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Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die hämatopoietischen Zellen des bovinen Nabelschnurblutes und insbesondere die HSC(hämatopoietische Stammzellen)zu charakterisieren. Hierzu wurden Proben aus dem Nabelblut von bovinen Feten der SSL 3,4 cm bis 94 cm und von Kälbern unmittelbar nach der Geburt gewonnen und mit Ammoniumchlorid-Lysispuffer und Ficoll® aufgereinigt. Zur Charakterisierung der einzelnen Zellen wurden lichtmikroskopische, immunhistochemische, glykohistochemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt.

In der vorliegenden Arbeit wurden die beiden Histon-Methyltransferasen Su(var)3-9 und E(Z) aus Drosophila melanogaster charakterisiert. Die Histonmethylierung als Modifikation war schon länger bekannt gewesen, bis zum Jahr 2000 war jedoch vor allem die Acetylierung etwas genauer untersucht worden. Su(var)3-9 war die einzige bekannte Histon-Lysin-Methyltransferase, als diese Arbeit begonnen wurde. Zur Charakterisierung wurde das myc-getagte Enzym aus Drosophila-Kernextrakt durch Affinitätschromatographie aufgereinigt und zunächst die Substratspezifität festgestellt. Wie das humane Enzym Suv39H1 methyliert es ebenfalls spezifisch H3-K9 (Lysin 9 im Histon H3). Das aus den Kernextrakten aufgereinigte Enzym besitzt aber auch die Fähigkeit, ein an H3-K9 präacetyliertes Substrat zu methylieren. Die Vermutung, dass Su(var)3-9 mit einer Histondeacetylase assoziiert ist, konnte durch Verwendung von TSA als HDAC-Inhibitor bestätigt werden. Es stellte sich heraus, dass HDAC1 (Rpd3) mit Su(var)3-9 assoziiert ist. Um das Enzym besser untersuchen zu können, wurde es als Volllängenprotein und als Deletionsmutante in E. coli exprimiert. Die Aufreinigung des rekombinanten Enzyms sowie seine Lagerbedingungen wurden optimiert. Das Volllängenprotein Su(var)3-9 liegt – wie durch Gelfiltration festgestellt - als Dimer vor, die Interaktion mit sich selbst ist über den N-Terminus vermittelt. Su(var)3-9 bindet an sein eigenes, bereits methyliertes Substrat. Dies wurde an Peptiden untersucht, die den ersten 20 Aminosäuren des Histons H3 entsprechen, und entweder an Lysin 9 dimethyliert oder unmodifiziert waren. Die Interaktion mit dem methylierten Substrat ist auf die Chromodomäne von Su(var)3-9 zurückzuführen, ist jedoch schwächer als die Wechselwirkung von HP1 mit methyliertem H3-K9. Des weiteren wurde eine Drosophila-Zelllinie stabil mit Su(var)3-9 transfiziert. Das überexprimierte Protein ist jedoch nur schwach aktiv. Die Tatsachen, dass Su(var)3-9 mit HDAC1 interagiert sowie mit seinem eigenen Substrat assoziiert, ermöglichen die Aufstellung von Hypothesen über die bis jetzt kaum erhellte Ausbreitung von Heterochromatin in euchromatische Bereiche. Durch die Wechselwirkung mit der Deacetylase könnte Su(var)3-9 auch in aktiv transkribierte Bereiche vordringen und diese methylieren. Die Acetylierung, Zeichen für aktive Transkription, würde durch die Methylierung ersetzt werden. Die Interaktion mit seinem umgesetzten Substrat könnte verhindern, dass das Enzym sich nach der Reaktion entfernt, vielmehr könnte Su(var)3-9 entlang eines DNA-Stranges sukzessive alle Nukleosomen methylieren. Die darauffolgende Bindung von HP1 an methyliertes H3-K9 könnte den heterochromatischen Charakter des Chromatins verstärken und für längere Zeit festlegen. Aus Drosophila-Kernextrakten gelang es weiterhin, den E(Z)/ESC-Komplex über Säulenchromatographie aufzureinigen. Dieser enthält neben E(Z), ESC, p55 und Rpd3 auch Su(z)12. E(Z), ESC und Su(z)12 gehören der Polycomb-Gruppe an. Deren Funktion ist die dauerhafte Repression der homöotischen Gene. Sie spielen daher eine wichtige Rolle im „Zellgedächtnis“ während der frühen Entwicklung von Drosophila. Es konnte gezeigt werden, dass der E(Z)/ESC-Komplex Lysin 9 sowie Lysin 27 im Histon H3 methyliert. Außerdem wurde in vitro ein Teilkomplex aus rekombinantem E(Z), p55 und ESC rekonstituiert, der das Histon H3 methylieren kann. Ein Teilkomplex, der E(Z) mit mutierter SET-Domäne enthält, ist nicht in der Lage, H3 zu methylieren. Die Vorhersage, dass E(Z) aufgrund seiner SET-Domäne eine Methyltransferase sein müsse, konnte durch vorliegende Untersuchungen bestätigt werden. Polycomb ist ein weiteres Protein aus der Polycomb-Gruppe. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass dieses Protein spezifisch an das Histon H3 bindet, das an K27 trimethyliert ist. Polycomb besitzt wie HP1 eine Chromodomäne. Aus den vorliegenden Daten kann folgendes Modell aufgestellt werden: Nach der Methylierung von H3-K9 sowie H3-K27 durch den E(Z)/ESC-Komplex in homöotischen Genen, die schon abgeschaltet sind und weiterhin reprimiert werden müssen, bindet Polycomb an dieses Methylierungsmuster. Polycomb befindet sich in einem großen Komplex mit weiteren Polycomb-Gruppen-Proteinen. Die Bindung dieses Komplexes an Chromatin könnte ein denkbarer Mechanismus sein, wie die dauerhafte Repression der homöotischen Gene vermittelt wird. Um den E(Z)/ESC-Komplex genauer untersuchen zu können, wurden Viren für das Baculosystem hergestellt, so dass eine Einzel- oder auch Coexpression der Proteine möglich ist. Die Aktivität von E(Z), das im Baculosystem exprimiert wurde, ist nicht besonders hoch. Es bindet unter den in dieser Arbeit verwendeten Bedingungen weder an DNA, noch an Histone noch an H3-Peptide, die methyliert sind. Innerhalb des E(Z)/ESC-Komplexes bindet E(Z) an p55, Rpd3, ESC sowie Su(z)12. Su(z)12 interagiert mit p55, Rpd3 und E(Z). Die weiteren Interaktionen werden am besten durch eine bildliche Darstellung (siehe Abb. 86) vermittelt. In einem Luciferase-Assay wurde eine repressive Wirkung von E(Z) festgestellt. Dieses Experiment bedarf allerdings eines aktivierten Systems. Ferner muss durch Mutationsanalysen sichergestellt werden, dass die repressive Wirkung auf die Methyltransferase-Aktivität von E(Z) zurückzuführen ist. Kürzlich wurde entdeckt, dass E(Z) sowie Su(z)12 in verschiedenen Tumoren überexprimiert sind. Noch ist weder deren Funktion in den Tumorzellen klar, noch weiss man, ob die Überexpression der Grund oder eine Folge der Tumorbildung ist, noch kennt man alle Zielgene, die durch eine Überexpression von E(Z) und Su(z)12 beeinflusst werden. In nächster Zeit sind hier Einsichten in die Wirkungsweise von E(Z), Su(z)12 und anderen Polycomb-Gruppen-Proteinen zu erwarten.

Zusammenfassung Freie Radikale und reaktive Sauerstoffspezies, die in zahlreichen Teilprozessen des Sauerstoffmetabolismus gebildet werden, können biologische Moleküle wie Lipide, Proteine und Nukleinsäuren nachhaltig schädigen. Der Körper verfügt deshalb über eine große Vielfalt an antioxidativen Abwehrmechanismen, um eine Schädigung zu vermeiden bzw. möglichst gering zu halten. In dieser Arbeit wurde der antioxidative Status im Blut von Kälbern und deren Müttern untersucht, wobei das Hauptaugenmerk bei den Kälbern lag. Dazu wurden bei dreißig Kühen bzw. deren Kälbern Blutproben zu bestimmten Zeitpunkten peripartal bzw. von der Geburt bis zum Alter von drei Monaten genommen und auf verschiedene für die antioxidative Kapazität im Blut relevante Parameter untersucht. Die TEAC (Trolox equivalent antioxidative capacity) wurde für Kühe und Kälber als Maß für den antioxidativen Status genommen. Darüber hinaus wurden neben den Vitaminen C und E bei den Kälbern auch das Gesamteisen und die latente Eisenbindungskapazität postnatal bis zum Alter von 79 Tagen bestimmt. Zur Charakterisierung des jeweiligen Stoffwechsel- und Gesundheitsstaus der Versuchstiere wurden auch typische Metabolite (Glucose, Bilirubin), Proteine (Gesamteiweiß, Albumin) und Enzyme (ALT, AST, GLDH, CK) im peripartalen (-30 d bis 30 d) und postnatalen (0 bis 79 d) Zeitraum erfasst. Die Untersuchung der Kuh-Proben erbrachte vor der Geburt ein signifikantes Absinken der Vitamine C und E im Blutplasma. So