivierung der Zellen mit weiterer Expression von Adhäsionsmolekülen wie P-Selektin und CD40L. Die Interaktion der Thrombozyten mit Monozyten führt EMMPRIN-vermittelt zu einer vermehrten Aktivität der monozytären MMP-9. Bei der Wechselwirkung zwischen Thrombozyten und Monozyten aktiviert EMMPRIN außerdem den Transkriptionsfaktor NF-kappaB über den klassischen Weg und induziert dadurch eine vermehrte Sekretion des proinflammatorischen Interleukin 6. EMMPRIN könnte somit ein neuer therapeutischer Angriffspunkt sein für die Identifikation rupturgefährdeter Plaques. Deren Progression könnte durch eine pharmakologische Hemmung von EMMPRIN möglicherweise reduziert werden.

Hintergrund und Ziele der Arbeit: Bakterien und DNA Viren werden anhand unmethylierter CpG-Motive innerhalb ihrer DNA von den TLR 9 tragenden PDCs und den B Zellen des humanen Immunsystems als Gefahrensignale erkannt. Mittels synthetischer, CpG-enthaltender ODN nutzt man diese Grundsatzmechanismen, um vergleichbare Immunantworten auszulösen. Auf Grundlage eines unterschiedlichen immunologischen Aktivierungsprofils wurden bislang drei CpG-Klassen definiert: CpG-A, CpG-B und CpG-C. Mit Hilfe von CpG-A war es erstmals möglich, IFN-α in PDCs (den endogenen Hauptproduzenten dieses Zytokins) in Mengen zu induzieren, wie es bislang nur mit Viren selbst möglich war. Auch CpG-C stimuliert PDCs zur Sekretion von IFN α und aktiviert darüber hinaus B Zellen - eine Eigenschaft, die CpG-A nicht besitzt. Die sequenzspezifischen und strukturellen Voraussetzungen für diese differenziellen Wirkprofile waren bislang unzureichend verstanden, auch weil die Struktur-Analysen nur begrenzt auf die tatsächlichen Vorgänge im physiologischen Milieu übertragbar waren. Um CpG-ODN für die therapeutische Anwendung zu optimieren, sind die genauen Kenntnisse der Struktur-Wirkungsbeziehungen jedoch unverzichtbar. Ein zweiter Ansatzpunkt zur Optimierung der Anwendung liegt in der Verbesserung der systemischen Stabilität von CpG-ODN. Die Bindung von CpG-ODN an partikuläre Trägersysteme (z.B. Gelatine-Nanopartikel) wurde bereits in unserer Abteiliung als mögliches drug-delivery-System etabliert. Eine Weiterentwicklung dieses Prinzips wären partikuläre Strukturen, die aus immunstimulatorischen Nukleinsäuren aufgebaut keiner weiteren Trägermaterialien bedürfen. Beide Ansatzpunkte führen zu den Zielen dieser Arbeit: 1) Die Aufklärung der Struktur-Wirkungsbeziehungen der CpG-Klassen A und C durch Etablierung geeigneter Methoden zur Untersuchung im physiologischen Milieu. 2) Die Entwicklung immunstimulatorischer partikulärer Strukturen auf Basis der in Teil 1) identifizierten wirksamen Strukturelemente beider CpG-Klassen. Ergebnisse: 1) Struktur-Wirkungsbeziehungen von ODN 2216 (CpG-A) und ODN M362 (CpG-C): CpG-A bildet im physiologischen Milieu spontan multimolekulare Strukturen, deren mittlere Durchmesser mit 24 40 nm im Größenbereich von Viren liegen. Es zeigte sich, dass für diese Multimerisierungen das Zusammenspiel aus flankierenden Poly-G-Motiven, palindromischem Zentrum und eingelagerten Natrium- oder Kaliumionen entscheidend ist. Physiologisches Milieu wirkt sich sowohl den Umgebungs-pH und die Na+/K+-Konzentrationen als auch die Temperatur (37 °C) betreffend optimal förderlich auf die Strukturbildung aus. Die Identifizierung dieser maßgeblichen Faktoren machte es möglich, den Strukturaufbau von CpG-A experimentell zu kontrollieren und die immunologischen Wirkungen der verschiedenen Strukturen direkt zu vergleichen. Für die rasche und hohe Induktion von IFN-α und anderen inflammatorischen Zytokinen durch PDCs sind große Partikel verantwortlich. Die Multimerisierungen von ODN 2216 werden bei pH < 6 zunehmend aufgehoben. Unterbindet man die Multimerisierungen durch Präinkubation der ODN bei Temperaturen > 60 °C oder durch Entzug der stabilisierenden Natriumionen (indem man sie zuvor in Aqua ad inj. löst), so verliert ODN 2216 seine immunstimulatorische Aktivität in Bezug auf PDCs. Die schwache Wirkung der CpG-A-Monomere