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In der vorgelegten Arbeit wurden 50 Mutationen von Aminosäuren im Bereich der Chinoloxidationsbindungsstelle (Qo-Site) des bc1-Komplexes aus Paracoccus denitrificans untersucht. Hierzu wurden die Mutanten erstellt, Kinetiken der Substratbindung bestimmt und EPR Spektren aufgenommen. Mit den gleichen Methoden wurden auch verschiedene Klasse I und Klasse II Inhibitoren der Qo-Site untersucht. Wenngleich der Reaktionsmechanismus auch mit Hilfe dieser Mutationen nicht vollständig aufgeklärt werden konnte, so konnten doch neue Einsichten in die Funktionsweise des bc1-Komplexes gewonnen werden. Verschiedene Modelle wurden vorgeschlagen, um die energetisch günstige aber thermodynamisch unwahrscheinliche Verzweigung der beiden Elektronen des Ubichinols auf die beiden Redoxketten des bc1-Komplexes der Atmungskette zu beschreiben. Da die Redoxpotentiale der beiden primären Elektronenakzeptoren extrem unterschiedlich sind, scheint es zwingend zu sein, dass beide Elektronen den Hochpotentialzweig (Rieske, Cytochrom c1, Cytochrom c) durchlaufen. Energetisch bietet jedoch die Wiederverwendung eines der beiden Elektronen den immensen Vorteil der realen Verdopplung der Protonenpumpleistung. Die wichtigsten Mutationen der vorliegenden Arbeit betreffen die vermuteten direkten Bindungspartner des Ubichinols, bE295 und fH155. Das Histidin ist Teil der beweglichen Rieske Untereinheit des bc1-Komplexes, das Glutamat ist Teil eines hoch konservierten Abschnitts des Cytochrom b. Aufgrund der gemessenen Wirkungen der untersuchten Mutationen auf die kinetischen Kennzahlen und EPR Parameter der eingesetzten Substrate und Inhibitoren lassen sich folgende Schlüsse ziehen. Die Bindung des Chinol-Substrats in der Qo-Site benötigt die korrekte Ausrichtung und den unveränderten Bindungspartner fH155 der Rieske [2Fe-2S]-Gruppe. Das Fehlen des zweiten vermuteten Bindungspartners bE295, der ein Teil des hochkonservierten PEWY-Loops ist, wird hingegen toleriert. Die Aktivitäten bei Mutationen dieser Aminosäure liegen mit bis zu 56% im Vergleich zum Wildtyp (bE295A) relativ hoch. Auch unter Berücksichtigung von möglichen bypass Reaktionen ist es fraglich, ob das Glutamat des PEWY-Loops ein direkter Bindungspartner des Substrats ist. Der Inhibitor Stigmatellin bindet im bc1-Komplex von Paracoccus denitrificans irreversibel in der Qo-Site, auch wenn einer der beiden vermuteten Bindungspartner (bE295 bzw. fH155) nicht verfügbar oder verändert ist. Daraus kann man schließen, dass die Bindung des Stigmatellins im Wesentlichen von seiner Seitenkette im Bereich des Chinol-Eintrittskanals des bc1-Komplexes stabilisiert wird. Wechselwirkungen der bizyklischen Kopfgruppe mit Aminosäuren der Chinoloxidationsbindungstasche sind hierfür nicht zwingend notwendig. Weitere durchgeführte Mutationen lassen folgende weitere Rückschlüsse zu: Der korrekte Bindungsraum der Qo-Site ist für eine maximale Umsatzgeschwindigkeit des bc1-Komplexes erforderlich. Dies zeigen Mutationen von bG158 und bV161. Die Struktur des hochkonservierten PEWY-Loops ist mitentscheidend für die Aktivität des bc1-Komplexes. Störungen der Konfiguration in diesem Bereich führen zu einer deutlichen Abnahme der Aktivität. Dies lassen Mutationen von bY297, bP294 und bW296 erkennen. Der ef-Loop hat einen Einfluss auf die Bewegungsvorgänge der Rieske-Kopfgruppe. Er ist jedoch nicht sehr flexibel (bL286H). Veränderungen im Wasserstoffbrückennetzwerk der Rieske-Kopfgruppe führen zu einer deutlichen Verminderung der Elektronentransferraten (bY159F, bS157A und bF151H). Die Bindungsregionen von Klasse I Inhibitoren in der Qo-Site überlappen mit denen des natürlichen Substrats. Sie sind jedoch nicht identisch, was sich im unterschiedlichen Verhalten einiger Mutationen auf die Aktivität von Substrat und die Inhibitionswirkung von Klasse I Hemmstoffen ausdrückt. Die Untersuchungen der Auswirkungen von Mutationen auf einen vermuteten Wasserkanal im Bereich des Häm bL und auf eine angenommene Zinkbindungsstelle im gleichen Bereich zeigen keine eindeutig interpretierbaren Ergebnisse. Die Mutationsstudien im Bereich des Cytochrom c1 wurden begonnen. Zusätzliche Mutanten in diesem Bereich könnten weiterführende Aufschlüsse über die Wechselwirkung der Rieske-Kopfgruppe mit Cytochrom c1 bringen. Die vorgelegte Studie lässt erkennen, dass die Vorgänge in der Qo-Site des bc1-Komplexes aus Paracoccus denitrificans höchst komplex sind. Zusätzliche Untersuchungen der erzeugten Mutanten mit Hilfe weiterer Detektionsmethoden, insbesondere CD- und FTIR-Messungen, könnten in Zukunft eine noch bessere Einsicht in die Vorgänge dieses wichtigen Komplexes der Atmungskette geben.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines geeigneten Assays (eines standardisierten Reaktionsablaufs) für die Analyse der Funktion und Aktivität der Transporter für organische Kationen (OCT) mit Hilfe der auf einer festkörperunterstützten Membran (SSM) basierenden Elektrophysiologie. Die zweite Kernaufgabe war die Entwicklung der Expressionssysteme für die heterologe OCT-Expression. In den neunzigen Jahren wurden neue Membranproteine, OCT1-3, identifiziert, die eine wichtige Komponente für den Transport der strukturell unterschiedlichen organischen Kationen im menschlichen Organismus darstellen (Gründemann et al., 1994; Koehler et al., 1997; Koepsell et al., 1998; Zhang et al., 1998). Da etwa fünfzig Prozent der in der Klinik gebräuchlichen Medikamente und viele andere exogene Substanzen (Xenobiotika) polare organische Verbindungen sind, die bei einem physiologischen pH-Wert (7,4) überwiegend in protonierter Form als Kationen vorliegen und mittels OCT aus dem Körper ausgeschieden werden, gehören diese Proteine zu den pharmazeutisch bedeutenden Zielmolekülen (Targets) bei der Entwicklung neuer Medikamente. Letztere stellt einen sehr langwierigen Prozess dar, der die Untersuchung zahlreicher Substanzbibliotheken auf ihre Wirkung auf bestimmte Targets voraussetzt. Aufgrund der rasanten technischen Entwicklung in der Laborautomatisierung und der digitalen Mikroskopie können mittlerweile mehrere tausend Wirkstoffkandidaten in Ultra-High-Throughput-Screenings (UHTS) am Tag getestet werden, von denen aber nur ein minimaler Prozentsatz eine erste positive Reaktion (Hit) mit dem Target zeigt. Die Ergebnisse aus dem primären Screening-Prozess werden in einem zweiten Screening-Prozess weiter bearbeitet. In diesen High-Content-Analysen (HCA) werden dabei entgegen den ersten Untersuchungen die Substanzen nicht mehr einzig auf ihre Interaktion mit dem Target getestet. Vielmehr werden möglichst alle Informationen gesammelt und Effekte analysiert. Zurzeit werden folgende Assays dafür eingesetzt (Geibel et al., 2006): 1) radioaktive Assays, wie Ligandbindungsassays, Flux-Assays; 2) Fluoreszenzassays auf Basis von spannungs- oder ionenabhängigen Farbstoffen; 3) Flux-Assays auf Basis von Atom-Absorptions-Spektroskopie (AAS); 4) manuelle patch-clamp-Assays. Allerdings können diese Assays wegen unterschiedlicher Einschränkungen nur begrenzt eingesetzt werden. So treten bei den Fluoreszenzassays aufgrund der Farbstoff-Substanz-Interaktionen oft falsche positive Ergebnisse auf. Methoden mit radioaktiv markierten Substraten sind aus sicherheitstechnischen Gründen mit hohem Aufwand und entsprechenden Kosten verbunden. Das patch-clamp-System verfügt zwar über eine hohe Sensitivität und einen hohen Informationsgehalt, ist jedoch für das Screening wegen des geringen Durchsatzes und erheblicher Kosten nicht effizient. Diese Beispiele zeigen die Notwendigkeit der Entwicklung neuer Techniken für die pharmazeutische Wirkstoffsuche. Die SSM-basierte elektrophysiologische Detektionstechnologie ermöglicht die Untersuchung der Transportproteine in ihren nativen Membranen mit hoher Sensitivität ohne Fluoreszenzmarkierung (Geibel et al., 2006; Kelety et al., 2006). Diese Methode hat besondere Vorteile gegenüber anderen bei der Erforschung von Transporter-Proteinen, die im Gegensatz zu Ionenkanälen relativ wenig Ladung pro Zeiteinheit (1-104 Moleküle s-1) transportieren, und viele Techniken wegen der geringeren Empfindlichkeit für deren Untersuchung nicht geeignet sind.
