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Das klarzellige Nierenzellkarzinom (RCC) ist bei eier Inzidenz von 9 / 100 000 vor allem gekennzeichnet durch seine hohe Mortalität. Die Ursache dafür ist multifaktoriell, eine späte Diagnose, lokal fortgeschrittenes Wachstum, Fernmetastasierung und das Fehlen einer suffizienten Chemo-, bzw. Immunotherapie spielen eine entscheidende Rolle. Der Mangel an therapeutischen Optionen erfordert weitergehende Forschungsmaßnahmen zur Aufklärung der Tumormetastasierungsstrategien und zur Entwicklung antitumoraler Therapien. Migration und Extravasation werden als essentielle Parameter des Metastasierungsprozesses beschrieben. In einem modellhaft geschaffenen Metastasierungsszenario wurde das dynamische Verhalten von Integrinrezeptoren bei der Adhäsion von Tumorzellen am Gefäßendothel oder der Matrix beobachtet. Zu diesem Zweck wurden mehrere Nierentumorzelllinien, teilweise auch unter Blockade- oder Stimulationsbedingungen, diesem Interaktionsprozess ausgesetzt. Die Zellen wurden in biologischen Assays, fluorometrisch, mittels konfokaler Laserscanmikroskopie und mikrobiologisch auf der RNA-, der Protein- und der zellulären Ebene bezüglich Veränderungen von Protoonkogenen, Tumorsuppressoren und Adhäsionsmolekülen untersucht. Der Nachweis auf RNA-Ebene erfolgte mittels PCR, auf der Protein-Ebene mit Hilfe von Western-Hybridisierung und Durchflusszytometrie. Ferner wurden im Rahmen dieser Arbeit funktionelle Adhäsionsstudien und Verdrängungsassays auf Endothelzellen und Matrixproteinen durchgeführt, um mögliche Unterschiede der Malignität in Bezug auf das Migrationsverhalten der Nierentumorzellen aufzuzeigen. Dabei konnte erstmalig eine transiente Integrinrezeptorreduktion auf Nierentumorzellen nach Kontakt zum Endothel mit einer sich anschließenden Re-Expression nachgewiesen werden. Für einen umschriebenen Zeitraum wird die Zell-Zell- und Zell-Matrix-Adhäsion der Tumorzellen reduziert. Dieser Adhäsionsverlust ist verbunden mit einem schnellen und reversiblen Verlust der Integrin-Subtypen α2β1, α3β1 und α5β1. Begleitend wurde eine reduzierte Expression intrazellulärer Signalkaskadenproteine wie PKCδ, PKCε, PKCγ, MEK1, ERK1, p38, p38 phosph., JNKphosph., JNK und RACK1 beobachtet. Zusammen scheinen diese Prozesse in eine dynamische Tumorzell-Migrationsstrategie involviert zu sein. Mutmaßlich spielen die dynamischen und reversiblen Veränderungen des Integrin Rezeptorprofils eine wichtige Rolle im Bereich der Tumorzellinvasion, indem die Zellen von einem adhäsiven Zustand weg, hin zu einem motilen und invasiven Status transformiert werden. Eine einzelne Zelle kann sich so im Sinne einer Metastase aus dem initialen Tumoraggregat loslösen, ein gleiches Phänomen für die Migration der Tumorzellen aus dem Gefäßsystem in das Zielgewebe wird vermutet. Allerdings muss besonders herausgestellt werden, dass die Dynamik der transendothelialen Invasion auch integrin-unabhängige Phasen beinhaltet, die ganz offensichtlich für eine zielgerichtete Motilität verantwortlich ist. Während dieser Interaktion von Tumorzellen mit Zellen des Gefäßsystems konnten außerdem morphologische Veränderungen der Tumorzellen im Sinne eines Entdifferenzierungsprozesses beobachtet werden. Der Auslöser dieses Effektes ist durch weitere Forschungsaktivitäten zu klären. Aufgrund der multifunktionalen Wirkungsweise der Integrinrezeptoren erscheint als therapeutisches Ziel die Wiederherstellung der ursprünglichen, physiologischen Integrinbalance anzustreben. Weniger die Expressionsdichte eines einzelnen Integrintyps, als vielmehr die Balance, respektive Dysbalance mehrerer Integrin-Untereinheiten reguliert Zell-Zell und Zell-Matrix Interaktionen und trägt dadurch zur Prävention der Disseminierung des lokal fortgeschrittenen bzw. metastastasierten Nierenzellkarzinomes bei.
Humanes Perikard kann in vielen chirurgischen Bereichen zu Transplantationszwecken genutzt werden, da keine Abstoßungsreaktion beim Empfänger erfolgt und das Gewebe durch funktionelles, körpereigenes Gewebe ersetzt wird. Die Entnahme humanen Gewebes wird durch das „Gesetz über die Spende, Entnahme und Übertragung von Organen und Geweben (Transplantationsgesetz – TPG)“ und Richtlinien der European Association of Tissue Banks (EATB) geregelt. Von der EATB wurde ein Intervall von 24h nach dem Tod zur Entnahme menschlicher Gewebe festgelegt. Dieses Intervall verkürzt sich auf 12 Stunden, falls die Leiche nicht innerhalb von 4 bis 6 Stunden postmortal gekühlt wird. In der vorliegenden Arbeit wurden humane Perikardproben mit einer Zugfestigkeitsprüfmaschine bis zum Zerreißen gedehnt. Gemessen wurden die Maximalkraft beim Reißen der Probe und die prozentuale Dehnung bei einer Krafteinwirkung von 10 N. Die Ergebnisse zeigen keinen signifikanten Einfluss der Leichenliegezeit auf die biomechanischen Eigenschaften des Perikards. Die Probendicke, das Lebensalter und das Geschlecht zeigten signifikante Einflüsse auf die Reißfestigkeit des Perikards. Die höchste Reißfestigkeit konnte bei dicken Proben, bei einem jungen Alter der Verstorbenen und dem männlichen Geschlecht gemessen werden. Unter mechanischen Aspekten gibt es keine Bedenken das Intervall von 24 Stunden zu verlängern. Eine Verlängerung der Entnahmefrist würde die Anzahl potentieller Spender erhöhen und somit das Angebot humaner Gewebetransplantate steigern. Weiter wurde der Anteil vitaler Zellen in den Perikardproben mit dem Cytotoxicity detection Kit der Fa. Roche bestimmt. Hierbei wird das Gewebe in Phosphatpuffer aufgenommen und die Aktivität der Laktatdehydrogenase (LDH) im Überstand ermittelt. Durch die Bestimmung der LDH- Aktivität vor und nach Zugabe eines Zellmembranlysierenden Detergens konnte auf den Anteil vitaler Zellen einer Probe indirekt geschlossen werden. Es zeigte sich eine gute Korrelation der Leichenliegezeit mit der Anzahl vitaler Zellen im Perikard. Diese Methode könnte man zur Bestimmung der Leichenliegezeit nützen. Man hätte damit in der Rechtsmedizin ein einfaches Instrument zur Bestimmung mittlerer und längerer Leichenliegezeiten. In weiteren Untersuchungen müsste die Methode validiert und eventuell auch auf andere Gewebe ausgedehnt werden.
Background and objectives: Constrictive pericarditis (CP) is the result of a spectrum of primary cardiac and non-cardiac conditions. Little data exists on the cause-specific survival after pericardiectomy in the modern era. The impact of pericardial calcification (CA) on survival is unclear. We sought to determine the association of etiology of CP, CA and other clinical variables with long-term survival after pericardiectomy. Methods: We analyzed the records of 163 patients who underwent pericardiectomy for CP over a 24-year period at a single center. The diagnosis of CP was established by surgical report. Vital status was obtained by the Social Security Death Index. The Kaplan Meier method was used to estimate overall survival and survival by etiology group. Cox proportional hazards regression analysis was performed to assess the effect of various causes for CP on longterm survival while adjusting for age. Results: The etiology of CP was idiopathic in 75 patients (46%), prior cardiac surgery in 60 (37%), radiation treatment in 15 (9%) and miscellaneous in 13 patients (8%). Vital status was obtained in 160 patients (98%). Median follow-up was 6.9 years (range: 0.8 to 24.5 years). Perioperative mortality for all patients was 6%. Idiopathic CP had the best prognosis (7 year survival: 88%, 95% confidence interval [CI] 76% to 94%) followed by postsurgical (66%, 95% CI 52% to 78%) and postradiation CP (27%, 95% CI 9% to 58%). In bootstrap-validated proportional hazards analyses, predictors of poor survival were prior radiation, worse renal function, higher pulmonary artery pressure (PAP), abnormal left ventricular (LV) systolic function, lower serum sodium level, and older age. Pericardial calcification had no impact on survival. Conclusion: Long-term survival after pericardiectomy for CP is determined by the underlying etiology of constriction, LV systolic function, renal function, serum sodium, and PAP. Patients with postsurgical as well as postradiation CP have a survival inferior to patients with idiopathic CP. Perioperative Mortality is low. The relatively good survival after pericardiectomy in patients with idiopathic CP emphasizes the safety of pericardiectomy in this group.