kann jedoch durch Präinkubation von PDCs mit IFN β deutlich gesteigert werden. Im Gegensatz zu den ebenfalls einzelsträngig vorliegenden ODN 2006 (CpG-B) haben auch Monomere von ODN 2216 keine aktivierende Wirkung auf B Zellen. CpG-C hat durch die palindromische Sequenz die Möglichkeit, Hairpins und Duplices zu bilden. ODN M362 zeigt jedoch keine Hairpinstrukturen. Die Duplexformationen sind bei 37 °C in vitro nicht stabil und spielen keine Rolle bei der durch diese ODN initiierten B-Zell-Aktivierung. Duplices haben jedoch Anteil an der Induktion von IFN-α in PDCs. Die in dieser Arbeit etablierten Protokolle der Temperatur-Präinkubation ermöglichen erstmalig eine experimentelle Kontrolle der Strukturbildungen von CpG-A und CpG-C und dadurch den Vergleich von Struktur und Wirkung. Das Standardprotokoll für Gelelektrophorese wurde dahingehend modifiziert, dass ein physiologisches Milieu sowohl durch die anwesenden Ionen als auch durch die Umgebungstemperatur (37°C) simuliert werden konnte. 2)Design Nukleinsäure-basierter Nanopartikel: Zentrale Elemente von CpG-A und CpG-C (palindromische Sequenz, gerüstartige Verbindung mehrerer Nukleinsäuren) wurden eingesetzt, indem ODN M362-Sequenzen (CpG-C) an bi- und trivalenten Grundgerüsten (Linkern) für den Strukturaufbau optimiert wurden. Trivalente Linker ermöglichen die variierende Zusammenlagerung der palindromischen Nukleinsäuren in drei Richtungen des Raumes und dadurch die Bildung großer Partikel. Diese sind den bisher bekannten Maximalstimuli CpG-B und CpG-C hinsichtlich der Aktivierung von B-Zellen gleichwertig. Erstmalig konnten auf diese Weise B-Zellen durch partikuläre Strukturen stark aktiviert werden. Nach Vor-Komplexierung der Partikel mit Poly-L-Arginin wird die Aktivität bei B-Zellen nochmals verstärkt. Kurze, nicht-palindromische CpG-DNA-Sequenzen an trivalenten Grundgerüsten induzieren nach Vor-Komplexierung mit Poly-L-Arginin deutlich mehr IFN-α in PBMCs als CpG-A, obwohl sie selbst nicht multimerisieren. Wird die (palindromische) RNA-Sequenz von CpG-C an einem trivalenten Linker verwendet, so können ebenfalls große Strukturen generiert werden, die nach Transfektion vergleichbare Mengen IFN-α in PBMCs induzieren wie CpG-A. Ausblick: Die vorliegende Dissertation verbindet Fragestellungen der Immunologie und der pharmazeutischen Technologie mit den Möglichkeiten der Biochemie. Es werden nicht nur verschiedene Methoden zur strukturellen Untersuchung von CpG-ODN im physiologischen Milieu etabliert, sondern auch die experimentelle Kontrolle der Strukturbildung von CpG-A ermöglicht. Die entwickelte Technik der Generierung dreidimensionaler, über palindromische Nukleinsäuren aufgebauter Partikel ist nicht auf CpG-Motive in DNA begrenzt, sondern kann auf eine andere für Viren charakteristische Nukleinsäure (Einzelstrang-RNA) übertragen werden. Dadurch würde zusätzlich möglich, die immunologischen Profile von ssRNA, dsRNA und CpG in einem Partikel zu kombinieren und die Art der Immunantwort je nach Zusammensetzung der Partikel gezielt zu bestimmen. Die klinische Relevanz dieser Arbeit ergibt sich aus den neuen Erkenntnissen über die Multimerisierungen von CpG-A, welche dessen therapeutischen Einsatz optimieren und besser standardisierbar machen sollen. Außerdem werden neue Hinweise auf die unterschiedlichen Aufnahme- und Erkennungsmechanismen beider CpG-Klassen und deren Aktivierung der Synthese von IFN-α gewonnen. Darüber hinaus wurde durch die Entwicklung der Polyvalenten Linker eine grundsätzlich neue Technik im Stil eines Baukastensystems etabliert, welche als Grundstein einer neuen Generation von immunstimulatorischen Multimeren dienen soll. Die Koadministration von Adjuvans und Antigen in direkter räumlicher Nähe bietet neue Gestaltungsmöglichkeiten in der Vakzineentwicklung. Zudem ist zu erwarten, dass unter Einbeziehung der RNA basierten immunologischen Wirkprofile innerhalb eines Partikels der Einsatz von CpG-ODN zur Therapie von Virusinfektionen und Tumoren weiter verbessert werden kann.