Das Bakterium Thermus thermophilus hat sich in den letzten Jahren zu einem Modell für thermophile Organismen entwickelt. Die maximale Wachstumstemperatur liegt bei bis zu 85°C, so dass auch Proteine und die gesamte Zellstruktur an diese hohen Temperaturen adaptiert sein müssen. Aufgrund der allgemein erhöhten Stabilität werden diese Proteine zunehmend für biotechnologische Prozesse und zur Strukturbestimmung verwendet. Im Energiehaushalt der Zelle ist der Elektronentransfer von NADH zu molekularem Sauerstoff ein wesentlicher Bestandteil und wird durch transmembrane Enzymkomplexe vermittelt. In dieser Arbeit konnten vier direkt aufeinanderfolgende Gene (fbcC, fbcX, fbcF, fbcB) identifiziert werden, die in einem 3,1 kb großen Operon mit einem GC-Gehalt von 69% organisiert sind und für die Untereinheiten eines putativen Thermus bc-Komplexes kodieren. Die in silico translatierte DNA-Information konnte für ausführliche Sequenzvergleiche und eine erste Charakterisierung der bc-Untereinheiten genutzt werden. Während Cytochrom b und das Rieske-Protein typische Eigenschaften zu anderen prokaryotischen Untereinheiten aufweisen, unterscheidet sich die Cytochrom c-Untereinheit hinsichtlich Topologie und Verwandtschaft von klassischen c1-Komponenten. Darüber hinaus wurde eine zusätzliche Untereinheit FbcX identifiziert, die keine Entsprechung in bisher bekannten bc-Komplexen hat. Das gesamte Operon mit vorangestellter d70 Promotorregion wurde amplifiziert, in einen Thermus/E.coli-Shuttlevektor mit hitzeoptimierter Kanamycinresistenz eingefügt und so plasmidkodiert für die Überexpression in T. thermophilus HB27 genutzt. Der membranständige Gesamtkomplex wurde nach Solubilisierung mit ß-D-Decyl-Maltosid stabil in Lösung gebracht und anschließend über eine Metallaffinitätssäule stöchiometrisch als vier-Untereinheiten Komplex aufgereinigt. Der Gesamtkomplex sowie seine Einzelkomponenten und deren Cofaktoren waren somit für eine nähere Charakterisierung verfügbar. Alle vier Genprodukte konnten als Untereinheiten des bc-Komplexes in T. thermophilus über N-terminale Sequenzierung und MALDI-MS/MS eindeutig identifiziert werden. Der in vitro Aktivitätstest zeigte keine Hemmbarkeit des aufgereinigten Thermus Komplexes durch klassische bc-Inhibitoren, was auf eine deutlich abweichende Substratbindung dieses Menachinol-oxidierenden Komplexes hinweist. Durch Optimierung des Thermus/E.coli-Shuttlevektors wurde auch die homologe Überexpression weiterer Thermus-Membranproteine ermöglicht. Dazu gehört neben der ba3-Oxidase auch ein MDL-ähnlicher ABC-Transporter. Weiterhin wurde gezeigt, dass die thermostabilen Eigenschaften sowohl des bc-Komplexes als auch des ABC-Transporters in Detergenzumgebung erhalten bleiben. Dieser Nachweis konnte darüber hinaus auch für den heterolog exprimierten und aus E. coli aufgereinigten ABC-Transporter erbracht werden, der im isolierten Zustand die gleiche Aktivität wie das aus Thermus aufgereinigte Äquivalent aufweist. Neben dem bc-Gesamtkomplex, der ba3-Oxidase und Cytochrom c552 wurden in dieser Arbeit weitere Komponenten der thermophilen Atmungskette in löslicher Form oder mit Membrananker, zum Teil auch heterolog in E. coli exprimiert und unter Erhalt der Redox-Cofaktoren aufgereinigt. Mit der Identifizierung und Charakterisierung eines intakten Cytochrom bc-Komplexes konnte die Lücke im Verständnis der thermophilen Atmungskette von T. thermophilus geschlossen und die Grundlage für weitere Struktur- und Funktionsanalysen dieses membranintegralen Enzymkomplexes geschaffen werden.
Ziel der Studie war, die diagnostische Aussagekraft von vier nicht invasiven Nachweisverfahren von Helicobacter pylori (H. pylori) für ein Patientenkollektiv des Universitätsklinikums Frankfurt am Main zu überprüfen. Es wurden der 13CHarnstoff-Atemtest, ein Stuhl-Antigennachweis mittels ELISA, ein Stuhl-Schnelltest sowie ein Urin-Schnelltest untersucht. In die Studie wurden 169 Patienten aufgenommen. Bei allen Patienten wurde eine diagnostische Gastroskopie durchgeführt, um den H. pylori Status mittels Histologie oder Urease-Schnelltest zu definieren - H. pylori positiv waren 52 Patienten, H. pylori negativ 85 Patienten. Bei 32 Patienten konnte kein invasiver H. pylori Nachweis geführt werden. In dieser Studie zählten die Einnahme von PPI, H2-Blocker, Antazida und Antibiotika nicht zu den Ausschlusskriterien. Die Studie bestätigte den aus der Literatur bekannten Einfluss von säurehemmenden Medikamenten auf die diagnostische Aussagekraft nicht invasiver Testverfahren mit direktem Erregernachweis. Eine nicht invasive Diagnostik sollte immer vor dem Beginn einer Therapie mit solchen Medikamenten erfolgen. Alle vier Nachweisverfahren lieferten in dieser Studie hohe Werte für die Spezifität (ELISA 100%, Urin-Schnelltest 96,5%, 13C-Harnstoff-Atemtest 94,7%, Stuhl-Schnelltest 93%). Die in der Studie ermittelten Werte für die Sensitivität waren niedriger als in publizierten Studien bzw. niedriger als die Herstellerangaben. Der ELISA schnitt mit 79,2% am besten ab. Die Sensitivität des Stuhl-Schnelltests lag bei 72,9%, die des 13C-Harnstoff-Atemtests bei 68,8% und die des Urin-Schnelltests 62,5%. Die diagnostische Aussagekraft der vier untersuchten Tests ist als akzeptabel, beim ELISA als gut zu bewerten. Der gerechtfertigte Ersatz der Gastroskopie in der H. pylori Diagnostik durch ein nicht invasives Verfahren reduziert die Kosten beträchtlich.
