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Eine wichtige Klasse von Membranproteinen ist die der aktiven sekundären Transporter. Diese Proteine werden in allen Spezies gefunden und verwenden einen Gradienten von löslichen Substanzen, um den Transport von Substraten voran zu treiben. Dieser Transportprozess ist essentiell, um die chemische Zusammensetzung des Zytoplasmas, wie Kalium- oder Natriumkonzentration von der des umgebenden Milieus unterschiedlich zu halten. Die Konzentration von K+ und Na+ in der Zelle sind wichtig für ein konstantes Zellvolumen, für die pH-Homöostase, für die Erregbarkeit von Nervenzellen und füür die Akkumulierung von Zuckern und Aminosöuren über Kotransportsysteme. In Bakterien wie Escherichia coli wird mit der Oxidation von Substraten durch die Elektronentransportkette ein Protonengradient und gleichzeitig eine Potentialdifferenz erzeugt. Ein Beispiel für einen sekundären Transporter, der diese Potentialdifferenz ausnutzt ist der Na+/H+-Antiporter NhaA, einer der am besten untersuchten Antiporter aus E. coli (Hunte, Screpanti et al. 2005). Dieser Antiporter ist essentiell für die Fähigkeit von Bakterien im alkalischen pH-Bereich zu überleben. Auch bei Säugetieren, sind die Isoformen der humanen Natrium/Protonen-Antiporter SLC9A1-SLC9A8 (NHE1-8) unentbehrlich für eine Reihe physiologischer Prozesse. So wird über die Antiporter-Aktivität nicht nur der Säure-Base-Haushalt und das Verhältnis des Zellvolumens zur Menge an Elektrolyten reguliert, Antiporter spielen ebenso eine wichtige Rolle bei der Adhäsion, Migration und Proliferation der Zelle (Orlowski and Grinstein 2004). Anomalien in diesem Bereich sind charakteristisch für maligne Zellen. Die Rolle von NHE1 in der Entwicklung von Tumoren ist daher ein wichtiger Ansatzpunkt für die Entwicklung von Krebsmedikamenten. Im Herz ist NHE1 die dominierende Isoform und wird damit zu einem pharmakologisch wertvollen Zielprotein (Malo and Fliegel 2006). Struktur und Mechanismus der meisten Antiporter ist bis dato jedoch noch nicht bekannt. Neben den klassischen Methoden der Pharmaentwicklung wird die strukturbasierende Wirkstoffentwicklung immer wichtiger um effiziente Medikamente ohne Nebenwirkung zu herzustellen. Hierfür werden jedoch 3D-Strukturen von Proteinen, sowie genaue Kenntnisse von deren Mechanismus benötigt. Zieht man in Betracht, dass 70% aller bis jetzt entwickelten Medikamente als Ziel ein Membranprotein haben, wird die Notwendigkeit klar, eine möglichst große Anzahl von Membranproteinstrukturen verfgbar zu haben. Wie bereits erwähnt ist die Klasse der monovalenten Kation/Proton-Antiporter aufgrund ihrer vielfältigen Aufgaben, eine äußerst wichtige Zielgruppe für die strukturbasierende Wirkstoffentwicklung. Die große Anzahl an entschlüsselten Genomen eröffnet hier ein breites Forschungsfeld füür die Strukturbiologie. In dieser Arbeit wurden daher Techniken und Methoden aus Hochdurchsatz-orientierten Strukturgenomikprojekten übernommen, um eine große Anzahl von Zielproteinen in ausreichender Menge für die funktionelle Charakterisierung und für die Kristallisation zu produzieren. Als Zielorganismen wurden Salmonella typhimurium LT2, Helicobacter pylori 26695, Aquifex aeolicus VF5 und Pyrococcus furiosus ausgewählt. Die Grundlage dieser Entscheidung hierfür waren die humanpathogenen Eigenschaften der beiden zuerst genannten Organismen und die Hyperthermophilie der beiden letzteren. Dadurch konnten sowohl klinische Anwendungsmöglichkeiten, als auch die potentiell höhere Stabilität der hyperthermophilen Proteine genutzt werden. Als Proteinzielgruppe wurden die monovalenten Kation/Proton-Antiporter aus allen 4 Organismen ausgewählt. Des Weiteren wurden Antiporter zweier eukaryotischer Systeme, Saccharomyces cerevisiae und Homo sapiens in die Zielproteingruppe aufgenommen. In dieser Arbeit wurden 24 verschiedene monovalente Kation/Proton-Antiporter untersucht. Von diesen 24 Zielproteinen konnten 12 in Expressionsvektoren kloniert und produziert werden. Von diesen 12 Antiportern konnten die Zielproteine STM0039 (STNhaA), HP1552 (HPNhaA), STM1556 (NhaC) und PF2032 (NhaC) in einer für die Kristallisation ausreichenden Homogenität und Ausbeute gereinigt werden. Mit der Ausnahme von HP1552 ist bis heute in keiner Veröffentlichung über diese Zielproteine berichtet worden. Durch Komplementationsexperimente mit dem E. coli-Deletionsstamm EP432 konnten eine Reihe von Zielproteine (STM0039, HP1552, PF2032, Aq_2030, STM1806, STM1556) bezüglich ihrer Fähigkeiten zum Na+/H+-Antiport untersucht werden. Die Ziel-proteine STM0039, STM1556 und HP1552 konnten zum ersten Mal kloniert, produziert, gereinigt und anschlieáen in Liposomen rekonstitutiert werden.Weiterhin konnte durch SSM-Messung die pH-Regulation der Zielproteine STM0039 und HP1552 gezeigt werden. Im Gegensatz zu bisherigen Literaturangaben ist HP1552 im pH-Bereich von pH 6 bis 8,5 nicht konstitutiv aktiv, sondern erfährt eine ähnliche Aktivierung wie STM0039 oder ECNhaA. STM0039 lässt sich zudem durch 2-Aminoperimidin inhibieren. Für STM0039 konnten die ersten Proteinkristalle der inaktiven Konformation bei pH 4 erzeugt werden. Weiterhin wurde in dieser Arbeit ein gegen das Zielprotein STM0039 gerichtetes scFV-Antikörperfragment (F6scFv) eingehend charakterisiert. Durch die Ko-Kristallisation des Antikörperfragments F6scFv mit STM0039 konnten die ersten 3 dimensionalen Kristalle in einer aktiven Proteinkonformation bei pH 7,5 erzeugt werden. Neben den bereits verfeinerten Kristallisationsbedingungen für das Zielprotein STM0039 wurden erfolgreich erste Kristallisationsbedingungen für STM0086 und PF2032 gefunden. Es wurde eine Vielzahl von Produktions- und Reinigungsprotokollen füür die Zielproteine etabliert. Dadurch ist der Grundstein füür weitergehende Charakterisierungs- und Kristalli-sationsexperimente gelegt. Die in dieser Arbeit etablierte Kombination von Hochdurch-satzmethoden mit klassischen Vorgehensweisen zur Proteincharakterisierung lassen sich leicht auf anderen Membranproteinklassen bertragen und die Geschwindigkeit der ver-schiedenen Schritte bis zur Strukturlösung stark beschleunigen.
