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The technique of site-specific fluorescence labelling with Tetramethylrhodaminemaleimide (TMRM) in combination with two electrode voltage-clamp technique (TEVC), an approach that has been named voltage clamp fluorometry (VCF), has been used in this work to study the Na,K-ATPase. The TMRM dye has the ability to attach covalently to cysteine residues and it responds to changes in the hydrophobicity of its local environment. We exploited this property using a construct of the Na-pump in which the native, extracellularly accessible cysteines were removed and cysteine residues were introduced by site-directed mutagenesis in specific positions of the Na-pump. In this way it was possible to detect site-specific conformational rearrangements of the Na-pump in a time-resolved fashion within a native membrane environment. In particular this technique allows to resolve reactions with low electrogenicity that cannot be satisfactorily analyzed with purely electrophysiological techniques and to identify the conformations of the enzyme under specific ionic composition of the measuring buffers. We used VCF to study the influence that several cations like Na+, K+, NMG+, TEA+ and BTEA+ exert on the distribution of the Na,K-ATPase between several enzymatic intermediates and on some of the reactions related to cation transport. To this end we utilized the mutants N790C in the loop M5-M6 and the mutant E307C, T309C, L311C and E312C in the loop M3-M4. From the correspondence of the fluorescence changes with the activation and inhibition of pumping current, by K+ and ouabain respectively, and from the fact that in Na+/Na+ exchange conditions the voltage distribution of charge movement and fluorescence changes evoked by voltage jumps are in reasonable agreement we conclude that through the fluorescence signals measured from these mutants, we can indeed monitor conformational changes linked to transport activity of the enzyme. For the mutants N790 and L311, it was found that the Na+ dependence of the amplitude and kinetics of the fluorescence signal associated with the E1P-E2P transition is in agreement with the prediction of an access channel model describing the regulation of the access of extracellular Na+ to its binding site. In particular for the mutants E307 and T309 it was found that in Na+/Na+ exchange conditions, the conformational change tracked by the fluorescence was much slower than the charge relaxation at hyperpolarized potentials while the kinetics was very similar at depolarized potentials. This implies that at hyperpolarized potentials the conformational change connected to the E1P-E2P transition does not give a large contribution to the electrogenicity of the process which is also consistent with the access channel model. On the mutant N790C it was found that the external pH does not seem to have any effect on the E1P-E2P equilibrium even if it seems to modulate the fluorescence quantum yield of the dye. Fluorescence quenching experiments with iodide and D2O indicate that at hyperpolarized potentials the local environment of the mutant N790C, experiences a small change in the accessibility to water without major changes in the local electrostatic field ...
The Na+/proline transporter of E. Coli (PutP) is responsible for the uptake of proline which is subsequently used not only as a carbon and nitrogen source and a constituent of proteins but also as a particularly effective osmoprotectant. However, for a long time there was little known about the single steps in the reaction cycle of this transporter and only few details about its structure-function relationship are available. Aim of the present work was to achieve a deeper understanding about the kinetic properties of the Na+/proline transporter and to get insights into the structure-function relationship of the substrate binding. To answer these questions different techniques were used. By using the novel SSM technique combining the preparation of PutP proteoliposomes it was possible to demonstrate for the first time the electrogenic substrate binding to PutP transporter. Due to rapid solution exchange measurements on the SSM it was additionally possible to obtain time resolved information about the kinetic details of the cytoplasmic substrate binding sites which were not available by previous steady state and equilibrium binding measurements. Pre-steady-state charge translocation was observed after rapid addition of one or both of the cosubstrates Na+ and/or proline to the PutP-WT proteoliposomes adsorbed on the SSM. Thereby it was possible to link the observed electrical signals with the binding activity of PutP. The observed Na+ and/or proline induced charge displacement were assigned to an electrogenic Na+ and/or proline binding process at the cytoplasmic face of the enzyme with a rate constant of k > 50 s-1 proceeding the rate limiting step of the reaction cycle. Furthermore, based on the kinetic analysis of the electrical signals obtained from the measurements of PutP on SSM, the following characteristics of the substrates binding in PutP were deduced: (1) both Na+ and proline can bind individually to the transporter. Under physiological conditions, an ordered binding mechanism prevails; while at sufficiently high concentrations, each substrate can bind in the absence of the other; (2) substrate binding is electrogenic not only for Na+, but also for the uncharged cosubstrate proline. The charge displacement associated with Na+ binding and proline binding is of comparable size and independent of the presence of the respective cosubstrate. In addition, it was concluded that Na+ accesses its binding site through a high-field access channel resulting in a charge translocation, whereas the binding of the electroneutral proline induces a conformation alteration involving the displacement of charged amino acid residue(s) of the protein; (3) Na+ and proline binding sites interact cooperatively with each other by increasing the affinity and/or the speed of binding of the respective cosubstrate; (4) proline binding proceeds in a two step process: low affinity (~ 0.9 mM) electroneutral substrate binding followed by a nearly irreversible electrogenic conformational transition; (5) membrane impermeable PCMBS inhibits both Na+ and proline binding to the inside-out orientated PutP transporter, indicating that rather than selectively blocking a specific binding site, PCMBS probably locks the enzyme in an inactive state. The possible targets for this SH-reagent are cysteines 281 and 344 located close to the cytoplasmic surface of the protein. Beyond it, transient electrical currents of PutP were also observed on the BLM after rapid addition of proline in the presence of Na+. This was possible by combining the conventional BLM technique with high-speed flash-photolysis of caged-proline. Indeed the signals on the BLM indicate the detection of a different underlying reaction process in comparison to the data achieved by the SSM technique. This has paved the way for supplemental information about the reaction cycle since it was possible to assign the flash-photolysis BLM signals to the proline binding step followed by the internalization of Na+ and proline into the liposome. Thereby it was found, that the presence of Na+ is indispensable and the time constant for the process is ~ 63 ms. Moreover, structure-function information about the Na+ and proline binding sites of PutP was obtained by investigating the functionally important amino acid residues Asp55, Gly63 and Asp187 with site-directed mutagenesis and the combined SSM technique. One finding is that the mutated proteins PutP-D55C and PutP-G63C showed no activity on the SSM. Therefore, it can be assumed that either both Asp55 and Gly63 are crucial for the structure of PutP protein, or they are located at or close to the Na+ and proline binding sites. Furthermore, the results obtained from PutP-D187N and PutP-D187C mutants on SSM suggest that Asp187 of PutP is likely to be involved in the Na+ binding at the cytoplasmic side of the backward running carrier. Taken together the results of the present work have substantially broadened the known picture of the Na+/proline transporter PutP thereby several steps of the reaction cycle were elucidated, and moreover, valuable insights into the structure-function relationship of the transporter have become available.
Nucleotide-binding domains (NBDs), roughly 27 kDa in size, are conservative components of the large family of ABC (ATP-binding cassette) transporters, which includes importers, exporters, and receptors. NBDs or ABC-ATPases supply energy for the translocation of a vast variety of substrates across biological membranes. Despite their hydrophilic sequence, many NBDs tend to aggregate and precipitate in solution upon isolation from the complete transporter. The conditions stabilizing an extremely labile NBD component of the E.coli HlyA transporter, HlyB-NBD, were developed. As a result, the pure highly concentrated enzyme was protected from precipitation for months that allowed screening of the unlimited crystallization conditions in the presence of different substrates and performance of the reproducible functional assays. HlyB-NBD was characterized in regard to its uncoupled ATPase activity, oligomeric state, and stability in solution. Comparative analysis of protein stability and ATPase activity in various buffers suggested an inverse relationship between the two. Kinetic analysis of ATPase activity revealed ATP-induced protein dimerization. Gel-filtration experiments with the wild type protein and H662A-mutant of HlyB-NBD provided further evidence of protein dimerization in the presence of ATP. The crystal structures in post- and pre-hydrolysis nucleotide-bound states of HlyB-NBD were determined at 1.6Å and 2.5Å resolution, respectively. While the hydrolytically deficient H662A mutant of HlyB-NBD was crystallized as a stable dimer in the presence of ATP or ATP-Mg2+, with two nucleotide molecules sandwiched between the two monomers, the same protein was shown to be a monomer in the ADP-loaded state. The wild type protein failed to develop crystals with bound ATP, yet formed ADP-bound crystals identical to those of the H662A-mutant. The X-ray structures of HlyB-NBD in various states of the hydrolytic cycle and the functional studies of the enzyme have provided an opportunity to characterize enzyme-substrate complexes and protein-protein interactions between the NBD subunits in great detail. Comparison of the nucleotide-free, the ADP-, and the ATP-loaded states revealed oligomeric and conformational changes of the protein upon substrate binding and resulted in a molecular picture of the catalytic cycle. The correlated results of the structural and functional investigations of HlyB-NBD are discussed with relation to the mechanism of action of ABC transporters.