M6G hat eine viel längere Transferhalbwertzeit zwischen Plasma und zentralnervösem Wirkort als Morphin. Dies wurde experimentell sowohl für die miotischen als auch für die analgetischen Effekte bestimmt. Außerdem werden hohe Mengen systemischen M6Gs benötigt, um die gleichen Effekte wie Morphin zu produzieren. Dies deutet darauf hin, dass M6G bei Nierengesunden nicht zu den akuten zentralnervösen Opioideffekten von Morphin beiträgt. Bei Applikation sehr hoher Dosen von M6G, welche die gleichen Effekte wie klinisch relevante Dosen von Morphin erzeugen, versursachte M6G auch die gleichen Nebenwirkungen wie Morphin. Eine in der Literatur diskutierte bessere Tolerabilität von M6G im Vergleich zu Morphin konnten wir also nicht beobachten. Die Ergebnisse aus den kontrollierten Studien mit gesunden freiwilligen Probanden deuten auf eine Modulation klinischer Wirkungen von M6G und auch von Morphin durch den 118A>GPolymorphismus des OPPM1-Gens hin und könnten damit klinisch relevante Konsequenzen für die Opioidtherapie bei nicht unbedeutend großen Gruppen von Patienten haben. Die pupillenkonstriktorischen Wirkungen von M6G und teilweise auch Morphin (unter analgetischen Dosierungen) als typischer Opioideffekt war bei Trägern des mutierten 118G-Allels weniger stark ausgeprägt als bei Nichtträgern der Variante. Die Anwesenheit des mutierten 118G-Allels reduzierte signifikant die Potenz von M6G unter subanalgetischen Dosierungen (Studie 1) und von Morphin und M6G unter analgetischen Dosierungen (Studie 2). Obwohl die Träger des mutierten 118G-Allels höhere Opioiddosen zur Erlangung einer den Nichtträgern vergleichbaren Analgesie benötigten, kam Erbrechen bei den Mutationsträgern unter analgetischer Opioiddosierung seltener vor. Die Untersuchungen unterstützten damit die Erwartung einer pharmakogenetisch basierten personalisierten Schmerztherapie.
In der onkologischen Therapie gehören Übelkeit und Erbrechen zu den am häufigsten auftretenden Nebenwirkungen. Sowohl in der Chemo- als auch in der Strahlentherapie gilt ihre Prophylaxe und Therapie als Herausforderung an alle behandelnden Personen. Zahlreiche Studien beschäftigen sich mit der Inzidenz und der Prophylaxe dieser Nebenwirkungen, jedoch immer nur bei Einsatz von Chemooder Strahlentherapie. Ziel dieser Arbeit war es, das Auftreten und die Prophylaxe von akuter Nausea und Emesis bei der simultanen Kombination beider Therapieverfahren zu untersuchen. Dabei wurden in einer retrospektiven Studie die Daten von 335 Patienten, die sich im Zeitraum vom 24.11.1995 bis zum 16.07.2005 an der Klinik für Strahlentherapie der Johann-Wolfgang-Goethe Universität einer simultanen Radiochemotherapie unterzogen, erfasst und ausgewertet. In diesem Patientenkollektiv traten akute Nausea und Emesis in 48,1% und 25,4% der Fälle während der Therapie auf. Wir untersuchten das Auftreten von Nausea und Emesis im Patientenkollektiv in Abhängigkeit von verschiedenen patienten- und therapie-assoziierten Faktoren, die für die Chemo- und Strahlentherapie als Risikofaktoren bekannt sind. Bei den patienten-assoziierten Faktoren konnten das weibliche Geschlecht als Risikofaktoren für therapie-induzierte Nausea und Emesis nachgewiesen werden. Bei Frauen trat Nausea in 61,5% der Fälle auf, während bei nur 40,8% der männlichen Patienten Nausea zu beobachten war. Des Weiteren konnte bei jungen Patienten (unter 40 Jahren), mit einer Nausea-Rate von 72,0%, ein statistisch signifikanter Unterschied gegenüber den über 40-jährigen Patienten (46,1%) festgestellt werden. Patienten, die über eine PEG-Sonde ernährt wurden, zeigten ein statistisch signifikant häufigeres Auftreten von Nausea und Emesis (p=0,0334 und p=0,0173). Die Auswertung der einzelnen Patienten sprach jedoch gegen einen kausalen Zusammenhang der Ernährung über eine PEG-Sonde mit dem Auftreten von Nausea und Emesis. Auch das Tumorstadium, der Karnofsky-Index und ein Alkoholabusus in der Anamnese ließen sich nicht als statistisch signifikante Risikofaktoren für ein vermehrtes Auftreten von Nausea und Emesis unter kombinierter Radiochemotherapie nachweisen. Es ließ sich ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Nausea und Emesis und einer Abnahme des Körpergewichts während der Therapie herstellen. Beispielsweise litten Patienten, die mehr als 10% ihres Körpergewichts verloren, in 75% der Fälle unter Nausea, während nur 42% der Patienten, deren Gewichtsveränderung weniger als 5% betrug, Nausea erlebten. Die Höhe des Gewichtsverlustes und die Stärke von Nausea und Emesis ließen sich nicht in Beziehung setzen. Als therapie-assoziierten Risikofaktoren für Nausea und Emesis wurde das emetogene Level der Chemotherapie in Abhängigkeit der zytostatischen Substanz und das emetogene Level der Strahlentherapie in Abhängigkeit vom bestrahlten Zielvolumen und den applizierten Einzeldosen untersucht. Es stellte sich heraus, dass das Auftreten von Nausea und Emesis in diesem Patientenkollektiv hauptsächlich vom emetogenem Potential der Chemotherapie abhing, es waren deutliche Schwankungen im Auftreten von Nausea (45,7%) und Emesis (26,7%) zu beobachten. Die Untersuchung der Einflüsse der Strahlentherapie zeigten keine eindeutig statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Zielvolumina und täglich applizierten Einzeldosen. Des Weiteren wurde das Auftreten von Nausea und Emesis zu Beginn und am Ende der Radiochemotherapie verglichen. Hier konnte bei der Betrachtung aller Patienten insgesamt keine Zunahme von Nausea und Emesis festgestellt werden. Jedoch erhöhte sich die Wahrscheinlichkeit, in den Folgezyklen der Chemotherapie unter Nausea zu leiden, wenn im ersten Zyklus Nausea erlebt wurde, um 45%. Bei der antiemetischen Prophylaxe stellte sich die Anwendung eines 5-HT3-Antagonisten in Kombination mit Dexamethason bei Patienten mit hoch, beziehungsweise extrem hoch emetogener Chemotherapie als die wirkungsvollste heraus. Im Vergleich unserer Ergebnisse mit veröffentlichten Studien, konnten bei der alleinigen Chemotherapie mit dieser Prophylaxe zum Teil statistisch signifikant niedrigere Raten von Nausea und Emesis erzielt werden, als in unserem Patientenkollektiv bei der kombinierten Radiochemotherapie. Bei Patienten mit niedrig oder moderat emetogener Chemotherapie traten Nebenwirkungen wie Übelkeit und Erbrechen am wenigsten bei Patienten auf, die Dexamethason als antiemetische Prophylaxe erhielten. Hier konnten trotz der zusätzlichen Radiotherapie in unserem Patientenkollektiv größtenteils ähnliche Ergebnisse erzielt werden, wie in der Literatur bei alleiniger Chemotherapie angegeben wurden. Dimenhydrinat und Metoclopramid zeigten bei kombinierter Radiochemotherapie als zusätzliche Medikation, bei fortlaufender antiemetischer Grundtherapie, die besten Ergebnisse in der Therapie von Nausea und Emesis.