Am Zentrum der Dermatologie und Venerologie des Klinikums der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt haben 40 Patienten mit fortgeschrittenem metastasiertem malignem Melanom im Zeitraum von Januar 1996 bis Juni 2003 eine Chemotherapie mit dem liquorgängigen Nitrosoharnstoff Fotemustin erhalten. Sie alle hatten einen Progress unter einer oder zwei vorausgegangenen Chemotherapien erlitten, 30 Patienten erhielten Fotemustin als second-line und zehn Patienten als third-line Therapie. In einer retrospektiven Analyse der Patientenakten unter Zuhilfenahme von Auskünften von behandelnden Hausärzten und Meldeämtern wurde die Wirksamkeit und Verträglichkeit der Fotemustintherapie untersucht. In die Auswertung wurden 27 Männer und 13 Frauen aufgenommen. Der Altersmedian lag bei 58,6 Jahren. Die Überlebenszeiten der Patienten wurden ab Beginn der Fotemustintherapie berechnet; von besonderem Interesse war neben dem Gesamtüberleben das mediane Überleben von Untergruppen. Ansprechraten und Nebenwirkungen der Therapie wurden nach den Kriterien der WHO beurteilt. Kein Patient zeigte ein Ansprechen im Sinne einer partiellen oder kompletten Remission. Bei sechs Patienten konnte jedoch eine stabile Erkrankung mit einer Dauer zwischen drei und acht Monaten festgestellt werden. Das mediane Überleben dieser Patienten, die alle zu Beginn der Therapie als prognostisch günstigen Faktor einen Karnofsky-Index von 100% aufwiesen, lag bei 260 Tagen. Die mediane Überlebenszeit aller 40 Patienten dagegen betrug 107 Tage. Patienten, die bereits zu Beginn der Behandlung in einem schlechten Allgemeinzustand waren (Karnofsky Index < 90%) schienen eher nicht von einer Behandlung zu profitieren. Auch bei dem Kollektiv der Patienten mit Hirnmetastasen (n=13) lag die mediane Überlebenszeit mit 177 Tagen über der des Gesamtkollektivs. Möglicherweise profitierten diese Patienten von zusätzlichen Behandlungsmodalitäten wie Operation oder Bestrahlung von zerebralen Metastasen. Zudem waren die Patienten insgesamt weniger vortherapiert, zwölf von 13 erhielten Fotemustin als second-line Therapie. Insgesamt sind jedoch die kleinen Patientenzahlen bei der Interpretation dieser Daten zu berücksichtigen. Die subjektiven Nebenwirkungen der Fotemustintherapie waren gering. Thrombozytopenien vom Grad III und IV traten bei 17,5%, Leukozytopenien bei 10% des Kollektivs auf. Toxizitätsbedingte Therapieabbrüche kamen nicht vor. Die Behandlung mit Fotemustin stellt für Patienten mit fortgeschrittenem malignem Melanom eine gut verträgliche Behandlungsoption mit mäßiger Wirksamkeit dar. Obwohl im untersuchten Kollektiv keine objektiven Remissionen erzielt werden konnten, scheinen einige Patienten von dieser Therapie zu profitieren. So konnte bei einigen Patienten eine Stabilisierung der Erkrankung erzielt werden und eine längere Gesamtüberlebenszeit festgestellt werden. Der Allgemeinzustand bei Therapiebeginn zeigte sich in Übereinstimmung mit der Literatur als ein wichtiger prognostischer Faktor. Er ist damit insbesondere nach Versagen der First-line Therapie bei der Indikationsstellung einer weiteren Chemotherapie bei Patienten mit fortgeschrittenem Melanom zu berücksichtigen. Bei Patienten mit zerebraler Metastasierung scheint eine Therapie mit Fotemustin direkt bei Auftreten von Hirnmetastasen und/oder direkt nach Versagen der ersten Chemotherapie sinnvoll. Die derzeit übliche Kombinationstherapie aus liquorgängigem Zytostatikum, einer stereotaktischen Bestrahlung oder einer Operation und/oder einer Ganzhirnbestrahlung ist auch nach eigener Analyse als günstig zu werten. Nach Versagen von zwei verschiedenen Chemotherapien ist der Wert einer weiteren zytostatischen Therapie, also einer third-line Therapie, insgesamt kritisch zu bewerten. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Patienten zum einen in der Regel in einem reduzierten Allgemeinzustand mit einer weit fortgeschrittenen Tumorerkrankung, zum anderen besteht aufgrund der ohnehin geringen Chemosensitivität des Melanoms wenig Hoffnung auf eine Beeinflussung des weiteren Krankheitsverlaufs in diesem Stadium. Bei diesen Patienten steht die Behandlung von krankheitsassoziierten Symptomen im Rahmen einer umfassenden palliativen Versorgung im Vordergrund.
