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The interaction of Eph receptor tyrosine kinases with their transmembrane ligands; the ephrins, is important for the regulation of cell-cell communication. Ephrin-Eph signaling is probably best known for the discrimination of arterial and venous territories by repulsion of venous endothelial cells away from those with an arterial fate. Ultimately, cell repulsion is mediated by initiating the collapse of the actin cytoskeleton in membrane protrusions. Here, we investigated the role of the Ena/VASP family of actin binding proteins in endothelial cell repulsion initiated by ephrin ligands. Human endothelial cells dynamically extended sheet-like lamellipodia over ephrin-B2 coated surfaces. While lamellipodia of control siRNA transfected cells rapidly collapsed, resulting in a pronounced cell repulsion from the ephrin-B2 surfaces, the knockdown of Ena/VASP proteins impaired the cytoskeletal collapse of membrane protrusions and the cells no longer avoided the repulsive surfaces. Mechanistically, ephrin-B2 stimulation elicited the EphB-mediated tyrosine phosphorylation of VASP, which abrogated its interaction with the focal adhesion protein Zyxin. Nck2 was identified as a novel VASP binding protein, which only interacted with the tyrosine phosphorylated VASP protein. Nck links Eph-receptors to the actin cytoskeleton. Therefore, we hypothesize that Nck-Ena/VASP complex formation is required for actin reorganization and/or Eph receptor internalization downstream of ephrin-Eph interaction in endothelial cells, with implications for endothelial navigation and pathfinding.
Endothelial tip cells are essential for VEGF-induced angiogenesis, but underlying mechanisms are elusive. Endothelial-specific deletion of EVL, a member of the mammalian Ena/VASP protein family, reduced the expression of the tip cell marker protein endothelial cell specific molecule-1 (Esm1) and compromised the radial sprouting of the vascular plexus in the postnatal mouse retina. The latter effects could at least partly be attributed to reduced VEGF receptor 2 (VEGFR2) internalization and signaling but the underlying mechanisms(s) are not fully understood. In the present study, we revealed that the expression of the long non-coding RNA H19 was significantly reduced in endothelial cells from postnatal EVL-/- mice and in siRNA-transfected human endothelial cells under hypoxic conditions. H19 was recently shown to promote VEGF expression and bioavailability via Esm1 and hypoxia inducible factor 1α (HIF-1α). Similar to EVL-/- mice, the radial outgrowth of the vascular plexus was significantly delayed in the postnatal retina of H19-/- mice. In summary, our data suggests that loss of EVL not only impairs VEGFR2 internalition and downstream signaling, but also impairs VEGF expression and bioavailability in the hypoxic retina via downregulation of lncRNA H19.
In this comprehensive review, we will dissect the impact of research on proteoglycans focusing on recent developments involved in their synthesis, degradation, and interactions, while critically assessing their usefulness in various biological processes. The emerging roles of proteoglycans in global infections, specifically the SARS-CoV-2 pandemic, and their rising functions in regenerative medicine and biomaterial science have significantly affected our current view of proteoglycans and related compounds. The roles of proteoglycans in cancer biology and their potential use as a next-generation protein-based adjuvant therapy to combat cancer is also emerging as a constructive and potentially beneficial therapeutic strategy. We will discuss the role of proteoglycans in selected and emerging areas of proteoglycan science, such as neurodegenerative diseases, autophagy, angiogenesis, cancer, infections and their impact on mammalian diseases.
Background: Biological psychiatry aims to understand mental disorders in terms of altered neurobiological pathways. However, for one of the most prevalent and disabling mental disorders, Major Depressive Disorder (MDD), patients only marginally differ from healthy individuals on the group-level. Whether Precision Psychiatry can solve this discrepancy and provide specific, reliable biomarkers remains unclear as current Machine Learning (ML) studies suffer from shortcomings pertaining to methods and data, which lead to substantial over-as well as underestimation of true model accuracy.
Methods: Addressing these issues, we quantify classification accuracy on a single-subject level in N=1,801 patients with MDD and healthy controls employing an extensive multivariate approach across a comprehensive range of neuroimaging modalities in a well-curated cohort, including structural and functional Magnetic Resonance Imaging, Diffusion Tensor Imaging as well as a polygenic risk score for depression.
Findings Training and testing a total of 2.4 million ML models, we find accuracies for diagnostic classification between 48.1% and 62.0%. Multimodal data integration of all neuroimaging modalities does not improve model performance. Similarly, training ML models on individuals stratified based on age, sex, or remission status does not lead to better classification. Even under simulated conditions of perfect reliability, performance does not substantially improve. Importantly, model error analysis identifies symptom severity as one potential target for MDD subgroup identification.