Das “Protein Associated with Myc” spielt in den verschiedenen physiologischen Vorgängen eine Rolle. Dazu zählen Prozesse der Synaptogenese und Schmerzverarbeitung ebenso wie eine Regulation des Pteridin- und cAMP-Stoffwechsels. Auf welche Weise PAM die unterschiedlichen Effekte vermittelt, ist bislang nur in Ansätzen verstanden. Um die Wirkmechanismen von PAM aufzuklären, wurden in dieser Arbeit seine biochemischen Funktionen untersucht. Die These, dass PAM als E3 Ubiquitinligase aktiv ist, konnte in vitro mittels biochemischer Versuche zweifelsfrei bestätigt werden. Sowohl das nativ aufgereinigte, humane PAM, als auch der heterolog expremierte C-Terminale Bereich (C-PAM), der die katalytisch aktive RING Finger Domäne enthält, wiesen die Fähigkeit zur Ubiquitinkettenbildung und Autoubiquitinierung auf. Bei der Identifikation eines möglichen Zielproteins rückte das Protein TSC2 und der damit verbundene TSC2 / mTOR Signalweg in den Fokus. Für das gewählte Modell-System HeLa Zellen ließ sich eine Interaktion von PAM und TSC2 durch Ko-Immunopräzipitationen und Immunzytochemie nachweisen. Es konnte erstmalig gezeigt werden, dass das vollständige, native PAM, nicht aber die isolierte RING Finger Domäne, TSC2 polyubiquitinieren und zum proteasomalen Abbau markieren kann. TSC2 ist ein negativer Regulator der mTOR Kinaseaktivität, in dem es den stimulatorischen Einfluss von Rheb auf mTOR inhibiert. PAM wird in HeLa Zellen durch das Phospholipid Sphingosin-1-Phosphat (S1P) aktiviert. Nach S1P Behandlung der Zellen war eine Phosphorylierung der Proteinkinase mTOR nachweisbar. Diese ging mit einer Aktivierung der Kinaseaktivität einher, wie die rapamycinsensitive Phosphorylierung der mTOR Zielproteine p70S6K und 4E-BP1 zeigte. Durch Gabe von Rezeptor-Agonisten/-Antagonisten konnte eine Beteiligung des S1P1 und S1P2 Rezeptors ausgeschlossen werden. Der zunächst vermutete Mechanismus eines S1P induzierten, PAM-abhängigen Abbaus von TSC2 konnte trotz vielfältiger Herangehensweisen nicht nachgewiesen werden. Eine Phosphorylierung als Indikation einer Inaktivierung war ebenfalls nicht detektierbar. Auch die GAP Aktivität von TSC2 auf Rheb, wird in in vitro Versuchen durch die Interaktion mit PAM nicht vermindert. Durch eine Verminderung der TSC2 Expression mittels spezifischer siRNA zeigte sich, dass TSC2 nicht in die S1P-abhängige mTOR Aktivierung involviert ist. Auch regulatorische Proteinkinasen wie AKT, ERK oder PI3K, die durch S1P aktiviert werden können, sind an dem Signalweg nicht beteiligt, wie die Hemmung dieser Enzyme mit spezifischen Inhibitoren zeigte. Dagegen konnte eine Beteiligung von PAM und Rheb zum einen mittels Proteintransfektion bestätigt werden, zum anderen ließen sich die S1P Effekte durch Hemmstoffe verhindern, die für eine Aktivierung von PAM, respektive Rheb, nötig sind. Durch Nukleotidbindungsstudien war ein Einfluss von PAM auf den GTP-Beladungszustand von Rheb nachweisbar. Sowohl in einem GTPS Bindungsversuch als auch in einem GDP Dissoziationsexperiment erhöhte PAM konzentrationsabhängig die GTP Bindung bzw. den GDP/GTP Austausch an Rheb. In dieser Arbeit wird damit erstmalig eine duale Funktion eines Proteins als Ubiquitinligase und GEF beschrieben. So konnte die postulierte Aktivität von PAM als Ubiquitinligase bestätigt und TSC2 als Zielprotein identifiziert werden. Gleichzeitig wurde ein TSC2 unabhängiger Weg der mTOR Aktivierung aufgeklärt, an dem PAM und Rheb beteiligt sind. Als möglicher Mechanismus kommt eine Aktivität von PAM als Guanin-Nukleotid Austausch Faktor (GEF) auf Rheb in Frage. Durch Beschreibung von PAM als negativem Regulator von TSC2 und Aktivator von Rheb trägt diese Arbeit einen wichtigen Beitrag zur TSC2 / mTOR Forschung bei. Umgekehrt ermöglicht sie eine neue Sichtweise auf partiell PAM-abhängige Vorgänge wie Synaptogenese und Nozizeption, indem sie TSC2 / mTOR in diese Prozesse integriert.
Die zunehmende Resistenzentwicklung bei der Therapie gegen Herpes Simplex Viren vom Typ-1, besonders bei immundefizienten Patienten, erfordert die Entwicklung von Therapie-Alternativen. In Anlehnung an die Erkenntnisse der Traditionellen Chinesischen Medizin, die sich die Wirksamkeit von Heilpflanzen zu Nutze macht, wurde in dieser Arbeit das antivirale Potential von Extrakten aus Rheum Spezies gegen HSV-1 untersucht. Rheum oder Rhabarber gehört zur Familie der Polygonaceae. Die hier verwendeten Extrakte stammen aus den Wurzeln und Rhizomen von Rheum palmatum L. und Rheum rhaponticum, welche ursprünglich aus Asien stammende Heilpflanzen sind. Rheum ist reich an polyphenolen Inhaltsstoffen der Gruppe der Flavonoide und Tannine, welche Gegenstand der Forschung sind und denen schon vielfache pharmakologische Wirkungen zugesprochen wurden. Die antivirale Wirksamkeit von Rheum wurde bislang nur in der chinesischen Literatur veröffentlicht, wo bestimmte Untersuchungen mit HBV und HSV vorgenommen wurden. Hier wurde in einem Zellkulturmodell mit Vero-Zellen eine antivirale Testung vorgenommen. Die Auswirkungen der Rheum Extrakte auf den durch HSV-1 verursachten zytopathischen Effekt wurden untersucht. Eine Verminderung oder das Fehlen des CPE wurde als antivirale Wirksamkeit gewertet. In zwei Versuchsreihen, einmal mit simultaner Beimpfung der Vero-Zellen mit Virus in einer MOI von 0,01 und Extrakten in Konzentrationen von 500µg/ml bis 4µg/ml und dann mit viraler Vorinkubation von 1, 6 und 24 Stunden wurde das Verhalten der Zellen beobachtet. Unter dem Auflichtmikroskop wurde das Ausmaß des CPE beurteilt und anschließend mit Hilfe des Computerprogramms CalcuSyn die IC50 Werte berechnet. Der Wert der 50% inhibitorischen Konzentration sagt aus, bei welcher Extraktkonzentration 50% der Zellen einen CPE aufweisen und ist somit Maß für die antivirale Wirksamkeit. Weiterhin wurden die Rheum Extrakte mittels MTT-Assay auf ihre Zytotoxizität hin untersucht und der TC50 Wert als Maß der Toxizität berechnet. Der aus IC50 und TC50 berechnete Therapeutische Index setzt Wirksamkeit und Toxizität in Relation und ist ein Wert für die mögliche Validität einer Substanz. Je höher dieser Wert, desto viel versprechender die Substanz. Besonders Extrakte 9, 10 und 17 bedürfen der genaueren Betrachtung, da sie in der vorliegenden Untersuchung Therapeutische Indexe von >12, >9,8 und >17,9 gezeigt haben. Dies deutet auf ein antivirales Potential, bei keiner nachweisbaren Zytotoxizität in verwendeten Konzentrationen, hin. Im Vergleich zeigte Aciclovir einen TI von 22. Mit diesen drei Substanzen wurde der Versuch dann mit viraler Vorinkubation von 1, 6 und 24 Stunden wiederholt. Vor Allem Extrakt Nr. 17 zeigte auch bei Vorinkubation von einer und sechs Stunden mit einem IC50 von 80µg/ml und 95,5 µg/ml eine signifikante Reduktion des CPE. Dies gibt einen Hinweis auf die mögliche Art des Wirkmechanismus, denn Zeichen der Wirksamkeit trotz Vorinkubation sprichen für eine Intervention im späteren Stadium des viralen Replikationszyklus. Problematisch ist die Übertragung der hier ermittelten in vitro Ergebnisse auf in vivo Verhältnisse. Allerdings sind die Ergebnisse vielversprechend und eine weiterführende Untersuchung erscheint lohnenswert. Hier ist vor Allem die genaue Charakterisierung und Isolierung der Inhaltsstoffe der wirksamen Extrakte notwendig. Nachfolgend könnte die Wirksamkeit der ermittelten Polyphenole in einem Tierversuch verifiziert werden.
This dissertation contains five independent chapters dealing with wage dispersion and unemployment. The first chapter deals with the explanation of international changes in wage inequality and unemployment in the 80s and 90s. Both theoretically and empirically, social benefits and its link to average income are blamed for the different experiences across countries. The second chapter discusses the search framework, to explain residual wage inequality and finds that institutional wage compression has ambiguous effects on employment. In the third chapter, we apply the theory to German data. We show that job-to-job transitions are important in explaining both frictions and career advances. In the fourth chapter, we empirically assess the relationship between wage dispersion and unemployment for homogeneous workers. We find that neither a frictional nor a neo-classical view in explaining this relationship are convincing. Unemployment within cells is not negatively correlated with wage dispersion. Finally, the last chapter builds a theoretical model which treats heterogeneous individuals in a production function framework and a frictional labor market. The model generates both wage dispersion within and between skill groups and both frictional and structural unemployment. In sum, the dissertation stresses the importance of modelling frictions to understand different types of wage inequality and unemployment.