Prostaglandin E2 is the major prostaglandin involved in colorectal carcinogenesis. The biosynthesis of prostaglandin E2 is accomplished by several terminal prostaglandin E synthases through catalytical conversion of the cyclooxygenase product prostaglandin H2. Among the known terminal prostaglandin E synthases, microsomal prostaglandin E synthase type 1 and type 2 were found to be overexpressed in colorectal cancer, however the role and regulation of these enzymes in this tumor entity are yet not fully understood. Here we report that the cyclopentenone prostaglandins 15-deoxy-D12,14-prostaglandin J2 and prostaglandin A2, which have been shown to modulate cell growth and neoplasia, selectively down-regulate microsomal prostaglandin E synthase type 2 mRNA and protein expression in the human colorectal carcinoma cell lines Caco-2 and HCT 116. This effect appeared to be PPARgamma independent and was not found to require G-protein-coupled receptor activation. Instead, inhibition of microsomal prostaglandin E synthase type 2 by cyclopentenone prostaglandins may be mediated by covalent binding of the cyclopentenone ring to cysteine residues on signalling molecules or via a redox-dependent mechanism. Inhibition of microsomal prostaglandin E synthase type 2 was subsequently followed by decreased prostaglandin E synthase activity, which in turn contributed at least in part to the anti-proliferative action of cyclopentenone prostaglandins in HCT 116 cells. Collectively, these data unravel a novel mechanism for the growth-inhibitory effects of cyclopentenone prostaglandins and expose microsomal prostaglandin E synthase type 2 as a new potential target for pharmacological intervention in the treatment of colorectal cancer.
In der vorliegenden Arbeit wird das Auslesekonzept der Driftkammern untersucht und seine Integration in das HADES Datenaufnahmesystem beschrieben. Bedingt durch das mehrstufige Triggersystem und die hohen Anforderungen an die Geschwindigkeit des Systems wurden Methoden zur Datenreduktion entwickelt. Dadurch ist es möglich, die Daten von allen 27 000 Kanälen innerhalb von 10 µs nach dem Trigger auszulesen. Die Daten werden innerhalb von ungefähr 40 ns nach dem Signal der zweiten Triggerstufe weitertransportiert. Im Rahmen der Untersuchungen zur Überwachung der Driftkammerdaten, die im zweiten Teil der Arbeit beschrieben werden, wurde mit der verwendeten Methode zur Bestimmung der intrinsischen Auflösung eine deutliche Verschlechterung Auflösung der Kammern festgestellt, von 120 µm im November 2001 auf über 200 µm im September 2003. Als Ursache hierfür wurde zum einen die geänderte Kalibrationsmethode ausgemacht, die die Laufzeiten der Signale nicht mehr berücksichtigt, zum anderen eine Änderung der Driftgeschwindigkeit aufgrund einer nicht optimalen Hochspannung. Die Methode zur Bestimmung des physikalischen Zentrums der Kammern erlaubt eine Aussage über die Position der Kammern relativ zur Sollposition. Die dabei gefundenen Verschiebungen entlang der z - Achse stimmen für einen Teil der Sektoren mit den im Rahmen des Alignments ermittelten Werten für die Verschiebung des Targets überein. Für die anderen Sektoren ergeben sich zusätzlicher Verschiebungen um 2 bis 6 cm. Das Di - Leptonen - Spektrometer HADES (High Acceptance Di -Elektron-Spektrometer) am Schwerionensynchrotron der Gesellschaft für Schwerionenforschung (Darmstadt) beginnt nun mit detaillierten Studien leptonischer Zerfälle von Vektormesonen in Kern - Kern - Stößen mit Projektilenergien von 1 bis 2 GeV / Nukleon. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung von Zerfällen, die in der Phase hoher Dichte (ungefähr 3 · p..0) und hoher Temperatur stattfinden. Es wird erwartet, daß sich aus der dabei zu beobachtenden Massenverteilung der unterhalb der Schwelle produzierten leichten Vektormesonen r, o und ph ein Hinweis auf die partielle Wiederherstellung der im Vakuum gebrochenen chiralen Symmetrie ergibt.
In der Abteilung „Medizinische Biotechnologie“ des Paul-Ehrlich-Instituts konnte gezeigt werden, dass ein SIVsmmPBj-abgeleiteter Vektor Vorteile gegenüber HIV-1-abgeleiteten Vektoren aufweist, da auch in der G0-Phase des Zellzyklus arretierte Zelllinien und Fibroblasten sowie primäre humane Monozyten transduziert werden können. Im ersten Teil der hier vorliegenden Arbeit wurden die besonderen Transduktionsfähigkeiten diese SIVsmmPBj Vektors eingehend untersucht. Zunächst wurden die transduzierbaren Monozyten morphologisch und biochemisch genauer charakterisiert; insbesondere wurde gezeigt, dass sich diese Zellen tatsächlich in der G0-Phase des Zellzyklus befinden und auch nach der Transduktion die Fähigkeit aufweisen, sowohl in Makrophagen als auch in Dendritischen Zellen auszudifferenzieren. Bei dem Versuch andere primäre humane Blutzellen zu transduzieren wurde gezeigt, dass SIVsmmPBj Vektoren für die Transduktion unstimulierter CD4+ T-Zellen nicht geeignet sind. Zum besseren Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen die zur Transduktion arretierter Zellen und Monozyten durch SIVsmmPBj-abgeleitete Vektoren führen, wurde der Einfluss der akzessorischen viralen Proteine untersucht. Dazu wurde ein PBj-Knockout- Vektor, bei dem die Expression aller akzessorischen Gene (vif, vpx, vpr und nef) inhibiert war, generiert und zur Transduktion von arretierten Zellen und Monozyten eingesetzt. Keines der akzessorischen Proteine war für die Transduktion der in G0 arretierten Zellen notwendig. Für die Transduktion von Monozyten erwies sich das virale Protein Vpx jedoch als essentiell, da der Knockout-Vektor zur Transduktion von Monozyten nur nach Supplementierung mit diesem Protein in der Lage war. Die Supplementierung von HIV-1 Vektoren mit Vpx des SIVsmmPBj ermöglichte keine Transduktion von Monozyten, was darauf hindeutet, dass weitere Proteine von SIVsmmPBj oder aber auch die Fähigkeit der prinzipiellen Transduktion von Zellen der G0-Phase eine Rolle spielen. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde ein auf SIVsmmPBj basierendes Dreiplasmid-Vektorsystem entwickelt. Für das Verpackungskonstrukt wurde das Verpackungssignal charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Bereich zwischen dem Promotor und dem Spleißdonor gelegene Bereich für eine effiziente Partikelbildung nötig ist und die Deletion der Region zwischen Spleißdonor und gag-Start-ATG zur Inaktivierung des Verpackungssignals ausreicht. Die aus dem Dreiplasmid-System generierten Vektoren erreichten Titer von bis zu 5 x 105 i.E./ml und waren nach Supplementierung mit Vpx dazu in der Lage, primäre humane Monozyten zu transduzieren. Der hier entwickelte, auf SIVsmmPBj basierende Vektor eröffnet neue Möglichkeiten in der Gentherapie. So sind nun auch Monozyten als wichtige Zielzellen der Tumortherapie einem Gentransfer durch lentivirale Vektoren zugänglich.