The dissertation, ”Coping with emergent hearing loss”, is written in English and is based on the diversity of problems connected to hearing loss and the adaptation of hearing aids. The research was carried out in Denmark and involves adults with an emergent hearing loss, who have decided to become hearing aid users. The data is analyzed through methods of cultural anthropology with focus on the following topics: How do the new users cope with the status passage towards being hearing aid users, how do they integrate the hearing aids into their lives, and what are the involved learning processes. What are the consequences of the provision by the state of free hearing aids, their free adaptation as well as free batteries, and does the state take part in the construction of the social group of new hearing aid users? The method is based on qualitative field work. Two public hospitals were helpful in identifying 24 new users, who acquired a free hearing aid through the hearing health care system. Through ENTs and private dispensers 17 further respondents joined the study – these acquired their hearing aids with a considerable state subsidy but mostly they themselves contributed financially as well. The 41 respondents between the ages of 42 to 92 years of age came from a wide range of professions and were followed throughout 2003 und 2004. After an in-depth qualitative interview, the contact to the respondents was maintained in order to follow the process of integration into their lives. When possible, the respondents were accompanied to their appointments in the private or public clinics. Moreover, interviews with experts from the public hearing health care system, politicians and user organisations were carried out, and the general public debate on the hard of hearing and hearing loss was followed and recorded. The second chapter gives an overview of the position of audiology in Denmark, of epidemiological information on hearing loss in the Danish society and statistics to the use of hearing aids. Moreover, basic information is given about the functioning of the human ear, the auditive perception and diagnosis and classification of hearing loss as well as a short introduction to the hearing aid technology. The structure of the further thesis divides the material into three pillars that make the discussion of the interaction processes possible. (1) The user’s interaction with the lifeworld concerns the meaning of hearing in relation to social participation. For some of the users, a good sense of hearing was essential to communicate freely and uphold their position in relation to others, whereas other respondents paid less attention to the information they acquired through their sense of hearing. A number of the respondents were selective and only used their hearing aids in specific situations, whereas another group discontinued the use of their hearing aids for various reasons. Status passages that hold specific challenges like a new work place or a new marriage motivate the continued everyday use. On the whole, the thesis illustrates that hearing loss is a socially dividing factor that complicates the interaction with others. In comparison to other bodily impairments or diseases, the hearing loss is rarely used as occasion to unite with fellow sufferers, join patient organisations or form self help groups. (2) The users’ interaction with the institutions The medical anthropologist Arthur Kleinman conceptualises health care as a moral process in which essential issues are at stake for the users. Different factors interact in the process: the training of the experts, allocation of funds, the quality of the technology, the dispensing procedures and the motivation and individual characteristics of the new users. The integration of the hearing aid into the lifeworld can be compared to a learning process, for which reason the learning theory of the anthropologist Gregory Bateson is outlined. Susanne Bisgaard’s own theory lists the meaning creating elements that serve as motivation for the users to counteract contingency (occurrences that influence the adaptation negatively). In the interaction between individual and society, the individual can apply strategies in order to eliminate stumbling blocks. (3) The users’ interaction with the technology A number of theorists from Anthropology as well as Science and Technology Studies are discussed in order to question their validity with regard to human action autonomy vs. technological determination and test the theoretical models with regard to their usability for the thesis. Hearing aids have a supporting function in everyday life and have the capability of moderating the user’s perception of sound. The alienating experience of hearing one’s own voice amplified, of wearing a foreign body in the ear and the different strategies that emerge from the more or less successful handling of the technology is reported by way of case stories and quotes from the interviews.
Das Volumen von tierischen Zellen ist durch äußere und innere Einflüsse Veränderungen unterworfen. Um die zelluläre Homöostase zu gewährleisten und bedrohliche Volumenänderungen zu verhindern, verfügen die meisten Zellen daher über regulatorische Mechanismen zur Verringerung (regulatory volume decrease, RVD) oder Erhöhung (regulatory volume increase, RVI) des Zellvolumens. Darüber hinaus finden diese Mechanismen auch im Rahmen physiologischer Prozesse, wie z. B. der Zellbewegung oder der Proliferation Verwendung. Der RVD erfordert einen Sensor-Mechanismus, der die Veränderung des Zellvolumens registriert. Die nachfolgende Signaltransduktion führt zur Aktivierung von Transportmechanismen, die v. a. dem Export von K+- und Cl--Ionen, aber auch organischen Osmolyten, dienen und zum Ausstrom von Wasser aus der Zelle führen, bis das Sollvolumen erreicht ist. Bisher ist noch nicht sicher, welcher Mechanismus den RVD einleitet; in verschiedenen Geweben wurden Hinweise auf mehrere mögliche Kandidaten gefunden. In dieser Arbeit wurde der RVD von HaCaT-Zellen, einer humanen Keratinozyten-Zelllinie hinsichtlich der Beteiligung des Aktin-Zytoskeletts mit mikroskopischen, pharmakologischen und molekularbiologischen Methoden untersucht. HaCaT-Zellen schwellen in hypotonem Medium schnell an (30 s) und führen einen RVD durch, der nach ca. 5 min das Ausgangsvolumen wieder herstellt. Der RVD von HaCaT-Zellen ist vom Einstrom extrazellulärer Ca2+-Ionen abhängig. Dieser Einstrom erfolgt durch einen Kanal, der durch die Inhibitoren von stretch activated channels (SAC) Gd3+ und GsMTx-4, sowie den spezifischen Inhibitor des transient receptor potential vaniloid 4 (TRPV4), Rutheniumrot, gehemmt werden kann. TRPV4 wird in HaCaT-Zellen exprimiert. Der RVD und der damit verbundene Einstrom von Ca2+-Ionen, nicht aber das Anschwellen der Zellen werden durch den Abbau des Aktin-Zytoskeletts durch 2 μM Cytochalasin D (CD) gehemmt. Die Hemmung durch CD ist reversibel; nach dem Entfernen von CD bildet sich innerhalb von 30 min erneut ein Netzwerk von Aktinfilamenten aus. Ein zwei-stufiges Absenken der Osmolarität (jeweils ca. 20%), zunächst in Anwesenheit von CD führt zu einer Volumenzunahme, löst aber keinen RVD aus. Auch nach dem Entzug von CD bleibt das Volumen konstant erhöht. Erst das zweite Absenken löst eine Volumenregulation aus, allerdings nur bis zu dem Volumen, das nach dem Entfernen von CD etabliert war. Die mikroskopische Struktur des Aktin-Zytoskeletts von HaCaT-Zellen ändert sich während des RVD kaum. Durch die Messung der Fluoreszenz von gebundenem Rhodamin-Phalloidin konnte ein vorübergehender Anstieg der Menge von Aktinfilamenten (F-Aktin) während des RVD gezeigt werden. Ein quantitativer biochemischer Ansatz zeigt, dass die relative Menge des Triton- X-100-löslichen Anteils des Aktin-Zytoskeletts im gleichen Zeitraum zunimmt. Der RVD von HaCaT-Zellen hängt ebenfalls von der Geschwindigkeit der Osmolaritätsänderung ab; die langsame Verringerung der Osmolarität (≤ 5 mosM/min) führte zum Anschwellen, nicht aber zum RVD. Auf Basis der erzielten Ergebnisse wird ein Modell für den RVD von HaCaTZellen vorgeschlagen, bei dem der Anstieg des Zellvolumens zu einer Zunahme der mechanischen Spannung im kortikalen Zytoskelett führt. Dadurch wird – indirekt, etwa durch Phospholipase A2, oder direkt - TRPV4 aktiviert. Dies führt zu einem Einstrom von extrazellulären Ca2+-Ionen und über Ca2+-abhängige Aktin-bindende Proteine (z. B. Gelsolin) zu einer Reorganisation des Aktin-Zytoskeletts (Gel-Sol-Übergang) und verbunden damit zu einer Abnahme der mechanischen Spannung. Ca2+-Ionen und kurze Aktinfilamente aktivieren Transportmechanismen, die zum Ausstrom von K+- und Cl-- Ionen und einer Abnahme des Zellvolumens führen.