Spatio-temporal dynamics of primary lymphoid follicles during organogenesis and lymphneogenesis
(2007)
Primary lymphoid follicles are structures which are important for adaptive immune responses in mammals. Within the follicles follicular dendritic cells (FDC) are maintained by constant stimuli provided by B cells. It is thought that the FDC are important for immune response. It is of interest to know how lymphoid follicles are regulated in order to understand their role in various autoimmune diseases in which these follicles are created ectopically. With the help of a tissue simulation relying on an agent-based cell model on top of a regular triangulation various scenarios suggested by the available experimental data have been investigated. In order to cope with the complexity in the simulation of immune tissue the regular triangulation has been implemented for the use on parallel computers. The algorithms for kinetic and dynamic regular triangulation have been created newly. Also the cell model underlying the simulation has been designed newly in many aspects. The simulations allowed to identify common factors that regulate the formation of lymphoid follicles normally during organogenesis in development and lymphneogenesis in the course of diseases. The generation of FDC from local stromal populations under the influence of B cell aggregates is shown to be possible with the given experimental parameters. The sequence of the organogenesis and lymphneogenesis can be described with regard to the morphology of the B and T zone. Tests for the stability of the primary lymphoid follicle system constraints the regulation of the B cell efflux. The required lymphatic vessels around the lymphoid follicle are shown to be negatively correlated with the FDC network. Moreover it is shown that the adjacent T zone consisting of its own stromal population and T cells has similar regulation principles. This easily explains the intermediate ring of B cells found around the T zone during development and certain signaling molecule deficiencies. A major result of this thesis is that the generation of FDC needs negative regulation while a number of other possible mechanisms is incompatible with the available experimental data. Moreover the observed microanatomy was brought into a functional relationship with data on the cellular level finally culminating in the proposal of new experiments that shed light on the dynamics of the primary lymphoid follicle. One conclusion is that the FDC directly or indirectly influence the angiogenesis and lymphangiogenesis processes in secondary lymphoid tissues. The work presented here may help to guide experiments with the help of computers in order to reduce the amount of experiments and design them in a way to maximize the amount of information about biological systems.
Die vorliegende monozentrische, prospektive, randomisierte Studie untersuchte 238 Koronarangioplastien mittels neuer und resterilisierter Ballonkatheter hinsichtlich eines Unterschiedes des prozeduralen Erfolges und der Restenoserate bei verschiedenen Stenosemorphologien unterschiedlichen Alters und bei Koronarangioplastien mit und ohne Stentimplantation. Bei 124 Patienten wurde eine PTCA mittels eines neuen Ballonkatheters und bei 114 Patienten eine PTCA mittels eines resterilisierten Ballonkatheters durchgeführt. Es zeigte sich, dass die neuen Ballonkatheter eine signifikant höhere Erfolgsrate aufwiesen als die wiederaufgearbeiteten Katheter (p = 0,01). Desweiteren war die Anzahl der insgesamt verwendeten Ballonkatheter bei den Koronarangioplastien mittels resterilisierter Ballonkatheter signifikant höher als bei den Dilatationen, die mittels neuer Ballonkatheter durchgeführt wurden (p = 0,03). Bei der Nachangiographie im Intervall von durchschnittlich vier Monaten war nach Verwendung von wiederaufgearbeiteten Ballonkathetern signifikant häufiger eine erneute PTCA notwendig als nach PTCA mittels neuer Katheter (p = 0,01). Dies betrifft vorwiegend Koronarangioplastien, die allein mit Ballondilatation ohne Stenteinlage durchgeführt wurden. Was die Komplikationsrate angeht, so war diese bei Dilatationen mittels resterilisierter Ballonkatheter signifikant höher als bei denen mittels neuer Ballonkatheter (p = 0,02). Hinsichtlich der Untersuchungsdauer, der Strahlenbelastung, der Durchleuchtungszeit, des Kontrastmittelverbrauchs und der Dauer des stationären Aufenthaltes war kein signifikanter Unterschied nachzuweisen. Es zeigte sich jedoch der Trend, dass es bei den wiederaufgearbeiteten Kathetern zu einer länger Untersuchungsdauer und damit auch zu einer größeren Strahlenbelastung, längeren Durchleuchtungszeit, höheren Kontrastmittelverbrauch und auch zu einem längeren stationären Aufenthalt kommt.
Einleitung Das zentrale Nervensystem ist aufgrund seiner geringen Ischämietoleranz ein besonders gefährdetes Organsystem des Körpers während herzchirurgischer Eingriffe. Die vorliegende Dissertation überprüft anhand eines Schweinemodells, ob ein Zusammenhang zwischen retinaler und zerebaler Blutströmungsgeschwindigkeit, repräsentiert durch die SLDF gemessene Blutströmung in der Retina und durch den transkraniellen Doppler (TCD) gemessenen Fluss über die Arteria cerebri media vor, während und nach extrakorporaler Zirkulation (EKZ) besteht und somit der SLDF als Überwachungsmethode der zerebralen Durchblutung eingesetzt werden kann. Das Ziel dieser Untersuchung ist eine erste Validierung des SLDF als eine Messmethode der zerebralen Blutströmung während herzchirurgischer Eingriffe in einem Tiermodell. Materialien und Methoden Nach der Genehmigung durch die zuständige Tierschutzkommision wurden 6 Hausschweine (Yorkshire Duroc, männlich und weiblich) mit einem mittleren Gewicht von 37,3 ± 9,4 kg in diese Untersuchung aufgenommen. Eine transkranielle Dopplersonde (EME Nicolet Pioneer TC 4040) wurde über der rechten Arteria cerebri media fixiert. Zur Erhebung der retinalen Blutströmungsgeschwindigkeit wurde über dem rechten Auge die Scanning Laser Doppler Flowmetrie (SLDF) platziert. Die Messungen wurden vor (T1=nach 30 minütiger Anästhesie; T2=nach 30 minütiger Anästhesie vor der EKZ unter 100%iger Ligatur der Vena cava inferior), während (T3=10 Minuten nach Beginn der EKZ; T4=Ende der zweistündigen EKZ) und nach (T5=60 Minuten nach Beendigung der EKZ; T6=60 Minuten nach Beendigung der EKZ unter 100%iger Ligatur der Vena cava inferior) einer ACVB-Operation unter extrakorporaler Zirkulation (EKZ) durchgeführt. Ergebnisse Signifikante Korrelationen in der Spearman-Rang Korrelation und in der Regressionsanalyse zwischen der retinalen Blutströmung (detektiert durch den SLDF) und der Blutströmung in der A. cerebri media (detektiert durch den TCD) sind vor (T1, T2), während (T3) und nach der EKZ (T5, T6) vorhanden. Lediglich zum Messzeitpunkt T4 konnte keine Korrelation nachgewiesen werden. Schlussfolgerung Diese Untersuchung zeigt, dass sich vor, während und nach der EKZ die retinale Blutströmung und die Blutströmung in der A. cerebri media gleichwertig verhalten. Die fehlende Korrelation zwischen der Blutströmung in der A. cerebri media detektiert durch den TCD zur retinalen Blutströmung kurz vor Ende der EKZ während des Zeitpunktes T4, ist auf die sich ändernden Durchmessern der Kapillaren in der Retina bei nahezu unveränderter Durchmesser an den großen Gefäßen, wie der A. cerebri media zurückzuführen. Da die Regulation der Durchblutung überwiegend in den Kapillaren stattfindet, stellt sich die Frage, ob die SLDF nicht doch eine exaktere Aussage bezüglich der retinalen und somit der zerebralen Blutströmung zulässt. Die Messung des TCD über die A. cerebri media und deren Aussagekraft über die zerebrale Durchblutung wird seit Jahren von einigen Autoren angezweifelt und in diversen Studien als ungenau bezeichnet. Durch den Einblick in die kapillaren Systeme der Retina ist die Möglichkeit gegeben, in die Regulationsvorgänge der Gefässe einzusehen, um daraus auf die Durchblutung z.B. des Zerebrums Rückschlüsse zu erhalten. Welche dieser Messmethoden, die bisher etablierten Methoden TCD oder doch die neue Messmethode SLDF die Erfassung der zerebralen Durchblutung besser wiedergibt, muss in weiteren Studien evaluiert werden. Auch müssen untere Grenzwerte für die retinalen Blutströmung definiert werden, bevor diese Methode Einzug in den klinischen Alltag finden kann.