Interpretation: Although multivariate neuroimaging markers increase predictive power compared to univariate analyses, single-subject classification – even under conditions of extensive, best-practice Machine Learning optimization in a large, harmonized sample of patients diagnosed using state-of-the-art clinical assessments – does not reach clinically relevant performance. Based on this evidence, we sketch a course of action for Precision Psychiatry and future MDD biomarker research.
Long non-coding RNAs (lncRNAs) orchestrate various biological processes and regulate the development of cardiovascular diseases. Their potential therapeutic benefit to tackle disease progression has recently been extensively explored. Our study investigates the role of lncRNA Nudix Hydrolase 6 (NUDT6) and its antisense target fibroblast growth factor 2 (FGF2) in two vascular pathologies: abdominal aortic aneurysms (AAA) and carotid artery disease. Using tissue samples from both diseases, we detected a substantial increase of NUDT6, whereas FGF2 was downregulated. Targeting Nudt6 in vivo with antisense oligonucleotides in three murine and one porcine animal model of carotid artery disease and AAA limited disease progression. Restoration of FGF2 upon Nudt6 knockdown improved vessel wall morphology and fibrous cap stability. Overexpression of NUDT6 in vitro impaired smooth muscle cell (SMC) migration, while limiting their proliferation and augmenting apoptosis. By employing RNA pulldown followed by mass spectrometry as well as RNA immunoprecipitation, we identified Cysteine and Glycine Rich Protein 1 (CSRP1) as another direct NUDT6 interaction partner, regulating cell motility and SMC differentiation. Overall, the present study identifies NUDT6 as a well-conserved antisense transcript of FGF2. NUDT6 silencing triggers SMC survival and migration and could serve as a novel RNA-based therapeutic strategy in vascular diseases.
Background Vasoplegic syndrome is frequently observed during cardiac surgery and resembles a complication of high mortality and morbidity. There is a clinical need for therapy and prevention of vasoplegic syndrome during complex cardiac surgical procedures. Therefore, we investigated different strategies in a porcine model of vasoplegia.
Methods We evaluated new medical therapies and prophylaxis to avoid vasoplegic syndrome in a porcine model. After induction of anesthesia, cardiopulmonary bypass was established through median sternotomy and central cannulation. Prolonged aortic cross-clamping (120 min) simulated a complex surgical procedure. The influence of sevoflurane-guided anesthesia (sevoflurane group) and the administration of glibenclamide (glibenclamide group) were compared to a control group, which received standard anesthesia using propofol. Online hemodynamic assessment was performed using PiCCO® measurements. In addition, blood and tissue samples were taken to evaluate hemodynamic effects and the degree of inflammatory response.
Results Glibenclamide was able to break through early vasoplegic syndrome by raising the blood pressure and systemic vascular resistance as well as less need of norepinephrine doses. Sevoflurane reduced the occurrence of the vasoplegic syndrome in the mean of stable blood pressure and less need of norepinephrine doses.
Conclusion Glibenclamide could serve as a potent drug to reduce effects of vasoplegic syndrome. Sevoflurane anesthesia during cardiopulmonary bypass shows less occurrence of vasoplegic syndrome and therefore could be used to prevent it in high-risk patients.
Clinical Perspective; what is new?
* to our knowledge, this is the first randomized in vivo study evaluating the hemodynamic effects of glibenclamide after the onset of vasoplegic syndrome
* furthermore according to literature research, there is no study showing the effect of sevoflurane-guided anesthesia on the occurrence of a vasoplegic syndrome
Clinical Perspective; clinical implications?
to achieve better outcomes after complex cardiac surgery there is a need for optimized drug therapy and prevention of the vasoplegic syndrome
IL-38 is the latest discovered cytokine of the IL-1 family and has been added to the IL-36 subfamily. Since its discovery in 2001, increasing evidence suggests predominantly anti-inflammatory properties of IL-38, which are most likely exerted through three potential receptors, the IL-1 Receptor 1 (IL-1R1), IL-36 Receptor (IL-36R) and the IL-1 Receptor Accessory Protein Like 1 (IL-1RAPL1). However, to this date detailed knowledge of IL-38 functioning remains to be examined. Importantly, how IL-38 is processed, secreted from cells and the exact mechanisms of target receptor binding and intracellular signaling are not fully understood. Further, IL-38 has been associated with regulatory functions in autoimmune diseases like systemic lupus erythematosus (SLE) and psoriasis. At the same time however, connections between B cells as indispensable part of immunity and IL-38 remain rare.