Das Neuroblastom ist der häufigste extrakranielle solide Tumor des Kindesalters. Bei der Diagnosestellung befinden sich die meisten Patienten bereits in fortgeschrittenen Tumorstadien mit Langzeitüberlebensraten unter 40%, trotz intensiver multimodaler Therapie. Darüber hinaus ist die erforderliche aggressive Therapie mit gravierenden akuten Nebenwirkungen und Spätschäden verbunden. Die Entwicklung effektiverer und weniger toxischer Therapieansätze ist daher dringend notwendig. Der epidermal growth factor receptor ist ein möglicher Angriffspunkt selektiver Tumortherapie. Bei einer Vielzahl von Tumoren wurde eine verstärkte EGF-Rezeptorexpression beobachtet, die mit schlechtem Therapieansprechen, Resistenz gegen zytotoxische Substanzen, rascher Krankheitsprogression und verkürztem Gesamtüberleben korreliert. Auch bei mehreren Neuroblastomzelllinien ist die Expression von EGF-Rezeptoren beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression und Funktionalität von EGF-Rezeptoren in den parentalen chemosensiblen Neuroblastomzelllinien IMR 32, NLF, SH-SY5Y und UKF-NB-3, sowie einigen chemoresistenten Sublinien untersucht. Dabei zeigte sich in allen Zellinien eine deutliche EGF-Rezeptorexpression. Die EGF-Rezeptorexpression der cisplatinresistenten Neuroblastomzelllinien IMR 32r CDDP1000, NLFr CDDP1000, SH-SY5Yr CDDP500 und UKF-NB-3r CDDP1000 war signifikant höher als die der parentalen Zelllinien. Durch Inkubation der chemosensiblen Zelllinien mit geringen Konzentrationen Cisplatin ließ sich eine reversible Erhöhung der EGF-Rezeptorexpression induzieren, während die cisplatinresistenten Zellen unabhängig von der weiteren Zugabe des Zytostatikums eine erhöhte EGF-Rezeptorexpression zeigten. Die Adaptation an Cisplatin führt also zu stabilen Veränderungen in der Zelle, die eine verstärkte Expression von EGF-Rezeptoren zur Folge haben. Darüber hinaus wurde die Wirkung verschiedener, am EGF-Rezeptor angreifender Substanzen auf die Zellviabilität untersucht. Hierbei zeigten der EGF-Rezeptor-spezifische monoklonale Antikörper Cetuximab und die Tyrosinkinaseinhibitoren AG99 (Tyrphostin A46) und AG555 (Tyrphostin B46) in den meisten Zelllinien keine signifikante Reduktion des Zellwachstums. Das EGF-Rezeptor-spezifische Immuntoxin ScFv-14E1-ETA und das Wachstumsfaktortoxin TGF-α-ETA hingegen hatten deutlich wachstumshemmende Effekte auf alle untersuchten Neuroblastomzellen, unahbängig von der Funktionalität der Rezeptoren. Die Kombinationsbehandlung mit Cisplatin und jeweils einem der beiden rekombinanten Toxine erwies sich dabei sowohl bei den parentalen, als auch bei den cisplatinresistenten Neuroblastomzelllinien als deutlich überlegen gegenüber der Monotherapie. Diese Daten machen deutlichen, dass der EGF-Rezeptor einen vielversprechenden Angriffspunkt in der gezielten Therapie von Neuroblastompatienten darstellt. Insbesondere in Kombination mit bisher gängigen Therapieschemata ließen sich der Erfolg und die Verträglichkeit der Behandlung möglicherweise deutlich verbessern. Die Toxizität der unterschiedlichen EGF-Rezeptor-spezifischen Substanzen und damit den tatsächlichen Stellenwert dieses Therapieansatzes wird man jedoch zunächst in in vivo Versuchen noch weiter untersuchen müssen.
Ein früherer Vorschlag zum Reaktionsmechanismus der DFPase, der eine Wasseraktivierung durch den Rest H287 postulierte, mußte nach neuen experimentellen Daten verworfen werden. Daher lag zu Beginn der hier vorliegenden Arbeit kein Vorschlag für den Mechanismus der DFPase vor, der die experimentellen Daten erklären konnte. Für das längerfristige Ziel, die katalytischen Eigenschaften der DFPase gezielt verändern zu können, war es daher notwendig, zunächst den Mechanismus der Hydrolyse von Verbindungen wie DFP durch die DFPase näher zu untersuchen. Durch computergestützte Modellierung im aktiven Zentrum der DFPase (Docking) wurde die Bindung von DFP und anderen Substraten der DFPase genauer untersucht und mit vorhandenen experimentellen Daten verglichen. Diese Arbeiten führten auch zur theoretischen Untersuchung des Bindungsverhaltens von O,O-Dialkylphosphoroamidaten als potentiellen Inhibitoren der DFPase. Diese den Dialkylfluorophosphaten strukturell sehr ähnlichen Substanzen werden durch die DFPase nicht umgesetzt. Die Ergebnisse der Dockinguntersuchung führten schließlich zu der Synthese von drei Phosphoroamidaten unter der Untersuchung ihres Verhaltens als Inhibitoren der DFPase. DIe Charakterisierung erfolgte dabei über enzymkinetische Methoden sowie NMR-Experimente. Mit dem stärksten Inhibitor O,O-Dicyclopentylphosphoroamidat gelang die Kristallisation eines Komlexes mit der DFPase, der mit der Methode der Röntgenbeugung strukturell bestimmt werden konnte. Dieser Komplex belegt die Bindung der Phosphorylgruppe von Substraten an das katalytisch wirksame Calciumion im aktiven Zentrum der DFPase und zeigt die vorherrschenden Bindungskräfte zwischen Ligand und Protein auf. Eine Reihe von Mutanten der DFPase, bei denen gezielt die koordinierenden Aminosäuren des katalytischen Calciumions verändert wurden, ergänzte die bereits in früheren Arbeiten erzeugten Mutanten. Die katalyischen Eigenschaften dieser Mutanten und ihre Fähigkeit zur Metallbindung gestatten es, diese Metallbindungsstelle genauer zu beschreiben und lassen zusammen mit den Dockingexperimenten und der Struktur des Inhibitor-Enzymkomplexes vermuten, dass der calciumkoordinierende Aminosäurerest D229 als aktives Nukleophil im Reaktionsmechanismus der DFPase fungiert. Diese Vermutung ließ sich mit experimentellen Daten untermauern. Durch 18O-Isotopenmarkierung konnte gezeigt werden, dass ein Sauerstoffatom von D229 auf das entstehende Produkt übertragen wird. Hierdurch konnte die Existenz eines Phosphoenzymintermediats nachgewiesen werden. Des weiteren gelang es, Kristalle der DFPase zu züchten, die für Neutronenbeugungsexperimente geeignet waren. Im Rahmen dieser Experimente gelang die Aufnahme eines vollständigen Datensatzes und die Lösung der Neutronenbeugungsstruktur der DFPase in einer Auflösung von 2,2 Å. Diese Neutronenstruktur, in der Wasserstoffatome im Unterschied zu Röntgenstrukturen gut sichtbar sind, zeigt eindeutig, dass der Rest D229 wie erforderlich deprotoniert und dass das in der Bindungstasche an das Calciumion koordinierende Wassermolekül nicht als Hydroxid vorliegt. Damit ließ sich die direkte Aktivierung von Wasser durch das Metallion ausschließen. Neben wichtigen Informationen über die Bindungstasche der DFPase lieferte die Neutronenstruktur auch detaillierte Einblicke in das Wasserstoffbrückennetzwerk im zentralen, wassergefüllten Tunnel des Proteins. Über die Bestimmung des Wasserstoff/Deuteriumaustausches von Proteinrückgradamiden konnten weitere Aussagen über die Solvenszugänglichkeit von verschiedenen Proteinbereichen gemacht werden. Für die DFPase konnten strukturell und funktionell ähnliche Proteine identifiziert werden. Neben der Paraoxonase 1 waren dies das Calciumbindeprotein Regucalcin aus Agrobacterium thumefaciens sowie das Drug Resistance Protein 35 aus Staphylococcus aureus. Es konnte gezeigt werden, dass diese Proteine eine der katalytischen Calciumbindestelle der DFPase vergleichbare Metallbindestelle aufweisen und verschiedene Enzymaktivitäten dieser Proteine durch einen Mechanismus mit einem zu D229 analogen Nukleophil erklärt werden können. Ein direkter Vergleich zwischen der DFPase und der humanen Paraoxonase gelang durch Untersuchungen mit fluorogenen Organophosphaten als Substrate. Hierbei konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die DFPase in der Lage ist, Substrate mit einer P-O Bindung hydrolytisch zu spalten. Die unterschiedlich gute Umsetzung der verschiedenen Substrate durch die beiden Enzyme konnte auf der Grundlage der Proteinstrukturen erklärt werden, wobei für die Paraoxonase postuliert wurde, dass der calciumbindende Aminosäurerest D269 als zu D229 analoges Nukleophil wirkt. Abschließend gelang es, zusätzlich eine Zusammensetzung für eine Enzympräparation zu finden, die eine Gefriertrocknung der DFPase mit nur geringem Verlust an enzymatischer Aktivität erlaubt. Ein solches lagerstabiles Enzympulver ist ein notwendiger Schritt hin zu einer praktischen Anwendung der DFPase für die technische Dekontamination von hochtoxischen Nervenkampfstoffen.