Das Tau-Protein bildet im Verlauf von zahlreichen Demenzen, mit Morbus Alzheimer als die bekannteste unter ihnen, Aggregate, die sogenannten „neurofibrillären Geflechte“, die aus Fibrillen, den „paired helical filaments“ (PHFs) bestehen. Außerdem ist das Tau-Protein ein essentielles „microtubule-associated protein“, welches für die Aufrechterhaltung des neuronalen Zellmetabolismus notwendig ist. Dies veranlasste uns dazu, das Tau-Protein als Monomer, in der Mikrotubuli-gebundenen Form und als Fibrille zu charakterisieren. Die Technik, die wir hierzu verwendeten war die NMR-Spektroskopie, die als einzige strukturaufklärende Technik mit atomarer Auflösung dazu in der Lage ist, intrinsisch ungeordnete Proteine, wie das Tau-Protein, zu charakterisieren. Zwar war die Signalzuordnung der NMR-Spektren eine große Herausforderung, dennoch war es möglich praktisch alle Rückgratresonanzen sogar für die längste Tau-Isoform htau40 mit 441 Resten erfolgreich eindeutig zu identifizieren. Mit Hilfe der Zuordnung war es möglich das Tau-Protein bezüglich residualer Strukturelemente, Rückgratdynamik und Bindungsverhalten zu untersuchen. Wir konnten zeigen, dass in der C-terminalen Hälfte des Tau-Proteins, in welcher eine charakteristische Domäne vorliegt, die durch vier imperfekte „repeat“-Regionen (Länge ist jeweils ca. 31 Reste) gekennzeichnet ist, partieller beta-Strukturcharakter vorliegt. Ebenfalls weist diese Region eine verhältnismäßig hohe Rigidität auf. Aus diesem Grund betrachten wird diesen sequentiellen Bereich als den Aggregationskeim, was auch durch die Beobachtung verstärkt wird, das genau diese Zone den rigiden Teil der Fibrillen bildet. Diese aggregationsanfällige Region bindet gleichzeit stark an Mikrotubuli, wodurch ihre Pathogenität im gesunden biologischen System blockiert sein sollte. Mutationen oder Instabilität in den Mikrotubuli können jedoch dazu führen, dass immer höhere Mengen an Tau in freier gelöster Form vorliegen, sich Dimere ausbilden, welche dann weiter aggregieren und schließlich PHFs bilden, die eine starke cross-beta-Struktur aufweisen. Die übrigen Bereiche, wie die N-terminale Hälfe oder die äußersten 50 C-terminalen Reste weisen hingegen einen partiellen alpha-helikalen Charakter auf und eine höhere Peptidrückgratflexibilität. Deshalb kann man diese Elemente als aggregationsinhibierend betrachten. Das genauere Zusammenspiel dieser Elemente muss noch aufbauend auf der vorliegenden Dissertation verstärkt im Detail untersucht werden.
Osteochondrosis dissecans des Kniegelenkes: röntgenologische und kernspintomographische Studie
(2007)
Erkennbar wird die Operationsmethode der Wahl vom festgestellten Stadium der Erkrankung bei der ersten Untersuchung der Patienten bestimmt. Bei denjenigen Patienten, die über Schmerzen im Kniegelenk ohne Traumaanamnese klagen, steht meistens nach der klinischen Untersuchung die Röntgendiagnostik an erster Stelle. Die dabei festgestellten Röntgenstadien der OD bestimmen das weitere Vorgehen. Liegt in den angefertigten Röntgenaufnahmen das Röntgenstadium 1 vor, so kann durchaus eine konservative Behandlung oder schlichtes Abwarten angebracht sein. Auch beim Stadium 2 können diese therapeutischen Ansätze in Betracht gezogen werden, im Zweifelsfall sollte jedoch eine weitere Diagnostik – wie MRT oder eine Arthroskopie – zur Abklärung herangezogen werden. Stellt sich dabei der begründete Verdacht einer Knorpelerweichung, so ist eine diagnostische Arthroskopie angezeigt, bei der u.U. schon weitere operative Maßnahmen – wie etwa eine retrograde Stanzung – ergriffen werden können. Im Röntgenstadium 3 ist eine Arthroskopie zu empfehlen. Ab diesem Stadium ist eine weitere MRT-Untersuchung im allgemeinen überflüssig, da im weiteren ohnehin meistens operative Verfahren zur Anwendung kommen werden. Stellt sich dabei in der Arthroskopie die Knorpeloberfläche zwar als erweicht, jedoch vollständig intakt dar, so bietet sich eine retrograde Stanzung als Therapie an. In diesem Erkrankungsstadium kann aber auch immer noch die konservativ abwartende Vorgehensweise mit regelmäßigen Kontrolluntersuchungen in Betracht gezogen werden. Läßt sich allerdings bereits der Knorpel abheben, so sollte er refixiert werden. Hier bietet sich das Verfahren mit resorbierbaren Pins (z.B. Ethipin) an. Auch durch PRIDIE-Bohrungen kann vor der Refixation versucht werden, die Sklerosezone zu durchbrechen, damit das refixierte Dissekat besser einwachsen kann. Ab dem Röntgen-Stadium 4 ist eine Arthroskopie praktisch nicht vermeidbar. Meistens besteht dann nämlich ein ausgeprägter Knorpeldefekt, der eine operative Therapie nach sich ziehen sollte. Ein nur teilweise gelöster OD-Herd sollte nach Möglichkeit refixiert werden, um die Kongruenz der Gelenkflächen wiederherzustellen. Im Stadium 5 ist die Refixierung die Methode der Wahl. Dieses Verfahren sollte zusätzlich durch eine weitere operative Maßnahme – wie Stanzung oder PRIDIE-Bohrungen – flankiert werden. Eine Stanzung kann ggf. sowohl retrograd als auch von anterograd durchgeführt werden. Beim Vorliegen des Röntgenstadiums 6 – dem Stadium eines freien Gelenkkörpers–, wird in den meisten Fällen auch intraoperativ ein freier Gelenkkörper festgestellt, der häufig jedoch so degeneriert und malazisch ist, daß er für eine Refixation nicht mehr in Frage kommt. In diesem Fall sollten alternative Verfahren – z.B. die Knorpel-Knochen-Transplantation wie DBCS (Diamond Bone Cutting System) oder OATS (Osteochondrale Autologes Transplantations System)– in Erwägung gezogen werden, da die bloße Entfernung des OD-Herdes in aller Regel eine vorzeitige Arthrose nach sich zieht. Da die Röntgenaufnahme nur freie Gelenkkörper mit subchondralem Anteil zeigt, häufig aber auch noch knorpelige freie Gelenkkörper vorliegen, sollten diese ggf. möglichst wieder refixiert werden. Die MRT-Diagnostik ist für die Beurteilung des Erkrankungsgrades einer OD mit Sicherheit ein vorzüglich geeignetes Instrument, das zumindest in Zweifelsfällen und bei röntgenologischen Anfangsstadien zur Abklärung herangezogen werden sollte.