Funktionelle endoskopische Nasennebenhöhlenchirurgie ist mittlerweile als Therapiestandard für konservativ therapierefraktäre chronische Rhinosinusitis (CRS) und Polyposis nasi anzu-sehen. Regelmäßig wird diese Operation mit einer Nasentamponade abgeschlossen, um Schleimhautnachblutungen zu minimieren und die Wundheilung zu unterstützen. Sowohl das Tragen der Tamponade als auch die Detamponade sind für den Patienten oft wenig komforta-bel und in einigen Fällen äußerst schmerzhaft. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine moderne Nasentamponade aus Carboxymethylcellu-lose, das RapidRhino® Sinu-knit™, hinsichtlich ihrer Eigenschaften in Bezug auf die Blu-tungskontrolle, Beeinflussung der Wundheilung, Nebenwirkungen und den Tragekomfort für die Patienten zu untersuchen. In einer teilweise doppelblinden, randomisierten, kontrollierten prospektiven klinischen Un-tersuchung wurden n=21 Patienten einer beidseitigen funktionellen endoskopischen Nasenne-benhöhlenoperation unterzogen. Die Operation fand in Übereinstimmung mit den Regeln der Grazer Schule statt. Nach Aufklärung und mit dem Einverständnis der Patienten erfolgte prä-operativ die Zulosung der Seite der CMC-Tamponade. Zum Abschluss der Operation wurde das Carboxymethylcellulose-Netz auf die Operationswunde aufgebracht und mit 6 ml sterilem Aqua hydrolysiert. Die entsprechend andere Seite verblieb ohne Tamponade. Am ersten postoperativen Tag wurden die Patienten von einem an der Operation unbeteiligten Stationsarzt unter Zuhilfenahme einer visuellen Analogskala (0-10) nach jeweils seitenspezi-fischer Nasenatmungsbehinderung, Sekretion, lokalen Schmerzen, Kopfschmerzen sowie Schlafstörung und Gesamtbefinden befragt, ohne die tamponierte Seite zu kennen. Darüber hinaus erfolgte jeweils zwei Wochen, vier Wochen und drei Monate post-OP eine Nachsorge-untersuchung durch den Operateur, bei der die Merkmale endoskopisch sichtbare Tamponade, Nachblutung, Krustenbildung, Schleimhautstatus, Verwachsungen, Bildung von Granulati-onsgewebe und Infektion untersucht und dokumentiert wurden. Das mittlere Patientenalter betrug 49 Jahre, 33% der Patienten waren weiblich. Die Operati-onsindikation stellte bei 15 Patienten eine Polyposis nasi, bei 5 Patienten eine chronische Rhinosinusitis und bei einem Patienten eine akute Rhinosinusitis dar. Bei 86% der Patienten war das operative Vorgehen seitenidentisch. 11mal wurde die rechte OP-Seite tamponiert, 10mal die linke. Eine Beeinflussung der postoperativen Blutungen durch die Carboxymethylcellulose war nicht nachzuweisen; es fanden sich hierbei sowohl kurz- als auch mittelfristig keine Seitenun-terschiede. Bei der Interpretation dieser Ergebnisse ist kritisch zu hinterfragen, in wieweit bei insgesamt sehr geringer Nachblutung eine Tamponade nach funktioneller endoskopischer Nasennebenhöhlenchirurgie zur