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Die Photodynamische Therapie (PDT) wird mittlerweile bei einer Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt. Ziel dieser Dissertation war die nähere Untersuchung der Kinetik und der Wirkmechanismen der Photosensibilisatoren Methylenblau und disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin. Zuerst klärten wir die Frage der Toxizität des Methylenblaus. Wir ermittelten dabei die für die nachfolgenden Versuche nötigen Dosen und Höchstdosen des Methylenblaus in Bezug auf die humane Keratozyten-Linie HaCat und periphere mononukleäre Zellen. Für disulfoniertes Aluminiumphthalocyanin stützten wir uns auf vorhandene Publikationen. Als Lichtquelle benützten wir die PDT Lampe der Firma Waldmann, die ein homogenes Lichtspektrum von 600 bis 700 nm erzeugt, so dass das Wirkungsmaximum aller gängigen Photosensibilisatoren abgedeckt ist. Ausserdem liefert diese Lampe eine gleichmässige Energiedichte über eine größere Fläche, die die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet.
In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass es für die photodynamische Therapie mit Methylenblau und disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin eine Dosis gibt mit der man sowohl Keratinozyten als auch Leukozyten in ihrer Proliferation hemmen kann, ohne eine zytotoxische Wirkung auszulösen. Für Keratinozyten ergab sich dabei ein Anstieg der Proliferationshemmung bei 5 µM Methylenblau und 2stündiger Inkubationszeit bei 200 J/cm², die Toxizität zeigte sich bei 5µM Methylenblau und 4stündiger Inkubationszeit und bereits bei 100 J/cm² maximal. Demgegenüber ergab sich bei stimulierten Leukozyten bereits bei 1µM Methylenblau und 2 Stunden Inkubationszeit ein starker proliferativer Effekt, bei 5µM Methylenblau und 2 Stunden Inkubationszeit zeigte sich dagegen ein deutliche Toxizität. Hierbei fand sich ab 0,5 J/cm² eine zunehmende Proliferationshemmung und Toxizität. Insgesamt war bei Keratinozyten die Differenz bzgl. antiproliferativer und zytotoxischer Dosis geringer als bei Leukozyten. Letztere zeigten sich dabei auch empfindlicher, besonders wenn man die Leukozyten zuvor stimulierte. Daraus ergibt sich ein Potential für den therapeutischen Einsatz der Photodynamischen Therapie bei entzündlichen Dermatosen.
Als mögliche Wege indirekt toxischer Wirkung wurde in der Folge die Stimulation des nukleären Transkriptionsfaktors NF-ΚB, die Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) und der protektive Effekt von α-Liponsäure untersucht. Dass der nukleäre Transkriptionsfactor NF-ΚB durch Photodynamische Therapie mit Methylenblau aktiviert werden kann, ist bereits gezeigt worden, so dass wir diese Versuche nicht wiederholten. Die Photodynamische Therapie mit dem Photosensibilisator Methylenblau wirkt also sowohl direkt als auch indirekt toxisch. In unseren Versuchen beschränkten wir uns im weiteren auf die Wirkung des Photosensibilisators disulfoniertes Aluminiumphthalocyanin auf den nukleären Transkriptionsfaktor NF-ΚB. Mittels Gelelektrophorese konnten wir keine Aktivierung von NF-ΚB zeigen. Die Photodynamische Therapie mit dem Photosensibilisator disulfoniertem Aluminiumphthalocyanin wirkt also nur auf direkt toxischem Weg. Bezüglich der Stickstoffmonoxid-Bildung fand sich bei beiden Photosensibilisatoren in den von uns verwendeten Konzentrationen und Inkubabionszeiten kein Nitritnachweis. Auch bei α-Liponsäure ergab sich bei Keratinozyten weder ein pro- noch antiproliferativer Effekt und somt kein Anhalt auf eine indirekte toxische Wirkung.
Der klinische Einsatz der Photodynamischen Therapie erscheint vor dem Hintergrund der erarbeiteten Daten bei entzündlichen Dermatosen möglich, weil infiltrierende aktivierte Leukozyten sensibler gegenüber PDT sind als das umliegende Gewebe, wie hier beispielhaft für Keratinozyten gezeigt wurde.
Die Purinanaloga Cladribin und Fludarabin sowie die Pyrimidinanaloga Cytarabin und Gemcitabin sind wichtige Bestandteile in der Behandlung Iymphoproliferativer und hämatologischer Erkrankungen. Die zwei Hauptmechanismen der zytostatisch wirksamen Medikamente sind zum einen die Induktion der Apoptose und zum anderen die Hemmung der ZeIlproliferation. Beide Wege führen am Ende zum Untergang der Zelle und damit zur Tumorregression. In verschiedenen klinischen Studien wurde die klinische Wirksamkeit der Nukleosidanaloga demonstriert. Das Ziel der Kombinationen etablierter Substanzen mit neuen Medikamenten ist der Erhalt additiver und synergistischer Effekte, resultierend in einer Erhöhung der klinischen Effektivität. 2-CdA, ein Purinanalogon, zeigte bisher Aktivitäten als Einzelsubstanz in der Behandlung niedrigmaligner Lymphome. Chow et al untersuchten die Induktion der Apoptose durch die Einzelgabe von 2-CdA und durch 2-CdA in Kombination mit anderen antineoplastischen Medikamenten. Die Messungen der Apoptoserate (Durchflußzytometrie) induziert durch die alleinige Gabe von Cladribin, ergab eine von der Dosis abhängigen Kurvenverlaur 3x Mit Steigerung der Dosis erhöhte sich die Apoptoserate in den normalen wie in den neoplastischen Zellen. Hier wurde nun untersucht, ob sich durch die Steigerung der extrazellulären 2-CdA Konzentration, dessen intrazellulären Metabolismus erhöhen lässt und damit die Menge des aktiven Metaboliten 2-CdA TP. Als Methode eignete sich hierfür die HPLC. Die Ergebnisse zeigten, daß mit zunehmender extrazellulärer Konzentration die intrazelluläre Phosphorylierung des Cladribins in seine aktiven Metabolite signifikant anstieg. Es ist daher anzunehmen, daß höhere Dosen in vivo in der Behandlung niedrigmaligner Lymphome in einer größeren klinischen Effektivität resultieren könnte. Die klinische Effektivität könnte auch durch die Kombination mit anderen neoplastischen Substanzen erhöht werden. Untersucht wurde daher die Kombination von 2-CdA mit dem neuen Pyrimidinanalogon Gemcitabin (dFdC), welches bisher vielversprechende Aktivitäten gegenüber myeloischen und lymphatischen leukämischen Zellen gezeigt hat. Es wirkt dabei als Modulator auf den Metabolismus anderer Nukleoside, wenn diese durch die Deoxycytidinkinase phosphoryliert werden. Analysiert wurden unterschiedliche Inkubationsbedingungen (simultane und sequentielle Inkubation) an zwei myeloischen (Hel, HL 60) und an zwei lymphatischen (JURKAT, HUT 78) Zellinien. Der Einfluss von dFdC auf den intrazellulären Metabolismus des 2-CdA wurde mit Hilfe der HPLC untersucht. Es wurde beobachtet, daß eine simultane Applikation beider Substanzen zu einer antagonistischen Wirkung führte, während eine konsekutive Gabe einen synergistischen Effekt bewirkte, unabhängig von der Inkubationsdauer und dem Ursprung der Zellen (myeloisch oder lymphatisch). Die gewonnenen Daten legen nahe, daß eine gleichzeitige Kombinationstherapie von Cladribin und Gemcitabin nicht zu einer Verbesserung der klinischen Effektivität führt. In vielen Standardregimes werden Purin- und Pyrimidinanaloga zur Verbesserung der klinischen Effektivität miteinander kombiniert. Untersucht wurde bisher nur der Metabolismus der Standardtherapieschemata. Das Ziel dieser Arbeit bestand nun darin die Effektivität auf die Induktion der Apoptose, auf die Zellproliferation, auf den Zusammenbruch der Mitochondrienmembranpotentials und auf die Expression apoptoserelevanter Proteine zu analysieren. Die Hemmung der Zellproliferation und die Induktion der Apoptose sind die Hauptmechanismen der Zytotoxizität der antineoplastisch wirksamen Agenzien.65 Daher wurde hier analysiert, ob Ara-C in Kombination mit Purinanaloga einen synergistischen oder antagonistischen Effekt auf die Zellproliferation und auf die Induktion der Apoptose in AML Zellinien (HL 60 und HEL) ausübt. Daneben wurden die Effekte der Kombination von Ara-C mit Bendamustin, einem neuen bifunktionellen Agenz mit alkylierender Aktivität und mit den Eigenschaften der Purinanaloga, geprüft. Die Ergebnisse zeigen, daß Ara-C kombiniert mit Fludarabin oder Bendamustin sowohl zu antagonistischen Effekten auf die Hemmung der Zellproliferation, auf die Induktion der Apoptose als auch auf die Ruptur der Mitochondrienmembran führen, unabhängig von einer simultanen oder konsekutiven Applikation (Purinanaloga vor Ara-C), im Gegensatz zur Kombination von Cytarabin mit Cladribin. Während der Induktion der IC 50 Levels der Apoptose, konnte weder bei den antagonistischen noch bei den synergistischen Zytostatikakombinationen ein spezifisches Expressionsmuster der Apoptose assoziierten Proteine, wie der pro- oder antiapoptotischen Bcl-2-Familienmitgliedern, der Exekutionscaspasen, der IAPs, des proapoptotischen PAR-4, PARP oder p53, beobachtet werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, daß die Effektivität der Medikamentenkombinationen Ara-C plus Purinanaloga abhängig ist von dem gewählten Purinanalogon, wohingegen die Inkubationsbedingungen (gleichzeitig oder sequentiell) oder die Dosiseskalation keine Rolle spielen.
In der vorliegenden Arbeit sollte die Frage beantwortet werden, ob Dithranol nicht nur in einer murinen Keratinozytenzellinie, sondern auch in humanen Keratinozyten über reaktive Sauerstoffspezies zu einer NF-kappa-B-Aktivierung führt und ob diese Aktivierung zur Expression NF-kappa-B-regulierter Proteine in humanen Keratinozyten führt. Weiterhin sollte die Frage geklärt werden, ob die c-rel-Untereinheit von NF-kappa-B, als möglicher Induktor von Apoptose, für den therapeutischen Nutzen von Dithranol mitverantwortlich ist. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Dithranol dosisabhängig zu einer Aktivierung des nukleären Transkriptionsfaktors Kappa in primären humanen Keratinozyten führt. Diese Aktivierung wird über reaktive Sauerstoffspezies vermittelt und kann durch verschiedene, nicht strukturverwandte Antioxidantien inhibiert werden. Weiterhin konnte keine verstärkte c-rel Anwesenheit in den bindenden NF-kappa-B-Komplexen nachgewiesen werden, so dass die Induktion von Apoptose in primären humanen Keratinozyten durch Dithranol nicht wahrscheinlich ist. Außerdem konnte eine gesteigerte Expression des NF-kappa-B-regulierten, proinflammatorischen Zytokins Interleukin-8 sowie eine gesteigerte Expression der NF-kappa-B-regulierten Moleküle ICAM-1 und iNOS sowie deren Inhibition durch Antioxidantien nachgewiesen werden. Zusammenfassend konnten wir in dieser Arbeit einen molekularen Wirkmechanismus eines in der dermatologischen Praxis verwendeten Lokaltherapeutikums dahingehend aufklären, dass es über die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies zur Aktivierung eines nukleären Transkriptionsfaktors führt, der zahlreiche proinflammatorische Gene reguliert. Obwohl damit die, für die Wirksamkeit des Dithranols notwendige Entzündungsreaktion der Haut erklärt wird, könnte die gleichzeitige antiproliferative Wirkung von NF-kappa-B in Keratinozyten den Wrkungsmechanismus bei Psoriasis darstellen.
Das Epsilon-Proteobakterium Wolinella succinogenes wächst unter anaeroben Bedingungen durch Nitrit-Atmung. Als Elektronendonoren werden Formiat oder Wasserstoff verwendet. Die terminale Reduktase der Elektronentransportkette von Formiat zu Nitrit ist der Cytochrom C-Nitrit-Reduktase-Komplex (NrfHA), welcher die Reduktion von Nitrit zu Ammonium katalysiert. Menachinon dient als Redoxmediator. Die katalytische Untereinheit NrfA ist ein Pentahäm Cytochrom c, dessen Struktur bekannt ist. Die Häm c-Gruppe im aktiven Zentrum von NrfA wird über ein ungewöhnliches CXXCK-Motiv kovalent gebunden, während die übrigen vier Häm c-Gruppen über konventionelle CXXCH-Motive gebunden werden. Der Lysin-Rest des CXXCK-Motivs ist der axiale Ligand des Häm-Eisens der Häm-Gruppe im katalytischen Zentrum. Die Untereinheit NrfH ist ein membranständiges Tetcahäm-Cytochrom C, das den Elektronentransport von Menachinol zu NrfA katalysiert. Im Nitrit-Reduktase-Operon nrfHAIJ wird das Nrfl-Protein kodiert, das ähnlich zu verschiedenen Cytochrom c-Biogenese Proteinen (Ccsl und CcsA) anderer Organismen ist. Ziel dieser Arbeit war die Konstruktion und Charakterisierung von Mutanten, in denen der Lysin-Rest des CXXCK-Motivs (K134) von NrfA ausgetauscht wurde oder konservierte Aminosäure-Reste am katalytischen des NrfAProteins ausgetauscht wurden. Weiterhin wurden Mutanten konstruiert und charakterisiert, in denen das nrfl-Gen inaktiviert wurde. Folgende Ergebnisse wurden erhalten: Es wurde eine Mutante konstruiert (W. succinogenes K134H), in der das CXXCK-Motiv im aktiven Zentrum von NrfA in ein konventionelles CXXCH-Motiv gewandelt wurde. Die spezifische Nitrit-Reduktase-Aktivität, gemessen mit reduziertem Benzylviologen als Elektronendonor, betrug maximal 40% der Aktivität des Wildstammes. Die Elektronentransport-Aktivität von Formiat zu Nitrit betrug 6% der Aktivität des Wildstamms. Durch MALDI-Massenspektroskopie wurde gezeigt, dass das NrfA-Protein aus dieser Mutante, ebenso wie das Protein aus dem Wildstamm, fünf Häm-Gruppen enthielt. In W. succinogenes Mutanten, in denen der Lysin-Rest 134 gegen Leucin oder Glutamin ausgetauscht wurde, ließ sich das Nrf-Protein durch Western-Blot-Analysen nicht mehr nachweisen. 2. In W. succinogenes R114L, Y21 8F, H277L wurden konservierte Aminosäure-Reste in NrfA ausgetauscht, die nach dem postulierten Mechanismus der Nitrit-Reduktion an der heterolytischen Spaltung der ersten N-O-Bindung des Nitrits beteiligt sind. Alle diese Mutanten wachsen nicht durch Nitrit-Atmung. W. succinogenes H277L und R114L besitzen keine Nitrit-Reduktase-Aktivität, obwohl das NrfA-Protein in allen Mutanten nachweisbar war. Die Elektronentransport-Akivität von Formiat zu Nitrit in W. succinogenes Y218F betrug 6% im Vergleich zum Wildstamm und die Nitrit-Reduktase-Aktivität betrug 14% gegenüber dem Wildstamm. Aus der Struktur von W. succinogenes NrfA ist ersichtlich, dass der Glutamin-Rest 276 Teil eines Substrat-Kanals ist, der von der Oberfläche des NrfA-Proteins zur Häm-Gruppe im aktiven Zentrum führt (Einsle et al. 2000). in W. succinogenes Q276E wurde der Glutamin-Rest gegen einen negativ geladenen Glutamat-Rest ausgetauscht. W. succinogenes Q276E wächst nicht durch Nitrit-Atmung. Die Elektronentransport-Aktivität von Formiat zu Nitrit betrug in dieser Mutante 6% im Vergleich zum Wildstamm. Die Nitrit-Reduktase-Aktivität war gegenüber dem Wildstamm um 90% erniedrigt. 3. In der Mutante W. succinogenes stopl wurde das nrfl-Gen durch Einführen von zwei Stop-Codons an den Positionen 47 und 48 inaktiviert. Diese Mutante wächst nicht durch Nitrit-Atmung und besitzt keine Nitrit-Reduktase-Aktivität. Im NrfA-Protein aus W.succinogenes stopl fehlte die über das CXXCK-Motiv ligandierte Häm-Gruppe im aktiven Zentrum, während die übrigen über konventionelle CXXCH-Motive ligandierten Häm-Gruppen vorhanden waren. 4. Die Mutante W. succinogenes Kl34H/stopl, in der das stopl-Gen inaktiviert war und das CXXCK-Motiv in ein fünftes CXXCH-Motiv geändert wurde, entsprach in ihren Eigenschaften dem Stamm W. succinogenes K134H. Daraus ist zu folgern, dass das Nrfl-Protein speziell am Einbau der Häm-Gruppe am CXXCK-Motiv in NrfA beteiligt ist, während Nrfl für den Einbau an CXXCH-Motiven entbehrlich ist. Nrfl ist vermutlich eine spezielle Häm-Lyase, die den Lysin-Rest des CXXCK-Motivs erkennt. 5. Campylobacter jejuni kodiert ein NrfA-Protein, das fünf CXXCH-Motive anstelle von einem CXXCK-Motiv und vier CXXCH-Motiven enthält. In C. jejuni wird die vermutliche Häm-Gruppe des aktiven Zentrums von einem CMNCH-Motiv ligandiert, während in W. succinogenes die Bindung an einem CWTCK-Motiv erfolgt. In den Mutanten W. succinogenes CMNCK und W. succinogenes CMNCH wurde das Häm-Bindemotiv im aktiven Zentrum von NrfA dem von C. jejuni angeglichen. Keine der beiden Mutanten wuchs durch Nitrit-Atmung. W. succinogenes CMNCK katalysierte den Elektronentransport von Formiat zu Nitrit mit 6% der Aktivität des Wildstamms. Die Nitrit-Reduktase-Aktivität betrug unter 3% im Vergleich zum Wildstamm. In W. succinogenes CMNCH war das NrfA-Protein durch Western-Blot-Analysen nicht nachzuweisen. 6. Um die Präparation des NrfA-Proteins und des NrfHA-Komplexes zu erleichtern und um die Präparation der Untereinheit NrfH zu ermögiichen, wurden W, succinogenes Mutanten konstruiert, die einen Hexa-Histidin-Tag an NrfA oder einen Strep-Tag II am N- oder C-terminus von NrfH tragen. Es war aber nicht möglich, den Nitrit-Reduktase-Komplex oder einzelne Untereinheiten durch entsprechende Affinitätschromatographien anzureichern.
In der vorliegenden Arbeit konnten 50 abgeschlossene Therapieverläufe von Mädchen, die wegen konstitutionellem Hochwuchs zwischen 1985. und 1994 in der Universitätskinderklinik in Frankfurt am Main mit konjugierten Östrogenen behandelt wurden, ausgewertet werden. Folgende Ziele wurden mit dieser Studie verfolgt : • die Effektivität der Behandlung sollte untersucht werden, • Parameter, die den Behandlungserfolg beeinflussen sollten herausgearbeitet werden, • Nebenwirkungen und Risiken der Östrogentherapie sollten betrachtet werden, und alles im Sinne einer einer Nutzen-Risiko-Abwägung beurteilt werden. Die Endgrößenreduktionsergebnisse dieser Studie sind vergleichbar mit den Behandlungserfolgen anderer Autoren (8, 9, 45, 53). Für das Kollektiv konnte eine zumedensteIlende Endgrößenreduktion von 5,16 ± 3,3 cm erzielt werden. 84,6% des Patientenkollektivs gab an, zumeden mit der erreichten Endgrößenreduktion zu sein. Bei einem Skelettalter unter 12 Jahren zu Therapiebeginn betrug die durchschnittlich erzielte Reduktion 7,62 ± 3,4 cm. Bei Skelettalterwerten zwischen 12 und 13 Jahren zu Therapiebeginn konnten im Mittel 5,0 ± 2,2 cm eingespart werden. Dagegen erzielten Mädchen, die mit einem Knochenalter von über 13 Jahren die Therapie begannen im Mittel eine Reduktion von nur 1,49 ± 1,3 cm. Hieraus ergibt sich, daß die Endgrößenreduktion deutlich größer ist, wenn mit einem Knochenalter unter 13 Jahren begonnen wird. Es sollte also möglichst früh mit der Therapie begonnen werden. Am besten mit einem Skelettalter unter 12 Jahren, nachdem erste Pubertätszeichen aufgetreten sind. Aber auch bei Mädchen, die sich mit Skelettalterwerten zwischen 12-13 Jahren vorstellen, können noch zumedensteIlende Ergebnisse erreicht werden. Ab einem Skelettalter von 13 Jahren sollte keine Therapie mehr durchgefuhrt werden. Ebenso zeigte sich, daß mit zunehmenden Wachstumspotential bessere Endgrößenreduktionswerte erreicht werden konnten. Patientinnen mit einem Wachstumspotential von über 15 cm erreichten eine mittlere Reduktion von 7,4 ± 3,6 cm. Mädchen, mit einem Wachstumspotential zwischen 10-15 cm wiesen ein Ergebnis von 5,2 ± 2,4 cm auf Diejenigen, deren Wachstumspotential unter 10 cm lag, sparten durchschnittlich 2,2 ± 2,2 cm ein. Diese Ergebnisse befiirworten ebenfalls einen frühen Therapiebeginn, bei Wachstumspotentialwerten von mindestens 10 cm. Die Skelettreifung war in den ersten 12 Behandlungsmonaten mit 21,6 ± 5,8 Monaten stärker beschleunigt als in der restlichen Therapiezeit. Somit war die Skelettreifung auf 1,8 Jahre pro chronologischem Jahr akzeleriert. Eine eindeutige Abhängigkeit zwischen der therapiebedingten Akzeleration und der erreichten Reduktionkonnte nicht festgestellt werden. Auch bei Mädchen mit stattgehabter Menarche bei Behandlungsbeginn konnte ein zufiiedenstellendes Ergebnis erreicht werden. Im Mittel konnten bei dieser Patientengruppe 4,8 ± 3,2 cm eingespart werden. Die Wachstumsgeschwindigkeit nahm bei allen Mädchen unter der Östrogentherapie kontinuierlich ab. Einen Zusammenhang zwischen Wachstumsdezeleration und erreichter Endgrößenreduktion wurde nicht festgestellt. Ebenso konnte keine Abhängigkeit zwischen der mittleren Plasmaöstrogenkonzentration (pglml) der Patientinnen während der Behandlung und ihren Endgrößenreduktionen festgestellt werden. Als Nebenwirkungen der hochdosierten Östrogentherapie war die Gewichtszunahme am häufigsten, 70010 des Kollektivs wies Gewichtsanstiege von mehr als 10 kg auf Weitere Nebenwirkungen waren Kopfschmerzen in der Anfangsphase, mit einer Häufigkeit von 14%, gefolgt von passagerer Übelkeit (10010) und Striaebildung (6%). Bei keinem der Mädchen war eine Thrombose, Varikose, Diabetes, Ovarzysten oder weitere, ernsthafte Nebenwirkungen aufgetreten. Auch die spontane Menstruation setzte 1-6 Monate nach Absetzen der Therapie bei allen Mädchen ein. Die Gonadotropine und das Östradiol, zwei Monate nach Therapieende bei allen Mädchen bestimmt zeigten an ,daß die endogene Hormonbildung wieder eingesetzt hatte. Hinsichtlich der Nebenwirkungen befragt, aüßerte 61,5% des Kollektivs sich nicht durch die Nebenwirkungen beeinträchtigt gefiihlt zu haben. Ferner ergab die Untersuchung des Stoffwechsels und der Gerinnung während der Behandlung keine Abweichung der Norm der Leberenzyme (GOT, GPT, AP, GGT), ebenso wie auch des glykosilierten Hämoglobins (HbAlc, HbAl) und des Gesamtcholesterins. Lediglich die Triglyceride waren bei 37,5 % der Mädchen erhöht und schwankten zwischen 143-230 mgldl. Die Triglyceride sollten also während der Therapie mit konjugierten Östrogenen immer überwacht werden. Bemerkenswert sind die Veränderungen der Gerinnungsparameter, es zeigte sich eine stark gestiegerte Plättchenaggregation im PAT m mit einer Häufigkeit von 60010, alle anderen Gerinnungswerte (TPZ, PTT, AT m, Fibrinogen) befanden sich im Normbereich. Im Gegensatz zu den Befunden, die bei Ovulationshemmereinnahmen und bei hormoneller Wachstumsbremsung mit Ethinylöstradiol erhoben wurden, fanden sich keine Konzentrationsverminderung des AT m. Somit ist das Thromboembolierisiko bei hormoneller Wachstumsbremsung mit konjugierten Östrogenen als geringer zu veranschlagen als mit Ethinylöstradiol. Die spontane Plättchenaggregationsneigung im PAT m sollte während der Therapie mit konjugierten Östrogenen überwacht werden. Patientinnen mit einer gesteigerten Plättchenaggregation sollten mit Plättchenaggregationshemmern behandelt werden. Aus der Literatur (19,44, 59) geht hervor, daß bisher keine Endometriumkarzinome während, oder nach einer Wachstumsstoptherapie aufgetreten sind und daß die spätere Fertilität der Mädchen nicht gestört ist. Somit komme ich zu dem Schluß, daß durch die Behandlung mit konjugierten Östrogenen bei der überwiegenden Mehrzahl der hochwüchsigen Mädchen zufiiedenstellende Ergebnisse erreicht wurden. Entscheidend ftir einen Behandlungserfolg ist der rechtzeitige Therapiebeginn, bei Skelettalterwerten unter 13 Jahren und Wachstumspotentialwerten von mindestens 10 cm. Die Skelettreifungsbeschleunigung und Wachstumsdezeleration während der Therapie haben einen untergeordneten Einfluß auf die Größenreduktion. Auch die stattgehabte Menarche vor Therapiebeginn und die Plasrnaöstrogenkonzentration während der Therapie erlauben keine Aussagen über den Behandlungserfolg. Die Nebenwirkungen der Östrogentherapie sind bemerkenswert gering. Gewichtsanstiege, Kopfschmerzen und Übelkeit sind die häufigste nBeschwerden. Bei keinem Mädchen waren ernsthafte Nebenwirkungen aufgetreten . Da die Untersuchung des Stoffwechsels und der Gerlnnung erhöhte Triglyceridwerte bei 37,5% der Mädchen und eine stark gesteigerte Plättchenaggregationsneigung im PAT III mit einer Häufigkeit von 60% ergab, sollten diese Werte während der Therapie überwacht werden. Im Gegensatz zu den Befunden bei Gabe von Ethinylöstradiol wurden Konzentrationsverminderungen des AT m nicht festgestellt, was auf eine geringeres Thromboembolierisiko der Therapie mit konjugierten Östrogenen hindeutet. Erneut belegt diese Studie die Wirksamkeit einer Hochwuchstherapie mit hochdosierten Östrogenen bei Mädchen. Die Endgrößemeduktion ist abhängig von dem Skelettalter und Wachstumspotential bei Therapiebeginn. Die Nebenwirkungen und Risiken der Hochwuchsbehandlung mit konjugierten Östrogenen sind gering. Konjugierten Östrogenen sollte der Vorzug gegeben werden, wegen ihrer guten Verträglichkeit und geringem Thromboserisiko.
Operative Eingriffe am offenen Herzen wie die häufig durchgeführten Bypass- und Herzklappenersatzoperationen bedürfen fast immer der Unterstützung durch die Herz Lungenmaschine bzw. extrakorporale Zirkulation. Durch den Kontakt des Blutes mit nichtorganischen Fremdoberflächen der EKZ kommt es zur Induktion einer transienten Hyperaktivität neutrophiler Granulozyten. Nachdem Herz und Lunge nach Öffnung der Aortenklemme ihre physiologische Funktion wieder aufnehmen und reperfundiert werden, werden aus diesen ischämischen Organen darüber hinaus pathogene Moleküle wie freie Sauerstoffradikale freigesetzt. Von aktivierten Neutrophilen freigesetzte, immmunkompetente Moleküle (z.B. Zytokine) führen zusammen mit diesem oxidativen Stress zu Organdysfunktionen durch Ödembildung in Körpergeweben wie Myokard, Lunge, Gehirn und Gastrointestinaltrakt und dadurch zu typischen Folgeerscheinungen wie z.B. verlängerter postoperativer Beatmungszeit oder (meist transienten) neuropsychologischen Dysfunktionen im Sinne von kognitiven Defiziten. Andere Pathomechanismen wie Mikroembolien durch z.B. Kleinstteilchen und Gasbildungen aus dem OP Gebiet verstärken diese pathogenen Effekte. Resultat ist eine verlängerte Regenerationsdauer und ein verlängerter Krankenhausaufenthalt der operierten Patienten. Zur Minimierung dieser unerwünschten Wirkungen der EKZ wurden in den letzen 20 Jahren diverse Techniken zur Filtration der unterschiedlichen Kreislaufbestandteile innerhalb der EKZ entwickelt. Von besonderem Interesse ist die seit ca. 8 bis 10 Jahren etablierte Filtration aktivierter neutrophiler Granulozyten, die die Hauptverantwortung für das aseptische Entzündungsgeschehen unter Anwendung der EKZ tragen. Entwicklung und Einsatz dieser leukozytenspezifischen Filtersysteme führt zwar zu einer deutlichen Reduktion der zirkulierenden immunaktiven Zellen und zu einer geringgradigen Verringerung der pathogenen EKZ Folgeerscheinungen, die Effektivität der gegenwärtigen Leukozytenfiltration stellt sich allerdings nur in einzelnen Berichten als positiv dar. Die Daten, die einen deutlichen klinischen Vorteil der Leukozytenfiltration zeigen, sind nicht vorhanden. Die unterstützende Anwendung antiinflammatorischer, systemisch angewandter Pharmaka führte zwar bei den meisten Präparaten zu Erfolg versprechenden Ergebnissen im Tierversuch, konnte aber beim operierten Patienten selbst zu keiner deutlichen Verminderung der unerwünschten EKZ Wirkungen beitragen. Unter der Vorstellung, dass gefilterte, aktivierte Leukozyten zum Großteil zwar nicht in den Patientenkreislauf zurückgepumpt werden, jedoch immer noch immunaktive Stoffe von ihnen synthetisiert und sezerniert werden können, liegt es auf der Hand, dass die aktuell zum klinischen Einsatz kommenden Filtersysteme zum Zwecke der Filtrationsoptimierung und konsekutiver Pathogenitätsminimierung durchaus verbesserungsbedürftig sind. Die in Abschnitt 3 angeführten Ergebnisse belegen, dass antikörperbeschichtete Leukozytenfiltermembranen durchaus in der Lage sind, in einem Kreislaufmodell ihre entsprechenden Antigene herauszufiltern und damit zu inaktivieren. Als klinische Anwendung ist dieses Modell allerdings nur unter einem immensem Technik- sowie Kostenaufwand umsetzbar, so dass sich die Frage nach alternativen Lösungsstrategien stellt. Diese Arbeit leistete die theoretische Grundlage zur Entwicklung eines in naher Zukunft möglicherweise klinisch praktikablen Moduls zur Leukozyteninaktivierung. Da anti CD95 IgM in der Lage sind, Apoptose in CD95 Rezeptor tragenden Zellen zu induzieren und diese damit bzgl. ihrer Stoffwechselaktivität zu limitieren bzw. zu inaktivieren, konnte ein ebenfalls in Abschnitt 3 vorgestelltes Modell zeigen, dass in CD 95 Rezeptor tragenden Zellen über ihren Kontakt mit anti CD95 IgM beschichteten Leukozytenfiltermembranen Apoptose induziert werden kann. Ein detailverbessertes, anti CD95 IgM beschichtetes Leukozytenfiltersystem (Leukozyteninhibitionsmodul, „LIM“) zeigte bereits im Schweineversuch eine deutliche Verbesserung der postoperativen Herzfunktion gegenüber der Tiergruppe, die mit herkömmlichem Leukozytenfiltersystem operiert wurde. Außerdem konnte eine deutlich reduzierte Transmigrationsfähigkeit (als Maß des Aktivierungszustandes) der aus dieser EKZ isolierten Neutrophilen nachgewiesen werden, so dass Grund zur Annahme besteht, dass dieses Modell in Zukunft den herkömmlichen Leukozytenfilter ablösen könnte. Mit dieser Arbeit wurde eine Möglichkeit aufgezeigt, wie die Problematik der EKZ induzierten Immunpathogenese grundlegender bekämpft werden kann.
Die vorliegende Studie hat die Häufigkeit familiärer Tumorhäufungen in Familien von Patienten mit kolorektalen Karzinomen und klinische Kriterien untersucht, die mit dem vermehrten Auftreten von Tumoren in diesen Familien assoziiert sind. Die Bedeutung von klinischen Diagnosekriterien zur Erfassung familiärer Häufigkeiten von Tumoren wurde analysiert. Dabei zeigte sich, dass die klassischen Diagnosekriterien im Alltag keine Bedeutung haben (die Amsterdam-Kriterien werden kaum erfüllt). Dass sich andererseits familiäre Tumorhäufungen mit einfachen klinischen Kriterien in hohem Ausmaß erfassen lassen, dazu zählt als wichtiges Kriterium: • Ein weiterer betroffener Patient mit Tumorleiden in der Familien im Diagnosealter <= 55 Jahre, • die Vertikale Transmission HNPCC-typischer Tumore Bei Anwendung dieser Kriterien können nahezu 2/3 der Familiären Cluster erkannt werden. Die Kombination von Kriterien, wie etwa „Diagnosealter des Patienten <= 50 Jahre mit Angehörigen mit Karzinom im Diagnosealter <= 50 Jahre“, sowie die Kombination „Diagnosealter des Patienten <= 50 Jahre und die Vertikale Transmission HNPCC-typischer Karzinome“ verbessert die Erkennung von Familien mit Tumorhäufungen nicht. Das Tumorspektrum in den so definierten Familien entspricht dem des HNPCC. Das legt den Schluss nahe, dass es sich um eine abortive Form des HNPCC oder aber um ein molekulargenetisch differentes, aber in der Manifestation mit dem HNPCC überlappendes Syndrom handeln könnte. Ob bei den so definierten Familien eine präventive Diagnostik erfolgreich ist, bedarf weiterer Studien. Solange kein einfaches molekulargenetisches Verfahren leicht und kostengünstig zur Verfügung steht, sind diese Anamnesekriterien für den klinischen Alltag und für die betroffenen Familien von außerordentlicher Bedeutung.
Die vorliegende Arbeit setzt sich mit den Auswirkungen der Blutkomponenten (neutrophile Granulozyten und Seren) von mit HLM operierten Patienten auf die interzellulären Kontakte in cerebralen mikrovaskulären Zellverbänden auseinander. Dabei wurden Blutkomponenten sowohl von Patienten mit langen (> 80 min) als auch mit kurzen (< 80 min) HLM-Zeiten isoliert. Das Ziel war herauszufinden, welche der Blutkomponenten für die Veränderungen der Integrität und der Morphologie der Zell-Zell-Kontakte verantwortlich sind und dadurch pathologische Störungen der Blut-Hirn-Schranke verursachen können. Die Untersuchungen wurden mit einem BHS-Modell aus cerebralen mikrovaskulären Endothelzellen [BCEC] vom Schwein durchgeführt. Dabei wurde in vitro nach Behandlung des BHS-Modells mit den entsprechenden Blutkomponenten die Integrität der interzellulären Kontakte durch TEER-Messungen untersucht und die morphologischen Veränderungen sowie die Expression der zellkontaktbildenden Moleküle (VE-Cadherin, β-Catenin und Occludin) beobachtet. Es stellte sich heraus, dass Patientenseren, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Herzoperationen isoliert wurden, keinen Einfluss auf die interzellulären Kontakte der BCEC-Kulturen ausüben. Dagegen führten die Kokultivierungen der BCEC mit den neutrophilen Granulozyten [PMN], die zu den gleichen Operationszeitpunkten isoliert wurden wie die Seren, zu Veränderungen innerhalb der Zell-Zell-Kontakte sowohl auf funktioneller (TEER-Abnahme) als auch auf morphologischer Ebene. Unabhängig von der Dauer der HLM-Zeiten und den PMNEntnahmezeitpunkten wirkte sich die Zugabe von PMN herzchirurgischer Patienten durch die TEER-Reduktion negativ auf die Integrität der BCEC-Kulturen aus, wobei PMN, die während des herzschirurgichen Eingriffes isoliert wurden, zu etwas stärkeren aber nicht signifikanten TEER-Abnahmen führten als die preoperativ (vor Narkose) isolierten. Auf morphologischer Ebene konnte man ebenfalls durch die Zugabe von PMN herzchirurgischer Patienten verschiedene Veränderungen der interzellulären Kontakte in BCEC-Kulturen beobachten. Die Patienten-PMN führten unabhängig von den Operationszeitpunkten, an denen sie isoliert wurden, und der Länge der HLM-Zeiten zu einer Ausstreckung der BCEC und somit zu einer Zellformveränderung sowie zu einer Verminderung des membranassoziierten β-Catenin- und Occludin-Anteils und einer Umwandlung des „zickzack“ Membranmusters in ein glattes, fast linienförmiges Muster. Zusätzlich konnte man mit Hilfe der Western-Blot-Analyse eine Abnahme der β-Catenin-Expression (AJ-Protein) in BCEC-Kulturen feststellen, die mit während und nach HLM-Einsatz isolierten PMN kokultiviert wurden. Dabei stammten die isolierten PMN von herzchirurgischen Patienten mit langen HLM-Zeiten aber auch von älteren (77 und 79 Jahre) mit kurzen HLM-Zeiten, was auf eine Abhängigkeit des durch die Patienten PMN verursachten negativen Expressionseffektes vom Patientenalter und der Dauer der HLM-Einsatzzeit deutete. Einen Einfluss der Patienten PMN auf die Expression von VE-Cadherin und Occludin konnte nicht festgestellt werden. Durch die Charakterisierung der Konzentrationsverläufe von neurologischen Markern in herzchirurgischen Patientenseren konnte eine Korrelation zwischen der Dauer der HLM-Einsätze und der NSE- und S-100B-Konzentration in Patientenseren fesgestellt werden. Pathologische Werte der beiden neurologischen Marker konnten jedoch nur bei Patienten mit HLM-Zeiten von mehr als 80 Minuten gemessen werden. Im tierexperimentellen Modell wurde dann die Modifikation der Blut-Hirn-Schranken-Permeabilität im Rahmen von herzchirurgischen Eingriffen mit HLM untersucht. Durch quantitativen Nachweis im Hirngewebe von intravenös appliziertem Evan's-Blue Farbstoff konnte eine erhöhte Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke bei den mit HLM operierten Tieren festgestellt werden. Eine Hirnödembildung war jedoch 6 Stunden nach Experimentende mit Hilfe von MRT-Untersuchungen in keinem der untersuchten Fällen zu beobachten. Zusätzlich zu den oben genannten Experimenten wurde die stabilisierende Eigenschaft von Interferon-β [FN-β] gegenüber dem Blut-Hirn-Schranke-Modell untersucht. Dabei führte die Behandlung der konfluenten BCEC-Kulturen mit IFN-β verschiedener Konzentrationen zu hohen TEER-Anstiegen, was auf eine Stabilisierung der interzellulären Kontakte und somit der Integrität und der Barriereeigenschaften der konfluenten BCEC-Kulturen hinwies.
CFTR ist ein Chloridkanal, der bei der rezessiven Erbkrankheit Mukoviszidose defekt ist. Es ist bekannt, dass CFTR durch Proteinkinasen aktiviert und seine Aktivität durch Nukleotide reguliert wird. Die Regulation von CFTR wurde unter zwei verschiedenen Gesichtspunkten untersucht. Zum einen wurden Experimente durchgeführt, die Aufschluss über die Beteiligung der Nukleotidbindedomänen beim Öffnen und Schließen des Kanals und über die Notwendigkeit einer ATP-Hydrolyse geben sollten. Zum anderen wurde untersucht, ob neben der durch Proteinkinasen vermittelten Aktivierung von CFTR ein alternativer Prozess existiert. Hierbei wurde ein Regulationsmechanismus entdeckt, der eine Proteinkinase-unabhängige Aktivierung von CFTR durch Phosphatidylinositolphosphate ermöglicht.
Humaner CFTR wurde in Oozyten des Krallenfrosches Xenopus laevis heterolog exprimiert und mit der Patch-Clamp-Methode untersucht. Stationäre und zeitaufgelöste Ströme des CFTR-Wildtyps wurden mit mutierten CFTR-Kanälen verglichen. Das Lysin im Walker AMotiv ist an der Koordinierung des γ-Phosphats von MgATP bei der Hydrolyse beteiligt, so dass Walker A-Mutationen die ATP-Bindung und –Hydrolyse von ATPasen beeinflussen. In dieser Arbeit wurden Walker A-Mutanten untersucht, die eine Substitution des konservierten Lysins innerhalb der Walker A-Sequenz der NBD1 (K464A) oder beider Nukleotidbindedomänen (K464A/K1250A) aufwiesen. Da die Öffnungsgeschwindigkeit der Mutante K464A kaum einen Unterschied zu der des Wildtyps aufzeigte, die Mutante K1250A jedoch das Öffnen stark verlangsamte, wurde gefolgert, dass keine Hydrolyse von ATP an der NBD1 für die Öffnung nötig ist. Während Wildtyp-Kanäle auf eine gleichzeitige Applikation von ATP und AMP-PNP, einem nichthydrolysierbaren ATP-Analogon, mit einem verlängerten Offenhalten der Kanäle („locked open“–Effekt) reagierten, das sich in einem langsamen Schließen der Kanäle äußerte, konnte bei K464A-Mutanten dieser Effekt nicht beobachtet werden. Außerdem erfolgte das Schließen der Doppelmutante K464A/K1250A im Vergleich zur Einzelmutante K1250A nach MgATP-Entzug schneller. Daraus wurde geschlossen, dass die NBD1 auf das durch die NBD2 vermittelte Offenhalten des Kanals, möglicherweise durch eine direkte Interaktion, regulierend einwirkt, bevor letztere den Kanal wieder schließt. Da auch ein Öffnen und Schließen des CFTR-Kanals unter Mg2+-freien Bedingungen zu beobachten war, unter denen keine ATP-Hydrolyse erfolgen kann, konnte die Notwendigkeit einer ATP-Hydrolyse bezüglich des Kanalgatings ausgeschlossen werden. Ein Einwirken der NBD1 auf das Offenhalten der Kanäle durch die NBD2 war unter nicht-hydrolytischen Bedingungen anhand des Vergleichs der Schließkinetiken von WT und Mutante K464A nicht feststellbar, so dass eine direkte Interaktion beider Nukleotidbindedomänen wahrscheinlich ausgeschlossen werden kann.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Effekt des Phospholipids Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) auf CFTR-Kanäle untersucht. Die Applikation von PIP2 und MgATP zu unphosphorylierten CFTR-Kanälen zeigte einen deutlichen Stromanstieg, der einem Chloridstrom entsprach. Einzelkanaluntersuchungen ergaben, dass durch PKA induzierte Kanäle und Einzelkanäle, die durch PIP2 aktiviert wurden, dieselbe Leitfähigkeit von ~5 pS besaßen. Somit konnte eine PIP2-induzierte Aktivität endogener Chloridkanäle ausgeschlossen und ein Einfluss des Phospholipids auf CFTR-Chloridkanäle bewiesen werden, der zudem ATP-abhängig war.
Neben PIP2, welches den stärksten Effekt auf die CFTR-Aktivität zeigte, konnten auch Phosphatidylinositol (PI) und Phosphatidylinositol-4-monophosphat (PIP), sowie Arachidonsäure unphosphorylierte CFTR-Kanäle aktivieren. Damit wurde gezeigt, dass der Effekt des Signalanstiegs durch Phosphatidylinositole abhängig von der Struktur des Moleküls war, also von der Anzahl der Phosphatgruppen am Inositolring und der Fettsäurezusammensetzung des Phospholipids.
Experimente, die unter Mg 2+-freien Bedingungen durchgeführt wurden, so dass eine Phosphorylierungsreaktion durch Kinasen ausgeschlossen werden konnte, zeigten dennoch eine PIP2-vermittelte Aktivierung von unphosphorylierten CFTR-Kanälen. Auch eine Substitution des nicht-hydrolysierbaren ATP-Analogons AMP-PNP anstelle von ATP erlaubte die Öffnung unphosphorylierter CFTR-Kanäle. Mit diesen beiden Ergebnissen wurde gezeigt, dass eine PIP2-vermittelte Aktivierung von unphosphorylierten CFTR-Kanälen unabhängig von einer Proteinphosphorylierung ist.
Physiologisch betrachtet könnte man sich vorstellen, dass über die Aktivierung von Lipidkinasen die Synthese von PIP2 über PI und PIP stimuliert wird, so dass das Phospholipid, wie für viele Ionenkanäle und Transporter gezeigt, eine direkte Interaktion mit dem Protein eingeht. Eine ATP-abhängige Synthese von PIP2 in Makropatches an Xenopus-Oozyten durch endogene Lipidkinasen könnte eine mögliche Erklärung für den gezeigten ATP-abhängigen Anstieg des CFTR-Signals sein.
In dieser Arbeit wurde bei CFTR-Kanälen zum ersten Mal ein alternativer Regulationsmechanismus über Phosphatidylinositolphosphate identifiziert, der Proteinkinaseunabhängig ist und der möglicherweise über eine direkte Interaktion zwischen dem Phospholipid und dem Protein vermittelt wird.
Untersuchungen zur Rolle von 14-3-3-Proteinen beim Wachstum von Neuriten in neuronalen Kulturen
(2004)
In dieser Arbeit konnte per Western-Blot-Analyse gezeigt werden, dass 14-3-3-Proteine ein primär überlappendes Expressionsmuster in den Organen der Ratte Herz, Leber, Niere, Pankreas, Lunge, Milz, Groß- und Kleinhirn, zeigen. 14-3-3 zeta wird in Großhirnhomogenaten wesentlich stärker exprimiert als in allen anderen Organen, auch dem Kleinhirn, was für eine wichtige Rolle bei höheren neurologischen Funktionen sprechen könnte. Daher wurde auf eine isoformspezifische Funktion von 14-3-3 zeta in Nervenzellen spekuliert. Es wurden Deletionsmutanten von 14-3-3 zeta per PCR hergestellt und in den Expressionsvektor pcDNA3.1 kloniert. HEK-Zellen wurden mit diesem Plasmid und pEGFP-C-Aktin, einem Vektor, der die Gene für F-Aktin und grünes Fluoreszenzprotein aneinander gekoppelt enthält, kotransfiziert. Die Konstrukte 14-3-3 zeta-C-Terminus und -Helix 5/6 sollten in den Zellen so reichlich exprimiert werden, dass sie dominant-negativ wirken, indem sie die Funktion des endognen, intakten Proteins unterdrücken. Der generelle Transfektionserfolg zeigte sich durch eine kräftige grüne Anfärbung des neu synthetisierten Aktins in einem Großteil der Zellen. Die Zellen waren sämtlich, egal mit welchem 14-3-3-Konstrukt sie transfiziert waren, zu einer bedarfsgerechten Umlagerung ihres Aktins in wachsenden und sich teilenden Zellen in der Lage und zeigten einen normalen Aktinkortex. Auch morphologische Auffälligkeiten ergaben sich nicht. Die Methode der Aktinfärbung mittels pEGFP-C-Aktin-Transfektion konnte etabliert und mit der Darstellung des Aktins durch fluoreszenzmarkiertes Phalloidin verglichen werden. Ferner konnten durch die Proteinbestimmung in sich differenzierenden PC12-Zellen die unterschiedlichen Expressionsmuster der einzelnen 14-3-3 Isoformen während der Neurogenese und die frühe und drastische Induktion von 14-3-3 epsilon zum Zeitpunkt der Neuritenanlage gezeigt werden. Schließlich wurde die subzelluläre Kompartimentierung der verschiedenen 14-3-3-Isoformen durch Doppelimmunfluoreszenzfärbung gezeigt. Sie haben untereinander sehr ähnliche Expressionsmuster und halten sich überwiegen im Zytoplasma und der perinukleären Region auf. Den Nukleus sparen 14-3-3-Proteine in diesen Zellen im wesentlichen aus und gelangen auch nicht direkt an die Plasmamembran. Die Vesikelpopulation, die mit dem Vesikelmarker Synaptophysin angefärbt wurde, befindet sich in denselben Zellkompartimenten wie 14-3-3, innerhalb derer die beiden Proteine aber räumlich voneinander getrennt bleiben und nicht kolokalisieren.