Extrazelluläre Ablagerungen aus aggregierten Abeta-Peptiden stellen das pathologische Hauptmerkmal der Alzheimer Demenz dar. Schrittweise Veränderungen der Gleichgewichtsspiegel an Abeta im Gehirn begründen den Beginn der Amyloid Kaskaden Hypothese, in deren Folge es zu einer vermehrten Bildung und Aggregation von Abeta kommt. Im Zuge dieser Arbeit wurde im Zellmodell untersucht, welche Faktoren die Aggregation und die Bildung von Abeta initiieren bzw. verstärken. Etliche Arbeiten deuten darauf hin, dass der Amyloid-Metabolismus eng mit dem zellulären Cholesteringehalt verknüpft ist. In den hier verwendeten Modellsystemen bestätigte sich dieser Befund, da die Reduktion von Cholesterin durch Lovastatin und selektive Inhibitoren der Cholesterinbiosynthese mit einer signifikanten Abnahme der Abeta-Produktion einherging. Der Statin-Effekt konnte dabei nachweislich auf die Cholesterinreduktion bezogen und gegenüber pleitropen Isoprenoid-Effekten abgegrenzt werden, da die Inhibition der Isoprenoid- Transferasen FTase und GGTase zu keiner verminderten Abeta-Sekretion führte. Für eine mechanistische Analyse wurde die Rolle des freien Cholesterins als determinierender Faktor der Membranfluidität untersucht. Die APP-Prozessierung ist in der Membran lokalisiert und unterliegt daher dem Einfluss von Cholesterin als Modulator der physikalisch-chemischen Membraneigenschaften. Die Reduktion von Cholesterin bewirkt eine Zunahme der Membranfluidität, während hohe Cholesterinspiegel zu einer starren Membran führen. Beide Zustände wurden unabhängig vom Cholesteringehalt durch den Membranfluidizer Benzyl-Alkohol und den Membranrigidizer Pluronic F68 simuliert. Die Zunahme der Membranfluidität nach der Behandlung mit Benzyl Alkohol resultierte in einer signifikant verminderten Abeta-Sekretion. Pluronic F68 hingegen führte cholesterinunabhängig zu einer Abnahme an Membranfluidität, die mit einer verstärkten amyloidogenen APP-Prozessierung einherging. Die Befunde weisen die Membranfluidität explizit als regulatorisches Element der Abeta-Produktion aus. Benzyl Alkohol und Pluronic F68 zeigten außerdem eine starke Beeinflussung der Membranorganisation in Bezug auf die Formation von Lipid Rafts als potentielle Domänen der amyloidogenen APP-Prozessierung. Benzyl Alkohol führte zu einer diffusen Lokalisation von GM-1 und Cholesterin, während Pluronic F68 eine Kondensation der Raftlipide bewirkte. Abeta selbst interagiert mit der Plasmamembran und stört deren Integrität. Eine Reihe von Daten deutet darauf hin, dass Abeta spezifisch an Komponenten der Lipid Rafts bindet. Die vorliegende Arbeit bestätigt die Kolokalisation von GM-1 und Abeta und belegt, dass die Interaktion zu einer Abnahme der Membranfluidität führt. Weiterführend konnte gezeigt werden, dass die Bindung von Abeta zu einer verstärkten amyloidogenen APP-Prozessierung führt und so einen selbstverstärkenden Mechanismus der Abeta-Produktion initiiert. Der Effekt konnte in proliferierenden Zellen durch langfristige Inhibition der Abeta-Sekretion rückgängig gemacht werden. Anhand der Ergebnisse wurde ein Modell entworfen, in dem die Aggregation von gebundenem Abeta zu einer Vernetzung von Lipid Rafts führt und so die amyloidogene APP-Prozessierung stimuliert. Die Hypothese wurde mit Hilfe von Antikörperinduzierter Quervernetzung von GM-1 überprüft und bestätigt. Zusammengenommen zeigt die vorliegende Arbeit, dass 1.) die Lovastatin-induzierte Abnahme der Abeta-Sekretion in den verwendeten Zellmodellen auf die Reduktion von Cholesterin, bzw. die daraus resultierende Zunahme der Membranfluidität zurückzuführen ist, 2.) die Membranfluidität unabhängig vom Cholesteringehalt Einfluss auf die APP-Prozessierung nimmt, wobei eine fluide Membran die nicht-amyloidogene und eine starre Membran die amyloidogene APP-Prozessierung begünstigt, 3.) die Vernetzung bzw. Kondensation von Lipid Rafts zu einer verstärkten amyloidogenen Prozessierung führt und 4.) Abeta selbst durch Bindung an die Membran diesen Zustand bedingt und damit einen Teufelskreislauf initiiert, in dem es die eigene Produktion stimuliert. Damit fügt die Arbeit dem Puzzle um die Genesis der sporadischen Form der Alzheimer Demenz einige Stücke hinzu und bietet neue Aspekte für die therapeutische Intervention der Erkrankung an.
Für die Analyse klimagesteuerter terrestrischer und mariner Ökosystemdynamik im Spätglazial und Holozän des Ägäisraums wurden terrestrische (Pollen und Sporen) und marine Palynomorphe (organischwandige Dinoflagellatenzysten) aus einem marinen Kern des Berg-Athos-Beckens hochauflösend (d.h. in einer zeitlichen Auflösung zwischen ~30 und ~200 Jahren) untersucht. Darüber hinaus wurden Pollen und Sporen eines terrestrischen Kerns aus dem Drama-Becken (nördliches Hinterland der Ägäis) analysiert. Neben der qualitativen Analyse wurden mit Hilfe der Technik der modernen Analoge quantitative Rekonstruktionen der Paläotemperaturen und -niederschläge im terrestrischen Raum vorgenommen. Für den marinen Kern wurden außerdem Sedimenthelligkeit, Sauerstoffisotopie und magnetische Suszeptibilität untersucht. Über die Entwicklung eines konsistenten Altersmodells für beide Kerne konnten Aussagen über eine regionale, klimagesteuerte Differenzierung zwischen der Vegetationsentwicklung im Küstenbereich und der Vegetationsentwicklung in intramontanen Ökosystemen getroffen werden. Während des Pleniglazials (~21 ka bis ~14,7 ka BP) herrschten im nördlichen Ägäisraum kühle und vor allem trockene Bedingungen vor. Offen liegende Schelfflächen wurden von einer Pinus-dominierten Vegetation besiedelt, bis der Schelf während des anschließenden Meiendorf-Bølling-Allerød-Interstadialkomplexes (~14,7 ka bis ~12,7 ka BP) durch den Schmelzwasserpuls MWP-1A überflutet wurde. Während des Meiendorf-Bølling-Allerød-Interstadialkomplexes herrschten im nördlichen Ägäisraum etwas humidere Bedingungen als während des Pleniglazials. In der anschließenden Jüngeren Dryas (~12,7 ka bis ~11,7 ka BP) war das Klima hingegen mindestens ebenso arid und die Oberflächenwassertemperaturen in der Nordägäis fast ebenso gering wie während des Pleniglazials. Das lokale Klima im Drama Becken war von ~21 ka BP bis zum Ende der Jüngeren Dryas generell trockener als die allgemeinen Klimabedingungen im nördlichen Ägäisraum. Die Vegetationsentwicklung im nördlichen Ägäisraum wurde während des Spätquartärs vor allem durch die zur Verfügung stehende Feuchtigkeit gesteuert. Auch nach der Jüngeren Dryas war die Humidität im Ägäisraum zu gering, um eine Wiederbewaldung zu ermöglichen, wie sie in Mitteleuropa und dem westlichen Mittelmeergebiet bereits ab ~11,6 ka BP stattfand. Ein Vegetationsrückschlag um ~11,0 ka BP korreliert mit der aus Mitteleuropa bekannten präborealen Oszillation bzw. dem 11,2-ka-Klimaereignis. Die holozäne Wiederbewaldung setzte im östlichen Ägäisraum erst ab 10,2 ka BP ein; sie wurde durch einen sukzessiven Anstieg der Winterniederschläge von ~225 auf über ~300 mm/Jahr ermöglicht. Sowohl dieser Anstieg der Winterniederschläge als auch ihr Rückgang nach 7,0 ka BP sind eng mit der Ablagerung des Sapropels S1 (zwischen ~9,6 ka und ~7,0 ka BP) verknüpft. Die relativ humiden und milden Winterbedingungen während der Ablagerung des S1 wurden von durch Vegetationsrückschläge dokumentierten, kurzfristigen Klimaereignissen bei ~9,3 ka, ~8,7 ka, ~8,2 ka und ~7,6 ka BP unterbrochen. Diese kurzfristigen Klimaereignisse gehen mit Unterbrechungen bzw. Abschwächungen der S1-Bildung einher. Besonders ausgeprägt ist der regionale Ausdruck des 8,2-ka-Ereignisses, welches für die am stärksten ausgeprägte und auch aus anderen Bereichen des östlichen Mittelmeers überlieferte Unterbrechung des S1 zwischen ~8,4 ka und ~8,0 ka verantwortlich zeichnet. Während der Bildung des S1 wurde die Klimaentwicklung im Ägäisraum generell weniger vom Klimasystem der hohen Breiten beeinflusst als vielmehr vom Monsunsystem der niederen Breiten. Allerdings war die Intensität des Sibirischen Hochs während des frühen Holozäns und nach dem S1-Intervall ein wichtiger Faktor für das Winterklima. Auch während des Holozäns wurden Klimaschwankungen im Drama-Becken deutlicher von der lokalen Vegetation reflektiert als von der Vegetation des nördlichen Ägäisraums im Allgemeinen. So wirkte sich z.B. das 8,2-ka-Ereignis sehr stark auf die Vegetationsentwicklung im Drama Becken aus; es verursachte einen Rückgang der Sommer- und Wintertemperaturen um mehr als 3° C. Dieser starke Temperatureinbruch ist auf lokale mesoklimatische Effekte zurückzuführen. Die Vegetation in den Randbereichen der Ägäis erfuhr weitere Rückschläge bei ~6,5 ka, ~5,6 ka und ~4,3 ka BP. Die Einbrüche bei ~5,6 ka und ~4,3 ka BP sind mit rapiden Klimaänderungen in großen Teilen der Nordhemisphäre korrelierbar, die ebenso wie die Jüngere Dryas und das 8,2-ka-Klimaereignis Einfluss auf Hochkulturen in Nordostafrika und im Mittleren Osten hatten. Die aus dem Holozän überlieferten Klimadaten machen deutlich, dass dieser Zeitraum von einer weitaus stärkeren Klimavariabilität geprägt wurde als noch bis vor kurzem angenommen.
Eine in der Forschung häufig gestellte Frage ist, welche schädlichen Auswirkungen Ärger und vor allem Ärgerausdruck haben kann. Bei Ärgerausdruck wird dabei typischerweise in nach innen gerichteten (anger-in) und nach außen gerichteten Ärger (anger-out) unterschieden. Hinsichtlich der gesundheitlichen Auswirkungen gibt es Hinweise dafür, dass beide typischen Ärgerausdrucksformen - sowohl nach innen als auch nach außen gerichteter Ärger - mit Risiken für das kardiovaskuläre System einhergehen. Allerdings ist die Vorhersagekraft einzelner Variablen nur sehr gering, so dass die Kombination von Variablen vielversprechender wirkt. Ein aktuell diskutiertes Risikocluster für koronare Herzkrankheiten ist das Typ D-Konstrukt. In Studie 1 wurden die Zusammenhänge von Typ D und Ärger und Ärgerausdruck in einer klinischen sowie einer nichtklinischen Stichprobe mit Hilfe von Fragebögen überprüft. In beiden Teilstichproben wies Typ D Beziehungen mit Ärger und Ärgerunterdrückung sowie offenem Ärgerausdruck auf. Ärger und Ärgerausdruck scheinen also auch im Typ D-Konzept eine wichtige Rolle zu spielen. Außer Belegen für gesundheitliche Auswirkungen von Ärgerausdruck wurden in jüngerer Zeit auch Hinweise auf Einflüsse auf Leistungsaspekte gefunden. Forschung aus dem Bereich der Emotionsregulation wies darauf hin, dass respondente Emotionsregulation, d.h. die Regulierung des emotionalen Ausdrucks ohne Änderung der erlebten Emotion, eine negative Wirkung auf die Bewältigung von kognitiven Aufgaben haben kann. In Studie 2 und Studie 3 wurde untersucht, ob sich auch für die respondente Regulierung des Ärgerausdrucks ein Effekt auf Leistungsvariablen feststellen lässt. Es wurde davon ausgegangen, dass sich ein inkongruenter Ärgerausdruck, also ein Ausdruck, der mit dem erlebten Ärger nicht übereinstimmt, leistungsreduzierend auswirkt. Ärger wurde mittels Provokation eines Konföderierten induziert. Der Ärgerausdruck wurde durch die Instruktion manipuliert, während einer der kognitiven Aufgabe zusätzlich eine bestimmte Emotion (ärgerlich oder neutral) darzustellen. Im Sinne der Annahme ließen sich nach inkongruentem Ärgerausdruck Defizite in der freien Erinnerung und im Zahlenverbindungstest finden. Die durchgeführten Studien sprechen dafür, dass Ärgerausdruck sowohl nach außen als auch nach innen gerichtet schädliche für Gesundheit und Leistung sein kann, wenn er übertrieben oder mit dem eigenen Erleben inkongruent ist.
Ziel der vorliegenden Arbeit war der Nachweis der bekannten Tonotopie im auditorischen Cortex der Katze mittels optical recording intrinsischer Signale (ORIS) mit der Frage, ob ORIS eine funktionelle Bildgebung ermöglicht, die den etablierten elektrophysiologischen Ableitungsmethoden an räumlicher und zeitlicher Auflösung ebenbürtig oder sogar überlegen ist. Hierzu wurde ein ORIS- Setup erstellt, dessen Schwankungsbreiten von Beleuchtungseinheit und aufzeichnendem System in Ableitung mit grünem Licht bei einer Größenordnung von 0,03% hinreichend niedrig lagen, um stimulusassoziierte Signale in den von den meisten Autoren berichteten Amplituden sicher ableiten zu können. Es wurden spontane wie durch elektrische und akustische Stimuli evozierte Änderungen in den Reflexionseigenschaften des primären auditorischen Cortex (A1) der Ketamin- und Isofluran- anästhesierten Katze beobachtet. In Ruhe stellten sich bei 540nm in sämtlichen Versuchstieren (n=4) spontane Absorptionsoszillationen mit einer Grundfrequenz von 0,1Hz und einer Amplitude zwischen 1 und 3,5% dar („Mayer-waves“), deren Ursprung (intra- versus extracerebral) jedoch nicht gesichert werden konnte und die sich von den anliegenden Stimuli unbeeinflußt zeigten. Ein der bekannten Tonotopie korrespondierendes Muster aktivierter Areale nach Stimulation konnte lediglich bei ¼ der Versuchstiere nachgewiesen werden (P124, elektrische Reizung, 30 Mittelungsdurchgänge). Die erreichten Absorptionsmaxima nach 12dB überschwelliger elektrischer Reizung des Hörnerven lagen bei etwa 0,5% mit einer Latenz bis zum Signalmaximum von 5,5 sec. Bei P126 war erst nach Mittelung von 18 Durchgängen ein zeitlicher Zusammenhang zwischen optisch erhobenen Daten und Stimulus nachweisbar. Bei P125 stellte sich nach 30 Mittelungsschritten zwar ein caudo-rostraler Shift der optischen Maxima bei Stimulation von 1kHz auf 4kHz dar, was der bekannten cortikalen Frequenzrepräsentation entsprach, doch ließ die darauffolgende Reizung mit 16 kHz keinen weiteren Shift nach rostral erkennen. Das cortikale Gebiet maximaler optischer Aktivität lag gegenüber dem Ort der 4kHz-Repräsentation caudomedial versetzt. Dies widerspricht der bekannten cortikalen Cochleotopie. Es fand sich nach Mittelung über 18 (P126) bzw. 30 (P124 und P125) Durchgänge gleicher Stimulation bei allen Tieren ein fleckiges, stimulusassoziiertes, jedoch nicht tonotop verteiltes Signal in Form einer Absorptionszunahme mit Maximum nach 6-8,5 Sekunden. Es erreichte Amplituden zwischen 1% und 2,5%. Die optischen Aktivitätsmuster zeigten eine erhebliche Varianz unter Durchgängen bei gleichem Stimulus. In einem Experiment (P126) fand ein Vergleich der optisch generierten Ergebnisse mit elektrophysiologischen Multiunit-Messungen statt. Es konnte nur bei einer Stimulationsfrequenz (8kHz) eine schwache Korrelation der lektrophysiologischen Multiunit-Antworten mit den optisch erhobenen Reflexionsänderungen festgestellt werden. Wir schließen daher, dass die Darstellung einer Tonotopie mittels ORIS nur in einem Bruchteil der untersuchten Versuchstiere mit gegenüber elektrophysiologischen Methoden deutlich geringerer Reliabilität, Validität und räumlicher Auflösung machbar ist, möglicherweise, weil ORIS am primären auditorischen Cortex der Katze lediglich ein grobes Signal der Tonotopie liefert, ohne hierbei auf die Lokalisation aktiver Neurone beschränkt zu sein. ORIS ist demnach zum Ersatz der etablierten Elektrophysiologie am A1 der Katze nicht geeignet.