In this study we examined the influence of IL-38 in peripheral human blood B cells differentiating into antibody secreting cells using a three-step in vitro differentiation process. We first show that all potential IL-38 binding receptors are present on peripheral blood B cells on a gene expression level and remain detectable throughout B cell differentiation. Next, while B cells treated with exogenous IL-38 depict no differences in early B cell activation markers, the process of B cell differentiation revealed significant alterations in B cell phenotype created by IL-38 treatment. Predominantly on day 7 of the differentiation process, IL-38 treated B cells showed significantly reduced CD38 expression which depicts an important step in development towards plasma cells. We hypothesize that IL-38 acts antagonistically on the IL-1R1 pathway reducing Nuclear factor kappa B (NFκB) expression and consequently decreasing CD38 expression. Further IL-38 reduced early antibody production while increasing IgM secretion at the end stages of differentiation. Next, we repeated the differentiation assays under the influence of additional IL-21 stimulation to further enhance plasma cell development. In these experiments, the impact of IL-38 on B cell differentiation and immunoglobulin production were reduced, indicating a comparatively moderate relevance of IL-38 for B cell differentiation. We then examined how proliferation and cell death were impacted by exogenous IL-38 during B cell differentiation. IL-38 treatment alone significantly reduced B cell survival which was further augmented by IL-21 stimulation. We conclude that IL-38 and IL-21 act synergistically in promoting B cell apoptosis, also depicting an anti-inflammatory property of IL-38. Finally, using a siRNA we successfully performed an IL-38 knockdown experiment of human blood B cells reducing IL-38 expression to 44% measured on day 4 of B cell differentiation. In these experiments we observed reversed tendencies of CD38 expression compared to exogenous IL-38 treatment. Here, IL-38 knockdown cells showed increased CD38 expression indicating endogenous regulatory properties of IL-38 in B cell differentiation.
Our project, for the first time proves direct effects of IL-38 on human B cells. The results support previous research of IL-38 to act anti-inflammatory as it seems to modulate B cell differentiation, survival, and immunoglobulin production in a down-regulatory manner. These findings pave way for more detailed research on the connection between B cell homoeostasis and IL-38 function.
Human functional brain connectivity can be temporally decomposed into states of high and low cofluctuation, defined as coactivation of brain regions over time. Rare states of particularly high cofluctuation have been shown to reflect fundamentals of intrinsic functional network architecture and to be highly subject-specific. However, it is unclear whether such network-defining states also contribute to individual variations in cognitive abilities – which strongly rely on the interactions among distributed brain regions. By introducing CMEP, a new eigenvector-based prediction framework, we show that as few as 16 temporally separated time frames (< 1.5% of 10min resting-state fMRI) can significantly predict individual differences in intelligence (N = 263, p < .001). Against previous expectations, individual’s network-defining time frames of particularly high cofluctuation do not predict intelligence. Multiple functional brain networks contribute to the prediction, and all results replicate in an independent sample (N = 831). Our results suggest that although fundamentals of person-specific functional connectomes can be derived from few time frames of highest connectivity, temporally distributed information is necessary to extract information about cognitive abilities. This information is not restricted to specific connectivity states, like network-defining high-cofluctuation states, but rather reflected across the entire length of the brain connectivity time series.
Das Glioblastom ist eine tödliche maligne Erkrankung des zentralen Nervensystems. Etablierte Therapiekonzepte resultieren in einer Fünfjahresüberlebensrate von fünf Prozent. Die derart infauste Prognose wird unter anderem bedingt durch die Heterogenität des Tumors. Insbesondere einer Population stammzellartiger Zellen wird die Verantwortung für Resistenz und Rekurrenz des Glioblastoms zugesprochen. Die genuine Plastizität des Glioblastoms mit entsprechender Fähigkeit zur Änderungen tumorweiter Expressionsprofile und Ausbildung einzigartiger funktioneller Fähigkeiten kann ohne gezielte Beeinträchtigung von stammzellartigen Zellen womöglich nicht ausreichend überwunden werden. Als Urheber kritischer Eigenschaften erscheint die erfolgreiche Elimination dieser Population innerhalb des Glioblastoms notwendig um nachhaltige Therapieerfolge zu erzielen. Mögliche Strategien der Elimination stammzellartiger Zellen setzen an Differenzierung und Ausbeutung stammzelltypischer Signalwege zur Modulation dieser Zellen an. Hierdurch sollen zentrale Fähigkeiten der Population stammzellartiger Zellen, wie Selbsterneuerung, Resistenz gegenüber Strahlen- und Chemotherapie und erneute Formation heterogener Tumore, überwunden werden.