Blutungskontrolle überhaupt notwendig ist. Sichere Aussagen über hämostatische Effekte von CMC lassen sich anhand der hier gewonnen Erkenntnisse nicht treffen. Nebenwirkungen oder Komplikationen bei der Verwendung von CMC als mo-derne Nasentamponade traten nicht auf. Die mit CMC tamponierte Seite zeigte im Vergleich zur Gegenseite in keinem der untersuchten Parameter Unterschiede hinsichtlich der Wundhei-lung oder Krustenbildung, womit weder eine positive noch eine negative Beeinflussung zu zeigen war. Der Einsatz von CMC besitzt hinsichtlich des Tragekomforts die gleichen Eigen-schaften wie "keine Nasentamponade". Damit ist der Patientenkomfort - besonders auch im Vergleich zu anderen Tamponaden - als ausgezeichnet einzustufen. Zur abschließenden Beurteilung der Anwendung von CMC als moderne Nasentamponade sind weitere Untersuchungen notwendig. Eine interessante Option könnte der Einsatz von CMC in ihrer Gelform als Trägersubstanz für diverse Pharmaka darstellen.

Der Tarsus superior ist eine bindegewebige Platte, welche dem Oberlid seine charakteristische Form und Festigkeit verleiht. Zudem liegen im Tarsus die Glandulae tarsales, welche den Lidrand einfetten und verhindern, dass dieser von Tränenflüssigkeit überschritten wird. In der Literatur wurde dem Gewebe des Tarsus im Verlauf der letzten hundertzehn Jahre ein unterschiedlicher Gewebetypus zugewiesen. Dieser schwankte von rein knorpelig zu rein faserig. In der modernen Literatur wird heute die Ansicht vertreten, dass es sich um ein Gewebe vom faserigen Gewebetypus handelt. Absicht dieser Studie war es, die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix des Tarsus superior zu bestimmen und sie in Bezug zu den mechanischen Eigenschaften des Gewebes zu setzen. Es zeigt sich, dass das Gewebe des Tarsus superior einen einzigartigen Gewebetypus darstellt, welcher zwar dem vom rein faserigen Bindegewebe sehr nahe kommt, aber dennoch einige spezielle molekulare Charakteristika vom Knorpelgewebe aufweist. Dazu gehört das Vorkommen von Aggrecan, Link und Cartilage Oligometric Matrix Protein in spezieller regionaler Verteilung. Auffällig ist vor allen das Vorkommen in der territorialen Matrix der Meibom’schen Drüsen. Hier kann es dazu beitragen, die Ätiologie der Veränderung der Drüsenaktivität bei rheumatoider Arthritis zu klären. Aufgrund der molekularen Befunde ist es nahe liegend, dass Autoimmunprozesse gegen Matrixbestandteile des Tarsus superior Einfluss auf die Aktivität der Glandulae tarsales nehmen. Die damit verbundene Änderung der Sekretion beeinträchtigt die Beschaffenheit des Tränenfilmes, was zum Sicca- Syndrom mit Keratokonjunktivits bis hin zu Cornea- Ulcerationen führen kann. Die besondere molekulare Beschaffenheit erklärt auch die Schwierigkeiten im Hinblick auf die Ersatzgewebegewinnung bei chirurgischen Rekonstruktionen des Oberlides.

