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Das Prostate-apoptosis-response-gene-4 (Par-4) sensibilisiert neoplastische Lymphozy-ten, deren Malignität durch eine Hemmung der Apoptosefähigkeit gekennnzeichnet ist, für apoptotische Stimuli. Vorhergehende Studien konnten zeigen, daß eine Überexpres-sion von Par-4 bei der Apoptoseinduktion durch Chemotherapeutika zu einer Downregulation von Bcl-2, einer Aktivierung von Caspase-3, einem verstärkten Abfall des Mi-tochondrialen Membranpotentials (MMP), sowie einer verstärkten PARP-Spaltung und dadurch zum programmierten Zelltod führt. Im Rahmen dieser Arbeit konnten weitere molekulare Mechanismen aufgezeigt werden, über die die apoptosesensibilisierende Wirkung von Par-4 vermittelt wird. Es konnte gezeigt werden, daß bei Behandlung mit Doxorubicin die Par 4 Überexpression außer zur stärkeren Aktivierung von Caspase-3 auch zur stärkeren Aktivierung von Caspase-8 und -9 führt. Außerdem kann eine Caspase 3 Inhibition bei Par-4 Überexpression durch eine alternative Aktivierung der Caspasen-6,-7,-8 und -9 umgangen werden. Dieses veränderte Caspasenaktivitätsmuster läßt sich mit einer Downregulation von Mitgliedern der Inhibitors of Apoptosis Proteins (IAPs) erklären. So konnte gezeigt werden, daß es bei Apoptoseinduktion unter Überexpression von Par-4 zur Downregulation von XIAP, cIAP1 und Survivin kommt. Diese Downregulation bleibt auch unter Caspase-3 Inhibition, sowie von XIAP und Survivin sogar unter allgemeiner Caspaseninhibition bestehen, das heißt sie ist nicht Caspase-3-, bzw. überhaupt nicht Caspasen-vermittelt. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß es bei Überexpression von Par-4 unter Apoptoseinduktion mit Doxorubicin außer zum Abfall des MMPs auch zur verstärkten Ausschüttung von Cytochrom c und des Apoptosis In-ducing Factors (AIF) ins Cytosol kommt. Cytochrom c führt im Cytosol unter Bildung des Apoptosoms zur Aktivierung von Caspase-9, einem weiteren Mechanismus, der zur verstärkten Caspasenaktivität unter Par-4 Überexpression beiträgt. Die vermehrte Ausschüttung von Cytochrom c ist bedingt durch eine Translokation von tBid an die Mito-chondrienmembran. So ergaben die Untersuchungen, daß eine Par 4 Überexpression in neoplastischen T-Lymphozyten bei Behandlung mit Doxorubicin zur stärkeren Spaltung von Bid, einem Mitglied der proapoptotischen Bcl-2 Familie, sowie zur stärkeren Translokation des Bid Spaltproduktes (tBid) an die Mitochondrienmembran führt. Mit Hilfe der Immunfluoreszens konnte dargestellt werden, daß Bid in Par-4 überexprimierenden Zellen ein verändertes Verteilungsmuster im Cytosol aufweist und auf einen apoptotischen Reiz hin, verglichen mit den Par-4-negativen Zellen, vermehrt an die Mitochondrienmembran transloziert wird. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß Bak und Bad, zwei weitere proapoptotische Mitgliederr der Bcl-2 Familie, durch Par 4 Überexpression Caspasen unabhängig verstärkt aktiviert werden. Bak wird durch das Bid-Spaltprodukt tBid aktiviert und führt ebenfalls zu einer verstärkten Cytochrom c Freisetzung ins Cytosol, wohingegen Bad seine proapoptotische Wirkung durch Bindung an antiapoptotische Mitglieder der Bcl-2 Familie entfaltet. Darüber hinaus konnte demonstriert werden, daß die Par-4 Überexpression in neoplastischen Lymphozyten bei Behandlung mit Doxorubicin zu einer Downregulation von Ras, welches zu den GTPasen zählt, führt. Diese Downregulation ist Caspasen-, jedoch nicht Caspase-3-abhängig. Hierbei besteht kein Zusammenhang zwischen der Expression von Ras und dem Tumorsupressorgen P53. Das heißt Par-4 entfaltet seine proapoptotische Wirkung über einen P53-unabhängigen Weg. Weiterhin konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, daß Par 4 Überexpression in neoplastischen Lymphozyten zu einer verstärkten Sensibilität des Fas-Rezeptors führt, das heißt, es konnte bewiesen werden, daß der pro-apoptotische Effekt von Par 4 sowohl durch Chemotherapeutika, als auch über direkte Rezeptorstimulation ausgelöst werden kann. Insgesamt legt diese Arbeit die wesentlichen molekularen Mechanismen der pro-apoptotischen Wirkung von Par-4 in neoplastischen Lymphozyten dar.