Die Rolle der löslichen Guanylatzyklase in der Signaltransduktion durch Superoxidanionradikale
(2005)
Im kardiovaskulären System ist die lösliche Guanylatzyklase (soluble guanylyl cyclase, sGC) ein Schlüsselenzym der •NO/cGMP-Signaltransduktion. Stickstoffmonoxid (•NO) aktiviert durch direkte Anbindung an das Häm-Eisen die Produktion von zyklischem 3’,5’-Guanosinmonophosphat (cGMP). In glatten Muskelzellen führt ein erhöhter cGMP-Spiegel zur Aktivierung von cGMP-abhängigen Proteinkinasen (cGK) und letztendlich zur Vaso-dilatation. Superoxidanionradikale (•O2-) sind an der Entstehung und Progression von Herz-Kreis¬lauferkrankungen beteiligt. Im vaskulären Gewebe stellt •O2- einen Gegenspieler zum •NO dar. So führt eine vermehrte Produktion von •O2- zu einer eingeschränkten Bioverfügbarkeit von •NO (•O2- + •NO -> ONOO-) (Ohara et al., 1993a). Im Rahmen dieser Arbeit sollte aufgeklärt werden, ob bei einer vaskulären Störung des •NO-Systems die Funktion der sGC durch •O2- auch direkt betroffen ist. Damit könnte dem Superoxid eine weit größere biologische Bedeutung zukommen als bisher angenommen, nämlich die Funktion als Signaltransduktionsmolekül mit der sGC als definiertem Rezeptor und Effektor. Die sGC-Aktivitätsuntersuchungen mit gereinigter sGC zeigten eine konzentrationsab¬hängige Hemmung der basalen und der YC-1- (100 µM) stimulierten (•NO-unabhängigen) sGC-Aktivität durch das •O2--generierende System Xanthinoxidase/Hypoxanthin (XO/HX) (IC50 (basal) = 0,0031 vs. IC50 (YC-1) = 0,022 mU/ml). Die Aufhebung dieser Hemmung durch Superoxiddismutase (SOD, 100 U/ml) deutete auf eine spezifische und schnell-reversible Hemmung der sGC-Aktivität durch •O2- hin. Die in-vitro gezeigte Hemmung der sGC-Aktivität durch •O2- konnte auch in-vivo nach¬gewiesen werden. Die Produktion von •O2- in kultivierten glatten Muskelzellen der Rattenaorta (VSMC) konnte mit Elektronenspinresonanz (ESR) und Lucigenin-abhängiger Chemilumineszenz gezeigt werden. Dabei wurde mit ESR eine ca. 5-fache Steigerung der basalen •O2--Produktion mit dem intrazellulären Redoxcycler Dimethoxynaphtochinon (DMNQ, 10 µM) beobachtet. Auch die Aktivierung membranständiger NADPH-Oxidasen durch die physiologischen Aktivatoren Angiotensin II (Ang II, 100 nM) und platelet-derived growth factor (PDGF, 50 ng/ml) führten zu einer ca. 2-fach gesteigerten •O2--Produktion. Die Hemmung der cGMP-Produktion durch •O2- in kultivierten VSMC konnte in-vivo mittels Enzym-Immuno-Assays (cGMP-EIA) [YC-1 (100µM) = 100 % vs. YC-1 + DMNQ (10 µM) = 21 % vs. YC-1 + PDGF (50 ng/ml) = 76,6 %] nachgewiesen werden. Zusätzlich wurde die Auswirkung von •O2- auf die cGMP-abhängige Signaltransduktion mit Immu¬noblotting (Western-Blot) von phosphoryliertem Vasodilator-stimulierten Phosphoprotein (VASP, vasodilator-stimulated phosphoprotein) gezeigt. Intrazelluläre •O2--Produktion durch Redoxcycling (DMNQ, 10 µM) reduzierte die YC-1-stimulierte Phosphorylierung von VASP um 44,4 %. In weiteren Untersuchungen sollte der molekulare Mechanismus der schnell-reversiblen Hemmung der sGC durch •O2- auf Ebene der sGC aufgeklärt werden. Dabei wies die direkte Detektion von Sulfinyl-Radikalen auf eine Oxidation von Proteinthiolen durch •O2- hin. Der spezifische Austausch von Cysteinen der sGC mittels Punktmutation und die Expression der sGC-Mutanten in COS1-Zellen zeigte, dass Thiol-Gruppen der sGC mit •O2- interagieren. Dabei stellte sich heraus, dass die sGC-Mutanten a1/b1C541S und a1C238S/b1 viel sensitiver auf •O2- (XO 3 mU/ml) reagieren als die Wildtyp-sGC (WTa1/WTb1 = -62 % vs. WTa1C238S/WTb1 = -93,7 % vs. WTa1/b1C541S = -90,2 %). Um zu untersuchen, ob das Häm-Eisen der sGC an der Aktivitätshemmung durch •O2- beteiligt ist, wurde einerseits das Häm entfernt (Tween 20), andererseits das Häm-Fe2+ zum Häm-Fe3+ oxidiert (NS2028). Beide Behandlungen führten zu einer weitgehend YC-1-insen¬sitiven sGC. Die mit Protoporphyrin IX (PIX) aktivierte Häm-freie sGC und die mit HMR3448 aktivierte Häm-oxidierte sGC wurden durch XO/HX wesentlich weniger potent gehemmt als die YC-1-sensitive sGC. Dieser Befund deutet auf eine Beteiligung des Häm-Eisens bei der Aktivitätshemmung der sGC durch •O2- hin. Die in dieser Arbeit gezeigte direkte und schnell-reversible Hemmung der sGC-Aktivität durch •O2- weist der löslichen Guanylatzyklase eine neue biologische Funktion zu. Die sGC könnte als Rezeptor- und Effektorenzym die Signaltransduktion des Signalmoleküls •O2- vermitteln.
Das Konzept der nachhaltigen Entwicklung wird bislang in erster Linie auf politisch und/oder geografisch abgrenzbare Einheiten bezogen. So ist im Sinne der Agenda 21 das Ziel einer global nachhaltigen Entwicklung nur zu erreichen, wenn das Leitbild von den Nationalstaaten bis hin zu den Kommunen anerkannt und umgesetzt wird. Zur Überprüfung der Fort- und Rückschritte der internen Entwicklung wurden zahlreiche Indikatorensysteme entwickelt. Die Operationalisierung der allgemein gehaltenen Brundtland-Definition von Nachhaltigkeit erfolgt dabei meist über die Bestimmung von Themenfeldern oder die Formulierung von Teilzielen für die ökologische, ökonomische und soziale Dimension der Nachhaltigkeit. Was aber bedeutet nachhaltige Entwicklung in den internationalen Beziehungen? Wird Deutschland seinem Anspruch gerecht, sein Verhältnis zu anderen Staaten am Leitbild der Nachhaltigkeit zu orientieren? Wie lässt sich dies überprüfen? Zur Untersuchung dieser Fragen werden im ersten Teil der Arbeit das Konzept der nachhaltigen Entwicklung, die Probleme der Bestimmung und Konkretisierung dieses Konzepts sowie die Frage der Messbarkeit von Nachhaltigkeit und Entwicklung betrachtet. Dabei wird die ab Mitte der 1960er Jahre geführte wissenschaftliche Diskussion zur Bestimmung von Entwicklungs- und Sozialindikatoren, die durch den Human Development Index des UNDP ab 1990 neue Impulse erhalten hat, für die Entwicklung von Nachhaltigkeitsindikatoren anschlussfähig gemacht. Einen weiteren Schwerpunkt bilden die Berücksichtigung des Konzepts nachhaltiger Entwicklung in der amtlichen Statistik und alternative Ansätze zur Erfassung ökologischer Aspekte. Daran schließt die Behandlung von Indikatorensystemen zur Nachhaltigkeit an, wobei der Ansatz der Commission on Sustainable Development (CSD) und die damit in Costa Rica und Deutschland gewonnenen Erfahrungen im Mittelpunkt stehen. Aufbauend auf den theoretischen Grundlagen wird im zweiten Teil ein Indikatorensystem zur Nachhaltigkeit in den internationalen Beziehungen entwickelt und am Fallbeispiel Deutschland – Costa Rica getestet. Zur Ergänzung werden dazu neben den Dokumenten zur United Nations Conference on Environment and Development (UNCED) von 1992 die Ergebnisse der weiteren Weltkonferenzen der 1990er Jahre sowie die Millennium Development Goals (MDG) berücksichtigt. Im Anschluss an die Themenfeldanalyse wird das von der CSD erarbeitete Indikatorensystem auf seine Übertragbarkeit auf internationale Beziehungen hin analysiert. Auf dieser Grundlage wird ein Indikatorensystem vorgeschlagen, mit dem die Entwicklungen in den verschiedenen Teilbereichen internationaler Beziehungen gemessen werden können. In der Schlussbetrachtung wird der Frage nachgegangen, inwieweit sich das entwickelte Analyseraster und die zur Erstellung des Themenkatalogs und des Indikatorensystems herangezogene Methode auf die Beziehungen zu anderen Ländern übertragen lassen. Handlungsvorschläge für die Konzeptionen der Entwicklungszusammenarbeit und für die Weiterentwicklung von Indikatorensystemen bilden den Abschluss der Arbeit.