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ergebnisse der laparoskopischen Cholezystektomie anhand verschiedener Qualitätsmerkmale überprüft. In die Analyse der Ergebnisse sind ausschließlich Patienten eingegangen, die sich einer isolierten Operation der Gallenblase unterzogen haben. Patienten, bei denen die Cholezystektomie im Rahmen eines großen abdominellen Eingriffs erfolgte, waren ausgeschlossen. Als Grundlage dienten die Auswertungen von 624 Patienten, die bezüglich Indikationsbestimmung, Bluttransfusion, Verweildauer, eingriffsspezifischen Komplikationen, postoperativen Komplikationen, Reintervention und Letalität untersucht wurden. Die erhobenen Befunde wurden im Kontext zu bestehenden Studien und Daten analysiert, um so die Qualität der laparoskopischen Cholezystektomie zu bestimmen. Die gewonnenen Ergebnisse der medizinischer Kennzahlen ermöglichen uns eine wertvolle Standortbestimmung, die in den entsprechenden Bereichen zu belegbaren Verbesserungen der Versorgung führen können. Es wird zunehmend erkannt, dass die Diskussion über die Gestaltung medizinischer Prozesse auf der Basis von Ergebnissen medizinischer Kennzahlen sehr wichtig ist. Dabei ist nicht nur die Aufdeckung von „Schwächen“ ein Antrieb zur Qualitätsverbesserung. Die Orientierung an den „Besten“ im Sinne eines Benchmarking kann ebenfalls wichtige Impulse für eine verbesserte Versorgungsqualität geben. Sieht man die erhobenen Ergebnisse in ihrer Gesamtheit (d.h. Qualitätsberichte), so lassen auffällige Gesamtraten eines Qualitätsindikators und die Kenntnis der Analysen ein Versorgungsproblem im jeweiligen Leistungsbereich erkennen. Studien zur Versorgungsforschung und klinische Forschungsprojekte können in Kenntnis der Ergebnisse zielgenauer geplant und durchgeführt werden. Berufsverbände und wissenschaftliche Fachgesellschaften sind so in der Lage, durch Entwicklung oder Weiterentwicklung von Leitlinien die klinische Praxis in problematischen Bereichen gezielt zu beeinflussen. Die erhobenen Klinikwerte stehen im Vergleich zu allgemeinen Referenzwerten und zeigen in den Jahren 2001 - 2004 nahezu konstante Werte. Die Komplikationsrate (Galleleck 0,4-1,5%, Wundinfektion 1,3-1,8%, Pankreatitis 0,3%, Blutung 0,2-1,4%) ist bei der laparoskopischer Cholezystektomie geringer als bei der offenen Cholezystektomie. Die Rate der Gallengangsverletzung zeigt im Vergleich zur konventionellen Cholezystektomie eine verfahrensunabhänig niedrige Rate (0,2-0,4%). Voraussetzung für eine dem Ausmaß der Verletzung entsprechende Therapie ist eine exakte Einteilung, wie sie unter Anderem von Siewert, Strasberg und Neuhaus entwickelt wurde. Des Weiteren ist die Zeit bis zur Diagnosestellung einer Gallengangsverletzung entscheidend, um so die Kurz- bzw. Langzeitschäden dieser Verletzung zu minimieren. In der Asklepios Klinik Langen kam es in dem Untersuchungszeitraums in einem Fall zu einer Gallengangverletzung. Diese wurde durch eine Hepaticojejunostomie behoben. Zwischen der Cholezystektomie und der Diagnose der Gallengangverletzung lagen 2 Tage. Postoperativ nach laparoskopischer Cholezystektomie wurde der Patient durch zunehmenden Ikterus und steigende Cholestaseparameter auffällig. In der ERCP zeigte sich eine komplette Durchtrennung des DHC (Typ D nach Einteilung von P.Neuhaus et al.). Es wurde eine frühzeitige Hepaticojejunostomie durchgeführt. Der postoperative Aufenthalt, zunächst auf unserer interdisziplinären Intensivstation und später auf Normalstation gestaltete sich unkompliziert. Wie auch in unserem Fall beschrieben werden die besten Ergebnisse nach frühzeitiger definitiver Versorgung erreicht. Gleiches gilt für die Rate der postoperativen Komplikationen, die 2001-2004 zwischen 1,5-3,2% unter den entsprechenden Referenzwerten lag. Der Wert der Konversionsrate von 3 % liegt zum einen unter den Referenzwerten, zum anderen unter dem in der Literatur von 7 % angegebenen Wert. Die wichtigen Aussagen bezüglich der Komplikationen, die letztendlich einen entscheidenden Einfluss auf die Mortalität der Patienten haben, zeigen im Vergleich zu den Werten für Gesamthessen und im Vergleich mit internationalen Daten konstant gute Werte. Nach Auswerten der Daten und im Vergleich zu internationalen Ergebnissen, zeigt sich eine gute Qualität in der Behandlung der akuten Cholezystitis. Die laparoskopische Cholezystektomie stellt weiterhin den Goldstandard in der in der operativen Therapie dar, bedarf jedoch der kritischen Beobachtung und Bewertung von extern.
Ein früherer Vorschlag zum Reaktionsmechanismus der DFPase, der eine Wasseraktivierung durch den Rest H287 postulierte, mußte nach neuen experimentellen Daten verworfen werden. Daher lag zu Beginn der hier vorliegenden Arbeit kein Vorschlag für den Mechanismus der DFPase vor, der die experimentellen Daten erklären konnte. Für das längerfristige Ziel, die katalytischen Eigenschaften der DFPase gezielt verändern zu können, war es daher notwendig, zunächst den Mechanismus der Hydrolyse von Verbindungen wie DFP durch die DFPase näher zu untersuchen. Durch computergestützte Modellierung im aktiven Zentrum der DFPase (Docking) wurde die Bindung von DFP und anderen Substraten der DFPase genauer untersucht und mit vorhandenen experimentellen Daten verglichen. Diese Arbeiten führten auch zur theoretischen Untersuchung des Bindungsverhaltens von O,O-Dialkylphosphoroamidaten als potentiellen Inhibitoren der DFPase. Diese den Dialkylfluorophosphaten strukturell sehr ähnlichen Substanzen werden durch die DFPase nicht umgesetzt. Die Ergebnisse der Dockinguntersuchung führten schließlich zu der Synthese von drei Phosphoroamidaten unter der Untersuchung ihres Verhaltens als Inhibitoren der DFPase. DIe Charakterisierung erfolgte dabei über enzymkinetische Methoden sowie NMR-Experimente. Mit dem stärksten Inhibitor O,O-Dicyclopentylphosphoroamidat gelang die Kristallisation eines Komlexes mit der DFPase, der mit der Methode der Röntgenbeugung strukturell bestimmt werden konnte. Dieser Komplex belegt die Bindung der Phosphorylgruppe von Substraten an das katalytisch wirksame Calciumion im aktiven Zentrum der DFPase und zeigt die vorherrschenden Bindungskräfte zwischen Ligand und Protein auf. Eine Reihe von Mutanten der DFPase, bei denen gezielt die koordinierenden Aminosäuren des katalytischen Calciumions verändert wurden, ergänzte die bereits in früheren Arbeiten erzeugten Mutanten. Die katalyischen Eigenschaften dieser Mutanten und ihre Fähigkeit zur Metallbindung gestatten es, diese Metallbindungsstelle genauer zu beschreiben und lassen zusammen mit den Dockingexperimenten und der Struktur des Inhibitor-Enzymkomplexes vermuten, dass der calciumkoordinierende Aminosäurerest D229 als aktives Nukleophil im Reaktionsmechanismus der DFPase fungiert. Diese Vermutung ließ sich mit experimentellen Daten untermauern. Durch 18O-Isotopenmarkierung konnte gezeigt werden, dass ein Sauerstoffatom von D229 auf das entstehende Produkt übertragen wird. Hierdurch konnte die Existenz eines Phosphoenzymintermediats nachgewiesen werden. Des weiteren gelang es, Kristalle der DFPase zu züchten, die für Neutronenbeugungsexperimente geeignet waren. Im Rahmen dieser Experimente gelang die Aufnahme eines vollständigen Datensatzes und die Lösung der Neutronenbeugungsstruktur der DFPase in einer Auflösung von 2,2 Å. Diese Neutronenstruktur, in der Wasserstoffatome im Unterschied zu Röntgenstrukturen gut sichtbar sind, zeigt eindeutig, dass der Rest D229 wie erforderlich deprotoniert und dass das in der Bindungstasche an das Calciumion koordinierende Wassermolekül nicht als Hydroxid vorliegt. Damit ließ sich die direkte Aktivierung von Wasser durch das Metallion ausschließen. Neben wichtigen Informationen über die Bindungstasche der DFPase lieferte die Neutronenstruktur auch detaillierte Einblicke in das Wasserstoffbrückennetzwerk im zentralen, wassergefüllten Tunnel des Proteins. Über die Bestimmung des Wasserstoff/Deuteriumaustausches von Proteinrückgradamiden konnten weitere Aussagen über die Solvenszugänglichkeit von verschiedenen Proteinbereichen gemacht werden. Für die DFPase konnten strukturell und funktionell ähnliche Proteine identifiziert werden. Neben der Paraoxonase 1 waren dies das Calciumbindeprotein Regucalcin aus Agrobacterium thumefaciens sowie das Drug Resistance Protein 35 aus Staphylococcus aureus. Es konnte gezeigt werden, dass diese Proteine eine der katalytischen Calciumbindestelle der DFPase vergleichbare Metallbindestelle aufweisen und verschiedene Enzymaktivitäten dieser Proteine durch einen Mechanismus mit einem zu D229 analogen Nukleophil erklärt werden können. Ein direkter Vergleich zwischen der DFPase und der humanen Paraoxonase gelang durch Untersuchungen mit fluorogenen Organophosphaten als Substrate. Hierbei konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die DFPase in der Lage ist, Substrate mit einer P-O Bindung hydrolytisch zu spalten. Die unterschiedlich gute Umsetzung der verschiedenen Substrate durch die beiden Enzyme konnte auf der Grundlage der Proteinstrukturen erklärt werden, wobei für die Paraoxonase postuliert wurde, dass der calciumbindende Aminosäurerest D269 als zu D229 analoges Nukleophil wirkt. Abschließend gelang es, zusätzlich eine Zusammensetzung für eine Enzympräparation zu finden, die eine Gefriertrocknung der DFPase mit nur geringem Verlust an enzymatischer Aktivität erlaubt. Ein solches lagerstabiles Enzympulver ist ein notwendiger Schritt hin zu einer praktischen Anwendung der DFPase für die technische Dekontamination von hochtoxischen Nervenkampfstoffen.
IL-18 ist ein proinflammatorisches Zytokin mit tumorsuppressiven Eigenschaften. Daher befindet es sich derzeit in klinischen Studien der Phase II zur Behandlung immunsensitiver Tumore. Erste Ergebnisse dieser Studien sind vielversprechend, zumal IL-18 im Vergleich zu beispielsweise IL-1Beta und IL-12 eine hohe Verträglichkeit im Menschen aufweist. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass IL-18 nicht nur in soliden Tumoren, sondern auch in leukämischen Zellen wie AML-Zellen zur Expression eines Genmusters führt, welches hohes antileukämisches Potential aufweist. Diese Erkenntnis wurde mittels einer Microarray-Analyse gewonnen und in unabhängigen Versuchen überprüft. Zu den hochregulierten Genen gehören neben IFNY und Fas-Ligand die in der vorliegenden Arbeit untersuchten angiostatischen Chemokine IP10 und I-TAC sowie EBI3, die Beta-Kette des heterodimeren Zytokins IL-27. Da die Regulation des humanen EBI3-Gens bislang schlecht charakterisiert war, schloss sich eine Promotoranalyse des humanen EBI3-Promotors an. Diese brachte hervor, dass zwei NFKB-Bindungsstellen des Promotors für die Expression von EBI3 unter dem Einfluß von proinflammatorischen Zytokinen unabdingbar sind. Der humane Promotor wurde dabei in dieser Arbeit zum ersten Mal im humanen Kontext betrachtet. Weiterhin konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass IL-27 die Fähigkeit besitzt, humane myeloisch-leukämische Zellen zu aktivieren und Signale in Form von STAT1 und STAT3-Phosphorylierung sowie Hochregulation von SOCS3- Expression zu induzieren. Interessanterweise lassen sich die potentiell tumorsuppressiven Eigenschaften von IL-18 in Bezug auf KG1 Zellen durch eine Zugabe von Zink verstärken. So kommt es unter dem Einfluß von Zink zu einer Verstärkung der Expression von IFNY und EBI3. Dieser synergistische Effekt besitzt allgemeinere Gültigkeit, da die hier durchgeführten Experimente an humanen PBMC zeigten, dass eine Erhöhung des extrazellulären Zinkgehalts um den Faktor 2 im Vergleich zu dem physiologisch zugänglichen Zinkgehalt im Blutplasma zu einer Potenzierung der Freisetzung von IFNY durch die proinflammatorischen Zytokine IL-1Beta, IL-18 und IL-12 führt. Diese Ergebnisse waren besonders in Bezug auf IL-1Beta unerwartet und tragen ihren Anteil zum Verständnis der erhöhten Sensibilität von Leukozyten unter zinksupplementierten Bedingungen bei. Weitere Studien werden zeigen, ob eine Therapie mit IL-18 und möglicherweise auch in Kombination mit Zink eine alternative Option bei AML Patienten bietet, die besonders responsiv auf dieses Zytokin reagieren.
In den letzten 25 Jahren HIV-Forschung wurden einige Medikamente entwickelt, die in der Lage sind, den Ausbruch der Krankheit AIDS hinauszuzögern. Als Gemeinsamkeit dieser Arzneimittel ist die Interaktion mit regulatorischen Proteinen des HIV-Lebenscyclus zu erwähnen. In den letzten Jahren intensivierte sich jedoch auch die Forschung auf RNA als Angriffsort für Wirkstoffe, da sie in zahlreichen biochemischen Prozessen involviert ist. Aufgrund der vielfältigen Sekundär- und Tertiärstruktur der RNA bietet sie Bindungsstellen für Proteine, Antibiotika und weitere kleine Moleküle. Die Affinität zwischen RNA und dem Liganden, z.B. einem Peptid, basiert auf Wasserstoffbrücken, Coulombschen Kräften und Stapelwechselwirkungen. Das Konzept dieser Arbeit bestand darin, peptidische RNA-Liganden zu entwickeln, die u.a. aufgrund von Stacking mit den Nucleobasen der RNA eine starke Bindung eingehen. In Anbetracht der Tatsache, dass lediglich vier unterschiedliche natürliche aromatische Aminosäuren existieren, wurden Synthesewege entwickelt, um eine Vielfalt nicht-natürlicher Bausteine zu gewährleisten. In diesem Projekt wurden (L)-Methionin bzw. (L)-Glutaminsäure als chirale Ausgangsverbindungen, in Abhängigkeit von der benötigten Seitenkettenlänge (C2 für Met, C3 für Glu), verwendet. Der Schlüsselschritt in beiden Syntheserouten ist mit der Heck- bzw. Negishi- Kupplung eine Übergangsmetall-katalysierte C-C-Knüpfungsreaktion. Auf beiden Wegen konnten in zehn Stufen Fmoc-geschützte -Aminosäuren dargestellt werden. Diese Bausteine wurden zusammen mit natürlichen Aminosäuren zu peptidischen Bibliotheken aufgebaut, die entweder über kombinatorische oder parallele Festphasensynthese hergestellt wurden. Über homogene Assays wurden die besten RNA-Binder identifiziert. In ersten Experimenten wurden ausgewählte Peptide auf ihre Affinität zum TAR-Element von HIV-1 untersucht. Ein Farbstoff-markiertes Tat-Peptid wurde in dieser Anwendung vom Test- Liganden verdrängt. Alternativ konnte über die Fluoreszenz der Pyren-Peptide eine direkte Bestimmung von Bindungskonstanten erfolgen. Mit dem Tripeptid 172 (IC50 = 900 nM, Kd = 50 nM) konnte eine vielversprechende Verbindung identifiziert werden. In Untersuchungen mit HIV-1-infizierten HeLa-P4- (IC50 = 125 microM) bzw. MT-4-Zellen (EC50 = 46 microM) wurde die antivirale Eigenschaft von 172 bewiesen. Des Weiteren wurden u.a. für das Peptid 172 antimikrobielle Tests gegen B. subtilis (MIC = 22 microM) und S. aureus (MIC = 31 microM) durchgeführt.
Arabidopsis thaliana besitzt 21 Hitzestress-Transkriptionsfaktoren die von zentraler Bedeutung für die Aktivierung der Hitzestress-Antwort sind. Der HsfA2 ist dabei der am stärksten exprimierte Hsf und akkumuliert in der Pflanze wie andere Hitzestress- Proteine. Nach ca. einer Stunde HS ist die maximale Transkriptmenge zu verzeichnen, während das sehr stabile Protein noch mindestens 21 Stunden nach dem Stress vorhanden ist. Durch Analyse einer SALK T-DNA-Insertionslinie mit einem kompletten HsfA2-Knockout wurden Zielgene des HsfA2 identifiziert. Am stärksten ist die Ascorbat-Peroxidase 2 (APX2) betroffen, deren Transkript in Knockout-Pflanzen fast völlig fehlt. Außerdem sind sHsps, einzelne Mitglieder der Hsp70- und Hsp100-Familien, sowie Transkripte von Genen, deren Funktion noch nicht bekannt ist, reduziert. In transienten GUSReporter- Assays wurde das Aktivierungs-Potential des HsfA2 an den Promotoren der folgenden Gene bestätigt: Hsp18.1-CI, Hsp25.3-P, Hsp22.0-ER, Hsp26.5-MII, Hsp70b und Hsp101-3. Dabei zeigte sich, dass jeweils ca. 0,5kb der stromaufwärts des Startcodons liegenden regulatorischen Sequenzen zur Gen-Aktivierung ausreichen. Für den APX2-Promotor konnte durch Deletionsanalysen zudem das entscheidende HSE-Dimer identifiziert werden. In EMSAs mit rekombinanten GST-Fusions-Proteinen wurde die spezifische Bindung des HsfA2 hier bestätigt, während eine Mutante HsfA2(R98A) nicht mehr an die DNA bindet. Mit Proteinextrakten aus hitzegestresster Arabidopsis-Zellkultur konnte die Bedeutung dieses HSE-Dimers für die Bindung endogener Faktoren im Hitzestress ebenfalls nachgewiesen werden. Auch für die oben genannten Hsps sowie Hsp17.4-CI, Hsa32 und die zwei unbekannten Proteine At1g0370 und At4g21320 konnte die DNA-Bindung des GST-HsfA2 im EMSA gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde HsfA2 erstmals als Voll-Längen-Protein untersucht. Durch Analyse von NLS-Mutanten wurde nachgewiesen, dass nur eine Hälfte der als bipartit vorhergesagten NLS funktionell ist und somit die NLS monopartit ist. Weitere Mutanten wie z.B. Deletionen von Sekundärstruktur-Elementen der DBD oder der Oligomerisierungsdomäne zeigen die Notwendigkeit dieser Bestandteile für die Funktionalität des HsfA2. Außerdem ist offenbar der N-terminale Bereich vor der DBD wichtig für die Proteinstabilität. Um die DNA-Bindungsdomänen aller 21 verschiedenen Arabidopsis-Hsfs auf ihre Bindungsfähigkeit zu untersuchen, wurden Konstrukte verwendet, die jeweils die DBD in Fusion mit dem C-Terminus des HsfA2 enthielten. Diese chimären Hsfs wurden in transienten GUS-Reporter-Assays und EMSAs untersucht. Dabei zeigte sich, dass ein Großteil der Proteine immer an die analysierten DNA-Fragmente bindet, wenn auch mit unterschiedlicher Intensität, während die A6a- und B3-DBDs dies gar nicht oder nur extrem schlecht vermochten. Durch Mutation einzelner Aminosäurereste ließ sich das zumindest für B3 verbessern. Der HsfA3 ist ein weiterer im Hitzestress induzierter Hsf. Allerdings ist sein Transkript erst nach ca. drei Stunden vorhanden und nimmt in der frühen Erholungsphase noch zu. Unter den 21 Hsfs ist er der einzige, der spezifisch durch DREB2A induziert wird. In transienten GUS-Reporter-Assays und EMSAs konnten im HsfA3-Promotor zwei DREs als Bindungsstellen des DREB2A identifiziert werden, die gleichermaßen notwendig sind. Desweiteren wurde das Aktivator-Potential des HsfA3 und fünf DREBs (1A, 1B, 1C, 2A und 2B) an potentiellen Zielgenen untersucht. Dabei konnten drei Gruppen definiert werden: A) Gene die nur durch HsfA3 induziert werden (Hsp18.1-CI, Hsp25.3-P, Hsp70b und Hsp101-3), B) Gene die hauptsächlich durch HsfA3 aber teilweise auch durch DREBs (besonders 2A und 2B) induziert werden (Hsp17.4-CI, Hsp17.6-CII, Hsp26.5-MII und GolS1) und C) Gene die nur durch DREBs induziert werden (RD29A, COR47 und KIN1). In dualen Reporter-Assays wurde die Transkriptionskaskade DREB2A -> HsfA3 -> Hsp bestätigt. Die direkte DNA-Bindung der DREBs bzw. des HsfA3 an den Promotoren wurde in EMSAs nachgewiesen und für Hsp26.5-MII und Hsp18.1-CI durch Kartierung auf kleine Bereiche eingegrenzt. Aus der Literatur ist bekannt, dass HsfA1a/A1b konstitutiv exprimiert werden und ebenfalls Einfluß auf viele Hitzestress-Gene besitzen. So lässt sich spekulieren, dass diese bereits in der frühen Hitzestress-Phase die Induktion der HS-Antwort regulieren könnten, während HsfA2 die Expression von HS-Genen verstärkt und HsfA3 später möglicherweise für die volle Ausprägung der Thermotoleranz wichtig ist.
Die juvenile idiopathische Arthritis (JIA) ist eine Autoimmunerkrankung und die häufigste chronisch-rheumatische Erkrankung im Kindes- und Jugendalter. Erhöhte Spiegel des proinflammatorischen Zytokins Interleukin-18 (IL-18) spielen bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen eine pathogenetische Rolle. Im Promotor des IL-18 befinden sich in den Positionen -607 (C/A) und -137 (G/C) Einzelbasen-Mutationen, die die Bindung von Transkriptionsfaktoren beeinflussen können. Diese Polymorphismen konnten in vitro die Transkription des IL-18-Gens und die Expression des Proteins verstärken und sind somit möglicherweise in der Lage, die Empfänglichkeit für oder den Verlauf von Erkrankungen wie der JIA zu verändern. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob bestimmte Allele, Diplo- oder Genotypen der IL-18-Promotor-Polymorphismen bei Patienten mit JIA gehäuft auftreten. Zu diesem Zweck wurden die Blutproben von 60 Patienten und 134 gesunden Kontrollpersonen mittels sequenzspezifischer PCR auf das Vorliegen der Polymorphismen getestet. In der Literatur existieren für die Assoziation der JIA und anderer chronischentzündlicher Erkrankungen zu IL-18-Promotor-Polymorphismen unterschiedliche Angaben. Werden Assoziationen gefunden, so deuten sie in Bezug auf den -607-Locus darauf hin, dass -607 AA protektiv wirkt, -607 CC aber eine Krankheitsempfänglichkeit vermittelt. Den -137-Locus betreffend sind die Ergebnisse widersprüchlicher. Viele Studien zeigen bezüglich beider Polymorphismen keinerlei Assoziation. In dieser Studie konnte eine Krankheitsassoziation weder für die Allel- noch die Diplotyp- oder Genotyp-Häufigkeiten nachgewiesen werden, ebenfalls nicht für einzelne Genotypenkombinationen. Anzunehmen ist, dass die erhöhten IL-18-Spiegel bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen nicht allein auf Einzelbasen-Mutationen zurückgehen, sondern durch Wechselwirkungen innerhalb eines komplex geregelten biologischen Systems zu Stande kommen. Ein Ansatz, der allein auf die Auswirkungen der Polymorphismen auf Genebene abzielt, ist möglicherweise zu kurz gefasst.
Helicobacter pylori (H. pylori) ist ein spiralförmiges, gram-negatives und mikroaerophiles humanpathogen. Seit seiner ersten Isolierung 1983 gilt H. pylori als eine der häufigsten Ursachen für entzündliche Prozesse des gastrointestinalen Traktes (u.a. chronische, sowie atrophische Gastritis und Ulzera). Darüber hinaus kann es gastrale Adenokarzinome und Lymphome des MALT (mucosa-associated lymphoid tissue)-Systems induzieren. Einige H. pylori-Stämme besitzen eine Gruppe von ungefähr 30 Genen, die als cag-Pathogenitätsinsel (cagPAI) bekannt ist. Diese Stämme sind häufig mit Magenschleimhautentzündungen, Geschwürbildung und einem erhöhtem Risiko von Magenkrebs verbunden. Die Gene der cagPAI kodieren für ein Typ IV-Sekretionssystem (T4SS), das Protein- Effektor-Moleküle in die Wirtszelle transloziert. In dieser cagPAI befindet sich ebenfalls das Gen für den Pathogenitätsfaktor CagA (cytotoxin associated gene A). Dieses Protein ist, neben Peptidoglykan, eines der beiden bisher bekannten Moleküle, die vom T4SS transportiert werden. In der Zielzelle wird CagA von Kinasen der Src-Familie an den Tyrosinen in den EPIYA-Sequenz-Wiederholungen phosphoryliert und induziert über einen wenig verstandenen Signalweg eine starke Elongierung und Migration der infizierten Epithelzellen. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss von c-Abl auf die zellulären Prozesse während einer Infektion mit H. pylori untersucht. Die erarbeiteten Daten zeigen deutlich, dass c-Abl ein wichtiges Zielmolekül in der H. pylori-induzierten Zellmigration ist. Durch den Einsatz von spezifischen Inhibitoren der c-Abl-Kinase konnte die Zellelongierung signifikant reduziert werden. Nach Transfektion eines shRNA-Vektors in eine humane Adenokarzinom- Zelllinie wurde eine stabile c-Abl-„Knockdown“-Zelllinie hergestellt. Infektion dieser Abl- AGS-Zellen mit H. pylori induzierte ebenfalls nicht mehr die Zellelongierung. Da wie erwartet die Blockierung der Src-Kinasen ebenfalls den H. pylori-vermittelten Phänotyp inhibierte, sollte in weiteren Experimenten geklärt werden, ob c-Abl- und Src- Kinasen ähnliche Mechanismen aktivieren, die zur Zellmotilität beitragen. Es konnte gezeigt werden, dass Src-Kinasen bereits nach 10-30 min nach der Infektion aktiviert und sehr früh nach 45-60 Minuten wieder inaktiviert wurden. In in-vitro Kinase-Experimenten konnte darüber hinaus beobachtet werden, dass c-Abl dagegen erst nach 60-90 min aktiviert wurde und anschließend über einen längeren Zeitraum aktiviert blieb. Diese unterschiedlichen Kinetiken deuten darauf hin, dass beide Kinasen in der H. pylori-Infektion differentiell reguliert werden und unterschiedliche Funktionen übernehmen. Es wurde bereits publiziert, dass Src-Kinasen CagA direkt in den EPIYA-Motiven phosphorylieren. In dieser Arbeit konnte mittels Ko-Immunpräzipitationen gezeigt werden, dass zwischen c-Abl und CagA eine stabile physikalische Interaktion induziert wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass c- Abl CagA direkt phosphoryliert und diese c-Abl-vermittelte Phosphorylierung ein wichtiger Schritt in der H. pylori-induzierten Zellmotilität spielt. Zusammengefasst kann ein Model aufgestellt werden, dass c-Abl die CagA Phosphorylierung über einen langen Zeitraum aufrechterhält und somit die frühe Inaktivierung von Src ersetzt. Die Aktivität von Proteinkinasen wird häufig über Tyrosinphosphorylierungen reguliert. Im Gegensatz zu Src wurden die in der Literatur schon für c-Abl beschriebenen Phosphorylierungsstellen Tyrosin 245 und 412 während einer H. pylori-Infektion nicht phosphoryliert. Eine Phosphorylierung von Tyrosin 245 ließ sich nur durch Stimulation der Zellen mit Natrium-Vanadat und H2O2 erzielen. Interessanterweise korrelierte die c-Abl Aktivität aber mit einer H. pylori-induzierten Zunahme der c-Abl-Proteinmenge. Da die mRNA-Menge nicht variierte, handelte es sich vermutlich um eine Stabilisierung von c-Abl im Komplex mit CagA. Anstelle der Tyrosin-Phosphorylierung konnte die Phosphorylierung von Threonin 735 während einer H. pylori-Infektion nachgewiesen werden. Die bisher nur in geringer Anzahl vorliegenden Veröffentlichungen beschreiben, dass die Phosphorylierung von Threonin 735 eine Rolle in der zellulären Lokalisierung der Kinase spielen könnte. Mit Hilfe von konfokaler Mikroskopie und subzellulärer Fraktionierung, konnte nach H. pylori- Infektion eine Translokation von c-Abl von der typischen zytosolischen Verteilung in die Fokalkomplexe nachgewiesen werden. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war erste Anhaltspunkte zur Identifizierung der bis heute völlig unbekannten Kinase zu finden, die für die Phosphorylierung von c-Abl an diesem Lokus verantwortlich ist. Bemerkenswert dabei ist, dass diese Phosphorylierung unabhängig von CagA ist, aber trotzdem ein funktionierendes T4SS voraussetzt. Dies konnte durch den Einsatz von Mutationen im T4SS von H. pylori nachgewiesen werden. Dieser Befund deutet darauf hin, dass weitere Faktoren von H. pylori existieren, die über das T4SS in die Zielzellen injiziert werden und an der Regulierung von c-Abl beteiligt sind.
Typ-I-Diabetes, Morbus Basedow und Hashimoto-Thyreoiditis zählen zu den multifaktoriellen Autoimmunerkrankungen, bei deren Entstehung genetische, immunologische sowie Umwelt- und psychosoziale Faktoren beteiligt sind. Die immunologischen und genetischen Komponenten werden durch die HLA-Genregion dominiert. Diese ist Teil des Haupthistokompatilitäts-Systems (major histocompatibility complex, MHC) auf dem kurzen Arm von Chromosom 6 und beinhaltet die wichtigsten prädisponierenden Gene für Typ-I-Diabetes und anderer Autoimmunerkrankungen. Innerhalb dieser Genregion befindet sich die DQ-LTR3. In ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird ein möglicher Einfluss der endogenen retroviralen LTR-Sequenzen (ERV9 LTR3), die im HLA-DQ/DR-Gen lokalisiert sind, auf Morbus Basedow untersucht. Frequenzanalysen bei Morbus Basedow und Kontrollkollektiven sowie deren möglicher Zusammenhang mit den Risiko-Haplotypen DQA1*0501, DQB1*0201 zeigen keine signifikanten Unterschiede. Ein zweiter Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Polymorphismus des CTLA4-Gens. Dieses auf Chromosom 2q33 liegende Gen zählt zu den „prädisponierenden Gen-Loci“ und weist drei SNPs (single nucleotide polymorphisms) auf. Es wirkt als Repressor der T-Zell-Proliferation. In dieser Arbeit wird die Substitution von Cytosin an Position 318 der Promoterregion des CTLA4-Gens durch Thymin untersucht. In der geschlechtspezifischen Verteilung des CTLA4-Promoterpolymorphismus zeigt sich kein signifikanter Unterschied. Im Rahmen einer Verteilungsanalyse konnte eine Korrelation des CTLA4 Promoterpolymorphismus und der Risikoallele DQ8, DQ2, DQA1*0501/DQA1*0301 und DQB1*0201/DQB1*0302 nicht bestätigt werden. Assoziationsstudien in Familien mit Typ-I-Diabetes, Morbus Basedow oder Hashimoto-Thyreoiditis zeigen keine direkten Korrelationen zu der Vererbung untersuchter Polymorphismen. In Familien mit einem am Morbus Basedow erkrankten Kind dagegen kann ein deutlicher Unterschied bei der parentalen Transmission des CTLA4-Promoterpolymorphismus beobachtet werden. Bei maternaler Transmission gab es keine signifikanten Unterschiede. Haplotypen mit dem Cytosin-Allel an Position 318 werden deutlich häufiger von Vätern an die Patienten vererbt. Sollte sich dies in weiteren Studien mit höherer Anzahl untersuchter Familien bestätigen, so wäre dies ein Indiz für eine parentale Prägung von prädisponierenden Allelen bezüglich Morbus Basedow. Abschließend konnte in dieser Arbeit die Substitution von Cytosin zu Thymin an Position 318 der CTLA4-Promoterregion bei Familien mit Morbus Basedow oder mit Typ-I-Diabetes nicht als ein unabhängiger Risikomarker bestätigt werden. Die unmittelbare Nachbarschaft der drei Polymorphismen lässt allerdings eine Kopplung der einzelnen Polymorphismen vermuten, was in weiteren Arbeiten näher untersucht werden sollte.