Eine in vivo Modifizierung von Blutstammzellen wäre für eine Reihe gentherapeutischer Therapieansätze vorteilhaft. Dies würde voraussetzen, dass retrovirale Vektoren gezielt auf Blutstammzellen ausgerichtet werden können. Für dieses sogenannte Zelltargeting bietet sich das vom Milznekrose-Virus von Vögeln (SNV) abgeleitete Vektorsystem an, bei dem die Rezeptorbindungsdomäne des Env-Proteins modifiziert werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte ein SNV-basierter retroviraler Zelltargeting-Vektor entwickelt werden, der einen selektiven Gentransfer in die primären humanen CD34-positiven hämatopoetischen Zellen ermöglicht. Zur weitergehenden Charakterisierung des SNV-Vektorsystems sollte geklärt werden, ob das Env-Protein des SNV ein mit anderen gamma-retroviralen Env-Proteinen vergleichbares R-Peptid aufweist, dessen mögliche Rolle bei viralem Zelleintritt ebenfalls untersucht werden sollte. Um eine Zielzell-Spezifität des SNV-Vektors zu erreichen, wurde die gesamte SU-Domäne des SNV-Env-Proteins mit einem einkettigen Antikörperfragment (scFv) ersetzt, das gegen das CD34 Molekül gerichtet ist,. Mit diesem modifizierten Env gelang es, [(antiCD34-TM)SNV]-Vektorpartikel herzustellen, die spezifisch CD34-positive Zellen transduzierten. Essentiell für die Erzeugung solcher Vektoren war die Etablierung einer stabilen Verpackungszelllinie, die Vektorpartikel mit einem Titer von 2x105 i.E./ml produzierte. In Transduktionsexperimenten mit verschiedenen Zelllinien wurde gezeigt, dass [(antiCD34-TM)SNV]-Vektoren eine deutliche Präferenz für CD34+-Zellen und nicht für CD34--Zellen besitzen, wobei der Unterschied in der Transduktionseffizienz zwischen CD34-positiven und –negativen Zellen um den Faktor 100 lag. [(antiCD34-TM)SNV]-Vektoren waren in der Lage, den Reportergentransfer auch in primäre humane Stammzellen zu bewirken. Hierzu wurde ein Transduktionsprotokoll so optimiert, dass die aus dem Nabelschnurblut isolierten CD34+-Zellen transduziert werden konnten. Der für diese Zielzellen bestimmte Vektortiter betrug bis zu 2x106 i.E./ml. In einem Gemisch von primären CD34+- und CD34--Zellen konnte der Vektor zwischen dem Target- und Nontarget-Zellen unterscheiden. Somit wurde zum ersten Mal nicht nur Spezifität, sondern auch Selektivität des SNV-Vektorsystems demonstriert. Dieses Ergebnis ist für eine Weiterentwicklung des Vektors für die in vivo Anwendung in Rahmen einer Gentherapie eine wichtige Voraussetzungen. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Fusionsvorgang bei Virus-Eintritt näher untersucht. Anlass dafür war die experimentelle Beobachtung, dass das Env-Protein des SNV bei der Virusknospung von einer viralen Protease innerhalb der zytoplasmatischen Domäne proteolytisch gespalten wird. Ein Sequenz-Vergleich des SNV TM-Proteins mit dem MLV TM-Protein ergab Hinweise darauf, dass es sich um die Abspaltung des sogenannten R-Peptides analog zu MLV handeln könnte. Die Expression von SNV-Env- Mutanten mit einem entsprechend verkürzten C-Tail (Env delta R) führte zur Synzytien-Bildung. Die bildung hochfusogener Oberflächenhüllproteine durch die Abspaltung des R-Peptids konnte auch für andere gamma-Retroviren gezeigt werden. Die Synzytienbildung konnte quantitativ unter den Env delta R-Varianten verschiedener gamma-Retroviren in einem etablierten Fusionsassay verglichen werden. Das Env delta R des endogenen Retrovirus des Schweins (PERV) des Typs A erwies sich als potentestes Fusionsagens. Als Folge der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit wurde postuliert, dass die Abspaltung des R-Peptides ein allgemeiner Mechanismus bei der Partikelreifung der gamma-Retroviren ist und eine fusionsregulierende Rolle besitzt. Eine Weiterentwicklung fusionsaktiver Env-Varianten als mögliche therapeutische Gene für eine Tumor-Gentherapie ist somit diskutierbar.
Pulsed electron-electron double resonance (PELDOR) is a well established method concerning nanometer distance measurements involving two nitroxide spin-labels. In this thesis the applicability of this method to count the number of spins is tested. Furthermore, this work explored the limits, up to which PELDOR data obtained on copper(II)-nitroxide complexes can be quantitatively interpreted. Spin counting provides access to oligomerization studies – monitoring the assembly of homo- or hetero-oligomers from singly labeled compounds. The experimental calibration was performed using model systems, which contain one to four nitroxide radicals. The results show that monomers, dimers, trimers, and tetramers can be distinguished within an error of 5% in the number of spins. Moreover, a detailed analysis of the distance distributions in model complexes revealed that more than one distance can be extracted from complexes bearing several spins, as for example three different distances were resolved in a model tetramer – the other three possible distances being symmetry related. Furthermore, systems exhibiting mixtures of oligomeric states complicate the analysis of the data, because the average number of spin centers contributes nonlinearly to the signal and different relaxation behavior of the oligomers has to be treated explicitly. Experiments solving these problems are proposed in the thesis. Thus, for the first time spin counting has been experimentally calibrated using fully characterized test systems bearing up to four spins. Moreover, the behavior of mixtures was quantitatively interpreted. In addition, it has been shown that several spin-spin distances within a molecule can be extracted from a single dataset. In the second part of the thesis PELDOR experiments on a spin-labeled copper(II)-porphyrin have been quantitatively analyzed. Metal-nitroxide distance measurements are a valuable tool for the triangulation of paramagnetic metal ions. Therefore, X-band PELDOR experiments at different frequencies have been performed. The data exhibits only weak orientation selection, but a fast damping of the oscillation. The experimental data has been interpreted based upon quantitative simulations. The influence of orientation selection, conformational flexibility, spin-density distribution, exchange interaction J, as well as anisotropy and strains of the g-tensor has been examined. An estimate of the spin-density delocalization has been obtained by density functional theory calculations. The dipolar interaction tensor was calculated from the point-charge model, the extension of the point-dipole approximation to several spin bearing centers. Even assuming asymmetric spin distributions induced by an ensemble of asymmetrically distorted porphyrins the effect of delocalization on the PELDOR time trace is weak. The observed damping of dipolar oscillations has been only reproduced by simulations, if a small distribution in J was assumed. It has been shown that the experimental damping of dipolar modulations is not solely due to conformational heterogeneity. In conclusion the quantitative interpretation of PELDOR data is extended to copper-nitroxide- and multi-spin-systems. The influence of the mean distance, of the number of coupled spins, of the conformational flexibility, of spin-density distribution and of the electronic structure of the spin centers has been analyzed using model systems. The insights on model compounds mimicking spin-labeled biomacromolecules – in oligomeric or metal bound states – calibrate the method with respect to the information that can be deduced from the experimental data. The resulting in-depth understanding allows correlating experimental results (from for example biological systems) with models of structure and dynamics. It also opens new fields for PELDOR as for example triangulation of metal centers and oligomerization studies. In general, this thesis has demonstrated that modern pulsed electron paramagnetic resonance techniques in combination with quantitative data analysis can contribute to a detailed insight into molecular structure and dynamics.
Dicer and Drosha are the major enzymes involved in microRNA processing. Using siRNA targeting Dicer and Drosha, thereby downregulating a substantial number of microRNAs in EC, we demonstrate a crucial role of both enzymes in angiogenic processes. Interestingly, Dicer inhibition exerts more profound effects on processes like migration and viability of EC in comparison to Drosha inhibition. Moreover, Dicer effects in vivo angiogenesis, a process which is unaffected by Drosha. This discrepancy might be partially due to the involvement of Dicer in other cellular processes like heterochromatin formation and to the fact that Dicer and Drosha target mainly different subsets of microRNAs. In addition, we identified miR-92a as a novel endogenous repressor of the angiogenic program in EC, which impairs their angiogenic functions in vitro and in vivo. Consistent with these data, blocking miR-92a by systemic infusion of antagomirs enhances neovascularization and functional recovery after ischemia in vivo. At first sight, the anti-angiogenic function of miR-92a in EC appears to contradict the previously identified anti-apoptotic and pro-angiogenic activities of the miR-17~92 cluster in tumor cells. However, this apparent discrepancy might be well rationalized by a predominant function of miR-18a and miR-19a in tumor cells, which are responsible for the tumorigenic and non-cell autonomous pro-angiogenic functions of the miR-17~92 cluster. Instead, miR-92a expression is specifically upregulated in ischemic tissues and appears to cell-autonomously repress the angiogenic potential of EC. Among the various targets and verified regulated genes identified by microarray, we confirmed the downregulation of Integrin a5 in vitro and in vivo. The relevance of this miR-92a target is evidenced by severe vascular defects in the absence of Integrin a5. In addition, endothelial miR-92a interferes with the expression pattern of genes controlling key EC functions at various levels, some of which, e.g. eNOS, might be secondarily affected by directly targeted genes. Obviously, our data do not formally exclude effects of antagomir-92a on perivascular and other cell types, but surely include effects on EC. Regardless of this, the capacity of miR-92a to target various downstream effectors might be an advantage of miRNA-based therapeutic strategies and may overcome the limited therapeutic capacity of single growth factor or single gene therapies in ischemic diseases, since the highly organized process of vessel growth, maturation and functional maintenance is well known to require the fine-tuned regulation of a set of genes.