Zentrale zelluläre Prozesse, welche zum Erhalt des stammzellartigen Zustandes dieser Zellen beitragen, sind unter anderem der Hedgehog- und Notch-Signalweg. Einer Beeinträchtigung dieser Signalwege wohnt womöglich die Fähigkeit der effektiven Modulation zentraler Eigenschaften stammzellartiger Zellen inne. Neben diesen Signalwegen gibt es eine Reihe weiterer Prozesse, welchen eine Urheberschaft an der Resistenz der Zellen zugesprochen wird. Hierzu zählt beispielweise der Prozess der Autophagie. Die Autophagie ist ein hochkonservierter zellulärer Mechanismus zur Selbsterneuerung durch Selbstdegradation fehlerhafter zellulärer Komponenten. Gleichzeitig kann die Autophagie durch eine Überaktivität zu einem spezifischen, autophagischen Zelltod beitragen. Die Modulation dieses Dualismus kann in einer Vielzahl von Tumoren, so auch im Glioblastom, das Schicksal einer tumorfördernden Autophagie in eine antitumorale Autophagie ändern.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig eine Modulation zentraler Eigenschaften stammzellartiger Zellen durch die Beeinflussung ihrer zellulären Prozesse mittels kombinierter Therapie durch Arsentrioxid oder GANT und (-)-Gossypol gezeigt. Arsentrioxid wirkt unspezifisch unter anderem als Inhibitor von Notch- und Hedgehog-Signalweg. Diese Inhibition wurde auch in den untersuchten Zellen nachgewiesen und führte zu einer Reduktion von stammzelltypischen Markerproteinen und Fähigkeiten der Tumorgenese in -vitro und ex -vivo, sowie zur Sensitivierung gegenüber strahleninduzierten Schäden. Gegenüber einer spezifischen Hedgehog-Inhibition durch eine GANT-vermittelte Bindung an Gli-Transkriptionsfaktoren zeigten sich deutliche Vorteile der dualen Inhibition durch Arsentrioxid hinsichtlich der genannten Eigenschaften. Die Kombination der Substanzen mit dem pan-Bcl-Inhibitor (-)-Gossypol führte zu einer synergistischen Steigerung der antitumoralen Effekte. (-)-Gossypol wird in Gliomzellen insbesondere mit der Modulation der autophagischen Maschinerie und Auslösung eines autophagischen Zelltodes in Verbindung gebracht. Die Ergebnisse weisen parallele Signalweginteraktionen mit effektiver Modulation des DNA-Damage-Response-Systems durch die Reduktion des Proteins CHEK als kausalen Mechanismus des Synergismus der Substanzen aus.
Die beobachteten Änderungen der typischen Eigenschaften stammzellartiger Zellen durch die Therapie mit Arsentrioxid und (-)-Gossypol implizieren lohnende Folgeuntersuchungen zur weiteren Evaluation dieser Effekte in -vivo, um zukünftig translationale Ableitungen zu erlauben. Die Heterogenität des Glioblastoms und seine genuine Plastizität lassen sich womöglich erfolgreich durch multiple Eingriffe in unterschiedliche zelluläre Prozesse, hierunter Notch- und Hedgehog-Signaling, modulieren. Hierdurch könnten zentrale Eigenschaften des Glioblastoms eventuell effektiv verändert und Resistenz sowie Rekurrenz überwunden werden.