Zur Phänomenologie der Obduktionen im Zentrum der Rechtsmedizin in Frankfurt am Main 1993 - 1995
(2003)
Das Sektionsgut des Zentrums der Rechtsmedizin in Frankfurt am Main der Jahre 1993 bis 1995 wurde anhand der entsprechenden Sektionsprotokolle und -bücher mit Hilfe eines eigens für den rechtsmedizinischen Bereich entwickelten Datenerfassungsprogrammes erfasst und ausgewertet (MÜLLER und BRATZKE, 1993). Im Untersuchungszeitraum wurden insgesamt 4115 Leichen in das Zentrum der Rechtsmedizin eingeliefert, von denen 79,5% (3271 Leichen) obduziert wurden. Bezüglich der Geschlechtsverteilung des gesamten Sektionsgutes betrug der Anteil der Männer 66% und der Frauen 34%. Sowohl bei den natürlichen Todesfällen (62,3%) als auch bei den nichtnatürlichen Todesfällen (70,5%) überwog der Anteil der Männer deutlich. Das Durchschnittsalter aller Obduzierten lag bei 50,7 Jahren. Im Auftrag der Staatsanwaltschaften Frankfurt am Main, Darmstadt mit der Zweigstelle Offenbach, Hanau und Wiesbaden wurden innerhalb der drei Jahre 2031 Leichen obduziert. In 937 Fällen fand eine Feuerbestattungssektion und in 278 Fällen eine Verwaltungssektion statt. Neun Obduktionen wurden im Auftrag einer Versicherung und 16 Obduktionen im Auftrag von Privatpersonen durchgeführt. 53 Todesfälle fielen unter die Kategorie "Sonstiges". Hierunter wurden sowohl 44 "Irrläufer", die zunächst in die Rechtsmedizin eingeliefert wurden, eigentlich aber in der Pathologie seziert werden sollten, sieben amerikanische Staatsbürger, die nach Kenntnis der Nationalität ohne Obduktion oder Besichtigung den amerikanischen Stellen überantwortet wurden, und zwei Fälle von Organteilen zusammengefaßt. 791 Leichen wurden besichtigt. In 50,7% (1660) der Fälle wurde ein nichtnatürlicher Tod, in 43,8% (1432) ein natürlicher Tod festgestellt, in 5,1% (168) blieb die Todesart auch nach der Obduktion unklar. Unter den nichtnatürlichen Todesfällen befanden sich 333 Verkehrstote, 75% waren Männer. In 35% der Fälle handelte es sich bei den Unfallopfern um Fußgänger, die durch einen Pkw, ein anderes Kfz oder ein Schienenfahrzeug erfaßt und getötet wurden. 28% der Todesfälle waren Fahrer und 11% Insassen eines Pkw. Weitere 11% kamen als Radfahrer und 9% als Motorradfahrer ums Leben. 49,5% der Verkehrsunfallopfer starben an den Folgen eines Polytraumas und bei 31% führte ein isoliertes Schädelhirntrauma zum Tode. Die Selbsttötungen stellten mit 30% (492 Fälle) die häufigste Art des nichtnatürlichen Todes dar. Der Suizid durch Erhängen bzw. Strangulation war die meist gewählte Methode (28%), gefolgt vom Tod durch "stumpfe Gewalt" bedingt Sprung aus dem Fenster oder vor einen Zug (24%). Bei 404 Todesfällen handelte es sich um einen Unglücksfall. Hier standen die sog. Drogentoten mit 239 Todesfällen deutlich im Vordergrund. Anhand der rückläufigen Tendenz der Anzahl der Drogentoten werden Chancen und Möglichkeiten einer integrativen gegenüber einer restriktiven Drogenpolitik deutlich. 80 Personen kamen bei einem Haushaltsunfall und 45 Personen, unter ihnen eine Frau, bei einem Arbeitsunfall ums Leben. In den Jahren 1993 bis 1995 wurden 243 Personen Opfer eines Tötungsdeliktes. Der Anteil von 39% Frauen entspricht dabei dem bundesweiten Durchschnitt. Die Zahl der Tötungsdelikte nahm im Untersuchungszeitraum um 15% zu, wobei der weibliche Anteil relativ konstant blieb. Der Vergleich des Sektionsgutes mit den Verstorbenen der Stadt Frankfurt am Main zeigte, daß im Betrachtungszeitraum durchschnittlich 7,2% der verstorbenen Frankfurter Bürger im Zentrum der Rechtsmedizin obduziert wurden. Die Obduktionsfrequenz lag bei den natürlichen Todesfällen bei 4,5% und bei den nichtnatürlichen Todesfällen bei 50,4%. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen Enwicklungstendenzen und Auswirkungen bestimmter Maßnahmen in Bereichen wie Straßenverkehr und Drogenpolitik auf und können für andere epidemiologische Untersuchungen zum Vergleich herangezogen werden, ebenso kann durch systematische Sektion ein "Frühwarnsystem" etabliert werden, das zu rechtzeitigen präventiven Maßnahmen Anlass gibt.