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden modifizierte Nukleoside synthetisiert, um ihren Einfluss auf die Stabilität von RNA-Duplexen zu untersuchen. Bei den fluorierten Benzimidazol-Nukleosidanaloga handelt es sich um universelle Basen, die bei der Basenpaarung nicht zwischen den vier natürlichen Nukleosiden unterscheiden können. Die dabei auftretende Destabilisierung der RNA-Duplexe sollte durch die Änderung physikalisch-chemischer Eigenschaften vermindert werden. Durch die Synthese der fluorierten Indol-Nukleosidanaloga mit denselben Fluoratompositionen sollte nachgewiesen werden, welche Rolle ein ausfallendes Stickstoffatom im Fünfring-System spielt. Weitere Untersuchungen wurden so entwickelt, dass die zwei spC-F in 4,6DFBI wie auch in 4,6DFI mit Stickstoffatomen getauscht wurden. So wurde noch eine neue Serie Nukleosidanaloga synthetisiert (Abbildung 9.2). Schließlich wurde noch 1-Desoxy-D-ribofuranose AS als absischer Baustein synthetisiert. Die Synthese der Indol- und 9-Deazapurin-Nukleosidanaloga wurde über eine Glycsilierungsreaktion mit geeignet geschützter Deoxyribose durchgeführt. Dies wurde über vier Stufen, ohne Aufreinigung, aus Deoxyribose synthetisiert. Die entsprechenden Deoxy-nukleoside wurden danach in fünf Schritten zu Ribo-nukleosiden transformiert. Nach der Entschützung von Toluoyl-Gruppen wurden die 5´- und 3´-OH Gruppen sukzessiv geschützt. Nach simultaner 5´-OH Entschützung und 3´-OMs Eliminierung, wurden die gewünschten Ribonukleoside durch katalytische Dihydroxilierung erhalten. Die Darstellung der Verbindung 7NP erfolgte über die Silyl-Hilbert-Johnson-Reaktion. Der abasische Baustein AS wurde ausgehend von 2,3,5-Tri-O-benzyl-ribofuranose durch Dehydroxylierung und anschließende Entschützung erreicht. Von allen Nukleosiden gelang es Kristalle aus Wasser oder Methanol zu erhalten und röntgenkristallographisch zu untersuchen. Die Kristallpackungen zeigten eine sehr interessante Anordnung der Moleküle. Alle Fluorindol-Nukleoside mit Ausnahme von 7-N-Purin-Nukleosid 7NP zeigten nicht die für aromatische Systeme normale Fischgräten-Struktur, sondern eine Anordnung, in der die Moleküle gegenüberliegen. Die Kristallpackung besteht abwechselnd aus hydrophilen und lipophilen Schichten. Die hydrophilen Schichten bestehen aus den Zuckeruntereinheiten und die lipophilen aus den Fluoraromaten. Die Zucker sind durch Wasserstoffbrücken miteinander verbunden. Für die Orientierung der Moleküle zueinander sind aber die Fluoratome verantwortlich. In der Kristallpackung von 7-Fluorindol-Nukleosid 7FI kann ein Fluor-Wasserstoff-Abstand von nur 230 pm detektiert werden. Dies ist deutlich kürzer als die Summe der van-der-Waals Radien von Fluor und Wasserstoff von 2,55 Å. Der Abstand wird zwischen dem Fluor des einen Nukleosids und einem Wasserstoff eines gegenüberliegenden Nukleosids gemessen. Der Abstand von 2,30 Å ist einer der kürzesten jemals in Kristallen gemessenen F-H Abstände des Typs Csp²-F...H-Csp². Bedingt durch diesen kurzen Abstand kann von einer F...H Wasserstoffbrücke gesprochen werden. Auf der anderen Seite in der Kristallstruktur von 4-Fluorindol-Nukleosid 4FI konnte ein F-H Abstand von 2,69 Å nachgewiesen werden, welcher deutlich länger als die Summe der van-der-Waals Radien von Fluor und Wasserstoff ist. Die Nukleoside wurden auf ihre Lipophilie hin untersucht. Zu diesem Zweck wurden Octanol-Wasser Verteilungskoeffizienten der Nukleoside gemessen. Die fluorierten Nukleoside zeigten im Gegensatz zu den nichtfluorierten Nukleosiden eine deutlich größere Lipophilie. Nach Umsetzung der Nukleoside zu den Phosphoramiditen konnten diese kupplungsfähigen Monomere in den RNA-Festphasensynthesen eingesetzt und in RNA 12mere eingebaut werden. Um den Einfluss der aromatischen Fluorosubstitutionen auf die thermodynamische Stabilität von RNA-Duplexen zu untersuchen, wurden UV/VIS- und CD- spektroskopische Messungen an monomodifizierten RNA 12meren durchgeführt. Aus den erhaltenen Schmelzkurven wurden die Schmelzpunkte bestimmt (Abbildung 9.3) und die thermodynamischen Daten ausgerechnet. Die Anwendung hydrophober, Fluorsubstituierter Nukleobasen führte im Fall der fluorierten Indol-Nukleoside zu Destabilisierung im Vergleich mit natürlichen Basenpaaren. Aus den folgenden Resultaten lässt sich zusammenfassen: 1. Position der Fluoratom in fluorierten Indole spielt eine wesentliche Rolle für die Stabilität des RNA-Duplex 2. 6FI bildet die stabilste Basenpaaren mit natürlichen Basen. 3. Basenpaarung von 4FI trägt eine deutlich höhere Destabilisierung. Für diese Modifikation wurden auch die längsten Abstandwerte zwischen C-F…H in der Kristallpackung gemessen. (Die Vermutung liegt nahe, dass diese Base sich außerhalb des Duplex befindet). 4. Alle Fluorindol-Basenanaloga zeigen die Tendenz zur Paarung mit Adenosin. 5. Bei 4,6DFI handelt sich um universelle Base. Um noch weniger destabilisierende universelle Basen zu finden, wurde das Forschungsfeld mit Methoden aus dem Bereich der strukturellen Bioinformatik, Molekül-dynamiksimulationen und freie Energie-Rechnungen ausgeweitet. Resultierende Simulationen führten zu zwei neuen Basen: 7NP als Analogon zu 4,6DFBI und 9DP als Analogon zu 4,6DFI (siehe Kapitel 8). Theoretische Rechnungen ließen sich bestätigen durch experimentelle Ergebnisse Die so entstandene Serie von Purin-Basenanaloga hat uns gezeigt, dass der Austausch von Fluoratomen durch Stickstoffatome stabilisierende Effekte bringt. Die chemischen Änderungen beeinflussen die physikalischen Eigenschaften, welche dadurch Stabilisierung oder Destabilisierung des RNA-Duuplex dirigieren. In Abbildung 9.5 befinden sich ausgerechnete Dipolmomente. Somit können wir für diese Serie folgendes resümieren: * 4,6FI als universelles Base Analogon zu 4,6DFBI zeigt geringere destabilisierende Effekte auf den 12mer RNA-Duplex. * Umtausch von Fluoratomen in den beiden Basen (4,6DFI und 4,6DFBI) resultiert in deutlich besserer Basenpaarung. * Auserrechnete thermodynamische Parametern (von gemessenen Tm-Werten) wurde ersichtlicht, dass höhere Tm-Werte durch geringere Destabilisierung aus Solvatation resultieren, nicht aus erhöhten Stacking Effekten des RNA-Duplex.
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Ergebnisse der laparoskopischen Cholezystektomie anhand verschiedener Qualitätsmerkmale überprüft. In die Analyse der Ergebnisse sind ausschließlich Patienten eingegangen, die sich einer isolierten Operation der Gallenblase unterzogen haben. Patienten, bei denen die Cholezystektomie im Rahmen eines großen abdominellen Eingriffs erfolgte, waren ausgeschlossen. Als Grundlage dienten die Auswertungen von 624 Patienten, die bezüglich Indikationsbestimmung, Bluttransfusion, Verweildauer, eingriffsspezifischen Komplikationen, postoperativen Komplikationen, Reintervention und Letalität untersucht wurden. Die erhobenen Befunde wurden im Kontext zu bestehenden Studien und Daten analysiert, um so die Qualität der laparoskopischen Cholezystektomie zu bestimmen. Die gewonnenen Ergebnisse der medizinischer Kennzahlen ermöglichen uns eine wertvolle Standortbestimmung, die in den entsprechenden Bereichen zu belegbaren Verbesserungen der Versorgung führen können. Es wird zunehmend erkannt, dass die Diskussion über die Gestaltung medizinischer Prozesse auf der Basis von Ergebnissen medizinischer Kennzahlen sehr wichtig ist. Dabei ist nicht nur die Aufdeckung von „Schwächen“ ein Antrieb zur Qualitätsverbesserung. Die Orientierung an den „Besten“ im Sinne eines Benchmarking kann ebenfalls wichtige Impulse für eine verbesserte Versorgungsqualität geben. Sieht man die erhobenen Ergebnisse in ihrer Gesamtheit (d.h. Qualitätsberichte), so lassen auffällige Gesamtraten eines Qualitätsindikators und die Kenntnis der Analysen ein Versorgungsproblem im jeweiligen Leistungsbereich erkennen. Studien zur Versorgungsforschung und klinische Forschungsprojekte können in Kenntnis der Ergebnisse zielgenauer geplant und durchgeführt werden. Berufsverbände und wissenschaftliche Fachgesellschaften sind so in der Lage, durch Entwicklung oder Weiterentwicklung von Leitlinien die klinische Praxis in problematischen Bereichen gezielt zu beeinflussen. Die erhobenen Klinikwerte stehen im Vergleich zu allgemeinen Referenzwerten und zeigen in den Jahren 2001 - 2004 nahezu konstante Werte. Die Komplikationsrate (Galleleck 0,4-1,5%, Wundinfektion 1,3-1,8%, Pankreatitis 0,3%, Blutung 0,2-1,4%) ist bei der laparoskopischer Cholezystektomie geringer als bei der offenen Cholezystektomie. Die Rate der Gallengangsverletzung zeigt im Vergleich zur konventionellen Cholezystektomie eine verfahrensunabhänig niedrige Rate (0,2-0,4%). Voraussetzung für eine dem Ausmaß der Verletzung entsprechende Therapie ist eine exakte Einteilung, wie sie unter Anderem von Siewert, Strasberg und Neuhaus entwickelt wurde. Des Weiteren ist die Zeit bis zur Diagnosestellung einer Gallengangsverletzung entscheidend, um so die Kurz- bzw. Langzeitschäden dieser Verletzung zu minimieren. In der Asklepios Klinik Langen kam es in dem Untersuchungszeitraums in einem Fall zu einer Gallengangverletzung. Diese wurde durch eine Hepaticojejunostomie behoben. Zwischen der Cholezystektomie und der Diagnose der Gallengangverletzung lagen 2 Tage. Postoperativ nach laparoskopischer Cholezystektomie wurde der Patient durch zunehmenden Ikterus und steigende Cholestaseparameter auffällig. In der ERCP zeigte sich eine komplette Durchtrennung des DHC (Typ D nach Einteilung von P.Neuhaus et al.). Es wurde eine frühzeitige Hepaticojejunostomie durchgeführt. Der postoperative Aufenthalt, zunächst auf unserer interdisziplinären Intensivstation und später auf Normalstation gestaltete sich unkompliziert. Wie auch in unserem Fall beschrieben werden die besten Ergebnisse nach frühzeitiger definitiver Versorgung erreicht. Gleiches gilt für die Rate der postoperativen Komplikationen, die 2001-2004 zwischen 1,5-3,2% unter den entsprechenden Referenzwerten lag. Der Wert der Konversionsrate von 3 % liegt zum einen unter den Referenzwerten, zum anderen unter dem in der Literatur von 7 % angegebenen Wert. Die wichtigen Aussagen bezüglich der Komplikationen, die letztendlich einen entscheidenden Einfluss auf die Mortalität der Patienten haben, zeigen im Vergleich zu den Werten für Gesamthessen und im Vergleich mit internationalen Daten konstant gute Werte. Nach Auswerten der Daten und im Vergleich zu internationalen Ergebnissen, zeigt sich eine gute Qualität in der Behandlung der akuten Cholezystitis. Die laparoskopische Cholezystektomie stellt weiterhin den Goldstandard in der in der operativen Therapie dar, bedarf jedoch der kritischen Beobachtung und Bewertung von extern.