Bei über der Hälfte der Patienten mit einer operationsbedürftigen MI liegt gleichzeitig eine Insuffizienz der TK vor. In den meisten Fällen handelt es sich hierbei um eine funktionelle Insuffizienz welche aus einer RV-Pathologie, bedingt durch eine Volumen- oder Druckbelastung resultiert. In der Vergangenheit bestand die Überzeugung eine konservative Behandlung der TI sei ausreichend und nach Beheben der ursächlichen Grunderkrankung sei diese selbstlimitierend. Neuere Studien konnten jedoch belegen, dass eine bestehende TI auch nach operativer Versorgung einer ursächlichen LV-pathologie keine ausreichende Rückbildungstendenz aufweist, sondern im Verlauf sogar noch progredient ist. Die persistierende TI führt zu einer deutlich erhöhten Morbidität und Mortalität. Ist eine zweizeitige Operation an der TK im Verlauf erforderlich, so ist die Früh- und Spätmortalität deutlich erhöht und die Langzeitergebnisse sind schlecht. Diese Ergebnisse haben dazu geführt, dass die Indikation zur operativen Versorgung der TI ≥ 2 zu einem früheren Zeitpunkt und weniger restriktiv gestellt wird. Jedoch weisen die aktuellen ESC/EACTS-Guidelines insbesondere hinsichtlich der Versorgung einer TI < 2 nur einen niedrigen Evidenz-Grad auf, der richtige Operationszeitpunkt bleibt weiterhin umstritten. Der Grund für eine eher zurückhaltende Einstellung ist vor allem die Angst vor einer erhöhten Morbidität und Mortalität durch den additiven Eingriff. Zudem sind kaum Studien zu einer operativen Versorgung einer TI < 2 vorhanden. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher der Gewinn weiterer Erkenntnisse, dieses bis dato kaum untersuchten Patientengutes, insbesondere hinsichtlich der peri- und postoperativen Mortalität, sowie der Auswirkungen der prophylaktischen TKR im Langzeitverlauf. Im Rahmen dieser monozentrischen, prospektiven Studie wurden 264 Patienten eingeschlossen, welche sich im Zeitraum von 2009 bis 2015 einer TKR im Rahmen einer MKR an der Klinik für Thorax- Herz- und thorakaler Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Frankfurt am Main unterzogen. Das Patientenkollektiv wurde nachfolgend in zwei Gruppen unterteilt, nach dem Schweregrad der präoperativ bestehenden TI in eine „prophylaktische” pTKR-Gruppe bei einer TI < 2 und eine „therapeutische” tTKR-Gruppe bei einer TI ≥ 2. Primärer Endpunkt war die Erfassung der Früh- und Spätmortalität. Sekundäres Endziel war die Untersuchung des postoperativen Verlaufes der TI, sowie der Verlauf der kardialen Funktion. Die 30-Tages-Mortalität betrug 12% in der pTKR-Gruppe und 17% in der tTKR-Gruppe. Der wichtigste Einflussfaktor war die EKZ-Dauer. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen war statistisch nicht signifikant. Im Vergleich zu anderen Studien zeigte sich eine höhere 30-Tages-Mortalität, jedoch handelte es sich bei diesen zumeist um einen isolierten Eingriff an der Mitralklappe, mit einer deutlich kürzeren EKZ. Hinsichtlich der Gesamtmortalität zeigte sich ein 1-, 5- und 7-Jahres-Überleben in der pTKR-Gruppe von 81%, 66% und 56%, sowie 65%, 52% und 41% in der tTKR-Gruppe. Die höhere Gesamtmortalität dieser Studie im Vergleich zu anderen Arbeiten ist durch das deutlich ältere und multimorbide Patientenkollektiv erklärt. Bei dem Vergleich von Patienten, welche im Rahmen dieser Studie eine prophylaktische TKR erhielten gegenüber den Patienten, bei welchen im Rahmen von Vergleichsarbeiten bewusst auf eine TKR verzichtet wurde (NTKR-Gruppe), zeigte sich ein verbessertes Langzeitüberleben der pTKR-Gruppe. Bei den Arbeiten, bei welchen kein Überlebensvorteil unserer pTKR-Gruppe, gegenüber deren NTKR-Gruppe gezeigt werden konnte, zeigten sich dennoch positive Effekte der begleitenden Klappenoperation. Die erhöhte Frühsterblichkeit dieser Arbeit ist dem Umstand geschuldet, dass durch die zur Indikationsstellung herangezogenen Risikofaktoren ein Hochrisikokollektiv selektioniert wurde, mit einer konsekutiv erhöhten Sterblichkeit auch abhängig vom Ausmass der TI. Bereits in der Vergangenheit konnte eine Verbesserung des Langzeitüberlebens durch die Durchführung einer TKR bei einer TI ≥ 2, gegenüber dem Verzicht auf diese nachgewiesen werden. Anhand des Vergleiches von anderen Arbeiten mit der vorliegenden Arbeit konnte dieser Überlebensvorteil auch für die Durchführung einer pTKR bei einer TI < 2 gezeigt werden. Zudem konnte dargelegt werden, dass es sich bei der begleitenden pTKR um eine effektive und dauerhafte Methode zur Vermeidung einer Klappeninsuffizienz handelt. Somit konnte gezeigt werden, dass auch bei Patienten mit einer TI < 2 eine additiven TKR die Entwicklung einer späten TI verhindert.