Für die NO-Produktion aus L-Arginin sind drei Isoformen der NO-Synthase verantwortlich: Die Calcium unabhängige induzierbare NO-Synthase (iNOS) sowie die Calcium abhängige endotheliale konstitutive (eNOS) und die neuronale (nNOS) NO-Synthase. Die Stickstoffmonoxid (NO)-Produktion von Endothelzellen ist wegen der verschiedenen Effekte von NO von Interesse. So erhöht NO den Blutfluss, spielt eine Rolle bei der Induktion der Angiogenese, führt jedoch auch zum Zelltod von Tumorzellen und reduziert die Tumorzelladhäsion. NO schützt einerseits vor der von TNF-α induzierten Apoptose, andererseits kann die cytokin-aktivierte NO-Produktion adhärente Tumorzellen töten [34, 72, 37, 36, 49].In einer Studie von Loibl et al. wurde zuvor iNOS-Aktivität in Tumorzellen bei in situ und invasiven primären Mammakarzinomen nachgewiesen. Ihre Rolle als Prognosefaktor ist jedoch bisher noch unzureichend geklärt [42]. Ziel der Arbeit war es, einen Zusammenhang zwischen dem Verlauf primärer Mammakarzinomerkrankungen und der iNOS-Expression nachzuweisen. Es war zu klären, ob iNOS mit klassischen Prognosefaktoren beim Mammakarzinom korreliert oder ob die iNOS-Expression selbst einen unabhängigen Prognosefaktor für diese Patientinnen darstellt. Unsere Studie zeigt bei dem bisher größten Kollektiv an 161 Patientinnen mit primärem Mammakarzinom einen signifikanten Zusammenhang sowohl zwischen der Expression von iNOS und der Tumorgröße (P=0,018) als auch zwischen iNOS und dem histologischen Differenzierungsgrad (P=0,039). Die iNOS-Expression korreliert ebenfalls signifikant mit einer schlechteren Gesamtüberlebenswahrscheinlichkeit (P=0,049), wobei die Expression von iNOS kein unabhängiger Prognosefaktor für das Gesamtüberleben ist (P=0,077; Hazard Ratio 2,25 [95% Confidence Intervall: 0,89-5,65]).
Hintergrund: Das Burkitt Lymphom und das Diffus großzellige B-Zell Lymphom können überlappende morphologische und immunhistochemische Eigenschaften aufweisen. Eine Differenzierung beider Entitäten ist klinisch relevant. Mit Hilfe von Genexpressionsanalysen an kryo-konservierten Proben hochmaligner B-Zell Lymphome, bestehend aus Burkitt Lymphomen und Diffus großzelligen B-Zell Lymphomen, gelang 2006 die molekulare Definition des Burkitt Lymphoms (mBL) mit einer burkittspezifischen Gensignatur (Genchip-Klassifikator). Demgegenüber wurden Proben, die nicht diese Signatur aufwiesen als non-mBL bezeichnet. Proben, die weder mBL noch non-mBL klassifiziert wurden, wurden als intermediär eingestuft.
Ziel: Entwicklung einer Methode zur Unterscheidung von mBL und non-mBL mittels quantitativer Echtzeit-Polymerase Kettenreaktion (qPCR) durch die Etablierung eines Assays-Sets einer kleinen Anzahl von Genen der mBL-Signatur an formalinfixiertem, in paraffineingebettetem (FFPE) Gewebe.
Methoden: An 116 Proben, bestehend aus mBL, non-mBL und intermediären Fällen (entsprechend der Genchip-Klassifikation) wurden qPCR Messungen für sechs Gene und ein Referenzgen durchgeführt. Die Expressionsmessungen wurden auf den vorhandenen Genchip-Klassifikator projiziert.
Ergebnisse: 90 von 116 Proben konnten mit dem qPCR-Klassifikator klassifiziert werden. Bei 22 Proben kam es zu Messausfällen. 4 Fälle wurden bioinformatisch ausgesondert.13 von 14 mBL, 59 von 61 non-mBL und 8 von15 intermediären Fällen wurden identisch zu dem Genchip-Klassifikator bewertet.
Diskussion: Der entwickelte qPCR-Klassifikator ist eine objektive, schnelle und kosteneffiziente diagnostische Herangehensweise zur Bestimmung des mBL. Nicht alle FFPE-Proben waren mit dem qPCR Klassifikator eindeutig auswertbar und für eine Klassifikation zu nutzen. Eine Einflussgröße hierbei stellt das Alter der Proben dar. Mit Hilfe dieser Untersuchung können retrospektive Analysen durchgeführt werden. Der Klassifikator kann zusätzlich zur Morphologie und Immunhistochemie mit eindeutiger Klassifikation von 93% (mBL) und 97% (non-mBL) angewendet werden.
Zur Phänomenologie der Obduktionen im Zentrum der Rechtsmedizin in Frankfurt am Main 1999 - 2001
(2008)
Die Arbeit enthält eine statistische Auswertung des Sektionsgutes des Zentrums der Rechtsmedizin in Frankfurt/Main von 1999-2001. Durch den Abgleich von Sektionsprotokollen mit den in das Programm Obduktio (MÜLLER und BRATZKE, 1993) eingegebenen Daten, konnte zusätzlich eine institutsinterne Fehleranalyse der Dateneingabe erfolgen. In den Jahren 1999-2001 verzeichnete das Zentrum der Rechtsmedizin in Frankfurt/Main insgesamt 3.956 Leichendurchgänge, bei denen in 2.689 Fällen (68,0%) eine Obduktion durchgeführt wurde. Beim Gesamtleichendurchgang überwog mit 2.514 Leichen (63,6%) der männliche Anteil deutlich gegenüber 1.438 weiblichen Leichen (36,4%). Das Durchschnittsalter aller eingelieferten Leichen betrug 56,4 Jahre, das der Obduzierten 52,9 Jahre. Der größte Teil der Obduktionen (1.822) ging auf gerichtliche Anordnungen zurück. Außerdem wurden 786 Feuerbestattungssektionen, 40 Privatsektionen, 26 Transplantations-, neun Verwaltungs- und sechs Versicherungssektionen durchgeführt. Die Kategorie "Sonstige" beinhaltete 43 Fälle, die nicht obduziert wurden. Bei 1.224 Leichen fand lediglich eine Besichtigung statt. Bezüglich der Todesart ergab sich bei 1.285 Obduktionen (47,8%) ein natürlicher und in 1.205 Fällen (44,8%) ein nichtnatürlicher Tod. Bei 161 Todesfällen (6,0%) blieb die Todesart unklar und 38-mal (1,4%) lag eine kombinierte (natürlich und nichtnatürlich) Todesart vor. Die häufigste natürliche Todesursache stellten die Herz-Kreislauf-Erkrankungen dar (60,6%). Das Durchschnittsalter der natürlich verstorbenen Personen lag mit 60,0 Jahren deutlich über dem der nichtnatürlichen Todesfälle (45,6 Jahre). An erster Stelle der Todesumstände nichtnatürlicher Todesarten standen mit 363 Fällen (30,1%) Selbsttötungen (69,1% Männer und 30,9% Frauen). Die häufigste Form des Suizids war die Strangulationsmethode durch Erhängen (28,4%), gefolgt von Vergiftungen (22,0%) und Tod durch "stumpfe Gewalt" (20,1%). Durch Unglücksfälle kamen 316 Personen (26,2%) ums Leben. Hierunter befanden sich vor allem Drogentote (157 Fälle; 80,9% Männer). Verkehrsunfälle stellten mit 245 Verstorbenen (20,3%; 71,0% Männer) die dritthäufigste Gruppe dar. Den größten Anteil hatten hierbei Kfz-Fahrer (62 Fälle; 88,7% Männer). Kfz-Insassen waren am zweithäufigsten betroffen (46 Fälle; 58,7% Frauen). Fußgänger wurden in 44 Fällen in einen Verkehrsunfall mit letalem Ausgang involviert (54,5% Männer). Die 21-30-jährigen Verkehrsunfallopfer hatten mit 42 Personen (17,1%) den größten Anteil. Die am häufigsten zum Tode führende Verletzung war das Polytrauma (51,0%), gefolgt von Schädel-Hirn-Traumata (29,0%). Zu einer Untersuchung der Blutalkoholkonzentration kam es in 146 Fällen: 29,2% der Männer und 17,5% der Frauen wiesen zum Unfallzeitpunkt einen Wert von mindestens 0,03% auf. Durch ein Tötungsdelikt starben insgesamt 142 Personen (57,0% Männer), was einem Anteil von 11,8% an allen nichtnatürlichen Todesfällen entsprach. Bei der Klassifikation der Tötungsdelikte stellten Mord und Totschlag die häufigsten Delikte dar (71,1%). Die meisten Opfer (19,7%) waren zwischen 41-50 Jahre alt (57,1% Männer). Die Daten für die Jahre 1999-2001 zeigten einen deutlichen Rückgang der Tötungsdelikte um 33,3%. Bei Haushaltsunfällen kamen 52 Personen (55,8% Männer), und bei Arbeitsunfällen 47 Menschen (davon eine Frau) ums Leben. Des Weiteren lagen 19 Fälle (73,7% Frauen) von ärztlichen Kunst- oder Behandlungsfehlern und acht Sportunfälle (100,0% Männer) vor. In 13 Fällen blieb der Todesumstand unklar. Der Vergleich des Sektionsgutes mit den offiziellen Sterbestatistiken der Stadt Frankfurt/Main zeigte, dass im Betrachtungszeitraum durchschnittlich 6,4% der verstorbenen Bürger Frankfurts im Zentrum für Rechtsmedizin obduziert wurden. Von 1999-2001 nahm die Zahl verstorbener Frankfurter Bürger um insgesamt 3,5% ab. Auch die Zahl der obduzierten Leichen aus dem Einzugsgebiet Frankfurt verminderte sich konstant, jedoch wesentlich deutlicher, nämlich um 49,3%. Durch eine nichtnatürliche Todesursache verstarben 910 in Frankfurt gemeldete Personen, von denen 39,7% zur Obduktion gebracht wurden. Von 17.808 natürlichen Todesfällen wurden 4,2% obduziert. Das Durchschnittsalter der verstorbenen Frankfurter Bürger lag bei 75,3 Jahren, während obduzierte Frankfurter nur ein Durchschnittsalter von 60,1 Jahren erreichten. Die institutsinterne Auswertung der fehlerhaften Eingaben in das Datenerfassungsprogramm Obduktio zeigte, dass die häufigsten Eingabefehler das Sterbedatum betrafen (15,0% bezogen auf den Gesamtleichendurchgang), dass dieses jedoch für die Datenanalyse als eher unwichtig einzustufen ist. Ein für die Filterung hingegen sehr wichtiges Kriterium wie die Todesart ("natürlich"/"nichtnatürlich") oder die Sektionsart wurden zu 2,8% bzw. 2,0% falsch eingegeben.
Die digitale Pathologie ist ein neues, aber stetig wachsendes, Feld in der Medizin. Die kontinuierliche Entwicklung von verbesserten digitalen Scannern erlaubt heute das Abscannen von kompletten Gewebeschnitten und Whole Slide Images gewinnen an Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist die Methodenentwicklung zur Analyse von Whole Slide Images des klassischen Hodgkin Lymphoms. Das Hodgkin-Lymphom, oder Morbus Hodgkin, ist eine Tumorerkrankung des Lymphsystems, bei der die monoklonalen Tumorzellen in der Regel von B-Lymphozyten im Vorläuferstadium abstammen.
Etwas mehr als 9.000 Hodgkin-Lymphom-Fälle werden jährlich in den USA diagnostiziert. Zwar ist die 5-Jahre-Überlebensrate für Hodgkin-Lymphome mit 85,3 % vergleichsweise hoch, dennoch werden etwa 1.100 Todesfälle pro Jahr in den USA registriert. Auf mikroskopischer Ebene sind die Hodgkin-Reed-Sternberg Zellen (HRS-Zellen) typisch für das klassische Hodgkin Lymphom. HRS-Zellen haben einen oder mehrere Zellkerne, die stark vergrößert sind und eine grobe Chromatinstruktur aufweisen. Immunhistologisch gibt es für HRS-Zellen charakterisierende Marker, so sind HRS-Zellen positiv für den Aktivierungsmarker CD30.
Neben der konventionellen Mikroskopie, ermöglichen Scanner das Digitalisieren von ganzen Objektträgern (Whole Slide Image). Whole Slide Images werden bisher wenig in der Routinediagnostik eingesetzt. Ein großer Vorteil von digitalisierten Gewebeschnitten bietet sich bei der computergestützten Analyse. Automatisierte Bildanalyseverfahren wie Zellerkennung können Pathologen bei der Diagnose unterstützen, indem sie umfassende Statistiken zur Anzahl und Verteilung von immungefärbten Zellen bereitstellen.
Die untersuchten immunohistologischen Bilder wurden vom Dr. Senckenbergisches Institut für Pathologie des Universitätsklinikums Frankfurt bereit gestellt. Die betrachteten Gewebeschnitte sind gegen CD30 immungefärbt, einem Membranrezeptor, welcher in HRS-Zellen und aktivierten Lymphozyten exprimiert wird. Die Gewebeschnitte wurden mit einem Aperio ScanScope slide scanner digitalisiert und liegen mit einer hohen Auflösung von 0,25 μm pro Pixel vor. Bei den vorliegenden Gewebeschnittgrößen ergeben sich Bilder mit bis zu 90.000 x 90.000 Pixeln.
Der untersuchte Bilddatensatz umfasst 35 Bilder von Lymphknotengewebeschnitten der drei Krankheitsbilder: Gemischtzelliges klassisches Hodgkinlymphom, noduläres klassisches Hodgkinlymphom und Lymphadenitis. Die Bildverarbeitungspipeline wurden teils neu implementiert, teils von etablierten Bilderkennungssoftware und -bibliotheken wie CellProfiler und Java Advanced Imaging verwendet. CD30-positive Zellobjekte werden in den Gewebeschnitten automatisiert erkannt und neben der globalen Position im Whole Slide Image weitere Morphologiedeskriptoren berechnet, wie Fläche, Feret-Durchmesser, Exzentrität und Solidität. Die Zellerkennung zeigt mit 84 % eine hohe Präzision und mit 95 % eine sehr gute Sensitivität.
Es konnte gezeigt werden, dass in Lymphadenitisfällen im Schnitt deutlich weniger CD30- positive Zellen präsent sind als in klassisches Hodgkinlymphom. Während hier im Schnitt nur rund 3.000 Zellen gefunden wurden, lag der Durchschnitt für das Mischtyp klassisches Hodgkinlymphom bei rund 19.000 CD30 positiven Zellen. Während die CD30-positiven Zellen in Lymphadenitisfällen relativ gleichmäßig verteilt sind, bilden diese in klassischen Hodgkinlymphom-Fällen Zellcluster höherer Dichte.
Die berechneten Morphologiedeskriptoren bieten die Möglichkeit die Gewebeschnitte und den Krankheitsverlauf näher zu beschreiben. Zudem sind bisher Größe und Erscheinungsbild der HRS-Zellen hauptsächlich anhand manuell ausgewählter Zellen bestimmt worden. Ein Maß für die Ausdehnung der Zellen ist der maximale Feret-Durchmesser. Bei CD30-Zellen im klassischen Hodgkinlymphom liegt dieser im Durchschnitt bei 20 μm und ist somit deutlich größer als die durchschnittlich gemessenen 15 μm in Lymphadenitis.
Es wurde ein graphentheoretischer Ansatz gewählt, um die CD30 positiven Zellen und ihre räumliche Nachbarschaft zu modellieren. In CD30-Zellgraphen von klassischen Hodgkinlymphom-Gewebeschnitten ist der durchschnittliche Knotengrad gegenüber den von Lymphadenitis-Bildern stark erhöht. Der Vergleich mit Zufallsgraphen zeigt, dass die beobachteten Knotengradverteilungen nicht für eine zufällige Verteilung der Zellen im Gewebeschnitt sprechen. Eigenschaften und Verteilung von Communities in CD30-Zellgraphen können hinzugenommen werden, um klassisches Hodgkinlymphom Gewebeschnitte näher zu charakterisieren.
Diese Arbeit zeigt, dass die Auswertung von Whole Slide Image unterstützend zur Verbesserung der Diagnose möglich ist. Die mehr als 400.000 automatisch erkannten CD30-positiven Zellobjekte wurden morphologisch beschrieben, und zusammen mit ihrer Position im Gewebeschnitt ist die Betrachtung wichtiger Eigenschaften des klassischen Hodgkinlymphoms realisierbar. Zellgraphen können durch weitere Zelltypen erweitert werden und auf andere Krankheitsbilder angewendet werden.
Zur genomweiten Genexpressionsanalyse werden Microarray-Experimente verwendet. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zur Präprozessierung von Microarrays der Firma Affymetrix zu evaluieren und die VSN-Methode für Experimente mit weniger als 1000 Zellen zu verbessern. Bei dieser Technologie wird die Expression jedes Gens durch mehrere Probessets gemessen. Jedes Probeset besteht aus einem Perfect-Match (PM) und einem dazugehörigen Mismatch (MM). Der Expressionswert pro Gen wird durch ein vierstufiges Verfahren aus den einzelnen Probe-Werten berechnet: Hintergrundkorrektur, Normalisierung, PM-Adjustierung und Aggregation. Für jeden dieser Schritte existieren mehrere Algorithmen. Dazu dienten die im affy-Paket des Bioconductor implementierten Methoden MAS5, RMA, VSN und die Methode sRMA von Cope et al. [Cope et al., 2006] in Kombination mit der Methode VSN von Huber et al. [Huber et al., 2002]. Den ersten Teil dieser Arbeit bildet die Reanalyse der Datensätze von Küppers et al. [Küppers et al., 2003] und Piccaluga et al. [Piccaluga et al., 2007] mit der VSN-Methode. Dabei konnte gezeigt werden, dass die VSN-Methode gegenüber Klein et al. [Klein et al., 2001] Vorteile zeigt. Bei beiden Datensätzen wurden zusätzliche Gene gefunden, die für die Pathogenese der jeweiligen Tumorarten wichtig sein können. Einige der zusätzlich gefunden Gene wurden durch andere wissenschaftliche Arbeiten bestätigt. Die Gene, die bisher in keinem Zusammenhang mit der untersuchten Tumorart stehen, sind eine Möglichkeit für die weitere Forschung. Vor allem der Zytokine/Zytokine Signalweg wurde bei beiden Reanalysen als überrepräsentiert erkannt. Da für einige Microarray-Experimente die Anzahl der Zellen und damit die Menge an mRNA nur begrenzt zur Verfügung stehen, müssen die Laborarbeit und die statistischen Analysen angepasst werden. Hierzu werden fünf Methoden für die Präprozessierung untersucht, um zu evaluieren, welche Methode geeignet ist, derartige Expressionsdaten zu verrechnen. Auf Basis eines Testdatensatzes der bereits zur Etablierung des Laborprozesses diente werden Expressionswerte durch empirische Verteilung, Gammaverteilung und ein linear gemischtes Modell simuliert. Die Simulation lässt sich in vier Schritte einteilen: Wahl der Verteilung, Simulation der Expressionsmatrix, Simulation der differentiellen Expression, Sortierung der Probes innerhalb des Probesets. Anschließend werden die fünf Präprozessierungsmethoden mit diesen simulierten Expressionsdaten auf ihre Sensitivität und Spezifität untersucht. Während sich bei den empirisch und gammaverteilt simulierten Expressionsdaten kein eindeutiges Ergebnis abzeichnet, hat sVSN bei den Daten aus dem linear gemischten Modell die größte Sensitivität und die größte Spezifität. Der in dieser Arbeit entwickelte sVSN-Algorithmus wurde zum ersten Mal angewendet und bewertet. Abschließend wird ein Teildatensatz von Brune et al. verwendet und hinsichtlich der fünf Präprozessierungsmethoden untersucht. Die Ergebnisse der sVSN-Methode wird im Detail weiter verfolgt. Die zusätzlich gefunden Gene können durch bereits veröffentlichte Arbeiten bestätigt werden. Letztendlich zeigt sich, dass neuere statistische Methoden (wie das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte sVSN) bei der Analyse von Affymetrix Microarrays einen Vorteil bringen. Die sVSN und sRMA Methoden zeigen Vorteile, da die Probes nach der Normalisierung gewichtet werden, bevor diese aggregiert werden. Die MAS5-Methode schneidet am schlechtesten ab und sollte bei geringen Zellmengen nicht eingesetzt werden. Für die Analyse mit geringer Menge an mRNA müssen weitere Untersuchungen vorgenommen werden, um eine geeignete statistische Methode für die Analyse der Expressionsdaten zu finden.
Bisherige Untersuchungen der Uroplakine und deren mRNA sprechen für ein exklusives Vorkommen der Uroplakin-Proteine und deren Genexpression in Urothel, Urothelkarzinomen und Brenner Tumoren. Unter Verwendung einer hochsensitiven und hochspezifischen Uroplakin RT-PCR konnte in der vorliegenden Arbeit erstmals gezeigt werden, daß die vier verschiedenen Uroplakin mRNAs nicht nur in Urothel und Urothelkarzinomen, sondern auch von zahlreichen anderen Geweben exprimiert werden. Die Expressionsstärke der Uroplakin mRNAs und das Muster der Genexpressionen ist dabei erheblichen Schwankungen unterworfen. Lediglich Urothel, Urothelkarzinome, Hodenteratome und Plazenta erreichen Sättigung der Uroplakin PCR bei drei und mehr Uroplakinen. Die Mehrzahl der untersuchten Urothelkarzinome (total: 78 % ; invasive 69 %; nichtinvasive 100 %) und alle drei untersuchten Hodenteratome (100 %) weisen eine starke Uroplakin-Genexpression für drei und mehr Uroplakine auf Für Nierenrinde, kultivierte Tubulusepithelien und Nierenzellkarzinome konnte erstmals die starke Expression von Uroplakin IB demonstriert werden. Diese bleibt in 12/13 (92 %) der Nierenzellkarzinome erhalten. Eine Expression von Uroplakin IB konnte auch für das humane Chorion und 2 Endometriumkarzinome nachgewiesen werden. Aktuell wird an der Johann Wolfgang Goethe-Universität im Urologischen Labor untersucht, ob Uroplakine auch bei anderen Erkrankungen oder in der Schwangerschaft im peripheren Blut nachweisbar sind. Auch eine Anwendung der Uroplakin RT-PCR bei Patienten mit Blasenkarzinom wird erprobt. Dabei wird der Versuch unternommen, die relative Unspezifität der Uroplakine durch den parallelen Nachweis aller vier Uroplakine, eine starke Vorselektion des Probanden-Kollektivs und die Beobachtungen der Genexpressionen im zeitlichen Verlauf zu überwinden. Zur Aufklärung der biologischen Funktion der Uroplakine werden noch zahlreiche Studien erforderlich sein. Dabei sind vor allem die Signaltransduktion am Urothel, die Vermittlung der Apoptose urothelialer Zellen und die Induzierbarkeit der Uroplakin-Synthese von zentralem Interesse.
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.
Das adaptive Immunsystem schützt den Menschen vor extra- wie auch intrakorporal auftretenden Pathogenen und Krebszellen. Die Funktionalität dieses Prozesses geht hierbei auf die Interaktion und Kooperation einer Vielzahl verschiedener Zelltypen des Körpers zurück und ist vorwiegend innerhalb der Lymphknoten lokalisiert. Ist auch nur ein Bestandteil dieses sensiblen Prozesses gestört, kann dies zu einem teilweisen oder vollständigen Verlust der immunologischen Fitness des Menschen führen. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, solche Aberrationen des humanen Lymphknotengewebes umfassend digital-pathologisch zu detektieren und zu definieren.
Hierfür wurde zunächst eine digitale Gewebedatenbank etabliert. Diese basiert auf dem im Rahmen dieser Arbeit implementierten Content-Management-System Digital Tissue Management Suite. Weiterhin wurde die Software Feature analysis in tissue histomorphometry entwickelt, welche die Analyse von zweidimensionalen whole slide images ermöglicht. Hierbei werden Methoden aus dem Bereich Computer Vision und Graphentheorie eingesetzt, um morphologische und distributionale Eigenschaften der Zelltypen des Lymphknotens zu charakterisieren. Darüber hinaus enthält diese Software Plug-ins zur Visualisierung und statistischen Analyse der Daten.
Aufbauend auf der eigens implementierten, digitalen Infrastruktur, in Kombination mit der Software Imaris wurden zweidimensional und dreidimensional gescannte, reaktive und neoplastische Gewebeproben digital phänotypisiert. Hierbei konnten neue mechanische Barrieren zur Kompartimentalisierung der Keimzentren aufgeklärt werden. Weiterhin konnte der Erhalt des quantitativen Verhältnisses einzelner Zellpopulationen innerhalb der Keimzentren beschrieben werden. Ausgehend von den reaktiven Phänotypen des Lymphknotens, wurden pathophysiologische Aberrationen in verschiedenen lymphatischen Neoplasien untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass speziell die strukturelle Destruktion häufig mit einer morphologischen Veränderung der fibroblastischen Retikulumzellen einhergeht.
Neben strukturellen Veränderungen sind auch zytologische Veränderungen der Tumormikroumgebung zu verzeichnen. Eine besondere Rolle spielen hierbei sogenannte Tumor-assoziierte Makrophagen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass speziell Makrophagen in der Tumormikroumgebung des diffus großzelligen B-Zell-Lymphoms und der chronisch lymphatischen Leukämie spezifische pathophysiologische Veränderungen aufzeigen. Auch konnte gezeigt werden, dass genetische Änderungen neoplastischer B-Zellen mit einer generellen Reduktion der CD20-Antigendichte einhergehen.
Zusammenfassend ermöglichten die Ergebnisse die Generierung eines umfassenden digital-pathologischen Profils des klassischen Hodgkin-Lymphoms. Hierbei konnten morphologische Veränderungen neoplastischer, CD30-positiver Hodgkin-Reed-Sternberg-Zellen validiert und beschrieben werden. Auch konnten pathologische Veränderungen des Konnektoms und der Tumormikroumgebung dieser Zellen parametrisiert und quantifiziert werden. Abschließend wurde unter Anwendung eines Random forest-Klassifikators die diagnostische Potenz digital-pathologischer Profile evaluiert und validiert.