betrug der Vitamin-Gehalt im Mittel vor der Geburt (Tag -20) 15,4±2,5 µmol/l (Vit C) bzw. 6,7±3,1 µmol/l (Vit E) und fiel bis zum Tag der Geburt signifikant auf Werte von 10,3±2,5 µmol/l (Vit C) bzw. 3,5±1,3 µmol/l (Vit E) ab. Da die TEAC-Kurve im gesamten peripartalen Zeitraum keine Schwankungen zeigte, ist beim präpartalen Absinken der Vitamin C- und Vitamin E- Konzentrationen von einem speziellen Effekt auf die Vitamine C und E auszugehen. Möglicherweise spiegelt sich hierbei der Vitamin- Abfluss über die Kolostralmilch wieder. Bei der Betrachtung der Metabolite, Proteine und Enzymaktivitäten im Serum der Kühe konnte ein für die Transitionsperiode und das Geburtsereignis typischer Verlauf dieser Parameter beobachtet werden. So herrschten z.B. hohe Glucose- bzw. Gesamtbilrubin- Spiegel am Tag der Geburt bzw. auch bis zum 5. Tag danach. Der Gesamteiweißgehalt im Serum war kurz vor und nach der Geburt undeutlich niedriger und die Enzymaktivitäten von AST und GLDH erhöhten sich tendenziell in der ersten zehn Tagen nach der Geburt. Bei der Analyse der Kälberblutproben konnte eine deutlich schlechtere Ausgangslage bezüglich des antioxidativen Status (gemessen als TEAC) nach der Geburt im Vergleich zu den Kühen festgestellt werden. Dies hatte verschiedene Gründe: Es konnte ein Einfluss des Geburtsverlaufs gezeigt werden. Demnach hatten Kälber aus Schwergeburten im Beobachtungszeitraum durchgehend im Mittel um 15,5 % erniedrigte antioxidative Kapazität, gemessen über die TEAC-Konzentration im Plasma, als Kälber aus einfacher Geburt. Außerdem war der Abfall des TEAC-Wertes bei Schwergeburtskälbern ausgehend von einem TEAC-Wert von 0,36±0,14 µmol/l (Tag der Geburt) und 0,25±0,06 mmol/l (Tag 1) sehr viel deutlicher bzw. stärker ausgeprägt als bei Kälbern aus einfacher Geburt (von 0,33±0,04 mmol/l am Tag 0 auf 0,32±0,05 mmol/l am Tag 1). Die Hypoxie, welche beim Geburtsvorgang unweigerlich auftritt, war vermutlich bei Kälbern aus Schwergeburten ausgeprägter. Die Glucose-Konzentration im Blut der Schwergeburtskälber war in den ersten Lebenstagen zum Teil signifikant höher als bei Kälbern aus einfacher Geburt. Bei den weiteren gemessenen Parametern konnten keine Unterschiede in den Geburtsgruppen beobachtet werden. Sie zeigten einen für die neonatale Periode charakteristischen Verlauf, so war zum Beispiel die Gesamtbilirun-Konzentration nach der Geburt erhöht („Hyperbilirubinämie der Neugeborenen“) und auch die CK zeigte eine deutliche Aktivitätserhöhung zu diesem Zeitpunkt. Um den Einfluss abzuschätzen, den der Abbau des fetalen Hämoglobins auf den antioxidativen Status der Kälber hat, wurden die latente Eisenbindungskapazität, freies Eisen und das Gesamteisen im Serum der Kälber bestimmt. Mit der verwendeten Analysemethode konnte kein freies Eisen nachgewiesen werden. Die latente Eisenbindungskapazität verdreifachte sich vom Tag der Geburt (7,6±2,8 µmol/l) bis zum elften Lebenstag (20±4,4 µmol/l) und sank dann wieder auf das Niveau von 15,4±5,2 µmol/l (Tag 49) ab. Die geringen LEBK-Werte kurz nach der Geburt sind vermutlich auf die freien Eisenionen, die beim Abbau des fetalen Hämoglobins freiwerden, zurückzuführen. Die Konzentration des Gesamteisens im Serum zeigte erwartungsgemäß einen gegensätzlichen Verlauf, und sank nach der Geburt auf 60% des Ausgangswertes (16,4±6,7 µmol/l am tag 0) ab, um dann ab dem fünften Lebenstag kontinuierlich bis zum Ende des Untersuchungszeitraumes auf 26,5±3,2 µmol/l (Tag 79) anzusteigen. Es wurden die TEAC-Werte von kranken und gesunden Kälbern gegenüber gestellt. Dabei konnten keine Unterschiede im Niveau und im Verlauf der TEAC-Kurven nachgewiesen werden. Bei der geringen Anzahl an kranken Tieren (nur sechs Kälber) in dieser Untersuchung stellte sich die TEAC nicht als deutlicher prognostischer Faktor hinsichtlich der Morbidität heraus. Um eine endgültige Aussage darüber zu treffen, muss eine größere Tierzahl untersucht werden.