In this study I analysed past and recent Daphnia populations from Lake Constance and Greifensee. Herefore, I first established a set of microsatellite markers applicable to European Hyalodaphnia species (chapter 1). Primers were also identified for species specific fragment lengths. 32 markers were then available to characterize the resting egg banks of Daphnia galeata and D. hyalina. Chapter 2 presents the reconstruction of the taxonomic composition in these two ecologically different lakes. This part of my work shows that the eutrophication that occurred in both lakes in the mid of the last century has strongly influenced the Daphnia populations. In both lakes Daphnia galeata established and hybridized with the indigenous D. hyalina. Interspecific hybridization resulted in introgression on the mitochondrial and nuclear level. In chapter 3 resting eggs from the sediments of the 1960s, 1970s, 1980s, 1990s and 2000s were characterized with microsatellite markers. The aim was to specify the extent of interspecific hybridization and nuclear introgression assuming that the genetic exchange between both species has an impact on their adaptation to their habitat. In life history experiments D. galeata and D. galeata x hyalina clones hatched from different time periods showed significant differential responses to food quality. Therefore, the question had to be answered how the Daphnia resting egg bank and the planktonic population are connected. In chapter 4 hatching experiments were conducted to bridge this gap of scientific knowledge in the life cycle of cyclic parthenogenetic waterfleas. Only D. galeata individuals were able to establish a clonal lineage after maturity. All observed recombinant individuals did not reproduce at all or firstly went through another sexual phase of reproduction i.e. produced resting eggs. In order to compare the findings of chapter 4 with the taxon composition of the recent planktonic population of Daphnia in Lake Constance, samples were taken over one season (between May 2005 and September 2006). During the season, the taxonomic composition of Daphnia changes severely with D. galeata being most abundant during the warm season and D. hyalina in the cold season. Moreover, some individuals were detected, that did not follow this pattern. With mitochondrial analysis those individuals were identified as mitochondrial introgressants and processed to life history experiments. Significant differences in the somatic growth rate under different temperatures (5°C, 12.5°C and 20°C) were related to the origin of the mitochondrial genome rather than the nuclear taxonomic assignment of the individual.
The findings of this study show that all organisms exposed to rapid ecological changes and their microevolutionary reaction to those.
Beta-Barrel-Membranproteine der Omp85-Familie besitzen essentielle Funktionen in der Lipidbiogenese und der Proteinintegration und -assemblierung in der äußeren Membran von Gram-negativen Bakterien. Auch in endosymbiotisch erworbenen Organellen der Eukaryoten übernahmen Vertreter dieser Proteinfamilie wichtige Rollen, wie bei der Translokation von Vorstufenproteinen durch die äußere Hüllmembran von Chloroplasten und der Assemblierung von Proteinkomplexen in der äußeren Hüllmembran von Mitochondrien. Eine phylogenetische Analyse der bekannten Vertreter dieser Proteinfamilie wies auf eine Aufspaltung der Omp85-Familie in zwei Hauptzweige hin. Während der Toc75-Zweig aus plastidären und cyanobakteriellen Omp85-Proteinen besteht, bilden mitochondrielle Proteine sowie die Omp85-Vertreter der Proteobakterien eine zweite Unterfamilie, den Sam50-Zweig. In dieser Arbeit wurden die elektrophysiologischen Eigenschaften von pro- und eukaryotischen Vertretern beider Unterfamilien verglichen. Zu diesem Zweck wurde ein elektrophysiologischer Messstand konstruiert, mit dem diese Kanalproteine mittels der Lipid-Bilayer-Technik untersucht werden konnten. Die Analyse der experimentellen Daten der verwendeten Omp85-Proteine zeigte deutliche Gemeinsamkeiten der gesamten Proteinfamilie hinsichtlich ihrer Kationenselektivität. Hingegen ergab ein Vergleich der Kanalleitwerte signifikante Unterschiede zwischen beiden Unterfamilien. So lagen die aus den Leitwerten berechneten Porendurchmesser bei den Mitgliedern des Toc75-Zweigs um das Zwei- bis Dreifache über den für die Vertreter des Sam50-Zweigs bestimmten Werten. Topologievorhersagen ergaben, dass die Mitglieder der Omp85-Familie aus zwei Domänen aufgebaut sind. Durch die Analyse der elektrophysiologischen Eigenschaften von Teilkonstrukten, die aufgrund dieser Vorhersagen erstellt wurden, konnte gezeigt werden, dass die C-terminale Domäne die Porenregion des beta-Barrel-Proteins bildet. Die elektrophysiologischen Eigenschaften der Omp85-Proteine werden allerdings durch die N-terminale Domäne moduliert. Aufgrund der in dieser Arbeit erzielten elektrophysiologischen Ergebnisse und unter Berücksichtigung der phylogenetischen Analyse der Omp85-Familie konnte eine Hypothese zur evolutionären Entwicklung dieser sehr alten Proteinfamilie aufgestellt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden ausgewählte 5’- und 3’-untranslatierte Regionen (UTRs) von mRNAs aus H. volcanii bestimmt. Dieses Datenset wurde verwendet um (1) haloarchaeale UTRs zu charakterisieren, (2) Konsensuselemente für die Transkrikptionsinitiation und -termination zu verifizieren und (3) den Einfluss haloarchaealer UTRs auf die Initiation und Regulation der Translation zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten Transkripte nichtprozessierte 3’-UTRs mit einer durchschnittlichen Länge von 45 Nukleotiden besitzen. Darüber hinaus konnte ein putatives Transkriptionsterminationssignal bestehend aus einem pentaU-Motiv mit vorausgehender Haarnadelstruktur identifiziert werden. Die Analysen der Regionen stromaufwärts der experimentell bestimmten Transkriptionsstarts führten zur Identifizierung dreier konservierter Promotor Elemente: Der TATA-Box, dem BRE-Element und einem neuen Element an Position -10/-11. Überraschenderweise bestand die TATA-Box nur aus vier konservierten Nukleotiden. Die Untersuchung der UTRs ergab, dass die größte Anteil der haloarchaealen Transkripte keine 5’-UTR besitzt. Falls eine 5’-UTR vorhanden ist, besitzen unerwarteterweise nur 15% der 5’-UTRs aus H. volcanii eine Shine-Dalgarno-Sequenz (SD-Sequenz). Es konnte jedoch gezeigt werden, dass verschiedene native und artifizielle 5’-UTRs ohne SD-Sequenz sehr effizient in vivo translatiert werden. Außerdem hat die Sekundärstruktur der 5’-UTR und die Position struktureller Elemente offenbar einen entscheidenden Einfluss auf die Translatierbarkeit von Transkripten. Die Insertion von Strukturelementen nahe des Startkodons führte zu einer vollkommenen Repression der Translation, während die proximale Insertion des Motivs an das 5’-Ende der 5’-UTR keinen Einfluss auf die Translationsseffizienz hatte. Zusammenfassend kann sowohl der eukaryotische Scanning-Mechanismus als auch die bakterielle Initiation der Translation über die SD-Sequenz für haloarchaeale Transkripte mit 5’-UTR ohne SD-Sequenz ausgeschlossen werden. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen zur Identifizierung eines entsprechenden dritten Mechanismus zur Initiation der Translation in H. volcanii. Eine aktuelle Studie zur globalen Analyse der Translationsregulation zeigte, dass der Anteil translational regulierter Gene in H. volcanii genauso hoch ist wie bei Eukaryoten (Lange et al., 2007). Um die Rolle haloarchaealer UTRs bei der Regulation der Translation zu charakterisieren, wurden die UTRs zweier ausgewählter translationsregulierter Gene untersucht. Es stellte sich heraus, dass nur die Anwesenheit beider UTRs, 5’- und 3’-UTR, zu einer Wachstumsphasen-abhängigen Regulation der Translation führt. Dabei hat die 3’-UTR allein keinen Einfluss auf die Translationseffizienz, während die 5’-UTR die Translationseffizienz in beiden Wachstumsphasen reduziert. Es zeigte sich außerdem, dass die 3’-UTR für die „Richtung“ der Regulation auf Translationsebene verantwortlich ist und putative Strukturelemente möglicherweise in den Regulationsmechanismus involviert sind. Zusammengefasst ergibt sich folgendes Modell der Translationsregulation in H. volcanii: Strukturierte 5’-UTRs führen zu einer Herabsetzung der konstitutiven Translationseffizienz. Dies kann differentiell durch regulatorische Faktoren kompensiert werden, welche spezifische Elemente der 3’-UTR binden. Sowohl natürliche als auch artifizielle Aptamere und allosterische Ribozyme stellen effektive Werkzeuge zur exogen kontrollierten Genexpression dar. Daher wurde die Anwendbarkeit eines Tetracyclin-induzierbaren Aptamers und eines konstitutiven Hammerhead-Ribozyms in H. volcanii untersucht. Es stellte sich allerdings heraus, dass das Aptamer bereits ohne Tetracyclin starke inhibitorische Sekundärstrukturen ausbildet. Als Alternative wurden Reportergenfusionen mit einem selbstspaltenden Hammerhead-Ribozym konstruiert. Die selbstspaltende Aktivität des Hammerhead-Ribozyms in H. volcanii konnte erfolgreich in vivo demonstriert werden, was die Grundlage zur Entwicklung konditionaler Expressionssysteme basierend auf dem Hammerhead-Ribozym in H. volcanii bildet.