In dieser Arbeit wurde der Gentransfer von Todesliganden als Ansatz zur Tumor-Gentherapie untersucht. Dazu wurde ein lentiviraler Vektor der zweiten Generationverwendet, der die Todesliganden CD95L oder TRAIL sowie das Markergen EGFP exprimiert. Dies ist die erste Beschreibung von CD95L- oder TRAILexprimierenden lentiviralen Vektoren. Der TRAIL-exprimierende Vektor erwies sich als geeignet für die therapeutische Induktion von Apoptose in humanen Tumorzelllinien auch bei geringen Vektordosen. Die Transduktion mit diesem Vektor bei niedriger MOI führte zu Todesrezeptor-spezifischer Induktion von Apoptose. Diese wurde ausschließlich durch membranständiges TRAIL bei Zell-Zell-Kontakt vermittelt. Die transduzierten Zellen waren zudem in der Lage, bei Kontakt mit nichttransduzierten Zellen in diesen Apoptose auszulösen. Durch den TRAIL-Gentransfer wurde jedoch spezifisch in den transduzierten Zellen Resistenz gegen TRAIL-induzierte Apoptose ausgelöst, während die CD95- oder Cisplatin-induzierte Apoptose nicht beeinflusst war. Dies führte zum Auswachsen einer vollständig TRAIL-resistenten Population. Bereits 72 Stunden nach Transduktion konnten Anzeichen der Resistenz detektiert werden. Der Grund für diese Resistenzinduktion lag in einer spezifischen Blockade der DISC-Bildung und Caspase-8-Aktivierung durch die TRAIL-Todesrezeptoren. Die Signaltransduktion durch den sehr ähnlichen CD95-Signalweg war gänzlich unbeeinflusst. Durchflusszytometrische und proteinbiochemische Untersuchungen der Expression von TRAIL-R1 und TRAIL-R2, sowie die Untersuchung der mRNA-Expression dieser Rezeptoren ergaben, dass beide TRAIL-Todesrezeptoren noch synthetisiert, jedoch intrazellulär zurückgehalten wurden. In fluoreszenzmikroskopischen Versuchen konnte gezeigt werden, dass TRAIL-R2 intrazellulär in einem Komplex mit TRAIL vorlag, der sich im Bereich des ER/Golgi-Apparates befand. Diese Ergebnisse belegen, dass intrazelluläre Interaktion von TRAIL mit seinen Rezeptoren zur Retention dieser Proteine in der Zelle und damit zur Resistenzentwicklung führte. Bei Versuchen zur in vivo-Gentherapie durch lentivirale TRAIL-Expression in humanen Tumortransplantaten auf Nacktmäusen wurde nur ein transienter Effekt erzielt. Es konnte gezeigt werden, dass mit Vektorpartikeln assoziiertes TRAIL-Protein in den Tumoren Apoptose auslöste. Diese Induktion von Apoptose führte zu einer Wachstumsverzögerung. Dadurch wurde jedoch gleichzeitig eine effiziente Transduktion der Tumorzellen mit dem TRAIL-exprimierenden Vektor und ein langfristiger Effekt der TRAIL-Expression verhindert. Diese Ergebnisse zeigen, dass lentiviraler Gentransfer mit konstitutiv TRAIL-exprimierenden Vektoren ungeeignet zur in vivo-Transduktion von Tumoren ist. Gleichzeitig belegen die Ergebnisse der Transduktion mit einem Kontrollkonstrukt einen effizienten Gentransfer. Der hier charakterisierte Resistenzmechanismus ist zuvor nicht beschrieben worden und stellt eine neuartige Form der Therapie-induzierten Resistenz dar. Die proapoptotische Gentherapie durch konstitutive TRAIL-Expression in Tumoren muss nach diesen Ergebnissen neu bewertet werden. Der lentivirale Gentransfer in Tumore in vivo läuft prinzipiell effizient ab. Bei Verwendung eines regulierbaren Expressionssystems und in Kombination mit Suizidgenen könnte eine therapeutische Nutzung des lentiviralen TRAIL-Gentransfers möglich sein.
Die Auswertung der Stratigraphien und Keramikinventare des Final Stone Age aus dem südwestlichen Tschadbecken führte zu einer zeitlichen Gliederung der Inventare. Durch die vorgestellten Analysen zu Merkmalen der Keramikform, -technik und -verzierung wurden zwei Stilgruppen - der ältere und der jüngere Gajigannastil - definiert und beschrieben. Für die jüngere Gajiganna Stilphase war eine weitere Unterteilung in drei Stufen möglich, die die keramische Entwicklung zwischen 1.500 BC bis ca. 800 BC gliedern. Das gelang bisher noch nicht mit Keramik der älteren Stilphase. Die Analyse der Grabungsprofile brachte Hinweise zu Speichergruben, ermöglicht Spekulationen über Lehmbauten in Fundplätzen der jüngeren Gajigannaphase und läßt Rückschlüsse auf eine stärkere Geländeprofilierung als die heute anzutreffende zu. Die Einordnung der begangenen Plätze in die Stilgruppen zeigte keine wesentlichen Unterschiede bei der Wahl der Siedlungsplätze. Die Randlage zu den vermutlich nicht nur saisonal gefluteten Tonebenen ist für beide bezeichnend. Die Siedlungsplätze boten in dieser Lage einige Vorteile. Die Sandgebiete dienten als Weiden für Rinder. Fischfang konnte an den Ufern der überschwemmten Gebiete betrieben werden, die ebenfalls ein reiches Reservoir an Wildpflanzen boten, die das Nahrungsangebot ergänzten. Ein Vergleich der Inventare mit anderen westafrikanischen Fundplätzen zeigt, daß die ältere Keramikphase der Gajiganna-Gruppe in einen überregionalen Verzierungstil eingebettet ist, der durch Winkelbänder und dreieckige Einstiche charakterisiert wird und sich über ein weites Gebiet zwischen Sudan im Osten und Niger im Westen spannt. Die hier vorgestellte Keramik der Phase I ist der südlichste Vertreter dieses Verzierungshorizontes. Die jüngere Stilphase konnte bisher nur kleinräumig nachgewiesen werden. Ihr Verbreitungsgebiet scheint auf das Tschadbecken beschränkt zu sein. Das mag entweder im gegenwärtigen Forschungsstand oder in einer um die Mitte des zweiten Jahrtausends beginnenden Regionalisierung der Keramikstile begründet sein. Die einzelnen Ergebnisse flossen in eine modellhafte Abhandlung zur Besiedlungsgeschichte des südwestlichen Tschadbeckens ein. Diese wäre unvollständig gewesen ohne die Ergebnisse der Archäobotanik und der Archäozoologie. Der Nachweis von domestizierter Hirse in den Fundplätzen der jüngeren Gajiganna-Gruppe ab der Stufe 2b ist ein wichtiges Ergebnis, das dazu beiträgt, die Veränderungen zu erfassen, die sich hinter dem Stilwechsel in den Keramikinventaren verbergen. Es scheint so, als hätte sich eine Verschiebung in der Gewichtung von Viehzucht zu Ackerbau vollzogen. Eine Veränderung des Siedlungsverhaltens mit engerer Bindung an die genutzte Fläche könnte eher die Vorbedingung als die Folge gewesen sein. Größere Platzkontinuität ist bereits in Phase 2a zu vermuten, sichtbar gemacht durch die hier erstmalig auftretenden komplexen Stratigraphien und wahrscheinlich begründet durch die verstärkte Nutzung von Wildgetreide. In Phase 2b wird domestiziertes Pennisetum bei einer weitgehend seßhaften Bevölkerung eingeführt. Kein radikaler Wechsel ist in den Strategien der Subsistenzwirtschaft zu beobachten. Stattdessen führt ein allmählicher Prozeß über einige hundert Jahre vom Viehzüchter zum Ackerbauern. Die Beziehungen zwischen den Fundstellen nördlich der Mandaraberge und denen im Gebiet um Zilum einerseits und den hier vorgestellten Fundstellen andererseits deuten auf eine regional in randliche Siedlungsgebiete verschobene Weiterentwicklung bis in die Eisenzeit, während die ehemaligen Kerngebiete wahrscheinlich von anderen Siedlern aus den Firki-Ebenen heraus besiedelt wurden. Offen bleiben müssen Fragen zu Hausbau, Siedlungsstruktur und Größe der Nutzflächen, die jeweils zu einer Siedlung gehörten. Auch fehlen noch hinreichende Daten, um die Beziehungen der Siedlungen untereinander zu erfassen und eventuell vorhandene Netzwerkstrukturen auszuarbeiten. Hier ergeben sich weitere Forschungsfelder, die zu neuen Erkenntnissen zur Stellung des Gajigannakomplexes im Kontext der westafrikanischen Prähistorie führen werden.