Gram-negative Bakterien haben unterschiedliche Sekretionssysteme entwickelt um verschiedene molekulare Komplexe durch die bakterielle Membran in die extrazelluläre Umgebung oder in andere Zellen zu transferieren. Typ IV-Sekretionssysteme werden als Konjugationssysteme für den horizontalen Gentransfer zwischen Bakterien verwendet, sie stellen aber auch einen wichtigen Virulenzfaktor Gram-negativer Bakterien dar. Das von der cag-Pathogenitätsinsel kodierte CagA-Protein aus Helicobacter pylori wird durch den Cag Typ IV-Sekretionsapparat in verschiedene eukaryontische Zellen transloziert und ist mit der Enstehung von gastrointestinalen Ulzera, dem Magenkarzinom und MALT-Lymphom assoziiert. Die Charakterisierung des Translokationsmechanismus könnte als Grundlage zur Entwicklung spezifischer Interventionstherapien dienen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Sekretionsprozess des CagA-Proteins näher untersucht. Mit Hilfe gezielter Mutationen des cagA-Gens und der Herstellung von Fusionsproteinen konnte gezeigt werden, dass sowohl der C- als auch der N-Terminus für die Translokation notwendig sind, wobei die Termini hierfür nicht frei zugänglich sein müssen. Ein Entfernen der 20 C-terminalen Aminosäuren des CagA-Proteins reichte aus, um eine Sekretion zu verhindern. Durch den Austausch dieser C-terminalen Domäne des CagA-Proteins gegen den entsprechenden Bereich eines anderen Typ IV-sezernierten Proteins mit Ähnlichkeiten in der Primärsequenz (die MobA-Relaxase des Plasmids RSF 1010), konnte die Translokationsfähigkeit wiederhergestellt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass trotz diverser Homologien zwischen verschiedenen Typ IV-Sekretionssystemen auch Unterschiede bestehen, die auf der Anpassung an spezifische Funktionen und Organismen beruhen. Gemeinsamkeiten und individuelle Anforderungen dieser Sekretionssysteme gilt es in Zukunft weiter zu differenzieren.

Die vorliegende Arbeit diente der funktionellen Charakterisierung der Zwei-Komponenten Systeme (ZKS) des halophilen Archaeons Halobacterium salinarum. Von der Existenz mehrerer Histidinkinasen (HK) und Antwortregulatoren (RR) neben dem Chemotaxis-ZKS CheA/CheY weiss man nur aufgrund der Sequenzierung des Genoms. Folglich fehlten bislang funktionelle Beschreibungen dieser Proteine. Die vorgelegte Dissertation begann, diesen Mangel zu beheben. Den Laborversuchen war eine bioinformatische Bestandsaufnahme vorgeschaltet, welche die Sensordomänen der HK, die Effektordomänen der RR und die konservierten ZKS-Domänen beider Proteinklassen nach greifbaren Anhaltspunkten durchforstete. Diese Rasterfahndung vermochte jedoch nur bescheidene Hinweise auf die Funktionen und Wechselwirkungen der HK und RR zu erbringen. Die praktischen Arbeiten zur funktionellen Charakterisierung der halobakteriellen ZKS basierten auf zwei unterschiedlichen Strategien. Der erste Ansatz bestand in dem Versuch einer Funktionszuordnung über die Applikation eines Phosphatmangels, dem alle bislang daraufhin untersuchten Prokaryoten durch eine exklusiv ZKS gesteuerte, differentielle Genexpression entgegenwirken. Im zweiten Ansatz wurde mit OE3855R eine der wenigen HK, deren Primärsequenz einen Hinweis auf die Proteinfunktion lieferte, eingehend biochemisch analysiert. Für die Phosphatmangelversuche musste zunächst geprüft werden, bei welchem Nährstoffangebot H. salinarum in eine Unterversorgung gerät. Den Experimenten zufolge limitiert ein Phosphatgehalt von weniger als 0,5mM im Medium die finale Wachstumsdichte. Die mangelhafte Phosphatversorgung induziert das Gen aph, was zu einer verstärkten Produktion und Sekretion des Enzyms Alkalische Phosphatase führt. Mikroarray-Analysen und RT-qPCR-Experimente deckten auf, dass das halobakterielle Pho-Regulon mehrere ABC-Transportsysteme und verschiedene sekretierte Enzyme umfasst. Über die somit stark verbesserten Phosphataufnahmefähigkeiten hinaus ändert sich die Transkription einer Vielzahl weiterer Gene, wobei es sich wahrscheinlich um sekundäre Effekte handelt. Während der Hungerphase verbraucht H. salinarum drei Viertel seines intrazellulären Phosphatspeichers. Die massive Abnahme des Phosphatvorrats ist nicht nur die Folge der Mangelversorgung, sondern gleichzeitig verantwortlich für die Induktion des Pho-Regulons. Das zuständige Regulatorprotein wurde bislang nicht enttarnt. Durch Konstruktion mehrerer Deletionsstämme konnten klassische ZKS als Signaltransduktoren überraschenderweise ausgeschlossen werden. Die Induktion von Proteinen mit Homologien zu DNA bindenden Bereichen von Transkriptionsfaktoren und zu dem regulatorischen Mediatorprotein PhoU deutet auf einen alternativen Regelkreis hin. Dieser wäre exklusiv für Archaea, da solche PhoU-Chimären ausschließlich in archaealen Genomen zu finden sind. Von der Anpassung des Proteininventars abgesehen orientieren H. salinarum-Zellen ihre Bewegungen an einem Phosphatgradienten. Diese Chemotaxis wird durch Phosphatmangel induziert und durch das Zwei-Komponenten System CheA-CheY vermittelt. Erstmals in einem Archaeon gezeigt, wird die Phosphattaxis von H. salinarum ausschließlich von anorganischem Phosphat ausgelöst. Laut Primärsequenzanalyse besitzt die Histidinkinase OE3855R eine Häm bindende PAS-Domäne (PAS3855) und könnte daher einen Sauerstoffsensor darstellen. Eine heterologe Expression von PAS3855 sollte dieser Hypothese Substanz verleihen. Das exprimierte Polypeptid enthielt geringe Mengen eines Kofaktors, der mittels Absorptionsspektroskopie und LC-MS-Analyse als Häm des Typs B identifiziert wurde. Auf Basis dieses Wissens erfolgte die Rekonstitution der Domäne mit HämB, was die Bildung eines Tetramers induzierte. Die spektroskopische Analyse entlarvte große Ähnlichkeiten zwischen den elektronischen Zuständen der zentralen Häm-Eisenionen von PAS3855 und dem Häm bindenden Redoxsensorprotein Dos aus E. coli. Da die Reduktion von FeIII- zu FeII-PAS3855 die Oligomerisierung der Domäne von einem Tetramer zu einem Dimer veränderte, lag eine redoxabhängige Signalfunktion der Histidinkinase OE3855R nahe. Die Deletion des kodierenden Gens führte zu keinem erkennbaren Phänotyp, weshalb zum gegenwärtigen Zeitpunkt keine Aussage getroffen werden kann, ob diese HK in vivo tatsächlich als Redox- oder auch Sauerstoffsensor fungiert.

Über entzündliche Veränderungen der Gallenblasenwand bei Patienten mit Cholesterinsteinen im Vergleich zu denen mit Pigmentsteinen und deren Einfluss auf die Komposition der Blasengalle ist wenig bekannt. Daher wurden bei 200 Patienten mit Cholesterin- und Pigmentsteinen entzündliche Veränderungen der Gallenblasenwand durch histologische Auswertung von Gewebsschnitten untersucht. Nach Auswertung der Histologien und Analyse der Konzentration der einzelnen Bestandteile der Blasengalle konnten 164 Galleproben für die Untersuchung verwendet werden. Dabei fanden sich 123 Galleproben von Patienten mit Cholesterin- und Mischsteingallen und 41 Proben von Patienten mit Pigmentsteingallen. Die Einteilung in 4 Entzündungsgrade von E 0 bis E 3 gab eine klare Übersicht über das Ausmaß der histologischen Entzündungszeichen in den Gewebeschnitten. Dabei fiel schon auf, dass im Verhältnis deutlich mehr höher entzündlich veränderte Gallenblasen bei Pigmentsteingallen zu beobachten waren, als bei den untersuchten Cholesterin/Mischsteingallen. 102 (83%) der 123 Patienten mit Cholesterin- oder Mischsteinen und 28 (68%) der 41 Patienten mit Pigmentsteinen zeigten keine oder nur eine geringgradige Entzündung der Gallenblase. (E0-E1). Während bei 21 (17%) der 123 Patienten mit Cholesterin- oder Mischsteinen und bei 13 Patienten (32%) der 41 Patienten mit Pigmentsteinen hohe Entzündungsgrade (E2-E3) beobachtet werden konnten. Bei der statistischen Analyse fand sich in allen beobachteten Fraktionen ein deutlicher Abfall der medianen Konzentrationen aller gemessenen Bestandteile der Blasengalle bei höherem Entzündungsgrad (E2-E3) in der Pigmentsteingruppe, bei hoher statistischer Signifikanz der berechneten Werte. Cholesterin- und Mischsteingallen zeigten deutlich geringere Veränderungen der medianen Konzentrationen der Lipidfraktion im Vergleich der Entzündungsgrade. Auch fand sich keine statistische Signifikanz der Ergebnisse. Das eindrucksvollste Ergebnis bei Cholesterin/Mischsteingallen zeigte die Proteinfraktion. Hier fand sich ein statistisch signifikanter Anstieg der Proteinkonzentration in der Gallenflüssigkeit bei höherem Entzündungsgrad. Bei niedrigem Entzündungsgrad zeigten sich keine großen Unterschiede in den medianen Konzentrationen im Vergleich der zwei betrachteten Gallegruppen. Die Tatsache, dass in der Pigmentsteingruppe prozentual fast doppelt so häufig ein höherer Entzündungsgrad zu beobachten war, lässt sich durch die unterschiedliche Morphologie der Pigmentsteine im Vergleich zu den Cholesterin und Mischsteinen erklären. Pigmentsteine, als Ca-bilirubinatsteine haben eine wesentlich rauere und kantigere Oberfläche als der Cholesterinstein. Zudem findet man bei Pigmentsteinträgern meist eine große Anzahl kleinerer Steine als bei Cholesterinsteinträgern. Die auf das Epithel schädigend und reizend wirkende Oberfläche ist deutlich größer im Falle von Pigmentsteinen, als bei Cholesterinsteinen. Aus diesem Grund kann angenommen werden, dass Pigmentsteine wesentlich stärkere Epithelirritationen und -schädigungen auslösen als Cholesterinsteine. Diese Schädigung führt zu einer traumatisch bedingten Störung der Konzentrationsfähigkeit. So kommt es bei weiterem Zustrom von Lebergalle in die Gallenblase zur Verdünnung der aufkonzentrierten Blasengalle. Der Anstieg der Proteinfraktion im Falle der Cholesterinsteine bei höheren Entzündungsgraden ist erklärbar durch die entzündlich bedingte, biochemisch getriggerte Transformation der Epithelzelle von der Absorption von Flüssigkeit zur Sekretion von Flüssigkeit und Protein. Dies führt zu dem deutlich erkennbaren Anstieg der Eiweißkonzentration in der Blasengalle Wichtig für zukünftige Studien in dem Gebiet ist es zu beachten, dass bei Analysen von entzündlichen Veränderungen der Gallenblasenwand und die mögliche Wechselwirkung auf die Komposition der Blasengalle, Cholesterin/Mischsteingallen getrennt von den Pigmentsteingallen betrachtet werden sollten.

Hintergrund: Unter akuter Alkoholtoleranz versteht man die Abnahme von Alkoholwirkungen im Verlauf einer einzigen Trinkepisode, die rascher einsetzt und stärker ausgeprägt ist, als allein aufgrund fallender Alkoholspiegel erklärbar wäre. Nach neueren Vorstellungen liegen dabei neuroadaptative Vorgänge im Gehirn zugrunde, deren Aufklärung von hohem Interesse hinsichtlich der Entstehung von Alkoholtoleranz ist. Stark ausgeprägte akute Toleranz ist unter anderem genetisch bedingt und wird als Risikofaktor für hohen Alkoholkonsum angesehen. Die Steuerung entsprechender Experimente ist bisher schwierig, weil bei oraler Alkoholaufnahme der zeitliche Verlauf der Blutalkoholkonzentration nur sehr vage vorhergesagt werden kann. Dies bedeutet, daß bei oraler Alkoholaufnahme die Varianz in Maximum und Zeitpunkt des Maximums erreichter RBAK um ein Drittel höher liegt als bei intravenöser Applikation. Die Abnahme von Alkoholeffekten wurde in der humanexperimentellen Literatur bisher zumeist nur anhand der subjektiven Angaben über die empfundene Alkoholintoxikation untersucht. Dies ist zwar ein valides Maß, jedoch nicht zuverlässig quantifizierbar und gibt keine Auskunft über die zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen. Ziel der vorliegenden Arbeit „Neuroendokrine Parameter zur Erfassung der akuten Alkoholtoleranz beim Menschen“ war zum einen die Verringerung der hohen experimentellen Varianz durch eine neue Methode der Alkoholinfusion, bei der die Blutalkoholkonzentration durch Alkohol-Clamp-Technik über einen längeren Zeitraum konstant gehalten werden kann; zum anderen sollte ein objektives Toleranzmaß gewonnen werden, das zudem noch Aussagen über zugrundeliegende zentralnervöse Mechanismen zulässt. Methoden und Probanden: 15 Probanden im Alter von 20 bis 32 Jahren wurden radomisiert über 4 (n = 8) bzw. 6 Stunden (n = 7) an je einem Alkohol- und einem Placeboinfusionstag untersucht. Alkohol wurde als 6%ige Lösung in Abhängigkeit von Körpergewicht, Alter und Geschlecht so infundiert, dass innerhalb von 20 Minuten die RBAK-Zielkonzentration von 0,6 ‰ erreicht und durch regelmäßige Atemalkoholbestimmung über den Untersuchungszeitraum ±0.05 ‰ stabil gehalten werden konnte. Ab dem Zeitpunkt konstanter RBAK war eine Änderung der Alkoholwirkung im Verlauf somit ausschließlich auf neuroadaptative Vorgänge zurückzuführen. Die Placeboinfusion bestand aus reiner Ringer-Lactat-Lösung. Während der Alkohol- bzw. Placeboinfusion wurden Blutentnahmen zur Bestimmung von LH, ACTH und Cortisol durchgeführt, des weiteren erfolgten wiederholte Messungen von Körperschwanken, subjektivem Intoxikationsempfinden und Herzratenveränderung. Als diagnostische Stimulationsmethode wurde der Naloxontest (Naloxonhydrochlorid 0,125 mg/kg KG) verwendet, der auf Ebene des Hypothalamus die HPA-Achse stimuliert. Ergebnisse: Entgegen unserer Erwartungen war in unserer Studie kein Alkoholeffekt auf die Stimulierbarkeit des HPA-Systems, d.h. keine akute Adaptation des hypothalamischen Neurohormonsystems, nachweisbar. Für die durch Naloxon stimulierte Hormonsekretion fand sich keine Interaktion zwischen Alkoholinfusion und Zeitpunkt der Naloxoninjektion, d.h. es fand sich kein Unterschied zwischen langen und kurzen Versuchen. Eine Alkoholwirkung auf die naloxonstimulierte LH-Sekretion, sedierende Items bei der Erfassung subjektiven Intoxikationsempfindens und auf das Körperschwanken konnte nachgewiesen werden, nicht jedoch auf die Sekretion der weiteren gemessenen Hormone (Cortisol und ACTH), stimulierende Items der Erfassung subjektiven Intoxikationsempfindens und die gemessenen Herzraten. Diskussion: Das Ergebnis der vorliegenden Studie wird dahingehend interpretiert, dass es zur Ausbildung akuter Toleranz eines dynamischen Alkoholverlaufs bedarf. Möglicherweise gelingt der Nachweis akuter Alkoholtoleranz weniger bei über einen längeren Zeitraum gleich bleibender Alkoholkonzentration („steady state“), wie in der Studie durchgeführt, als vielmehr bei der Beobachtung gleicher Konzentrationen (d.h. Schnittpunkte der parabelförmigen Alkoholverlaufskurve zu zwei Punkten gleicher Alkoholkonzentration) bei sich dynamisch ändernder Alkoholkonzentration. Bezüglich dieser Voraussetzung sollten weitere Studien erfolgen, die dieselben gewählten Parameter zum gleichen Alkoholspiegel, jeweils am auf- und absteigenden Schenkel einer parabelförmigen Alkoholverlaufskurve, untersuchen. Grundlage dieser Experimente sollte jedoch weiterhin die hier angewandte Alkohol-Clamp-Technik sein, da diese eine vor allem im Vergleich zu oraler Alkoholaufnahme geringere Streuung der gemessenen RBAK-Werte gewährleistet.