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein evolutionär konservierter pleiotroper Botenstoff. Im Nervensystem fungiert NO als Transmitter, als Komponente des unspezifischen Immunsystems wirkt es bakterizid, und im kardiovaskulären System vermittelt es Vasodilatation und Inhibition der Thrombozytenaggregation. Die Regulation der Aktivität und Verfügbarkeit der drei NO-Synthase-Isoformen (NOS) ist außerordentlich komplex, erfolgt unter anderem durch zahlreiche Proteininteraktionen und ist durch eine bemerkenswerte Dynamik der subzellulären Verteilung der NOS gekennzeichnet. Die molekularen Mechanismen dieser Prozesse sind gegenwärtig nicht vollständig verstanden. NOSIP (NOS interagierendes Protein) wurde initial als ein Protein identifiziert, das die subzelluläre Verteilung von endothelialer NOS (eNOS) verändert. Überexpression von NOSIP bewirkt eine Umverteilung der eNOS von der Plasmamembran in intrazelluläre Kompartimente, die zu einer signifikanten Aktivitätsminderung führt. Im Hinblick auf die Bedeutung der subzellulären Lokalisation in der Regulation der eNOS-Aktivität und lokaler Verfügbarkeit von NO war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die subzelluläre Verteilung von NOSIP zu charakterisieren. Immunfluoreszenzmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass sich endogenes NOSIP vorwiegend im Zellkern findet. In Datenbankanalysen wurde kein klassisches nukleäres Lokalisationssignal (NLS) identifiziert. Bei genauer Betrachtung der Primärsequenz fand sich jedoch eine diskontinuierliche Sequenz mit einer Häufung basischer Aminosäuren. Sukzessive Mutation dieses hypothetischen Motivs führte zu einer Umverteilung des Proteins aus dem Zellkern ins Zytoplasma. Mittels Pulldown-Experimenten konnte gezeigt werden, dass NOSIP an das zur Kernimportmaschinerie gehörende Adapterprotein Importin-α bindet, während NLS-defiziente Mutanten nicht mehr in der Lage waren diese Interaktion einzugehen. Wie Heterokaryon-Experimente belegten, wandert NOSIP zwischen Zellkern und Zytoplasma. Dies deutet auf einen dynamischen nukleären Import- und Exportmechanismus hin, der die Grundlage für eine Interaktion mit zytoplasmatisch lokalisierter eNOS darstellt. Der nukleäre Export von NOSIP wurde durch Leptomycin B nicht beeinflusst, welches den Export von Proteinen blockiert, die eine Leucin-reiche nukleäre Export-Sequenz (NES) besitzen. Zusammengefasst belegen die in dieser Arbeit erhobenen Daten, dass NOSIP ein vorwiegend nukleäres Protein ist. Obwohl diese Verteilung durch ein atypisches zweiteiliges NLS vermittelt wird, umfasst der nukleäre Import von NOSIP die Interaktion mit Importin-α, welches typischerweise den Import von Proteinen vermittelt, die über ein klassisches NLS verfügen. NOSIP ist nicht topographisch im Zellkern fixiert, sondern wandert konstant zwischen Zellkern und Zytoplasma. Da der nukleäre Export von NOSIP nicht durch Leptomycin B beeinflusst wird, erscheint es unwahrscheinlich, dass NOSIP an die typische CRM1-Bindungsstelle für Frachtproteine bindet. Dies lässt sich gut mit der Tatsache in Einklang bringen, dass NOSIP kein Leucin-reiches NES besitzt. Unabhängige Beobachtungen unserer Arbeitsgruppe weisen darauf hin, dass NOSIP in der G2-Phase des Zellzyklus aus dem Zellkern ins Zytoplasma transloziert, wodurch eNOS in dieser kritischen Phase der Zellteilung inhibiert werden kann.
Der vorliegenden Studie geht es um die Modellierung eines deutschdidaktischen Begriffs von Können in der Leseausbildung: Was heißt es, gekonnt zu lesen, gekonnt zu unterrichten und gekonnt das Lesen zu unterrichten? Die Studie argumentiert sowohl in theoretischer Perspektive über die kritische Auseinandersetzung mit dem Stand der Leseforschung als auch in empirischer Perspektive über die Untersuchung der Durchführung eines sogenannten Lesestrategietrainings in der Sekundarstufe I für eine Leseausbildung, die auf die Ausbildung einer strategischen Lesehaltung abzielt und auf einer Kontextualisierung des Lesens bzw. der Leseausbildung und auf einer Lehrkraft als kompetenten Anderen gründet. Die gegenwärtigen Modellierungen von Lesekompetenz und kompetentem Lesen werden so in einen umfassenden Rahmen von Lesekönnerschaft eingeordnet, der Begriff der Lesestrategie im Sinne seiner eigentlichen Bedeutung als eine „Modalität der Handlungsausführung“ (neu) bestimmt. Können wird in diesem Sinne als ein implizites Wissen modelliert. Für die empirische Untersuchung des Lesestrategieunterrichts in sechs Klassen der Sekundarstufe I wird in der Arbeit das Instrument der Unterrichtsrahmenanalyse entwickelt: Mit Hilfe der Rahmen-Metapher gelingt es, sowohl das den Unterricht bestimmende und geteilt geltende Vorwissen der Lehrkräfte und Schülerinnen und Schüler zu bestimmen als auch die jeweils notwendigen Aushandlungsprozesse bei der Definition der jeweiligen Situation oder Bedeutung in den Blick zu nehmen. Die Unterrichtsrahmenanalyse differenziert zwischen einer institutionsbezogenen Rahmungsebene, einer interaktionsbezogenen und einer gegenstandsbezogenen Rahmungsebene. Mit diesem Instrument werden 15 ausgewählte Schlüsselstellen des aufgezeichneten und transkribierten Unterrichts analysiert und die so gewonnen Befunde auf ihre Implikationen für ein Können im Unterrichten wie im Lesen in Anschlag gebracht. In die Auswertung der Schlüsselstellen sind die jeweils unterrichtenden Lehrkräfte eingebunden, sie analysieren ihr Handeln sowie das der Schülerinnen und Schüler auf der Grundlage der Videomitschnitte in ausführlichen Auswertungsgesprächen. Auf diese Weise kann Unterrichtshandeln nicht nur beschrieben, sondern auch erklärt werden. Diese Ergebnisse werden ergänzt und kontrastiert durch die Auswertung leitfadengestützter Interviews mit den unterrichtenden Lehrkräften, in denen Planung, Ziel und Leitvorstellungen der Lehrkräfte im Zentrum stehen.