Es wurden Antidepressiva verschiedener Klassen bezüglich ihrer Hemmung von Pgp in zwei Zellsystemen mit einem Fluoreszenzfarbstoff (Calcein-AM) untersucht. Die untersuchten Substanzen zeigen alle in höheren Konzentrationen eine Hemmung von Pgp. Da diese Konzentrationen nach Applikation therapeutisch relevanter Dosen in-vivo nicht erreicht werden, lässt sich die These, dass ein Teil der antidepressiven Wirkung dieser Substanzen durch Normalisierung der HPA-Achse zu Stande kommt, durch die Ergebnisse dieser Arbeit nicht bestätigen. Weiterhin sollte untersucht werden, ob die Hemmung von Pgp eine Eigenschaft ist, die Antidepressiva von anderen zentral-wirksamen Substanzklassen unterscheidet. Ausgehend von der Annahme, dass die Hemmung von Pgp zur antidepressiven Wirksamkeit beiträgt, wäre die Schlussfolgerung naheliegend, dass andere Gruppen, wie z.B. Antipsychotika diese Eigenschaft nicht aufweisen. Daher wurden drei verschiedene Antipsychotika bezüglich der Modulation der Aktivität von Pgp im Calcein-AM Assay untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Antipsychotika ebenfalls Pgp in höheren Konzentrationen – ähnlich der hemmenden Konzentrationen von Antidepressiva - inhibieren. Von daher ist die Hemmung von Pgp keine substanzklassenabhängige Eigenschaft der Antidepressiva, sondern eher eine unspezifische Eigenschaft, die verschiedene ZNS-wirksame Wirkstoffklassen aufweisen. Des Weiteren wurde die Modulation der Expression von Pgp durch Antidepressiva untersucht. Denn beide Veränderungen, zum einen bezüglich der Aktivität von Pgp und zum anderen bezüglich der Expression von Pgp, können zu klinisch relevanten Arzneimittelinteraktionen führen. Der Hauptuntersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist Johanniskrautextrakt, daher wurde in-vitro der Extrakt selbst und die aus dem Calcein-Assay als potenteste Modulatoren anzusehenden Inhaltsstoffe bezüglich der Expression untersucht. Es konnte eindeutig gezeigt werden, dass der Extrakt selbst und auch Hyperforin die Expression von Pgp induzieren. Die Induktion durch Hyperforin entspricht der durch den Gesamtextrakt, so dass man sagen kann, dass Hyperforin der Inhaltsstoff von Johanniskrautextrakt ist, der die Expression von Pgp induziert. Diese Wirkung kommt über eine Aktivierung des PXR zu Stande, der seinerseits die Expression von Pgp moduliert. Hyperforin ist als starker PXR Ligand charakterisiert. Die Induktion konnte ebenfalls im Gehirn von Mäusen nach 14tägiger oraler Applikation von Johanniskrautextrakt gesehen werden. Für die Versuche bezüglich der Expression von Pgp im Gehirn von Mäusen und für das nächste Untersuchungsziel, die Untersuchung der Verteilung von Corticosteron in Mäusen, wurden Behandlungsstudien durchgeführt. Es wurden männliche, 2-3 Monate alte NMRI-Mäuse oral durch Schlundsondierung mit den entsprechenden Substanzen behandelt. Es wurden akute (einmalige Applikation und Tötung der Tiere 1h später) und subchronische (14tägige Applikation, Tötung an Tag 15) Studien durchgeführt. Es sollte überprüft werden, ob Antidepressiva die Verteilung von Glucocorticoiden im Körper (Gehirn/Plasma) modulieren können. Diesbezüglich wurde der Effekt von Johanniskrautextrakt, Mirtazapin, Amitriptylin und Fluoxetin nach akuter Einmalgabe und nach subchronischer 14tägiger oraler Applikation der Substanzen untersucht. Amitriptylin zeigt keinen Effekt auf die Konzentration und/oder Verteilung von Corticosteron, weder nach akuter noch nach subchronischer Gabe. Fluoxetin erhöht die Corticosteronlevel in Gehirn und Plasma sowohl nach Einmalgabe als auch nach subchronischer Applikation signifikant. Mirtazapin erhöht akut ebenfalls Corticosteron in Gehirn und Plasma, nach subchronischer Applikation nivelliert sich dieser Effekt jedoch wieder. Nach 14tägiger Gabe ist kein signifikanter Unterschied mehr zur Kontrolle zu erkennen. Johanniskrautextrakt verhält sich ähnlich wie Fluoxetin. Es erhöht im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle Corticosteron in Plasma und Gehirn sowohl nach akuter als auch nach subchronischer Applikation. Keine der untersuchten Substanzen verschiebt die Verteilung von Corticosteron zwischen Gehirn und Plasma im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. Die Konzentration von Corticosteron im Körper wird über 5-HT2 Rezeptoren gesteuert. Indirekte Agonisten wie Fluoxetin und Johanniskrautextrakt erhöhen sie, Antagonisten wie Mirtazapin und Amitriptylin verändern sie nicht. Zusammenfassend kann man bezüglich des Hauptuntersuchungsgegenstandes Johanniskrautextrakt sagen, dass der Extrakt selbst, Hyperforin und Quercetin in der Lage sind, die Transportaktivität von Pgp konzentrationsabhängig zu modulieren. Nach längerer Inkubation induziert der Extrakt durch die Wirkung von Hyperforin als PXR-Aktivator die Expression von Pgp. Darüber hinaus verändert Johanniskrautextrakt die Corticosteronausschüttung bei Mäusen, die oral mit dem Extrakt behandelt wurden, ohne die Verteilung zwischen Gehirn und Plasma zu verändern.
Extrazelluläre Nukleotide fungieren als auto- und parakrine Signalstoffe aus. Im peripheren und zentralen Nervensystem dienen Nukleotide als Neurotransmitter und Neuromodulatoren. Die nahezu ubiquitäre Expression von Purin-Rezeptoren läßt auf umfassende physiologische Funktionen schließen. Nukleotide konnen über ionotrope P2X-Rezeptoren oder metabotrobe P2Y-Rezeptoren ihre Signalwirkung vermitteln. Via P1-Rezeptoren kann Adenosin, ein Baustein bzw. Abbauprodukt von ATP, seine neuromodulatorische und neuroprotektive Wirkung entfalten. Alkalische Phosphatasen, die Ekto-Nukleotid-Pyrophosphatase/Phosphodiesterase Familie (NPP-Familie) und die Ekto-Nukleosid-Triphosphat-Diphosphohydrolase-Familie (E-NTPDasen) können Nukleosiddiphosphate und Nukleosidtriphosphate hydrolysieren. Die E-NTPDasen sind die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Moduluation purinerger Signale im Nervensystem. In dieser Arbeit wurde die Klonierung und Charakterisierung der NTPDase3 der Ratte beschrieben. Ein vollständiger cDNA-Klon der NTPDase3 wurde aus einer Rattenhirnbank isoliert, sequenziert und anhand der familientypischen Sequenzmuster (ACRŽs) als E-NTPDase identifiziert. Die Sequenz enthielt einen offenen Leserahmen der für ein 529 Aminosäuren großes Protein kodierte. Sequenzvergleiche zeigten eine große Ähnlichkeit des Proteins mit den NTPDasen 1, 2 und 8, welche plasmamembranständige Ekto-Enzyme sind. Eine plasmamembranständige Lokalisation konnte in NTPDase3-transfizierten CHO-Zellen und in PC12-Zellen mit endogener NTPDase3-Expression nachgewiesen werden. Anhand von Computeranalysen und Sequenzvergleichen wurden Überlegungen zur Sekundär- und Tertiärstruktur angestellt und Ähnlichkeiten zur Zuckerkinase/ Hitzeschock-Protein 70/Aktin-Superfamilie aufgezeigt. Das Protein war entsprechend der in silico-Analyse glykosiliert und ließ sich über das Lektin ConcavalinA anreichern. Messungen an Membranfraktionen heterelog transfizierter CHO-Zellen zeigten die Hydrolyse verschiedener Nukleosidtriphosphate und Nukleosiddiphosphate mit einer Präferenz für Nukleosidtriphosphate. Das Enzym ist primär Kalziumabhängig und a rbeitet optimal im physiologischen pH-Bereich von pH 7,5 bis pH 8,0. Mit einem ATPase:ADPase-Verhältnis von 5:1 liegt die NTPDase3 zwischen der NTPDase1 und der NTPDase2. Seine biochemischen Eigenschaften machen das Ekto-Enzym zu einem Kandidaten für die Modulation purinerger Signale. Nukleotid-vermittelte Signale können via Hydrolyse durch die NTPDase3, möglicherweise in Kombination mit anderen E-NTPDasen, beendet werden. Als Bestandteil einer Enzymkette mit der Ekto-5Ž-Nukleotidase kann das Enzym zur Produktion des neuromodulatorisch und neuroprotektiv wirkenden Adenosins beitragen. Mögliche Rollen bei der Regulation autokriner, parakriner und synaptischer Signale in nichtneuronalen wie neuronalen Geweben wurden für die Gewebe diskutiert, in denen die NTPDase3 per Westernblot nachgewiesen werden konnte. Neben Dünndarm, Prostata, Pancreas, Nebenhoden und Samenleiter wurde ein NTPDase3-Band vor allem im zentralen Nervensystem gefunden. In allen geprüften Hirnteilen (Bulbus olfactorius, Cerebellum, Cortex, Mesencephalon, Diencephalon, Hippocampus, Striatum, Medulla oblongata), dem Rückenmark und der Hypophyse wurde die NTPDase3 im Westernblot detektiert. Das Enzym könnte an der Regulation exokriner Drüsenfunktionen im Pancreas und am epithelialem Ionentransport involviert sein oder auch bei endokrinen Funktionen des Pankreas und der Hypophyse mitwirken. Möglicherweise hat die NTPDase3 funktionelle Bedeutung bei der Termination und Modulation purinerger Neurotransmission im enterischen Nervensystem, im Rückenmark und in verschiedenen Hirnregionen. An verschiedenen zentralnervösen Funktionen, wie Schmerzwahrnehmung, Atmungs- und Kreislauf-Regulation sowie Gedächtnis- und Lernprozessen sind purinerge Signale maßgeblich beteiligt und es ist wahrscheinlich, daß E-NTPDasen an der Modulation dieser Signale mitwirken. Die in dieser Arbeit beschriebene NTPDase3 ist ein viel versprechender Kandidat für die Regulation purinerger Signale im peripheren und zentralen Nervensystem.
Die Behandlung Kriegsgefangener war immer auch konstitutiv für das rituelle Selbstverständnis der Gemeinschaft, für das Ansehen als Krieger und für die Wahrung des kosmologischen Gleichgewichts zwischen antagonierenden Gruppen. Dem lag ein ganzer Komplex von Kategorisierungen und Praktiken zugrunde, der mit Abwandlungen bei den Pflanzervölkern des östlichen Waldlandes verbreitet war und somit auch agrarische Fruchtbarkeits- und Wachstumskonzepte durch das Prinzip des Menschenopfers widerspiegelte. Obwohl beide Geschlechter zur rituellen Tötung bestimmt werden konnten, waren es fast stets die Männer, die sich im Einvernehmen mit der gegnerischen Gemeinschaft den Folterritualen unterzogen, um die Feinde zur Freisetzung ihrer spirituellen Lebenskraft herauszufordern. Wie ein Stich von Le Page du Pratz auf eindringliche Weise wiedergibt, geschah das Zu-Tode-Foltern häufig in Verbindung mit Feuer, indem der Gefangene auf ein Rahmengerüst gespannt und mit brennenden Pfeilen beschossen wurde. Diese symbolträchtige Aufstellung dürfte im Süden häufiger vorgekommen sein als bei den Irokesenvölkern, wo die Feuertötung von der Dorfgemeinschaft eher als eine Hatz auf den Gefangenen veranstaltet wurde. Das Rahmengerüst symbolisiert die vier Kardinalspunkte der Welt, das Feuer die Sonne bzw. die heliomorphe höchste Gottheit, eine Ikonografie, die nicht nur im Tempelfeuer zum Ausdruck kommt, sondern auch in der poske-tau (Busk)-Zeremonie der Creek. Nach Bartrams Beobachtung gehörte zu den Vorbereitungen des ersten der acht Festtage, dass Krieger auf der zuvor gefegten und mit weißem Sand bestreuten Plaza vier Baumstämme kreuzweise übereinander legten, worauf der Feuermacher, ein Mann mit tempelpriesterlichen Funktionen, die Balken anzündete . Die Sonnen-Ikonografie mit ihren im rituellen Kontext aktivierten Querverbindungen zu Krieg, Opfer und Fruchtbarkeit war ebenso Teil des Südlichen Zeremonialkomplexes wie die theokratische Macht und Verehrungswürdigkeit der Fürsten. Diese wiederum, als Götterabkömmlinge und oberste Priester ihres Volkes, kontrollierten ein größtenteils nur ihnen zugängliches Wissen über die stilistischen Symbolismen, ausgedrückt in Figurendarstellungen und Töpferei-Verzierungen . Mit dem Besitz dieser religiösen Kenntnisse manifestierten die Häuptlinge einmal mehr ihre Beziehung zu den himmlischen Mächten und konnten in Rückkopplung ihrer Hegemonialstellung Tribute in Form von Nahrungsmitteln sowie kommunale Arbeitsleistungen einfordern. Ihre Stellung im Mittelpunkt des Kosmos wurde beispielsweise in Gefäßmotiven wie den variationsreichen Kreuz-in-Kreis-Symbolen der Ramey Incised-Töpferei Cahokias wiedergegeben, die das Weltzentrum inmitten der vier Kardinalspunkte darstellen. Auch das in einer Handfläche liegende Auge, ein Symbol der Sonne, gehört in diesen Darstellungskanon, ebenso jenes Motiv, das von älteren Autoren wie Martin, Quimby und Collier oft als „tränendes Auge“ missgedeutet wurde und das in Wirklichkeit das Auge eines Falken oder anderen Greifvogels mit dem typischen dunklen Federstreif am Innenwinkel darstellt. Andere Assoziationen mit der Heil bringenden, Ordnung und Fruchtbarkeit gewährenden Oberwelt waren Schlangen und Regenbogen; ihnen standen als Vertreter der Unterwelt, des Krieges und der Unordnung die Raubtiere, zum Beispiel Katzenartige, und die ulunsu´ti-Schlange gegenüber . Durch die Permutation all dieser Themen und Motive, von den bildlichen Darstellungen über den rituellen Vollzug bis hin zur Lebensweise des Einzelnen unter den Weisungen der Gesellschaft, dementieren die Menschen das Chaos und sorgen dafür, dass die Ordnung der Welt erhalten bleibt...
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung sollte ermittelt werden, ob Zahnpasten und Mundspüllösungen abrasive und/oder korrosive Effekte auf Bestandteile festsitzender kieferorthopädischer Apparaturen (Bänder und Brackets) ausüben, und ob diese Effekte – wenn vorhanden – eine klinische Relevanz aufweisen. Insbesondere ging es dabei um die Fragestellung, ob durch die Anwendung der getesteten Mundhygieneprodukte die Oberflächenbeschaffenheit der genannten Bestandteile einer festsitzenden kieferorthopädischen Apparatur im Sinne einer Aufrauung verändert werden würde. Zu diesem Zweck wurden 4 unterschiedliche Zahnpasten und 2 Mundspüllösungen in 2 Versuchsreihen getestet: Im ersten Versuch wurden Molarenbänder für 35 Tage in Testlösungen eingelegt und anschließend auf Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit untersucht. Dies erfolgte per Rasterelektronenmikroskop und Rauigkeitsmessung. Etwaige Substanzverluste sollten mit Hilfe von Gewichtsbestimmung und chemischer Analyse (TXRF-Analyse) der Testlösungen nachgewiesen werden. Im zweiten Versuch wurden Molarenbänder und Brackets in eine Putzmaschine eingespannt und für einen Zeitraum, der einer Behandlungsdauer von 3 Jahren entsprach, die tägliche Reinigung mit Zahnbürste und Zahnpasta-Wassergemisch simuliert. Mundspüllösungen kamen hierbei nicht zum Einsatz. Die Prüfkörper wurden anschließend rasterelektronenmikroskopisch untersucht und einer Rauigkeitsmessung unterzogen. Insgesamt konnte in den durchgeführten Versuchen kein negativer Einfluss der getesteten Mundhygienemittel auf kieferorthopädische Bänder bzw. Brackets im Sinne einer Aufrauung der Materialoberflächen durch korrosive oder abrasive Prozesse festgestellt werden. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigten dahingehend keinerlei sichtbare Veränderungen. Bei den Rauigkeitsmessungen war dagegen sogar ein eher positiver Einfluss – zumindest durch Zahnpastaeinwirkung – zu verzeichnen: Im Putzversuch war bei allen Bändern, bei denen Zahnpasten zum Einsatz kamen, eine Verringerung des Mittenrauwerts Ra zu erkennen, die in einer gewissen Korrelation mit dem RDA-Wert stand. Eine Erhöhung von Ra war nur bei Probe 5 (Zahnbürste ohne Zahnpasta) festzustellen. Dies spricht für einen Politureffekt der Zahnpasten, was im Sinne der Fragestellung als positiv zu bewerten ist (verminderte Plaqueanlagerung, geringere Friktion). Ein ähnlicher Effekt dürfte aufgrund der vergleichbaren Werkstoffeigenschaften auch bei metallischen Brackets zu erwarten sein. Die Oberflächenrauigkeit im Slotbereich und damit die Friktion müssten daher durch die Einwirkung von Zahnpasten ebenfalls verringert werden, so dass auch hier ein positiver Einfluss der Zahnpastenanwendung angenommen werden kann. Im Korrosionstest ermöglichten die Werte der Rauigkeitsmessungen keine definitive Aussage über einen eventuellen korrosiven Einfluss der getesteten Produkte. Dies lag daran, dass zum einen im Rahmen der Versuchsbedingungen keine exakte Reproduktion der Messpunkte möglich war, zum anderen die gemessenen Werte größtenteils innerhalb der Bandbreite fabrikneuer Bänder lagen. Eine leichte Tendenz hin zu einer Homogenisierung der Oberfläche im Sinne eines chemischen „Polishing“ kann jedoch bei 2 der 6 Proben vermutet werden. Die gravimetrische Messung sowie die Ergebnisse der TXRF-Analyse zeigen, dass es allein bei der Meridol-Mundspüllösung zu Korrosionsvorgängen gekommen ist. Ein Substanzverlust von >180 μg und der Nachweis der Legierungsbestandteile Eisen, Chrom und Nickel in der Testlösung lassen diese Aussage zu. Diese Werte sind jedoch nicht von klinischer Relevanz, da die tägliche Aufnahme von Chrom- und Nickelionen durch Nahrung, Trinkwasser und Atemluft weitaus höher ist. Untersuchungen haben ergeben, dass allein durch die Nahrung täglich je über 100 μg Chrom und Nickel aufgenommen werden [61, 64, 71]. Der Anteil, der durch Korrosion von festsitzenden kieferorthopädischen Apparaturen hinzukommen könnte, wäre dagegen verschwindend gering. Man muss beachten, dass die Versuchsbedingungen im Korrosionstest nicht denen beim täglichen Gebrauch dieser Mundhygieneprodukte entsprachen. Die Kontaktzeit der Apparatur bei sachgemäßer Anwendung der Meridol-Mundspüllösung würde bei zweimaligem täglichen Gebrauch von je 30 Sekunden in 3 Jahren ungefähr 18 Stunden betragen (2 x 30 sec x 365 Tage x 3 Jahre), während sie im Korrosionstest bei 35 Tagen lag (=840 Stunden). Eine gleichmäßige Korrosionsrate vorausgesetzt, würde dies bedeuten, dass das getestete Band in 3 Jahren statt 180 μg nur ca. 3,9 μg an Substanz verlieren würde, entsprechend einem Verlust von 0,0036 μg pro Tag. Selbst bei einer kompletten Multiband-Apparatur an 28 Zähnen würden diese Werte gegenüber der täglichen Schwermetallionenaufnahme durch Nahrung und Umwelt nicht ins Gewicht fallen. Es bleibt festzustellen, dass durch den sachgerechten täglichen Gebrauch der getesteten Mundhygieneprodukte keinerlei negativer Einfluss auf die Funktionalität der Apparaturen und auch keine gesundheitliche Gefährdung durch freigesetzte Metallpartikel befürchtet werden muss. So ist weiterhin mit Nachdruck zu fordern, dass Patienten mit festsitzenden Apparaturen nach jeder Mahlzeit eine gründliche Zahnreinigung durchführen, um das Risiko der Entstehung von Entkalkungen, bzw. kariösen Läsionen und Parodontopathien zu minimieren. Diese Schäden stellen nach wie vor die häufigsten Nebenwirkungen bei einer Behandlung mit festsitzenden Apparaturen dar und sind durch eine gute Mundhygiene vermeidbar. Die beobachteten Veränderungen bei der eingangs erwähnten Patientin (S.14, Abb.1-4) können somit nicht auf die verwendeten Mundhygienemittel zurückgeführt werden. Hier scheinen andere Faktoren, wie bspw. eine nicht ausreichende oder falsche Mundhygiene ursächlich gewesen zu sein. Zusätzlich können aber auch die Zusammensetzung des Speichels, dessen pH-Wert und Fließrate, sowie die Bakterienflora der Mundhöhle und spezielle Ernährungsgewohnheiten der Patientin als Kofaktoren eine Rolle gespielt haben. Die Klärung dieser Fragestellungen würde weitergehende Untersuchungen erfordern.
My graduate thesis is on the "Structural studies of membrane transport proteins". Transporters are membrane proteins that have multiple membrane-spanning a-helices. They are dynamic and diverse proteins, undergoing a large conformational change and transporting wide range of susbtrates. Based on their energy source they can be classified into primary and secondary transport systems. Primary transport systems are driven by the use of chemical (ATP) or light energy, while secondary transporters utilize ion gradients to transport substrates. I began my PhD dissertation on secondary transporters by two-dimensional crystallization and electron crystallographic analysis and recently my focus also has shifted towards 3D crystallization. The following projects constitute my PhD thesis: 1) 2D crystallization of MjNhaP1 and pH induced structural change: MjNhaP1, a Na+/H+ antiporter that is regulated by pH has been implicated in homeostasis of H+ and Na+ in Methanococcus jannaschii, a hyperthermophilic archaeon that grows optimally at 85°C. MjNhaP1 was cloned and expressed in E. coli. Two-dimensional crystals were obtained from purified protein at pH4. Electron cryo-microscopy yielded an 8Å projection map. The map of MjNhaP1 shows elongated densities in the centre of the dimer and a cluster of density peaks on either side of the dimer core, indicative of a bundle of 4-6 membrane-spanning helices. The effect of pH on the structure of MjNhaP1was studied in situ in 2D crystals revealing a major change in density within the helix bundle relative to the dimer interface. This change occurred at pH6 and above. The two conformations at low and high pH most likely represent the closed and open states of the antiporter, respectively. This is the first instance where a conformational change associated with the regulation of a secondary transporter appears to map structurally. Reconstruction of 3D map and high-resolution structure by x-ray crystallography would be necessary to understand the mechanism of ion transport and regulation by pH. 2) 2D crystallization of Proline transporter: Proline transporter (PutP) from E.coli belongs the sodium-solute symporter family that includes disease related sodium dependent glucose and iodide transporter in humans. Sodium and proline are co-transported with a stoichiometry of 1:1. Purified PutP was reconstituted to yield 2D crystals that were hexagonal in nature. The 2D crystals had tendency to stack indicating their willingness to form 3D crystals. A projection map of PutP from negatively stained crystals showed trimeric arrangement of protein. Other members of the SSF family have been shown to be monomers. My analysis of oligomeric state of PutP in detergent by blue native gel indicates a monomer in detergent solution. It is likely that PutP can function as a monomer but at higher concentration and in lipid bilayer it tends to form trimer. 3) Oligomeric state and crystallization of carnitine transporter from E.coli: E.coli carnitine transporter (CaiT) belongs to the BCCT (Betaine, Carnitine and Choline) superfamily that transports molecules with quaternary amine groups. CaiT is predicted to span the membrane 12 times and acts as a L-carnitine/g-butyrobetaine exchanger. Unlike other members in this transporter family, it does not require an ion gradient and does not respond to osmotic stress. Over-expression of the protein yielded ~2mg of protein/L of culture. The structure and oligomeric state of the protein were analyzed in detergent and lipid bilayers. Blue native gel electrophoresis indicated that CaiT was a trimer in detergent solution. Gel filtration and cross-linking studies further support this. Reconstitution of CaiT into lipid bilayers resulted in 2D crystals. Analysis of negatively stained 2D crystals confirmed that CaiT is a trimer in the membrane. Initial 3D crystallization trials have been successful and currently, the crystals diffract to 6Å and are being improved. 4) Monomeric porin OmpG: OmpG is a bacterial outer membrane b-barrel protein. It is monomeric and its size (33kDa) places it as a prime candidate for a structural solution, using the recently developed method of solid state NMR (work in collaboration with Prof.Hartmut Oskinat, FMP, Berlin). A long-term aim would be to study porins as templates for designing nanopores, for DNA sequencing and identification. I have expressed OmpG in inclusion bodies and refolded at an efficiency of >90% into a functional form using detergent. OmpG was then crystallized by 2D crystallization yielding an 8Å projection map whose structure was similar to native protein. In addition, these crystals were used for structure determination by solid state NMR. An initial spectrum of heavy isotopically labeled OmpG has allowed identification of specific amino acid residues including threonine and proline. Additionally, I obtained 3D crystals in detergent that diffract to 5.5Å and are being improved.
Infektionen sind eine wichtige Ursache für die Morbidität und Mortalität während der Behandlung von Kindern mit akuter myeloischer Leukämie (AML). In den letzten 20 Jahren konnte die Lebenserwartung dieser Patientengruppe vor allem durch die Intensivierung der Chemotherapie deutlich verbessert werden, wobei durch diese Intensivierung das Risiko für Infektionen zugenommen hat. In der Literatur existieren wenige Daten zur Inzidenz und Charakteristik der infektiö- sen Komplikationen unter Chemotherapie für AML. Um die Supportivtherapie jedoch weiter verbessern zu können bedarf es genauer Kenntnis der Häufigkeit, Erreger und Risikofaktoren während der Therapie einer AML. Die vorliegende Arbeit soll Grundlagen für eine Verbesserung von Prophylaxe und Therapie von infektiösen Komplikationen und möglicherweise auch für die Verbesserung der Gesamtüberlebensrate schaffen. Mit diesem Ziel wurden die Daten von 304 Kindern, die in 30 pädiatrisch- onkologischen Zentren nach dem Protokoll AML-BFM 93 behandelt wurden, ana- lysiert. Insgesamt traten bei den 304 Kindern 855 infektiöse Komplikationen auf, die in Fieber unbekannter Ursache (n=530; 62 %), mikrobiologisch (n=270; 31,6 %) und klinisch dokumentierte Infektionen (n=55; 6,4 %) eingeteilt wurden. 34,5 % der Infektionen traten im Rahmen der Induktionstherapie auf, in der insgesamt 92,1 % der Kinder zumindest eine infektiöse Komplikation erlitten, In 241 Fällen konnten pathogene Keime in der Blutkultur nachgewiesen wer- den: 199 mal handelte es sich um gram-positive (82,6 %) und 42 mal um gram-negative Keime (17,4 %). Unter den gram-postiven Keimen stellte die Gruppe der Staphylokokken (92), insbesondere die der koagulase-negativen Staphylokokken (77), die häufigsten Isolate, gefolgt von Streptokokken (78), darunter vor allem die Gruppe der Vi- ridans-Streptokokken (54). Signifikant häufiger traten Viridans-Streptokokken nach Therapieeinheiten auf, die hochdosiertes Ara-C enthielten. Während 114 infektiöser Komplikationen (13,3 %) wurden radiologisch Zeichen einer Pneumonie festgestellt. Eine Neutropenie als wichtigster Einzelrisikofaktor für Infektionen lag bei 682 (79,8 %) der infektiösen Komplikationen vor. Dabei wurden 85,5 % der nach- gewiesenen Erreger in einer Phase von Neutropenie isoliert. Insgesamt starben 20 Kinder an den Folgen infektiöser Komplikationen, darun- ter fünf von 28 Kindern mit Down-Syndrom (17,9 %). Die meisten infektassozi- ierten Todesfälle ereigneten sich während der frühen Induktionstherapie (11). Zur Verbesserung der Überlebensrate der Kinder, die sich einer Chemotherapie aufgrund von AML unterziehen müssen empfiehlt sich die Behandlung in dafür spezialisierten pädiatrisch-onkologischen Zentren. Außerdem sollte die Schwelle zur stationären Wiederaufnahme der Kinder, insbesondere bei pulmonaler Sym- ptomatik sehr niedrig sein. Zusätzlich ist eine frühzeitige Therapie mit Glyko- peptiden bei Kindern mit Fieber und Neutropenie insbesondere nach Therapie- blöcken, die hoch dosiertes Ara-C enthielten, zu erwägen.
Identifikation eines neuen Brustkrebsantigens NW-BR-3 mittels serologischem Screening (SEREX)
(2005)
Die Tumortherapie hat in den letzten Jahren, vor allem durch die Etablierung neuer molekularbiologischer Techniken, die den Tumor mittels spezifischer immunologischer Methoden angreifen, enorme Fortschritte erzielt. Nach wie vor ist das Mammakarzinom eine der häufigsten Krebsarten der Frau und immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Die bisherigen nicht chirurgischen Therapiestrategien richten sich in erster Linie gegen die allgemeine Zellteilung (Strahlen- oder Chemotherapie) oder sind Antagonisten gegen einen Hormonrezeptor. Die Hinwendung zu speziellen molekularbiologischen Zielen mittels Antigenen scheint hier neue Möglichkeiten der Therapie zu eröffnen. So konnten Boon et al. Ziele von zytotoxischen T-Zellen bei Melanomen isolieren. Die hiermit gefundenen Antigene weisen ein gemeinsames charakteristisches Merkmal auf: ihre Expression in Normalgeweben ist auf Keimzellen in Testis und Ovar beschränkt. Folgerichtig wurde diese Klasse von Antigenen als cancer-testis Antigene beschrieben. Diese Technik stößt jedoch an ihre Grenzen, sobald die Etablierung von stabilen T-Zellinien in bestimmten Tumore nicht gelingt. Pfreundschuh et al. entwickelten daher die SEREX (Serological Analysis of cDNA Expression libraries) genannte Klonierungstechnik, die Antigene basierend auf einer spontanen humoralen Immunantwort des Patienten identifiziert, und somit auf die Etablierung von Zellinien verzichtet. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Identifizierung neuer Tumorantigene als potentielle Zielantigene für Immuntherapiestrategien beim Mammakarzinom. In einem Mammakarzinomscreening identifizierten wir die bereits zuvor beschriebenen Tumorantigene NY-BR-1 und SCR1, sowie ein weiteres, bisher unbekanntes Antigen NW-BR-3, welches ein Cancer-Testis ähnliches Expressionsmuster zeigt. Die Expression dieser Antigene und Implikationen für Immuntherapieansätze wird diskutiert.