In Deutschland leiden 10-20% der Erwachsenen unter Allergien, wovon 16-36% durch Inhalationsallergene verursacht werden, von denen die Birkenpollen die hauptsächliche Ursache der allergischen Rhinitis vom Frühling bis Frühsommer in Mitteleuropa sind. Als häufigste Typ 1 Allergie ist die Birkenpollenallergie in 70% der Fälle mit einer kreuzreagierenden Nahrungsmittelallergie verbunden. Die Studienlage und die stetig steigende Inzidenz atopischer Erkrankungen weisen auf die außerordentliche Bedeutsamkeit einer effizienten Diagnostik hin, wobei die in-vitro Diagnostik neben Anamnese und Hauttests eine immer bedeutendere Rolle spielt. Mit Tests wie dem Westernblot können einzelne Allergenepitope größenmäßig erfasst und sichtbar gemacht werden. Diese genaue Differenzierung der Proteinbestandteile des Allergenspektrums erlaubt eine exaktere Einschätzung des Antikörperspektrums jedes einzelnen Patienten. In dieser vorliegenden Studie soll die Wertigkeit der Westernblot-Technologie im Rahmen der in-vitro Diagnostik pollenassoziierter Nahrungsmittelallergien bezüglich der Sensitivität, Spezifität, Praktikabilität und des Epitopspektrums bei Patienten mit pollenassoziierter Nahrungsmittelallergie beurteilt werden. Mit dem Pricktest und einer ausführlichen Anamnese als Auswahlverfahren wurden 30 Patienten einer Kontrollgruppe, 30 einer Gruppe für Birkenpollen-Allergiker und 32 einer Gruppe für Birkenpollen-Allergiker mit pollenassoziierter Nahrungsmittelallergie zugeordnet. Zusätzlich wurden die korrespondierenden Seren zuerst mit dem Immulite 2000® (Festphasen-basierender Chemilumineszens-Immunoassay) der Firma DPC-Biermann (Bad Nauheim) auf Birkenpollenallergene und kreuzreagierende Nahrungsmittelallergene getestet. Danach wurden die Seren mit dem Westernblot AlaBLOT®, DPC-Biermann (Bad Nauheim) und dem AlaBlot® Allergenstreifen des spezifischen Birkenpollenallergens T3 untersucht, zu dessen Auswertung eine nach WHO-Nomenklatur angefertigte Schablone verwendet wurde. Die Ergebnisse der Tests wurden mittels deskriptiver statistischer Methoden analysiert. Es konnte gezeigt werde , dass die Wertigkeit der Westernblot Technologie (Alablot Spezifisches IgE®, DPC Biermann, Bad Nauheim) im Rahmen der in-vitro Diagnostik von Birkenpollenallergien und birkenpollenassoziierter Nahrungsmittelallergien vergleichbar ist mit der spezifischen IgE-Technologie (Immulite 2000®, DPC Biermann, Bad Nauheim). Bei Birkenpollenallergikern erreichten beide Tests eine identische Sensitivität von 93%. In der Effizienz übertraf der Westernblot den spezifischen IgE-Test sogar in einem Fall: Mit Bet v 6 erreichte er eine höhere Effizienz mit 99,3% als der spezifische IgE-Test. Der Immulite 2000 erreichte eine Effizienz von 96,7%. Mit Bet v 1 und Bet v 2 erreicht der Westernblot eine 95% Effizienz und lag damit nur knapp unter dem spezifischen IgE-Test. Bei den Birkenpollenallergikern mit pollenassoziierter Nahrungsmittelallergie war die Sensitivität ebenfalls bei beiden diagnostischen Tests identisch mit 100%. Ebenso identische Werte wiesen beide Tests in der Spezifität von 100% auf. In der Effizienz lag der Westernblot nur kurz hinter dem spezifischen IgE-Test. Der spezifische IgE-Test erreichte eine Effizienz von 100% und der Westernblot 98,4%. Mit dem Westernblot wurde kein spezifisches Birkenpollen-Allergenepitop identifiziert, das speziell bei Patienten mit pollenassoziierter Nahrungsmittelallergie auftrat und somit ein Identifikationsepitop wäre. Die Epitopverteilung war bei Pollenallergikern und pollenassoziierten Nahrungsmittelallergikern ähnlich. Allerdings bestand ein Unterschied der beiden Allergikerkollektive in der mittleren Anzahl der Epitope. Die durchschnittliche Anzahl von allergenen Epitopen lag bei den Seren der Patienten mit pollenassoziierter Nahrungsmittelallergie mit 6,06 Epitopen deutlich über dem der reinen Pollenallergiker mit 3,83 Epitopen. Obwohl der Westernblot Nachteile in der Praktikabilität gegenüber dem spezifischen IgE-Test aufweist, stellt er durch die vergleichbaren Sensitivitäten und Spezifitäten und die Fähigkeit, Antikörper gegen einzelne Antigenbestandteile zu differenzieren, eine Alternative zum spezifischen IgE-Test in der Diagnostik von Birkenpollenallergikern mit oder ohne pollenassoziierte Nahrungsmittelallergie dar. Der höhere Durchschnitt an Epitopen bei Patienten mit pollenassoziierter Nahrungsmittelallergie erleichtert in der Diagnostik die schnellere Abgrenzung gegenüber reinen Pollenallergikern und beweist das Vorliegen eines komplexen Sensibilisierungsspektrums. Durch den Westernblot könnte durch die exakte Differenzierung der Allergenspektren eine individuellere spezifische Immuntherapie („patient-tailored-therapy“) ermöglicht werden, was besonders für Allergiker mit einem komplexen Sensibilisierungsspektrum von großer Relevanz wäre. Nach Identifikation der für den jeweiligen Patienten relevanten Epitope könnte die spezifische Immuntherapie an das Sensibilisierungspektrum angepasst werden und dadurch irrelevanten oder sogar unerwünschten Immunantworten vermieden werden
Drogendealer stehen auf der Beliebtheitsskala unserer Gesellschaft nicht gerade auf einem der vorderen Ränge. Im Gegenteil: Drogendealer sind böse, von vielen verachtete und gehasste Menschen. Niemand möchte Drogendealer als Nachbarn haben, keiner ihnen im Dunkeln begegnen. Von Eltern sind sie meist genauso gefürchtet wie Sexualstraftäter. Drogendealer – so sagt der Volksmund – verführen die armen, unschuldigen Kinder unserer Gesellschaft zu Drogen, bringen sie auf die so genannte schiefe Bahn und – noch viel schlimmer – sind dafür verantwortlich, dass die Kinder zu abhängigen, willenlosen Geschöpfen werden, zu Versagern. ...
Die Lyme-Borreliose stellt in Deutschland mit ca. 60.000 Neuinfektionen pro Jahr die am häufigsten durch Zecken übertragene Zoonose beim Menschen dar. Obwohl adäquat antibiotisch therapiert, konnte in wenigen Fällen bei Patienten mit Erythema migrans eine persistierende Borrelieninfektion nachgewiesen werden. Die zugrunde liegenden Mechanismen einer möglichen Antibiotikaresistenz sind jedoch nur unzureichend untersucht. Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde daher der Frage nachgegangen, ob und wie B. burgdorferi der inhibitorischen Wirkung von Antibiotika entgehen. Basierend auf einer vergleichenden Proteomanalyse von antibiotisch behandelten und unbehandelten Borrelienzellen, sollten Unterschiede in den Proteinsignaturen einzelner Moleküle, als Ausdruck einer koordinierten Abwehrreaktion aufgezeigt werden. Die unter subinhibitorischen Antibiotikakonzentrationen inkubierten Borrelienzellen wiesen mikroskopisch keine morphologischen Veränderungen auf. Gleichermaßen konnten keine signifikanten Unterschiede in der Proteinexpression nachgewiesen werden. Sichtbare, strukturelle Veränderungen liessen sich erst in Gegenwart von 0,5mg/l bis 1mg/l Penicillin bzw. Doxycyclin nachweisen, was der MHK beider Antibiotika entsprach. Die unter identischen Bedingungen durchgeführte Proteomanalyse ergab eine deutliche Veränderung bei 14 Proteinen der mit Penicillin-behandelten Borrelienzellen und 5 Proteinen der mit Doxycyclin-behandelten Borrelienzellen. Mit Ausnahme eines einzelnen Proteins waren alle anderen Moleküle durch eine signifikante Repression gekennzeichnet. Interessanterweise wurde die Expression bei drei Proteinen sowohl von Penicillin als auch von Doxycyclin beeinflusst. Mittels massenspektrometrischer Analyse (MALDI-TOF-MS) konnten insgesamt 9 zytoplasmatische Proteine und ein membranständiges, porenbildendes Protein (p66) eindeutig identifiziert werden. Von den im Zytoplasma lokalisierten Proteinen besitzen vier Proteine als Isomerasen, Transferasen, bzw. Kinasen enzymatische Aktivität und ein Protein (FtsZ) ist bei der Zellteilung beteiligt. Die Ergebnisse dieser Studie lassen vermuten, dass Borrelien auf Penicillin und Doxycyclin mit einem koordinierten Regulations- bzw. Abwehrmechanismus reagieren, der in unterschiedliche Stoffwechselprozesse eingreift. Inwieweit dieser Antibiotika-induzierte Prozess als Stressantwort zu deuten ist oder Teil eines Resistenzmechanismus darstellt, sollte Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein.