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Ca-Silikate als natürliche Einschlüsse in Diamanten sind so extrem selten und bislang wenig untersucht, daß der Weg, sie synthetisch herzustellen, um entsprechende Analysen durchführen zu können, gerechtfertigt wird. Um die Veränderungen über einen großen Druckbereich bis zu Bedingungen, die dem Unteren Erdmantel entsprechen, durchführen zu können, wurde ein neues Hochdrucklabor mit einer Multi-Anvil-Presse aufgebaut. In dieses Labor sind viele Erfahrungen aus eigenen Experimenten und aus anderen Arbeitsgruppen eingeflossen, sodaß eine leistungsfähige Hochdruckanlage zur Verfügung steht. Kernstück dieses Hochdrucksystems ist der innere Hochdruckaufbau, wobei nicht ein bereits etablierter Hochdruckaufbau kopiert, sondern - durch das Integrieren der Vorzüge von unterschiedlichen Systemen - ein eigenständiger Hochdruckaufbau entwickelt wurde. Das System ist für weitere Ausbaumöglichkeiten vorbereitet, sodaß z. B. großvolumige Kapseln zusammen mit den Ceramcast-Oktaedern bis 80 kbar eingesetzt werden können, bzw. der maximale Druckbereich mit einem 10/4 mm Aufbau bis über 200 kbar ausgeweitet werden kann. Die Untersuchung der Reaktionskinetik an den Ca-Silikatphasen stellt eine besondere Herausforderung dar. Aus vorangegangenen Experimenten und Untersuchungen ist die "nicht Quenchbarkeit" von Ca-Perovskit und die Amorphisierung von Ca-Walstromit bekannt, sodaß sich die Untersuchungen mittels der herkömmlichen Hochdruckmethoden für diese Fragestellung als nachteilig erweisen. Dank der Zusammenarbeit mit dem "Material Science Laboratory" am Synchrotron in Daresbury bot sich die Möglichkeit, in situ Hochdruckexperimente an den Ca-Silikatphasen durchzuführen. Es stand nur eine begrenzte Entwicklungszeit zur Verfügung, um die neuartige "fine-to-fine" Geometrie zu entwickeln und zu erproben. Mit diesem Hochdruckaufbau ist es gelungen, in situ Hochdruckexperimente bei bis zu 150 kbar und 1400°C durchzuführen und dabei Ca-Perovskit zu kristallisieren. Mit den kleineren 10mm MgO-Oktaedern und 5 bzw. 4 mm Truncation an den Wolframcarbid-Würfeln sind sogar bei gleicher Geometrie noch höhere Drücke realisierbar. Die Beobachtungen an den durchgeführten Experimente ermöglicht eine Aussage zur Reaktionskinetik der Phasenumwandlung bei Ca-Silikaten. Die Disproportionsreaktion von Ca-Perovskit zu den zwei Phasen Larnit und Si-Titanit läuft sehr rasch ab, wo hingegen die Rekombinationsreaktion dieser beiden Phasen zu Ca-Walstromit kinetisch gehemmt und innerhalb von Stunden keine Umwandlung beobachtet werden konnte. Darüber hinaus bestätigen die eigenen Experimente ein Einsetzen der Amorphisierung von Ca-Perovskit bei Drücken unterhalb von 10 kbar. Eine Amorphisierung von Ca-Walstromit wurde auch nach vollständiger Druckentlastung nicht beobachtet. Werden die Beobachtungen der kinetischen Experimente der Phasenumwandlung an Ca-Silikaten auf die natürlichen Bedingungen bei der Diamantentstehung und deren Aufstiegspfad übertragen, spricht dies für ein Modell des raschen Aufstiegs aus dem Unteren Mantel bzw. der Übergangszone und einem Steckenbleiben im Oberen Mantel bei moderaten Drücken. Der Weg an die Erdoberfläche findet dann zu einem späteren Zeitpunkt ebenfalls mit schnellen Aufstiegsgeschwindigkeiten statt. Die Ergebnisse der Löslichkeits-Hochdruckexperimente von Kalium und Phosphor bestätigen die Beobachtungen, die an den natürlichen Ca-Silikateinschlüssen gemacht wurden. In dem Zweiphasenfeld, in dem Larnit zusammen mit Si-Titanit koexsistiert, hebt sich vor allem die sehr hohe Löslichkeit von Kalium und Phosphor hervor. Zwar wurde bereits in den natürlichen Einschlüssen ein auffallend hoher Gehalt dieser Elemente beobacht, die Experimente zur maximalen Löslichkeit zeigen jedoch, daß sich weitaus höhere Gehalte im Larnit lösen können. Für diese Phase trifft die gekoppelte Substitution von Kalium und Phosphor gegen Calcium und Silicium im Verhältnis 1 : 1 zu. Interessant ist zudem die offenbare Druckhabhängigkeit der Löslichkeit in Larnit. Für eine geobarometrische Anwendung dieses Druckeffekts ist das Stabilitätsfeld mit nur 20 kbar relativ schmal, so daß der Druckgradient gering ist. Die Titanit-Struktur erweist sich im Gegensatz dazu als nicht kompatibel für diese Elemente. In Si-Titanit werden nur extrem geringe Gehalte an Kalium und Phosphor eingebaut. In den natürlichen Einschlüssen wurden gleichermaßen geringe Gehalte nachgewiesen. Damit kann vom Erreichen der maximalen Löslichkeit in den natürlichen Proben ausgegangen werden. Als potentieller Träger von Kalium und Phosphor in der Übergangszone ist die Phase Larnit. Sie kann sehr hohe Gehalte dieser Elemente aufnehmen, mit steigendem Druck nimmt die Löslichkeit jedoch ab. Direkte Messungen der Löslichkeit an Ca-Perovskit liegen bislang nicht vor. Die Experimente an der unteren Stabilitätsgrenze zeigen sehr geringe Gehalte an Kalium und Phosphor. Eine Substitution in dieser sehr dichten Struktur findet nicht statt. Die geringe Löslichkeit in Ca-Perovskit entspricht nicht dem erwarteten Ergebnis. Diese Phase galt bislang als möglicher Träger von Kalium und Phosphor im Unteren Mantel. Wenn davon ausgegangen wird, daß Einschlüsse, in denen Larnit und Si-Titanit nachgewiesen werden, möglicherweise ehemals Ca-Perovskit gewesen sind und damit eine Herkunft aus dem Unteren Mantel haben, so sprechen die hohen Gehalte an Kalium und Phosphor in Larnit gegen diese Annahme. Ein Einschluß, der als Ca-Perovskit im Unteren Mantel kristallisiert ist, kann nicht die großen Mengen an Kalium und Phosphor einbauen, wie sie dann im Larnit als direkte Umwandlungsphase nachgewiesen werden. Möglicherweise sind Einschlüsse, die hohe Gehalte an Kalium und Phosphor zeigen, in dem Zweiphasenstabilitätsfeld Larnit/Si-Titanit kristallisiert, und ein Hinweis darauf, daß sie kein Disproportionsprodukt aus vormaligem Ca-Perovskit sind. Bislang ungeklärt bleibt die Frage, ob mit höherem Druck die Löslichkeit von Kalium und Phosphor in Ca-Perovskit zunimmt. Wenn eine Druckabhängigkeit der Löslichkeit vorliegt, würde dies dafür sprechen, daß die Diamanten mit Ca-Perovskit-Einschlüssen aus dem Unteren Mantel stammen und nicht aus der Übergangszone. Die Annahme der Herkunft dieser speziellen Diamantparagenese aus dem Unteren Mantel wird auch durch das Auftreten von Ferro-Periklas und Stichovit zusammen mit Ca-Perovskit im gleichen Diamantkristall bekräftigt. Zukünftige Experimente bei höheren Drücken könnten die Frage klären, ob bei einer Druckerhöhung eine Zunahme der Löslichkeit in Ca-Perovskit beobachtet wird. Eine beachtliche Zunahme der Löslichkeit mit dem Druck würde das Modell der Herkunft der Ca-Silikateinschlüsse aus dem Unteren Mantel stützen. Die Löslichkeit von Kalium und Phosphor in Ca-Walstromit zeigt sowohl in den natürlichen Einschlüssen als auch in den Experimenten mittlere Gehalte dieser Elemente an. Abweichend von den Beobachtungen in den Einschlüssen ist jedoch der erhöhte Kaliumgehalt, der nicht den erwarteten stöchiometrischen Austausch von 1 : 1 wiedergibt. Untersuchungen an natürlichen Ca-Walstromit als Einschlüsse in Diamanten werden zukünftig von besonderem Interesse sein, da diese Einschlüsse entsprechend häufiger auftreten und als Probenmaterial vorliegen. Weitere Experimente im Ca-Walstromit-Stabilitätsfeld mit unterschiedlichen Gehalten an Spurenelementen und entsprechenden Strukturuntersuchungen können die Frage der Stabilität bzw. der Amorphisierung klären. Ein unmittelbares Amorphisieren von Ca-Walstromit nach der Druckentlastung wird nicht beobachtet und auch die energiereiche Strahlung der Mikrosonde bzw. des Synchrotrons hat keine Amorphisierung zur Folge. Beim Bestrahlen mit der sehr energiereichen Strahlung bei den TEM-Untersuchungen zeigt sich jedoch, daß Ca-Walstromit nicht sehr stabil ist und innerhalb weniger Minuten amorphisiert. Die TEM-Untersuchungen weisen auf mögliche Polymorphe von Ca-Walstromit hin. Wenn sich unterschiedliche Polymorphe nachweisen lassen, ist von abweichenden Löslichkeiten und unter Umständen anderen Einbaumechanismen in den Phasen auszugehen.
In einer Gabor-Linse wird durch ein axiales magnetisches Feld und ein longitudinales Potential ein so genanntes nichtneutrales Plasma (NNP) stabil eingeschlossen. Das elektrische Feld der Ladungsträgerwolke wirkt fokussierend auf Ionenstrahlen, die das Linsenvolumen passieren. Dieses Konzept, das D. Gabor 1946 vorstellte, wurde hinsichtlich seiner Eignung zur Ionenstrahlfokussierung seit den 1970-er Jahren untersucht, denn Gabor-Linsen ermöglichen eine elektrostatische Fokussierung erster Ordnung bei gleichzeitiger Raumladungskompensation im gesamten Transportkanal und haben damit einen großen Vorteil gegenüber den konventionellen Linsensystemen. Hauptsächlich zwei Gründe sprachen jedoch nach den meisten Experimenten gegen einen Einsatz dieses Linsentyps in Beschleunigern: Die erreichte Einschlusseffizienz und die Abbildungseigenschaften der eingeschlossenen Raumladungswolke blieben weit hinter den Erwartungen zurück. Erst ein geändertes Konzept zur Befüllung der Linse mit Elektronen und ein parallel zu den Experimenten entwickeltes numerisches Verfahren zur Bestimmung der Plasmaparameter ermöglichte die Entwicklung eines Linsensystems, das die Vorteile gegenüber konventionellen Ionenoptiken sichtbar werden ließ In der vorliegenden Arbeit wird neben der theoretischen Beschreibung des Plasmaeinschlusses der Aufbau und die Funktionsweise einer Gabor-Linse dargestellt. Experimentelle Befunde zur Strahlinjektion in einen RFQ unter Verwendung einer LEBT-Sektion, bestehend aus zwei Gabor-Linsen werden präsentiert. Nach der Beschleunigung des Ionenstrahles durch einen RFQ auf eine Energie von etwa 440 keV sollten Transportexperimente zeigen, ob eine neu entwickelte Hochfeld Gabor-Linse (HGL) zur Fokussierung dieses Strahles eingesetzt werden kann. Die Strahlenergie ist dabei mit der vergleichbar, die im HIF-Projekt (Heavy Ion Fusion) für die Injektion des Bi1+-Strahles in die erste Beschleunigerstruktur geplant ist. Insbesondere war bei den Experimenten mit dem durch den RFQ beschleunigten Strahl die Einschlusseffizienz bezüglich der Elektronendichte in der HGL von Interesse und auch das Verhalten des NNP bei der Fokussierung eines gepulsten Ionenstrahles.
Mit der vorliegenden Arbeit ist der eindeutige experimentelle Nachweis für die Existenz eines 1997 [Ced97] vorhergesagten, neuartigen Zerfallskanals für Van-der-Waals-gebundene Systeme erbracht worden. Die Untersuchungen wurden an einem Neondimer durchgeführt. Erzeugt man in einem Atom dieses Dimers durch Synchrotronstrahlung eine 2s-Vakanz, so wird diese durch ein 2p-Elektron aufgefüllt. Die hierbei freiwerdende Energie wird an das zweite Atom des Dimers in Form eines virtuellen Photons übertragen und löst dort ein Elektron aus einer äußeren Schale. Untersucht wurde dieser Zerfall namens „Interatomic Coulombic Decay” (ICD) durch Koinzidenzimpulsspektroskopie (COLTRIMS) [Doe00, Ull03, Jah04b]. Der Nachweis der Existenz des Effekts erfolgte dadurch, dass die Summe der Energien der Photofragmente - und im Speziellen des ICD-Elektrons und der beiden im Zerfall entstehenden Ne+-Ionen - eine Konstante ist. Durch die koinzidente Messung der Impulse, der im Zerfall entstehenden Teilchen, konnte hierdurch ICD eindeutig identifiziert werden. Die Übereinstimmung der gemessenen Energiespektren mit aktuellen theoretischen Vorhersagen [Sche04b, Jah04c] ist exzellent. Dadurch, dass das Dimer nach dem IC-Zerfall in einer Coulomb-Explosion fragmentiert, konnten des Weiteren Untersuchungen, wie sie in den letzten Jahren an einfachen Molekülen durchgeführt wurden [Web01, Lan02, Jah02, Web03b, Osi03b, Jah04a], auch am Neondimer erfolgen: Durch die Messung der Ausbreitungsrichtung der ionischen Fragmente des Dimers nach der Coulomb-Explosion wird die räumliche Ausrichtung des Dimers zum Zeitpunkt der Photoionisation bestimmt. Die gemessenen Impulse der emittierten Elektronen können dadurch im Bezug zur Dimerachse dargestellt werden. In dieser Arbeit wurden somit Messungen der Winkelverteilung der 2s-Photoelektronen und des ICD-Elektrons im laborfesten und auch dimerfesten Bezugssystem vorgestellt und mit vorhandenen theoretischen Vorhersagen verglichen. Die Winkelverteilung des Photoelektrons ähnelt stark der Verteilung, die man nach der Photoionisation eines einzelnen Neonatoms erhält und hat somit fast reinen Dipolcharakter. Die Präsenz des zweiten Atoms des Dimers verursacht nur leichte Modulationen, so dass auch die Änderung der Ausrichtung der Dimerachse im Bezug zur Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichtes nur geringe Auswirkungen hat. Durch die koinzidente Messung aller vier nach der Photoionisation entstehenden Teilchen konnte außerdem ein weiterer Doppelionisationsmechanismus des Dimers nachgewiesen werden: Ähnlich wie in einzelnen Atomen [Sam90] gibt es auch in Clustern den TS1-Prozess. Hierbei wird ein 2p-Elektron aus dem einen Atom des Dimers herausgelöst. Es streut dann an einem 2p-Elektron des anderen Atoms, das hierdurch ionisiert wird. Diese etwas andere Form des TS1 im Cluster ist also genau wie ICD ein interatomarer Vorgang. Die Summe der Energien der beiden, in diesem Prozess entstehenden Elektronen hat einen festen Wert von h... − 2 · IP(2p) − KER = 12 eV, so dass dieser Prozess hierdurch im Experiment gefunden werden konnte. Die gemessenen Zwischenwinkel zwischen den beiden Elektronen zeigen des Weiteren genau die für zwei sich abstoßende Teilchen typische Verteilung einer Gauss-Kurve mit einem Maximum bei 180 Grad. Da im Falle von interatomarem TS1 die Potentialkurve der Coulomb-Explosion direkt aus dem Grundzustand populiert wird, konnte im Rahmen der „Reflexion Approximation” die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Abstände der beiden Dimeratome experimentell visualisiert werden. Das Betragsquadrat des Kernanteils der Dimergrundzustandswellenfunktion wurde somit direkt vermessen. Die Messungen wurden bei drei verschiedenen Photonenenergien durchgeführt, um die Ergebnisse weiter abzusichern und robuster gegen eventuelle systematische Fehler zu machen. Da kein isotopenreines Neongas im Experiment eingesetzt wurde, konnten genauso Ionisations- und ICD-Ereignisse von isotopischen Dimeren (20Ne22Ne) beobachtet und ausgewertet werden. Die gemessenen Spektren sind innerhalb der Messtoleranzen identisch zu denen für 20Ne2.
Die Anzahl der Patienten mit einer erworbenen Immunsuppression hat in den letzten 20-30 Jahren deutlich zugenommen. Einerseits ist dies durch eine deutlich aggressivere Chemotherapie bei Tumorpatienten bis hin zur Knochenmarkstransplantation bedingt, andererseits durch das Auftreten der HIV-Infektion. Somit ist auch die Inzidenz der mit der Immunsuppression verbundenen Komplikationen gestiegen. Eine gefürchtete Komplikation stellt die invasive broncho pulmonale Aspergillose (IPA) dar, die bei inadäquater Therapie oder verzögertem Therapiebeginn mit einer Mortalitätsrate bis zu 100% einhergeht. Eine Früherkennung und die rechtzeitige Einleitung einer entsprechenden Therapie sind daher von entscheidender prognostischer Bedeutung. Therapeutisch kommt es primär zum Einsatz systemisch wirkender Antimykotika. Hierbei spielen Amphotericin B oder alternativ Itraconazol die Hauptrolle. Eine derartige Therapie sollte nicht ohne sicheren Hinweis auf das Vorliegen einer IPA erfolgen, da es sich hierbei um eine langwierige Therapie mit erheblichen Nebenwirkungen handelt (u.a. Nephrotoxizität). Zusätzlich ist diese Therapieform mit sehr hohen Kosten verbunden. Invasive Verfahren (OP, Biopsie, Gewinnung von sterilem Untersuchungsmaterial) zum sicheren Nachweis einer IPA stellen in der Mehrzahl der Fälle ein erheblichesRisiko für immunsupprimierte Patienten dar. Andere diagnostische Verfahren, die alleine einen zeitgerechten und zuverlässigen Nachweis der IPA ermöglichen, stehen derzeit nicht zur Verfügung. Von der European Organization for Research and Treatment of Cancer / Invasive Fungal Infections Cooperative Group (EORTC) und dem National Institute of Allergy and Infectious Diseases/Mycoses Study Group (MSG) wurden aus diesem Grund Richtlinien zur Definition invasiver fungaler Infektionen erarbeitet. In diesen Richtlinien werden unterschiedliche Wahrscheinlichkeitsgrade definitiert. Im Einzelnen werden eine sichere, wahrscheinliche und möglichen IPA unterschieden. Während von einer sicheren IPA nur beim Vorliegen eines direkten oder kulturellen Nachweises aus sterilen Untersuchungsmaterialien (invasive Verfahren, OP, Biopsie) ausgegangen werden kann, ist eine mögliche IPA lediglich durch einen Host-Faktor in Verbindung mit Antigen-Nachweis oder klinischer Symptomatik gekennzeichnet. Da aus oben genannten Gründen der direkte Aspergillus-Nachweis meistens nicht möglich und die Definition der möglichen IPA sehr allgemein gehalten ist, nimmt die Definition der wahrscheinlichen IPA einen besonderen Stellenwert ein. Sie wird anhand eines Host- und eines mikrobiologischen Faktors sowie eines klinischen Kriteriums beschrieben, bestehend aus einem Haupt- oder zwei Nebenkriterien. Die klinischen Hauptkriterien setzen sich aus drei computertomographischen Zeichen der IPA zusammen. Es handelt sich hierbei um das Halo- und Air-Crescent-Sign sowie kavitäre Lufteinschlüsse. Somit kommt diesen radiologischen Zeichen im Rahmen der Diagnostik eine tragende Rolle zu. Diese Studie wurde im Zentrum der Radiologie des J. W. Goethe Universitätsklinikums, Frankfurt am Main mit der Zielsetzung durchgeführt, die radiologischen Charakteristika einer IPA im eigenen Patientengut darzustellen. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen einer retrospektiven Studie 115 Patienten, bei denen per Definition eine sichere oder wahrscheinliche IPA vorlag, in diese Untersuchung aufgenommen und deren zur Verfügung stehendes Bildmaterial ausgewertet. Bei Auswertung des Erstbefundes der initial angefertigten CT-Thorax-Aufnahmen können alle unter den klinischen Hauptkriterien der EORTC/MSG genannten radiologischen Zeichen nachgewiesen werden. Zusätzlich lassen sich weitere in der Literatur beschriebene Charaktersitika der IPA darstellen. Zu diesen zählen Rundherde, polymorphe- und keilförmige Infiltrate, offene Bronchien, breitbasiger Pleurakontakt, Schwammzeichen und intrakavitäre Septierungen. Am häufigsten tritt in unserer Studie ein Zeichen auf, das in der Literatur im Zusammenhang mit der IPA bisher nicht erwähnt wird. Auf Grund seiner Morphologie wird es als Feeding Vessel bezeichnet. Das Halo-Sign, in den meisten Veröffentlichungen als das häufigste und typischste Charakteristikum der IPA beschrieben, lässt sich in unserer Studie seltener nachweisen als beispielsweise Feeding Vessels, breitbasiger Pleurakontakt, Rundherde oder offene Bronchien. Pulmonale Infiltrate finden sich häufiger in der rechten als in der linken Lunge. Ihre durchschnittliche Größe beträgt 30 mm. Die Mehrzahl der Patienten zeigt auf der initialen CT-Thorax-Untersuchung eine einseitige pulmonale Infiltration. Bei steigender Anzahl der Infiltrate verschiebt sich die Verteilung der Herde deutlich in Richtung beidseitigem Lungenbefall. Generell weisen die auf den computertomographischen Aufnahmen darstellbaren Infiltrate kein gleichförmiges Bild auf. Die Charakteristik dieser Infiltrate ergibt sich vielmehr aus der Kombination respektive dem gemeinsamen Auftreten der genannten Röntgenzeichen. Durchschnittlich entfallen auf einen Herd 3 für die IPA typische Zeichen. Es lassen sich auch 6 polymorphe Infiltrate nachweisen, die keines dieser Charakteristika zeigen. Auch Pleuraergüsse und vergrößerte Lymphknoten treten in unserem Patientengut auf. Dies scheint nicht in direktem Zusammenhang mit dem Vorliegen einer IPA zu stehen. Ein Vergleich einzelner Patientengruppen, die sich aus AIDS-Patienten, Patienten mit einer Erkrankung des blutbildenden Systems und Patienten mit sonstigen Erkrankungen zusammensetzten, erbringt nur wenige Unterschiede. Im Quervergleich dieser drei Patientengruppen zeigt sich ein deutlich häufigeres Auftreten des Halo-Signs bei Patienten mit Erkrankung des blutbildenden Systems im Gegensatz zu den beiden anderen Gruppen. Ein weiterer Unterschied stellt sich in der Patientengruppe mit sonstigen Erkrankungen heraus. Hier sind die Herde im Schnitt deutlich größer als in den Vergleichsgruppen. Außerdem treten Feeding Vessels und offene Bronchien in der dritten Gruppe deutlich seltener auf. Andererseits können in dieser Gruppe weitaus häufiger Lufteinschlüsse in Form von Einschmelzungen oder dem Air-Crescent-Sign dargestellt werden. Verlaufsuntersuchungen, die bei allen Patienten mit vorhandenem Bildmaterial ausgewertet wurden, zeigen bei den meisten Patienten (65%) eine deutliche Befundverbesserung zwischen initialer und erster CT-Nachfolgeuntersuchung. So kann zusätzlich auch die Effektivität einer Antimykotikatherapie beurteilt werden, denn alle Patienten wurden seit der Verdachtsdiagnose IPA mit einem Antimykotikum behandelt. Trotz rechtzeitig eingeleiteter Therapie kommt es bei nahezu einem Drittel der Patienten (29%) zu einer Befundverschlechterung. Die Größe der Infiltrate scheint nicht prädisponierend für eine Verschlechterung des Ausgangsbefundes zu sein, jedoch zeigt sich bei steigender Anzahl der Infiltrate tendenziell eine deutliche Befundverschlechterung in den Verlaufsuntersuchungen. Zudem ist bei Befundverschlechterung die Mehrzahl der Infiltrate im Ausgangsbefund in den Oberlappen beider Lungen lokalisiert. Im Verlauf verändert sich die äußere Form der Infiltrate deutlich. Liegen im Ausgangsbefund vor allem Rundherde vor, so überwiegen in den Nachfolgeuntersuchungen polymorphe Infiltrate. Die Zahl an keilförmigen Infiltraten nimmt ebenfalls zu. Ein Halo-Sign lässt sich im Rahmen der Nachfolgeuntersuchungen immer seltener nachweisen. Dennoch kommt es auch nach der Eingangsuntersuchung weiterhin zur Darstellung. Im Verlauf zeigt sich ein leichter Anstieg an Lufteinschlüssen (Einschmelzungen, Air-Crescent-Sign, intrakavitäre Septen und Schwammzeichen). Auch offene Bronchien nehmen im Untersuchungsverlauf an Häufigkeit zu, während Feeding-Vessels einen kontinuierlichen Rücklauf aufweisen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass sich deutlich mehr radiologische Zeichen durch CT-Diagnostik bei Vorliegen einer IPA darstellen lassen, als durch die Richtlinien der EORTC/MSG vorgegeben werden (149). Zwar scheinen diese Richtlinien einen Weg aufzuweisen, schnellstmöglich eine adäquate Therapie einleiten zu können, es zeichnet sich jedoch anhand unserer Ergebnisse ab, dass IPA typische Infiltrate in sehr unterschiedlicher Form in Erscheinung treten, so dass eine Erweiterung der klinischen Hauptkriterien der EORTC/MSG durch Hinzufügen weiterer Zeichen und deren Kombination sinnvoll erscheint, um das diagnostische Vorgehen zu optimieren. Zumindest Feeding vessels, offene Bronchien und die geringe Anzahl an Infiltraten sollten unserer Meinung als weitere radiologische Zeichen in die Richtlinien der EORTC/MSG aufgenommen werden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Generierung virtueller Organismen respektive mit der dreidimensionalen Nachbildung anatomischer Strukturen von Pflanzen, Tieren, Menschen und imaginärer Wesen per Computer. Berücksichtigt werden dabei sowohl die verschiedenen Aspekte der Visualisierung, der Modellierung, der Animation sowie der Wachstums-, Deformations- und Bewegungssimulation. Dazu wird zuerst eine umfassende State-of-the-Art-Analyse konventioneller Methoden zur Organismengenerierung durchgeführt. Im Laufe dieser Analyse werden die Defizite herkömmlicher Verfahren aufgezeigt und damit eine gezielte Anforderungsanalyse für neue Verfahren erstellt. Mit Hilfe dieser Anforderungsanalyse wurde nach neuen Lösungsansätzen gesucht. Besonders hilfreich hat sich in diesem Zusammenhang die Frankfurter Organismus- und Evolutionstheorie erwiesen. Gemäß dieser Theorie stellen Organismen aus biomechanischer Sicht komplexe hydropneumatische Konstruktionen dar. Ihre Körperformen und Bewegungen werden weitgehend durch stabilisierende, kräfteerzeugende und kräfteübertragende Strukturen generiert, die den Gesetzen der klassischen Hydropneumatik folgen. So entstand die Idee, Organismen auf der anatomischen Ebene als eine komplexe Hierarchie unterschiedlicher hydropneumatischer Einheiten anzusehen, welche mechanisch miteinander interagieren. Diese Sichtweise liefert die Grundlage für ein neues biologisches Simulationsmodell. Es erlaubt der Computergraphik, sowohl die Form eines Organismus zu beschreiben als auch sein Verhalten bezüglich seiner Bewegungsabläufe, seiner evolutionären Formveränderungen, seiner Wachstumsprozesse und seiner Reaktion auf externe mechanische Krafteinwirkungen numerisch zu simulieren. Aufbauend auf diesem biologischen Simulationsmodell wurde ein neues Verfahren (Quaoaring) entwickelt und implementiert, das es erlaubt, beliebige organische Einheiten interaktiv in Echtzeit zu modellieren. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren die Animation von Bewegungen, Wachstumsprozessen und sogar evolutionären Entwicklungen. Die Animation verhält sich dabei im Wesentlichen biologisch stringent, z.B. wird das interne Volumen während komplexer Bewegungsabläufe konstant gehalten. Die größte Stärke der neuen Modellierungs- und Animationstechnik ist die holistische Verschmelzung des biologischen Simulationsmodells mit einem computergraphischen Geometriemodell. Dieses erlaubt dem Modellierer, biologische Konzepte für die Beschreibung der Form und anderer Attribute einer organischen Einheit zu verwenden. Darüber hinaus ermöglicht es die Animation des geometrischen Modells durch einfache Parameterspezifikation auf einer hohen Abstraktionsebene. Dazu wird ein utorenprozess beschrieben, wie Quaoaring für Modellierungs- und Animationszwecke verwendet werden kann. Es werden Aspekte der prototypischen Implementierung der Quaoaringtechnologie behandelt und über die Ergebnisse berichtet, die bei der Implementierung und der Anwendung dieses Softwareframeworks gewonnen wurden. Schließlich wird die Quaoaringtechnologie in ihrem technologischen Kontext beleuchtet, um ihr Zukunftspotential einzuschätzen.
Während sich das deutsche Erziehungs-, Bildungs- und Sozialsystem durch Achtung und Expansion „institutioneller Vielfalt“ auszeichnet, wird in Spanien spätestens seit 1990 mit unterschiedlicher Intensität, je nach Regierung, ausgehend von der LOGSE Reform an einer „Schule für alle“ gearbeitet. Es werden vergleichsweise wenige Kinder in Sondereinrichtungen beschult. Die Strategien und die dahinter liegenden Vorstellungen, wie Partizipation zu realisieren sei, waren Ende letzten Jahrhunderts in beiden Ländern deutlich verschieden. Die in der Dissertation vorgestellten Daten zeigen jedoch, dass zu wenige Kinder die Kompetenzen für eine gegenwärtige und zukünftige persönlich und wirtschaftlich erfolgreiche Lebensführung erwerben. Zentral für die Arbeit ist die von Urie Bronfenbrenner entwickelte systemökologische Theorie der menschlichen Entwicklung. Im Kern geht es bei dieser Theorie immer um die Suche, das Finden und Gestalten optimaler Bedingungen für menschliche Entwicklung. Die Fragestellung der Arbeit ist, wie in Deutschland und Spanien, aber auch wie Professionelle, interdisziplinär die Aufgabe der Integration und Partizipation im Rahmen ihrer Vorgaben bewältigen. Die Arbeit ist in zwei große Teile unterteilt. Die ersten Kapitel sind eine Sammlung von Daten, Theorien, Praxen, Diskussionen und geschichtlichen Entwicklungen, die die schulische Integration von Kindern mit Behinderungen bzw. mit schwierigen Lebenslagen, darstellt. Ab Kapitel sieben wird dann mit Methoden der qualitativen Sozialforschung nach Ressourcen und Kompetenzen, die in Spanien wie in Deutschland vorliegen bzw. entwickelt werden müssen gesucht, um auch Kindern mit Schwierigkeiten eine für sie persönlich erfolgreiche Bildung zur ermöglichen. Nach einem Einführungskapitel werden im zweiten Kapitel Theorien und Modelle der Integrationspädagogik und der an ihr beteiligten Disziplinen diskutiert. Das folgende Kapitel stellt ausgewählte Studien vor, die sich mit Lern- und Lebenslagen von Kindern befassen, denn der gesellschaftliche wie der wissenschaftliche Blick auf die Kindheit hat sich gewandelt. Ein integratives bzw. inklusives Erziehungs- und Bildungssystem wäre eine passende Antwort auf den Wandel. Das vierte Kapitel gibt einen Einblick in das bundesdeutsche Bildungssystem und stellt statistische Daten zur integrativen Beschulung in den Bundesländern vor. Das fünfte Kapitel befasst sich mit dem spanischen Bildungssystem. Das starke Engagement der Katholischen Kirche im 19. und auch noch im 20. Jahrhundert, die Francozeit und die Transición sind die Basis, auf der in den 90 ziger Jahren des letzten Jahrhunderts die, auf 10 Jahre angelegte LOGSE Reform geplant und teilweise umgesetzt wurde. Diese als top-down zu bezeichnende systemische Reform, wird mit ihren Elementen der integrativen und der kompensatorischen Erziehung dargestellt. Die Beschreibung der spanischen Reformentwicklungen endet im Jahr 2004. Der empirische Teil der Arbeit beginnt im Kapitel sechs mit Gedanken zur Qualitativen Sozialforschung. Im Kaptitel sieben wird die Gegenstandsnahe Theoriebildung vorgestellt. Das achte Kapitel befasst sich mit dem Zirkulären Dekonstruieren. Im neunten Kapitel werden die deutschen und die spanischen Interviewpartner in ihrer professionellen Expertenrolle als Grundschullehrerin, Sozialarbeiterin, Erziehungswissenschaftler, Psychologe, Unterstützungslehrerin, Physiotherapeut und Förderschullehrerin vorgestellt. Sechs Interviews fanden Ende 1999, also zu einer Zeit in der die LOGSE Reform bereits fast abgeschlossen sein sollte, statt. Das siebte Interview mit der Förderschullehrerin wurde 2001 geführt. Verständigung und Bewertung konnten aus den Kategorien der Interviews als wichtige Ressourcen für integrative schulische Arbeit erkannt werden. Im Kaptitel zehn wird der ökosystemische Ansatz vertieft dargestellt. Im elften Kapitel werden dann systematisch die Definitionen der Ökosystemischen Theorie auf die Lebensbereiche, die ein Kind betreffen, bzw. die herausgearbeiteten Kategorien angewendet. In diesen Lebensbereichen werden interdisziplinär und über die Ländergrenzen hinweg, die Kategorien diskutiert, um zu Aussagen über gute Entwicklungsbedingungen zu kommen. Die Kapitel zwölf bis vierzehn verbinden die Ergebnisse der Auswertung mit den zusammengetragenen Daten und Fakten zur Situation in Deutschland und Spanien. Als förderlich für die Integration, die auf allen Systemebenen angelegt sein sollte, werden beispielhaft folgende Kriterien beschrieben: eine integrative Grundhaltung, ein moderat konstruktivistischer Unterricht, die Anerkennung und Förderung aller Kompetenzen der Kinder, die Arbeit mit dem entwicklungsfördernden Potential, Kontinuität in den Beziehungen, Strukturen und Räumen, Bestreben nach müheloser Kommunikation. Seitenzahl: 400 Abbildungen: 55 Tabellen: 52
Im Rahmen der Arbeit wurden eine Reihe C2-symmetrischer chiraler Amidiniumsalze hergestellt und ihre katalytische Wirkung in einer Diels-Alder-Reaktion (Schlüsselschritt der Quinkert-Dane-Estronsynthese) untersucht. Für die Synthese der Amidiniumsalze war es erforderlich, einen synthetischen Zugang zu verschiedenen chiralen 1,2-Diaminen zu schaffen und diese herzustellen. Zur Herstellung von chiralen 1,2-Diaminen wurden zwei Synthesekonzepte verfolgt. Zum einen wurden kommerziell zugängliche Aldehyde in einer McMurry-Reaktion in die entsprechenden (E)-Olefine überführt und durch nachfolgende Sharpless-Dihydroxylierung enantioselektiv zu den (R,R)- bzw. (S,S)-Diolen umgesetzt. Diese wurden nach Überführung der Hydroxylgruppen in Mesylat zu den entsprechenden Diaziden umgesetzt. Die Hydrierung der Diazide lieferte schließlich die chiralen 1,2-Diamine. Eine andere Synthesestrategie ging von kommerziell zugänglicher chiraler Weinsäure aus. Die Hydroxylgruppen wurden zunächst durch Überführen in das Acetonid geschützt. Nach Reduktion der Carboxylgruppen zu den primären Alkoholen und nach Kupplung dieser mit Benzylchlorid zu dem entsprechenden Bisbenzyloxymethylderivat konnten die Hydroxylgruppen durch Öffnen des Acetonids entschützt werden. Die freien Hydroxylgruppen wurden in Mesylat überführt. Nach Umsetzung zum Diazid und Abspaltung der Benzylethergruppen konnten die Diazide zu den chiralen 1,2-Diaminen hydriert werden. Ein weiteres chirales 1,2-Diamin wurde durch Nichtabspaltung der Benzyletherschutzgruppen erhalten. Zur Herstellung der C2-symmetrischen chiralen Amidiniumsalze Durch Kupplung verschiedener chiraler 1,2-Diamine mit aus 5-tert-Butyl-isophthalsäure hergestelltem 5-tert-Butyl-isophthalodiimidsäurediethylester-hydrochlorid konnten eine Reihe C2-symmetrischer chiraler Amidiniumsalze mit aromatischen und „aliphatischen“ Resten hergestellt werden. Es wurden mit verschiedenen Katalysatoren Enantiomerenüberschüsse von bis zu 31 % bei 5 °C und bis zu 47 % bei -78 °C erzielt. Es wurden Katalysexperimente in verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt, um deren Einfluß auf Enantioselektivität und Ausbeute zu untersuchen. Dabei konnte gezeigt werden, daß CH2Cl2 in Bezug auf Enantiomerenüberschüsse und Ausbeuten die besten Werte lieferte.
Heterologe Expression des humanen ß-2-adrenergen Rezeptors in Semliki-Forest-Virus-Expressionssystem
(2005)
Der humane ß2-adrenerge Rezeptor besitzt sieben Transmembrandomänen und gehört zur Superfamilie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Der Rezeptor ist an der Zelloberfläche lokalisiert und kann nach Bindung extrazellulärer Signalstoffe intrazelluläre Antworten auslösen. Als physiologische Liganden des ß2-adrenergen Rezeptors dienen hauptsächlich die Katecholamine wie Noradrenalin. Nach der Bindung des Liganden kann der Rezeptor an ein stimulatorisches G-Protein (Gs) koppeln und durch Aktivierung der Adenylatzyklase die intrazelluläre cAMP-Konzentration regulieren. Aufgrund der großen pharmakologischen Bedeutung von GPCRs ist es wichtig, die dreidimensionale Struktur dieser Rezeptoren aufzuklären. Da die GPCRs im nativen Gewebe nur in geringen Mengen vorkommen, müssen sie heterolog überproduziert und zur Strukturaufklärung gereinigt werden. In dieser Arbeit wurde das Semliki Forest Virus (SFV)-Expressionssystem zur Produktion des ß2-adrenergen Rezeptors etabliert und optimiert. Die Optimierung des SFV-Expressionssystems erfolgte zunächst bei der Produktion von rekombinanten Viren. Die in vitro Transkriptionsreaktion wurde zur Verbesserung der RNA-Ausbeute untersucht. Anschließend wurde eine optimale Bedingung für die Elektroporation gefunden. Dabei konnte einen Virustiter von 7,5 × 108 infektiöse Partikel pro ml erreicht werden. Zur Produktion des Rezeptors in Säugerzellen wurden sieben rekombinante Viren hergestellt. Verschiedene N- und C-terminale Fusionen wurden im Hinblick auf einen möglichen Einfluss auf die Rezeptorproduktion untersucht. Für das Gen des Kapsid-Proteins (CAP) des Semliki-Forest-Virusgenoms konnte eine deutliche Steigerung der Rezeptorproduktion gefunden werden. Auch die Kozak-Sequenz und das Hämagglutinin (HA)-Signal-Peptid zeigten einen positiven Einfluss auf die Rezeptorproduktion. Die heterologe Proteinexpression wurde in verschiedenen Zelllinien durchgeführt. Es zeigte sich, daß die BHK-21-Zellen für die Produktion in großen Mengen am besten geeignet sind. Die Expressionsrate des Rezeptors in BHK-21-Zellen stieg mit zunehmender Infektionsmultiplizität (MOI). Durch Zugabe von Liganden Alprenolol ins Kulturmedium konnte eine weitere signifikante Steigerung von Rezeptorproduktion erzielt werden. So konnte in adhärenten BHK-21-Zellen 20 Stunden nach der Infektion bei einer MOI von 150 und 2 µM Alprenolol im Medium eine Produktionsrate von 49,6 pmol Rezeptor pro mg Membranprotein erreicht werden. In Suspensionskultur konnte eine Produktionsrate von 36,0 pmol Rezeptor pro mg Membranprotein erreicht werden. Damit konnten 0,2 mg Rezeptoren aus 1 Liter Suspensionskultur produziert werden. Die Rezeptorproduktion in Suspensionskultur könnte jedoch weiter verbessert werden. Mit Immunogoldmarkierung konnte eine überwiegende Lokalisation des Rezeptors im endoplasmatischen Retikulum festgestellt werden. Ein N-Glykosylierung des Rezeptors konnte nachgewiesen werden. Die Glykosylierung gehört zum mannosereichen Typ. Für den Rezeptor wurde eine Dissoziationskonstante von 2,7 nM konnte für Liganden [3H]-CGP-12177 bestimmt. Durch Messung der intrazellulären cAMP-Konzentration wurde die vollständige Funktionalität des rekombinanten Rezeptors nachgewiesen. Für die Membranpräparation wurde ein Protokoll erarbeitet, womit ca. 120 mg Membranprotein aus 1 Liter Zellkultur gewonnen werden konnten. Bei der anschließenden Solubilisierung des Rezeptors mit 1,5 % n-Dodecyl-ß-D-maltosid bei pH 7,4 und 100 mM NaCl konnte eine Ausbeute von ca. 100% erreicht werden. In dieser Arbeit konnte nach verschiedenen Versuchen gezeigt werden, daß eine Reinigung über Immobilisierte Metallchelat-Affinitätschromatographie (IMAC) in einem einzigen Schritt nicht möglich war.
Identifikation eines neuen Brustkrebsantigens NW-BR-3 mittels serologischem Screening (SEREX)
(2005)
Die Tumortherapie hat in den letzten Jahren, vor allem durch die Etablierung neuer molekularbiologischer Techniken, die den Tumor mittels spezifischer immunologischer Methoden angreifen, enorme Fortschritte erzielt. Nach wie vor ist das Mammakarzinom eine der häufigsten Krebsarten der Frau und immer noch eine der häufigsten Todesursachen. Die bisherigen nicht chirurgischen Therapiestrategien richten sich in erster Linie gegen die allgemeine Zellteilung (Strahlen- oder Chemotherapie) oder sind Antagonisten gegen einen Hormonrezeptor. Die Hinwendung zu speziellen molekularbiologischen Zielen mittels Antigenen scheint hier neue Möglichkeiten der Therapie zu eröffnen. So konnten Boon et al. Ziele von zytotoxischen T-Zellen bei Melanomen isolieren. Die hiermit gefundenen Antigene weisen ein gemeinsames charakteristisches Merkmal auf: ihre Expression in Normalgeweben ist auf Keimzellen in Testis und Ovar beschränkt. Folgerichtig wurde diese Klasse von Antigenen als cancer-testis Antigene beschrieben. Diese Technik stößt jedoch an ihre Grenzen, sobald die Etablierung von stabilen T-Zellinien in bestimmten Tumore nicht gelingt. Pfreundschuh et al. entwickelten daher die SEREX (Serological Analysis of cDNA Expression libraries) genannte Klonierungstechnik, die Antigene basierend auf einer spontanen humoralen Immunantwort des Patienten identifiziert, und somit auf die Etablierung von Zellinien verzichtet. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Identifizierung neuer Tumorantigene als potentielle Zielantigene für Immuntherapiestrategien beim Mammakarzinom. In einem Mammakarzinomscreening identifizierten wir die bereits zuvor beschriebenen Tumorantigene NY-BR-1 und SCR1, sowie ein weiteres, bisher unbekanntes Antigen NW-BR-3, welches ein Cancer-Testis ähnliches Expressionsmuster zeigt. Die Expression dieser Antigene und Implikationen für Immuntherapieansätze wird diskutiert.
Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um den Einfluss der präanalytischen Temperatur- und Lagerungsbedingungen für die Bestimmung der VWF-Parameter eingehender zu untersuchen. Wir untersuchten bei 10 gesunden Personen, 10 Patienten mit von Willebrand-Syndrom Typ 1, 5 Patienten mit VWS Typ 2 und 10 Patienten der neurochirurgischen Klinik den Einfluss verschiedener Lagerungsbedingungen auf VWF:RCo, VWF:Ag, VWF:CB, APTT und FVIII:C. Pro Patient entstanden so folgende Proben: PS Das Blut (ein Röhrchen) wurde sofort zentrifugiert und der Überstand anschließend bei 80° C eingefroren. CR3/CR6 Das Citratblut (zwei Röhrchen) wurde für drei bzw. sechs Stunden bei Raumtemperatur gelagert, daraufhin zentrifugiert und eingefroren.. CE3/CE6 Das Citratblut (zwei Röhrchen) wurde für drei bzw. sechs Stunden in Eis gelagert, dann zentrifugiert und eingefroren. CK3/CK6 Das Citratblut (zwei Röhrchen) wurde für drei bzw. sechs Stunden zwischen zwei Kühlakkus gelagert, anschließend zentrifugiert und eingefroren. PR3/PR6 Der Plasmaüberstand aus einem Citratröhrchen wurde nach der Zentrifugation abpipettiert, auf zwei Reagenzgläser verteilt und für drei bzw. sechs Stunden bei Raumtemperatur gelagert und danach eingefroren. PE3/PE6 Der Plasmaüberstand aus einem Citratröhrchen wurde nach dem Zentrifugieren abpipettiert, auf zwei Reagenzgläser verteilt und für drei bzw. sechs Stunden in Eis gelagert und nachfolgend eingefroren. Wie man an Hand der Ergebnisse sehen kann, verursachte die gekühlte Lagerung von Citratvollblut teilweise dramatische Veränderungen der Ausgangswerte PS. Zusammenfassend fanden wir keine Kälteinduzierte Erniedrigung der VWF-Parameter im Plasma und bei Patienten mit VWS, Typ 2 ohne messbare Ristocetin-Cofaktor-Aktivität. Auf Grund dieser Ergebnisse nahmen wir an, dass der Kälte-induzierte Verlust der VWF-Parameter und der Faktor VIII-Aktivität zum einen die Gegenwart von Thrombozyten und zum anderen die Anwesenheit hochmolekularer vWF-Multimere benötigte. Wir vermuteten, dass es nur bei Anwesenheit von Thrombozyten und HMW-VWF zu einem hochgradig kälteinduzierten Verlust von VWF:RCo, VWF:Ag und FVIII:C kommt. Von Berger et al (1998) wurde bereits publiziert, dass sich die Thrombozyten bei Kälteeinwirkung in ihrer Zytoskelettstruktur verändern. Hoffmeister et al. (2003) konnten eine kälteinduzierte Zusammenlagerung der GPIb-Rezeptoren n der Thrombozyten-Zelloberfläche beobachten. Wir nahmen an, dass der kälteinduzierte Verlust des VWF auf eine durch Kälte geförderte Bindung des VWF an Thrombozyten, wahrscheinlich durch die gesteigerte Zugänglichkeit der GPIba Untereinheit des vWF, zurückzuführen ist. Auf Grund unserer Ergebnisse empfehlen wir Blut zur Analyse der vWF-Parameter bei Raumtemperatur und nicht bei 4°C zu lagern, ebenso Blutproben zur Bestimmung nicht auf Eis zu verschicken. Empfehlungen für die Behandlung von Blutproben für die Gerinnungsdiagnostik: Die Blutentnahme soll wegen der möglichen tageszeitlichen Schwankungen zwischen 7.00 Uhr und 9.00 Uhr erfolgen. Eine lange und intensive Venenstauung ist zu vermeiden. Die Blutabnahme sollte mit einer großlumigen Kanüle, unter einem gleichmäßigen und zügigem Bluteinstrom, erfolgen. Bei der Abnahme mehrerer Blutentnahmeröhrchen sollte die Gerinnungsdiagnostik erst als zweites oder drittes Röhrchen entnommen werden, um eine Kontamination mit Gewebsthrombokinase zu vermeiden. Das Gerinnungsröhrchen sollte bis zu Markierung gefüllt sein und anschließend mehrfach geschwenkt werden, um eine gleichmäßige Durchmischung von Antikoagulans und Blut zu gewährleisten (Fiedler et al, 2004). Für eine unmittelbare Untersuchung sollte die Lagerung bei Zimmertemperatur erfolgen, Aufbewahrung im Kühlschrank sollten durch Kälteaktivierung unbedingt vermieden werden, da dies zu Gerinnungszeitveränderungen führen kann. Dies steht im Gegensatz zu den NCCLS-Richtlinien von 1998 (Wayne, 1998), die vorgaben, dass für Gerinnungsanalysen verwendete Proben gekühlt gelagert werden sollten, wenn sie nicht innerhalb von zwei Stunden getestet werden können. Bei einer für einen späteren Zeitpunkt geplanten Untersuchungen sollte Citratplasma portioniert eingefroren werden. Das Auftauen der gefrorenen Proben sollte im Wasserbad bei 37°C erfolgen, wobei auf gründliche Durchmischung und vollständige Lösung eventueller Kryopräzipitate zu achten ist. Die anschließende Untersuchung muß unverzüglich erfolgen, da die Stabilität verschiedener Faktoren nach dem Auftauen herabgesetzt ist (Lutze et al, 1999). Wiederholtes Einfrieren und Auftauen ist nicht zulässig. Die Durchführung der Globaltests sollte maximal vier Stunden nach der Blutentnahme durchgeführt worden sein (Guder et al, 2000; Guder et al, 2002; Narayanan, 2000;Tilsner et al, 1986). Die Bestimmung der Faktor VIII-Aktivität sollte jedoch bis spätestens zwei Stunden nach der Blutentnahme abgeschlossen sein (Lutze et al, 1999; Müller, 1993).
In der vorliegenden Arbeit wurde die Arzt-Patient-Beziehung von HIV-Patienten im Hinblick auf bestehende Adherence-Probleme mithilfe qualitativer Methoden untersucht. Dieser Aspekt wurde in der Adherence-Forschung im HIV-Bereich entgegen den Tendenzen der allgemeinen Adherence-Forschung, im Rahmen derer die Arzt-Patient-Beziehung als bedeutsamer Einflussfaktor gilt, bislang nur wenig berücksichtigt. 20 an der Untersuchung teilnehmende Patienten wurden in der HIV-Ambulanz der Universität Frankfurt dergestalt rekrutiert, dass durch ärztliche Zuordnung zwei vergleichbare Gruppen, adhärente und wenig adhärente Patienten, entstanden. Gleichzeitig schätzen die behandelnden Ärzte und die Patienten das Medikamenteneinnahmeverhalten mithilfe von Fragebögen ein. Die Einstufung der Ärzte in eine der beiden Gruppen „adhärent/nicht adhärent“ zeigte in der vorliegenden Untersuchung eine relative Übereinstimmung mit der Selbstbeurteilung der Patienten (Exakter Test nach Fisher: p=0,017). Den Patienten schien es ungeachtet ihrer Adherence schwer zu fallen, sich an ein exaktes zeitliches Einnahmeschema zu halten. Das Mittel der eingenommenen Medikamente lag nach ärztlicher Schätzung für die Patienten der adhärenten Gruppe bei 97% (SD=4) der verordneten Medikamente und für die der nicht adhärenten Gruppe bei 69% (SD=17). Bei der Auswertung des Ärztefragebogens fiel auf, dass der Schwellenwert der Adherence für die befragten Ärzte nicht klar definiert zu sein scheint. Eine wissenschaftlich gesicherte (Neu-)Bestimmung dieses Schwellenwertes der Adherence könnte eine Entlastung von den aus dieser Unsicherheit resultierenden Konflikten für den Patienten bedeuten. Zur Exploration der Arzt-Patient-Beziehung aus der Patientensichtweise wurde auf die handlungsorientierte Methode des Psychodramas zurückgegriffen. Die mittels Rollentausch ermöglichten Inszenierungen eines Arzt-Patient-Gespräches wurden mit Videokameras dokumentiert. Die Auswertung der transkribierten Videos geschah mithilfe der Methode der objektiven Hermeneutik. Aus der Stichprobe wurde durch Kontrastierung eine Auswahl von vier Patienten getroffen. Dies geschah nach den Kriterien „adhärent“ vs. „nicht adhärent“ und „Rollentausch möglich“ vs. „kein Rollentausch möglich“. Es konnte eine Spezifität der untersuchten Patienten abgebildet werden, die nach Heranziehung einschlägiger Literatur durchaus als HIV-typisch verstanden werden kann: In den Darstellungen der Arzt-Patient-Beziehungen imponierten diffuse Nähe-Distanz-Regelungen sowie eine Nicht-Einhaltung des traditionellen asymmetrischen Arzt-Patient-Verhältnisses. Die Patienten traten in übertragungsreichen Beziehungen mit Vergemeinschaftungstendenzen an den Arzt heran. Erklärungsansätze hierfür könnten sein: Eine Traumatisierung durch die HIV-Infektion, eventuell ein kumulatives Trauma einschließend; eine vermeintliche, auf bereits bestehende subkulturelle Identitäten aufbauende „HIV-Identität“; die besondere Stellung der HIV-Infektion im Gesundheitssystem sowie das Fortdauern bereits der Prä-HAART-Ära entstammender Strukturen; ein allgemeinen Wandel des Gesundheitssystems und/oder ein einrichtungsspezifischer Einfluss. Aufbauend auf diese strukturellen Besonderheiten wurde eine Hypothese für die weitere Beschäftigung mit dem Thema „Adherence bei HIV-infizierten Patienten“ generiert: Entsprechend der Kontrastierung nach adhärenten vs. nicht adhärenten Patienten ließe sich als Erklärungsmodell folgern, dass die HIV-Patienten unter der Bedingung, dass ihr Verhältnis zum Arzt ein Besonderes ist, bereit sind, den ärztlichen Anweisungen zu folgen. Daraus könnte ein individueller Grad der Bedürftigkeit bzw. eines Wunsches, als etwas Besonderes in der Beziehung zu ihrem Arzt anerkannt zu werden, resultieren, bei dessen Überschreitung der Patient sich adhärent verhielte. Demnach könnte sich die Zufriedenheit mit der Arzt-Patient-Beziehung als Befriedigung der Bedürftigkeit bzw. o.g. Wunsches verstehen lassen. Die Hypothese legt weiterhin nahe, dass Adherence-Probleme vornehmlich auf einen Selbstwertkonflikt als Konfliktmuster bzw. eine Selbstwertregulierung innerhalb der bestehenden Arzt-Patient-Beziehung zurückführbar wären. Inwieweit die Ausprägung dieser Konfliktstruktur für adhärentes bzw. nicht adhärentes Verhalten verantwortlich ist, ist in weiterführenden Untersuchungen zu klären. Im Rahmen der Einzelfallanalysen offenbarten sich Probleme, die in einer normalen Arzt-Patient-Beziehung kaum lösbar sind. Den hohen Erwartungen an die Adherence entsprechend sollten demnach Strategien ausgebildet werden, mittels derer nach hinreichender Diagnostik eine Behandlung der nicht zur Adherence fähigen Patienten durch verschiedene Interventionen möglich wird. Diese sollten dem individuellen Problem gebührend von psychoedukativen Herangehensweisen über psychotherapeutischen Maßnahmen bis hin zu speziellen Projekten, innerhalb derer eine Behandlung der nicht zur der Adherence fähigen Patienten angeboten wird, reichen.
Zielsetzung dieser Arbeit war die Klärung der Frage inwieweit Schlafstörungen, die schon während der Trinkphase auftreten, in einem Zusammenhang mit Schlafstörungen im Entzug stehen. Ebenso sollte untersucht werden, ob Schlafstörungen in der Trinkphase eine Vorhersage über die Schwere des Entzugs gestatten und damit als Indikator für den Entgiftungsverlauf und möglicher Komplikation dienen können. Der Anspruch dieser Arbeit war dabei, die Grundlagen für die Entwicklung eines Instrumentariums für die Indikationsstellung stationäreversus ambulante Entgiftungstherapie zu schaffen. Zur Klärung der Fragen wurden im Rahmen einer explorativen Untersuchung Patienten befragt und klinisch- neurologisch sowie labortechnisch untersucht. Die Stichprobe wurde rekrutiert aus konsekutiv im Zeitraum von Juni 2002 bis August 2003 zur Entgiftung im Zentrum der Psychiatrie des Klinikums der J.W. Goethe- Universität Frankfurt aufgenommenen Patienten. Sie umfasste 100 Alkoholkranke, die die ICD-10 Kriterien für eine Alkoholabhängigkeit (Dilling et al., 2000) erfüllten. Ausschlußkriterium war hierbei eine Verweildauer von weniger als 72 Stunden. Eine weitere Voraussetzung war die Fähigkeit und die freiwillige Bereitschaft, an einer in etwa insgesamt 30minütigen Befragung teilzunehmen. Für die Untersuchung wurde ein spezieller Fragenkatalog aus 5 unterschiedlichen Fragebögen erstellt. Die Antwortkategorien waren abgestufte Antworten, sowie größtenteils Multiple- Choice- Fragen. Lediglich die Anamnese wurde anhand eines standardisierten Anamnesebogens in offener Frageform erfasst. Es wurden soziodemographische Daten sowie Daten zum bisherigen Verlauf der Alkoholerkrankung und der Schlafqualität erhoben.
Bupivacain, ein langwirksames Lokalanästhetikum (LA) vom Amidtyp, gilt als das Standardlokalanästhetikum zur Regionalanästhesie bei Kaiserschnittentbindung. Nach einer Episode maternaler Todesfälle infolge intravasaler Fehlinjektion von Bupivacain (Albright 1979) stellte sich die Forderung nach einem LA mit ähnlichen klinischen Eigenschaften aber mit einer größeren therapeutischen Breite. Obwohl bei der Spinalanästhesie (SPA) nur 10 % der LA-Menge verwendet wird, die bei Periduralanästhesie (PDA) zur Anwendung kommt, kann eine versehentliche intravasale Injektion mit Übertritt der potentiell kardio- und ZNS-toxischen LA in die maternale Zirkulation nicht ausgeschlossen werden. Verglichen mit Bupivacain weist Levobupivacain, das linksdrehende Enantiomer von Bupivacain, bei ähnlichen klinischen Eigenschaften eine in zahlreichen in vitro und in vivo Studien belegte geringere Kardio- und ZNS-Toxizität auf (Aberg 1972, Cox et al. 1998, Foster et al. 2000, Alley et al. 2002). Es ist bereits in mehreren Studien erfolgreich zur SPA außerhalb der Geburtshilfe eingesetzt worden (Burke et al. 1999, Bay-Nielsson et al. 1999, Cox et al. 1998, Kopacz et al. 1998, Kanai et al. 1999, Alley et al. 2002). Eine Studie zur Dosisfindung von Levobupivacain zur SPA zur Kaiserschnittentbindung bei Schwangeren findet sich in der Literatur bisher nicht. Deshalb führten wir eine Untersuchung durch, deren Ziel es war, die optimale Dosis von Bupivacain zur Sectio Caesarea zu bestimmen und die anästhetischen und analgetischen Charakteristika von Levobupivacain mit Bupivacain zu vergleichen. 50 Schwangere (ASA I und II, Einlingsschwangerschaft, > 37 Schwangerschaftswoche, 32 +- 5 Jahre, 168 +- 7 cm, 83 +- 15 kg KG) erhielten doppeltblind und randomisiert 7,5 mg, 10 mg oder 12,5 mg Levobupivacain oder 10 und 12,5 mg Bupivacain. Die Anschlagszeit der Anästhesie, die komplette (VAS = 0 mm von 100 mm) und die effektive Analgesiezeit (VAS <= 40 mm von 100 mm), sowie die Charakteristika der motorischen und sensorischen Blockade wurden ebenso wie der Bedarf an zusätzlichen und postoperativen Schmerzmitteln ermittelt. Der Zustand der Neugeborenen wurde durch Apgar-Scores, durch umbilicale Blutgasanalysen und der Notwendigkeit der assistierten Beatmung definiert. Postnatal wurden umbilical-venöse und maternale venöse Blutproben entnommen und eine Substanzplasmaspiegelbestimmung mittels Hochdruck-Flüssigkeits-Chromotographie und UV-Detektion durchgeführt. Es zeigte sich, dass Levobupivacain eine vergleichbare Anästhesie wie Bupivacain mit einer geringer ausgeprägten motorischen Blockade bot. Verglichen mit Bupivacain fand sich eine ähnlich lange Anschlagszeit. Die sensorische Blockade sowie die komplette und effektive Analgesiezeit waren nach Gabe von Levobupivacain stat. signifikant kürzer als mit Bupivacain (p = 0,00318 bzw. p = 0,0012). Der postoperative Analgetikabedarf unterschied sich nicht stat. signifikant. Intraoperativ und postoperativ ermittelte Begleiterscheinungen unterscheiden sich nicht stat. signifikant. Die am häufigsten zu verzeichnende Nebenwirkung stellt die sympathikolysebedingte intraoperative Hypotonie mit einer Inzidenz von 80 % für Levobupivacain 10 mg und 70 % für Bupivacain 10 mg dar. Die Zufriedenheit der Schwangeren mit der Anästhesie zur Sectio Caesarea war hoch und unterschied sich nicht stat. signifikant zwischen den beiden Substanzen. Die maternalen Substanzplasmaspiegel zeigten eine Dosisabhängigkeit (0,0372 µg/ml für 7,5 mg, 0,0593 µ/ml, für 10 mg und 0,0693 µg/ml für 12,5 mg). In der vorliegenden Untersuchung lagen die fetalen Gesamtkonzentrationen zwischen 0,0021 µg/ml für Levobupivacain 10 mg und 0,0021 µg/ml für Levobupivacain 12,5 mg. Damit waren auch die neonatalen LA-Spiegel sehr niedrig und wiesen keine stat. signifikanten Unterschiede auf. Der feto-maternale Quotient lag mit 0,06 +- 0,43 deutlich unter den Werten in der vergleichbaren Literatur. Bezüglich des Zustand der Neugeborenen zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Levobupivacain- und den Bupivacaingruppen. Levobupivacain 10 mg stellte die optimale Dosierung zur SPA bei elektiver Sectio Caesarea dar. Nach Gabe von Levobupivacain 7,5 mg bestand bei 40 % der Schwangeren die Notwendigkeit der supplementären intraoperativen i.v. Analgetikagabe. Levobupivacain 12,5 mg zeigte gegenüber Levobupivacain 10 mg keinen klinischen Vorteil. Bei ähnlichen klinischen Eigenschaften ist Levobupivacain daher als klinische Alternative zu Bupivacain zu betrachten und sollte zugunsten einer erhöhten maternalen und fetalen Sicherheit Bupivacain bei der SPA zur Kaiserschnittentbindung ersetzten. Vorteile des Stereoisomers sind neben der geringeren Toxizität eine ausgeprägtere Differentialblockade mit kürzerer und weniger stark ausgeprägter motorischer Blockade.
Reggie-1 und Reggie-2 stellen eine über diverse Spezies konservierte Proteinfamilie dar und werden in den meisten Geweben exprimiert. Die physiologische Funktion dieser Proteine ist bisher nicht geklärt. Die Reggie-Proteine wurden zunächst im Zusammenhang mit der Regeneration von Axonen retinaler Ganglienzellen des Goldfisches beschrieben. In diesen Zellen wird die Expression beider Proteine nach Läsion des Nervs hochreguliert. Unabhängig davon wurden Reggies aufgrund ihres Sedimentationsverhaltens in Dichtegradienten als Flotilline beschrieben. Dabei ist Reggie-1 identisch mit Flotillin-2 und Reggie-2 mit Flotillin-1. Beide Reggie-Proteine sind Raft-assoziiert. Bei Rafts handelt es sich um Membran-Mikrodomänen, deren Rolle in verschiedenen zellulären Prozessen wie Signaltransduktion, Endozytose und dem Transport von Proteinen beschrieben wurde. Strukturell zeichnen sich Rafts durch einen im Vergleich zur restlichen Membran erhöhten Anteil an Cholesterol und Sphingolipiden aus, der unter anderem in einer herabgesetzten lateralen Beweglichkeit der beteiligten Moleküle resultiert, und so Sortierungs- und Signalvorgänge innerhalb der Zelle begünstigt. Aus der Beobachtung, dass Reggie-2 mit dem Struktur-Vorläuferprotein des Rotavirus interagiert, ergab sich die Fragestellung zu dieser Arbeit. Das Ausschleusen von Rotaviren aus infizierten Zellen ist von Rafts abhängig. Die strukturellen Eigenschaften des Rotavirus-Proteins ähneln Gag, dem Struktur-Vorläuferprotein des Humanen Immundefizienz-Virus und verwandter Retroviren. Das HIV Gag-Protein ist außerhalb des viralen Kontext nach Expression in der Lage, an zellulären Membranen zu assemblieren und Virus-ähnliche Partikel zu bilden. Die molekularen Abläufe dieses Vorgangs, der als budding bezeichnet wird, sind noch nicht im Detail verstanden. Sie werden jedoch sowohl für Gag allein, als auch für die Virusproduktion in infizierten Zellen mit Rafts in Verbindung gebracht. Ein Hinweis darauf ergibt sich aus der Tatsache, dass HIV-infizierte Zellen nach Cholesterol-Depletion kein produktives Virus mehr abschnüren. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Reggie-2 mit HIV-1 Gag interagiert und sich Veränderungen der Reggie-2 Expressions sowohl auf die zelluläre Lokalisation von Gag als auch auf die Produktion Virus-ähnlicher Partikel auswirkt. Die Überexpression von Reggie-2 in HeLa-Zellen führt zu einer Umverteilung von Gag mit erhöhter Lokalisation an der Plasmamembran, an der es dann stark mit Reggie-2 kolokalisiert. Die Verminderung der Reggie-2 Expression mittels siRNA resultiert in einer erhöhten Freisetzung Virus-ähnlicher Partikel aus Gag-transfizierten HeLa-Zellen und in einer eher löslichen Lokalisation des viralen Proteins im Zytoplasma. Der Ort des buddings von HIV ist Zelltyp-abhängig und involviert die zelluläre ESCRT-Maschinerie, die physiologisch für das Sortieren von Proteinen in multivesicular bodies (MVBs) zuständig ist. Gag rekrutiert das ESCRT-System, indem es über ein kurzes Aminosäuremotif an das ESCRT-I Protein TSG101 bindet und dabei die Eigenschaft des zellulären Proteins HRS nachahmt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Reggie-2 in HeLa-Zellen mit Komponenten der ESCRT-Maschinerie kolokalisiert. Dabei ist denkbar, dass eine Verbindung zwischen ESCRT und Reggie-Proteinen besteht, da Rafts als Signal- und Sortier-Plattformen die physiologischen Prozesse begünstigen könnten, die bei der Funktion von MVBs eine Rolle spielen. Im Gegensatz zu Reggie-2 findet keine Interaktion von Gag mit Reggie-1 statt. Beide Reggie-Proteine sind jedoch biochemisch in produktiven Viren infizierter primärer T-Zellen nachweisbar. Des Weiteren zeigen Immunfluoreszenz-Studien infizierter Lymphozyten, dass beide Reggies in diesen Zellen in einem großen Ausmaß mit Gag kolokalisieren. Der Grund dafür ist wahrscheinlich die Fähigkeit der Reggies zur Homo- und Heterooligomerisierung. Die direkte und spezifische Interaktion von Gag mit dem Raft-assozierten Protein Reggie-2 konnte mit verschiedenen Methoden gezeigt werden. Dabei können die Ergebnisse als Grundlage für ein besseres Verständnis der HIV-Pathogenese dienen, und zusätzlich gibt die mögliche Verbindung von Reggies zum ESCRT-Komplex neue Hinweise auf die zelluläre Funktion dieser Raft-Proteine.
Der COX-2-selektive Inhibitor Celecoxib ist zurzeit das einzigste NSAID, das von der FDA für die adjuvante Therapie von Patienten mit der FAP-Erkrankung zugelassen wurde. Die antineoplastischen Mechanismen dieses Wirkstoffes werden nur teilweise verstanden, jedoch spielen COX-2-abhängige, aber auch COX-2-unabhängige Mechanismen eine wichtige Rolle. Um zu untersuchen, in welchem Ausmaß die antikarzinogenen Effekte von Celecoxib von der COX-2-Expression der Tumor-Zelle abhängig sind, wurden humane Caco-2-Kolonkarzinom-Zellen mit pcDNA-Vektoren transfiziert, in denen die humane COX-2-cDNA sowohl in sense- (hCOX-2-sense), als auch in antisense- (hCOX-2-as) Orientierung einkloniert wurde. Die pcDNA-Kontrollzellen wurde nur mit dem leeren pcDNA-Vektor transfiziert. Caco-hCOX-2-s-Zellen zeigten eine starke Überexpression der COX-2, pcDNA-Kontrollzellen nur eine schwache Expression von COX-2 und hCOX-2-as-Zellen waren COX-2-defizient. Die Behandlung dieser Zellen mit steigenden Konzentrationen an Celecoxib (0-100 µM) führte in Proliferationstests zu einer starken Verminderung der Überlebensrate, die durch die Induktion einer G0/G1-Zellzyklusblockade und durch die Auslösung von Apoptose mit Aktivierung von Caspase-3 und -9 sowie Freisetzung von Cytochrom C charakterisiert ist. Sowohl die Verminderung der Überlebensrate, als auch die Induktion von Apoptose waren in COX-2-defizienten hCOX-2-as-Zellen schwächer ausgeprägt als in COX-2-exprimierenden pcDNA- und hCOX-2-s-Zellen. Im Gegensatz hierzu erfolgte die Induktion der G0/G1-Zellzyklusblockade durch Celecoxib unabhängig vom COX-2-Expressionsstatus der Zellen und war durch einen starken Abfall der Expression von Cyclin A und Cyclin B1 sowie eine Induktion der Zellzyklusinhibitoren p21 und p27 gekennzeichnet. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die antikarzinogenen Effekte von Celecoxib sowohl über COX-2-abhängige, als auch COX-2-unabhängige Mechanismen erklärt werden können. Zahlreiche Studien konnten zeigen, dass Mutationen im APC- oder Beta-Catenin-Gen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von kolorektalen Polypen und Karzinomen spielen. Weiterhin ist der Beta-Catenin/APC-Signaltransduktionsweg ein wichtiger Regulator von Apoptose und Zellzyklusprogression. Daher wurde im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit untersucht, ob Celecoxib einen Einfluss auf den Beta-Catenin/APC-Signaltransduktionsweg in humanen Kolonkarzinom-Zellen besitzt. So wurde nach Behandlung von humanen Caco-2-Zellen mit 100 µM Celecoxib eine schnelle Translokation von Beta-Catenin von seiner überwiegend Membran-assoziierten Lokalisation in das Zytoplasma beobachtet, die durch die Aktivität der GSK-3ß vermittelt wird und somit durch Phosphorylierung von Beta-Catenin stattfinden könnte. Tatsächlich führte die Behandlung von Caco-2-Zellen mit 100 µM Celecoxib bereits nach 2 Stunden Behandlungsdauer zu einer Reduktion des Ser-9-Phosphorylierungsstatus der GSK-3ß und somit zu deren Aktivierung. Die zytosolische Akkumulation von Beta-Catenin war ferner von einem schnellen Anstieg der Beta-Catenin-Spiegel im Zellkern begleitet, der bereits nach 30 Minuten Inkubationsdauer zu beobachten war. Überraschenderweise kam es parallel hierzu zu einem zeitabhängigen Abfall der DNA-Bindungsaktivität von Beta-Catenin. Nach dieser zellulären Reorganisation konnte nach 8 Stunden Behandlungsdauer mit 100 µM Celecoxib ein starker, Proteasom- und Caspase-abhängiger Abbau von Beta-Catenin beobachtet werden. Ein im Vergleich zu Caco-2-Zellen verminderter Beta-Catenin Abbau wurde sowohl in humanen MCF-7-Mammakarzinom-Zellen, die keine funktionale Caspase-3 exprimieren, als auch in humanen HCT-116-Zellen, in denen ein GSK-3ß-abhängiger Abbau von Beta-Catenin aufgrund einer Mutation im Beta-Catenin-Protein nicht stattfindet, beobachtet. Interessanterweise fand ein Abbau von Beta-Catenin weder nach Behandlung der Caco-2-Zellen mit dem stark antikarzinogen wirksamen NSAID R-Fluriprofen, noch mit dem COX-2-selektiven Inhibitor Rofecoxib statt. Die Ergebnisse aus diesem Teil der Arbeit deuten darauf hin, dass der Abbau von Beta-Catenin bei der Auslösung der COX-2-unabhängigen antikarzinogenen Effekte von Celecoxib eine wichtige Rolle spielt. In den letzten Jahren kamen weitere strukturverwandte NSAIDs vom Coxib-Typ auf den Markt, die eine höhere COX-2-Selektivität als Celecoxib besitzen. Die Experimente des dritten Teils dieser Arbeit sollten die Frage klären, ob die antikarzinogene Wirksamkeit einen Klasseneffekt aller Coxibe darstellt, oder nur spezifisch nach Behandlung von Tumor-Zellen mit Celecoxib zu beobachten ist. Mittels Proliferationstests konnte gezeigt werden, dass Celecoxib und Methylcelecoxib (Strukturanalogon von Celecoxib mit schwacher COX-2-inhibitorischer Aktivität) starke wachstumshemmende Effekte (Zellzyklusblockade und Apoptose) in COX-2-überexprimierenden HCA-7-, als auch in COX-2-defizienten HCT-116-Kolon-karzinomzellen verursachen. Unter Behandlung dieser Zellen mit den selektiven COX-2-Inhibitoren Rofecoxib, Etoricoxib, Lumiracoxib und Valdecoxib wurden nur schwache antiproliferative Effekte beobachtet. Die Analyse der Zellzahl in der SubG1-Phase mittels Durchflusszytometrie sowie der Spaltung von PARP mittels Western Blot-Analyse konnte demonstrieren, dass sowohl HCT-116-, als auch HCA-7-Zellen deutlich sensitiver auf die Apoptose-induzierende Wirkung von Methylcelecoxib reagierten als auf Celecoxib. Zudem zeigten COX-2-überexprimierende HCA-7-Zellen nach Behandlung mit Celecoxib und Methylcelecoxib eine höhere Apoptoserate als HCT-116-Zellen, bei denen jedoch die Induktion einer G1-Zellzyklusblockade mit Induktion von p27 und Abbau von Cyclin D1 ausgeprägter als in HCA-7-Zellen war. Eine LC/MS/MS-Analyse der Coxibkonzentrationen in Medium ergab, dass aufgrund der starken Proteinbindungen die freien Coxibkonzentrationen teils deutlich niedriger sind als die totalen eingesetzten Coxibkonzentrationen in Medium mit 10% FCS. Ferner konnte mittels LC/MS/MS demonstriert werden, dass es nach Behandlung von HCT-116- und HCA-7-Zellen mit Celecoxib und Methylcelecoxib zu einer intrazellulären Aufkonzentrierung der Wirkstoffe relativ zur freien Coxibkonzentration im Medium kommt, die nach Behandlung der Zellen mit Rofecoxib, Etoricoxib, Lumiracoxib und Valdecoxib jedoch nicht beobachtet wurde. Die Aufkonzentrierung von Celecoxib in den Kolonkarzinom-Zellen könnte bei der Auslösung der antikarzinogenen Effekte möglicherweise eine Rolle spielen. Die Ergebnisse aus diesem Teil der Arbeit konnten belegen, dass die antiproliferativen Effekte spezifisch und weitgehend COX-2-unabhängig nach Behandlung der Tumor-Zellen mit Celecoxib auftreten und daher keinen Klasseneffekt aller COX-2-selektiven NSAIDs darstellen.
Die postnatale Neovaskularisierung ist eine wichtige Vorraussetzung um Gewebe vor kritischer Ischämie zu schützen. Eine der Grundlagen dieses Prozesses bilden die Angiogenese, bei der neue Kapillaren durch Proliferation und Migration von Endothelzellen aus bereits vorhandenen Blutgefäßen entstehen. Ein zweiter Eckpfeiler ist die Vaskulogenese, die unter anderem durch zirkulierende endotheliale Vorläuferzellen (EPC) vermittelt wird. Homeobox-Gene der Klasse 1 (Hox) sind Transkriptionsfaktoren, die während der Embryonalentwicklung an der Organogenese und der Entwicklung des kardiovaskulären Systems beteiligt sind. Verschiedene Studien weisen darauf hin, dass Homeobox-Proteine auch im adulten Organismus bei der transkriptionellen Regulation von Genen der Angio- und Vaskulogenese eine wichtige Rolle spielen. Die in dieser Arbeit vorliegenden Ergebnisse zeigen eine essentielle Rolle von HoxA9 für die postnatale Neovaskularisierung sowie für die funktionelle Integrität von Endothelzellen und endothelialen Progenitorzellen. HoxA9-defiziente Mäuse hatten einen signifikant verringerten Blutfluss nach einer Hinterlauflauf-Ischämie. Für die reduzierte Neovaskularisierung des ischämischen Gewebes, genügte der Verlust eines einzigen HoxA9-Wildtypallels. Außerdem zeigen HoxA9-defiziente Endothelzellen in vitro eine stark gehemmte Migration sowie eine verringerte Gefäßstrukturbildung. Zusätzlich war auch deren Interaktion mit EPC im Matrigel verschlechtert. Eine Bestätigung dieser Beobachtung zeigten Untersuchungen an endothelialen Vorläuferzellen, die ebenfalls einen Verlust angiogener Funktionen bei verminderter HoxA9-Expression aufwiesen. Neben der postnatalen Neovaskularisierung konnten erste Untersuchungen embryonaler Allantois zeigen, das HoxA9 vermutlich auch in der embryonalen Gefäßbildung beteiligt ist. Diese Theorie wird durch eine nicht-Mendelsche Verteilung der postnatalen Genotypen nach Kreuzung heterozygoter HoxA9-Mäuse unterstützt. Als molekulare Ursachen der Hemmung angiogener Funktionen bei Endothelzellen, konnte die Regulation verschiedener Gene nachgewiesen werden. So ist HoxA9 für die Expression der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS), des VEGF-Rezeptors 2 (VEGF-R2), der Adhäsionsmoleküle VE-Cadherin und Integrin v3 sowie des EphB4-Rezeptors von essentieller Bedeutung. Diese von HoxA9 regulierten Gene spielen für die Angio- und Vaskulogenese alle eine entscheidende Rolle. Der EphB4-Rezeptor, die eNOS und der VEGF-R2 werden durch eine direkte Bindung von HoxA9 an den jeweiligen Promotor auf transkriptioneller Ebene reguliert. Bei den Genen Integrin v3 und VE-Cadherin erfolgt die Regulation durch HoxA9 indirekt über andere Gene oder posttranskriptionell. Zusätzlich zum Nachweis der Kontrolle der Genexpression, konnte für den EphB4-Rezeptor nachgewiesen werden, dass dieser von großer Bedeutung für die HoxA9-regulierte Migration ist. Außerdem besitzt der EphB4-Promotor eine für die Regulation der EphB4-Expression durch HoxA9 wichtige Bindungsstelle. In weiteren Versuchen konnte gezeigt werden, dass HoxA9 Schubspannungs-abhängig reguliert wird und dabei auch in die Regulation der Schubspannungs-induzierten Migration und die Schubspannungs-abhängige Expression der untersuchten Zielgene von HoxA9 eingreift. Zusammenfassend zeigen die hier vorgestellten Daten, dass HoxA9 endotheliale Gene vielfältig reguliert, eine entscheidende Rolle bei der Modulation verschiedener endothelialer Funktionen spielt und essentiell für die postnatale Neovaskularisierung ist.
Synthese und in vitro-pharmakologische Charakterisierung von dualen PPARalpha/gamma-Agonisten
(2005)
Die Behandlung von Hypertriglyceridämien und Insulinresistenz erfolgt heute vor allem durch den Einsatz der Fibrate und Thiazolidindione (TZDs). Eine neue Wirkstoffklasse stellen die vor der Zulassung stehenden Glitazare dar, die als duale PPARalpha/gamma-Agonisten die lipidsenkenden Eigenschaften der Fibrate und die insulinsensitivierenden Eigenschaften der TZDs in einer Molekülklasse vereinen. Peroxisomen Proliferator-aktivierte Rezeptoren (PPARs) gehören zur Klasse der nukleären Rezeptoren, von denen drei Subtypen (PPARalpha, beta und gamma) bekannt sind. PPARalpha fungiert als molekulares Target für die Klasse der Fibrate, welche als Lipidsenker eingesetzt werden, wohingegen die Thiazolidindione (TZDs) bei Typ 2 Diabetes indiziert sind und ihre Wirkung als selektive PPARgamma-Aktivatoren (Insulinsensitizer) entfalten. Duale PPARalpha/gamma-Agonisten wie Muraglitazar und Tesaglitazar stellen eine neue Klasse von Arzneistoffen dar, deren Zulassung beantragt ist und die zukünftig zur Behandlung von Typ 2 Diabetikern mit gestörtem Lipidprofil eingesetzt werden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde eine Leitstrukturoptimierung am selektiven PPARalpha-Agonist Pirinixinsäure (WY 14643) mit Hilfe subtypspezifischer Reportergenassays durchgeführt. Dabei wurde wurde zunächst eine geeignete Synthesestrategie zur Darstellung von Pirinixinsäurederivaten etabliert, was zur Charakterisierung und Identifizierung einer Serie von potenten dualen PPARalpha/gamma-Agonisten führte. Die Synthesestrategie zur Darstellung von sowohl im Arylamino-Bereich (W) als auch in alpha-Position (R) modifizierten Derivaten der Pirinixinsäure bestand im Allgemeinen in einer vierstufigen Reaktionsfolge. Die PPAR-Modulatoren 18-25, 30, 53-59, 62, 65, 69, 71, 73 und 74-77 wurden in vitro-pharmakologisch unter Anwendung Subtyp-selektiver Reportergen-Assays (mPPARalpha, hPPARalpha, beta, gamma) charakterisiert. Durch Strukturmodifikationen im Arylamino-Bereich (Substanzen 18-25) der Leitstruktur WY 14643 (EC50 (hPPARalpha) = 39.8 mikroM, EC50 (hPPARgamma) = 53.7 mikroM) konnte im Falle der 4-Halogenaryl-substituierten Liganden 18 (Br) und 20 (Cl) eine signifikante Steigerung der hPPARalpha-Aktivität um den Faktor 4 (18) bzw. den Faktor 3 (20) erzielt werden. Die Inaktivität der Precursorverbindungen 74-77 demonstriert den für PPAR-Aktivität essentiellen terminalen hydrophoben Molekülrest, welcher dem 2,3-Dimethylphenyl-Rest von WY 14643 entspricht. Die alpha-alkylsubstituierten Derivate 53-57 zeigten sowohl am hPPARalpha als auch am hPPARgamma eine mit der aliphatischen Kettenlänge steigende Potenz. Die EC50-Werte (hPPARalpha) der Carbonsäuren 53-57 und 62 liegen zwischen 1.2 und 8.8 mikroM, wobei sich das alpha-Hexyl-Derivat 57 und das alpha-Butyl-Derivat 56 mit EC50-Werten von 1.2 mikroM (57) bzw. 1.3 mikroM (56) entsprechend einer Steigerung der Aktivität gegenüber WY 14643 um Faktor 33 (57) bzw. Faktor 30 (56) als besonders potent erwies. Am hPPARgamma präsentieren ebenso das alpha-butylsubstituierte Derivat 56 und der alpha-hexylsubstituierte Ligand 57 mit EC50-Werten von 3 mikroM (56) bzw. 3.6 mikroM (57) und einer Steigerung der Bindungsaktivität gegenüber WY 14643 von ~Faktor 18 (56) bzw. ~Faktor 15 (57) die Verbindungen mit der höchsten PPARgamma-Aktivität. Im Rahmen dieser Dissertation gelang somit die Auffindung neuartiger Leitstrukturen 56 und 57. Die alpha-butyl- und alpha-hexylsubstituierten Liganden 56 und 57 besitzen dualen hPPARalpha/gamma-Charakter. Die PPARalpha/gamma-agonistischen Eigenschaften der neuentwickelten alpha-alkylsubstituierten Pirinixinsäurederivate werden durch ein von Pirard et al etabliertes Pharmakophor- und Selektivitätsmodell, welches die Ligandenbindungsdomäne (LBD) der PPARs durch fünf Bindungstaschen beschreibt, unterstützt. Die Einführung von alpha-Alkylsubstituenten in das Grundgerüst der Pirinixinsäure führt offensichtlich zum Besetzen der linken proximalen Bindungstasche und somit zu einer im Vergleich zur Leitstruktur WY 14643 stärkeren Bindung an die Ligandenbindungsdomäne des Rezeptors.
In Ostkreta tritt innerhalb der Phyllit-Quarzit-Serie ein in vier Einheiten untergliederbares präalpidisches Altkristallin auf. Das basale Kalavros-Kristallin (KCC) wurde während der permischen (Monazitalter) Barrow-Metamorphose (Staurolith-Zone) überprägt. Unter amphibolitfaziellen Metamorphosebedingungen bildeten sich liegende Isoklinalfalten sowie eine mylonitische Foliation. Die Verteilung der -c-Achsen von Quarzen belegt non-koaxiale Deformation durch Rhomben<a>- und Prismen<a>Gleitung, die sich in einer hochtemperierten Grenzflächenwanderung (GBM) äußerte. Zudem wuchsen vierphasige Granate, in denen die äußerste Zone auf einen nochmaligen Druckanstieg hindeutet. Die Granate wurden wiederum von Muskoviten, die aus einer Deformation mit Top-E- bis Top-NE-Scherung resultierten, überwachsen. Das überlagernde Myrsini-Kristallin (MCC) besteht aus Glimmerschiefern, Gneisen, Quarziten und Marmoren. Die Liefergebiete der Paragesteine (Zirkonaltersspektrum eines Paragneises) weisen Einflüsse der amazonischen- (2,8 Ga), eburnischen- (1,9 Ga), kibaran/sunsasischen- (0,9 - 1,1 Ga) und panafrikanischen- (0,9 - 0,5 Ga) Orogenese auf. Im Mittelkambrium intrudierten Granite in die sedimentären/kristallinen Gesteine (514 ±14 Ma zrn & 507 ±189 Ma mnz). Während des Unterkarbons (Monazitalter) fand eine Barrow-Metamorphose (Staurolith-Zone) mit non-koaxialer Top-N-Scherung statt. Hierbei bildeten sich geschlossene, liegende Falten sowie eine mylonitische Foliation. Die Quarz-c-Achsen belegen non-koaxiale Rhomben<a>- bis Prismen<a>Gleitung, die sich in Subkornrotations-Rekristallisation (SGR) und hochtemperierter Korngrenzwanderungs-Rekristallisation (GBM) äußerte. Im Gegensatz zu den Granaten des KCC bildeten sich nur dreiphasige Granate. Während des retrograden variszischen Deformationspfades entstanden Top-NE-Scherzonen. Der bis in die Unterkreide anhaltende Aufstieg der Gesteine wird von Zirkon-Spaltspurenaltern (150 ±14 Ma) dokumentiert. Das hangende Chamezí-Kristallin (CCC) besteht aus Gneisen und Glimmerschiefern. Auch hier intrudierten im Mittelkambrium (S-Typ-)Granite (511 ±16 Ma zrn & 521 ±28 Ma mnz). Relikte einer prävariszischen Orogenese stellen die Granatkerne und Margarite in den Glimmerschiefern dar. Das Alter der Barrow-Metamorphose (Granat-Zone) mit Top-N-Scherung konnte mangels geeigneter Minerale nicht bestimmt werden. Die Verteilung der Quarz-c-Achsen resultiert aus einer non-koaxialen Deformation bei der überwiegend Basis<a>- und Rhomben<a>Gleitung mit Subkornrotations-Rekristallisation (SGR) auftrat. Es bildete sich eine protomylonitische Foliation sowie liegende offene N-S Falten, die anschließend mehrphasig überprägt wurden. Für einen langsamen Aufstieg der Gesteine sprechen die semiduktilen Top-NE-Scherzonen und jurassischen Zirkon-Spaltspurenalter (158 ±16 Ma). Eine unbekannte Position innerhalb des Altkristallins nimmt das Vaí-Kristallin (VCC) ein. Während der Trias intrudierten hier granitoide Gesteine (223 ±11Ma zrn). Eine spätere amphibolitfazielle Überprägung zeigt Top-NW-Scherung. Der schnelle Aufstieg der Gesteine wird durch jurassische Zirkon-Spaltspurenalter dokumentiert (184 ±11 Ma). Die Kristallingerölle der hangenden skythischen Metakalkkonglomerate können auf Grund der permischen bis triassischen Metamorphose der kretischen Altkristalline, der triassischen Intrusion der Granite des Vaí-Kristallins sowie den jurassischen Zirkon-Spaltspurenaltern nicht aus der unterlagernden Altkristallin-Einheit stammen. Der Kontakt zwischen dem Altkristallin und dem Metakalkkonglomerat ist somit das Ergebnis der alpidischen Orogenese. Auch die Zirkone, Monazite und Rutile wurden von der Niedertemperatur/Hochdruck-Metamorphose der alpidischen Orogenese beeinflusst. Vor allem die Zirkone des Chamezí-Orthogneises zeigen einen Pb- und vermutlich auch einen U-Verlust sowie einen Austausch von radiogenem Pb durch rezentes Pb. Dieser niedergradige Fluidtransport äußerte sich zudem in einem Lösen der Zirkone sowie einer zerstörten Zirkonstruktur. Gleichzeitig fand ein Einbau von Ca2+, Mn2+ und Mg2+ statt, der von den Ca-reichen Fluiden, die auf Grund der Karbonat-reichen Deckenstapel auftraten, forciert wurde. Keinen Einfluss auf den Blei-Verlust der Zirkone zeigt dagegen die amphibolit- bis grünschieferfazielle präalpidische Überprägung. Auf Grund der Altersspektren der Zirkone sowie der tektonischen Transportrichtungen werden die Kristallinkomplexe als Fragmente von Gondwana interpretiert. Im Rahmen der spät-panafrikanischen Metamorphose und Deformation erfolgte der Aufstieg der Plutonite, an die sich eine Riftingphase anschließt, während der sich die Fragmente abspalteten. Im Karbon bis Perm kollidierten unter Top-N-Kinematik das MCC, CCC und KCC mit Gondwana. In der Trias erfolgte letztlich der Aufstieg der Plutonite des VCC und dessen anschließende Überprägung. Die Heraushebung der Gesteine erfolgte im Jura.
In der Abteilung „Medizinische Biotechnologie“ des Paul-Ehrlich-Instituts konnte gezeigt werden, dass ein SIVsmmPBj-abgeleiteter Vektor Vorteile gegenüber HIV-1-abgeleiteten Vektoren aufweist, da auch in der G0-Phase des Zellzyklus arretierte Zelllinien und Fibroblasten sowie primäre humane Monozyten transduziert werden können. Im ersten Teil der hier vorliegenden Arbeit wurden die besonderen Transduktionsfähigkeiten diese SIVsmmPBj Vektors eingehend untersucht. Zunächst wurden die transduzierbaren Monozyten morphologisch und biochemisch genauer charakterisiert; insbesondere wurde gezeigt, dass sich diese Zellen tatsächlich in der G0-Phase des Zellzyklus befinden und auch nach der Transduktion die Fähigkeit aufweisen, sowohl in Makrophagen als auch in Dendritischen Zellen auszudifferenzieren. Bei dem Versuch andere primäre humane Blutzellen zu transduzieren wurde gezeigt, dass SIVsmmPBj Vektoren für die Transduktion unstimulierter CD4+ T-Zellen nicht geeignet sind. Zum besseren Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen die zur Transduktion arretierter Zellen und Monozyten durch SIVsmmPBj-abgeleitete Vektoren führen, wurde der Einfluss der akzessorischen viralen Proteine untersucht. Dazu wurde ein PBj-Knockout- Vektor, bei dem die Expression aller akzessorischen Gene (vif, vpx, vpr und nef) inhibiert war, generiert und zur Transduktion von arretierten Zellen und Monozyten eingesetzt. Keines der akzessorischen Proteine war für die Transduktion der in G0 arretierten Zellen notwendig. Für die Transduktion von Monozyten erwies sich das virale Protein Vpx jedoch als essentiell, da der Knockout-Vektor zur Transduktion von Monozyten nur nach Supplementierung mit diesem Protein in der Lage war. Die Supplementierung von HIV-1 Vektoren mit Vpx des SIVsmmPBj ermöglichte keine Transduktion von Monozyten, was darauf hindeutet, dass weitere Proteine von SIVsmmPBj oder aber auch die Fähigkeit der prinzipiellen Transduktion von Zellen der G0-Phase eine Rolle spielen. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde ein auf SIVsmmPBj basierendes Dreiplasmid-Vektorsystem entwickelt. Für das Verpackungskonstrukt wurde das Verpackungssignal charakterisiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Bereich zwischen dem Promotor und dem Spleißdonor gelegene Bereich für eine effiziente Partikelbildung nötig ist und die Deletion der Region zwischen Spleißdonor und gag-Start-ATG zur Inaktivierung des Verpackungssignals ausreicht. Die aus dem Dreiplasmid-System generierten Vektoren erreichten Titer von bis zu 5 x 105 i.E./ml und waren nach Supplementierung mit Vpx dazu in der Lage, primäre humane Monozyten zu transduzieren. Der hier entwickelte, auf SIVsmmPBj basierende Vektor eröffnet neue Möglichkeiten in der Gentherapie. So sind nun auch Monozyten als wichtige Zielzellen der Tumortherapie einem Gentransfer durch lentivirale Vektoren zugänglich.
Das Protein p21 (Cip1/Waf1/Sdi1), ein Mitglied der Familie der Cyclin abhängigen Kinasen-Inhibitoren, ist ein wichtiger Modulator des Zellwachstums und der Reaktion auf DNA-Schädigung. Die Funktion von p21 hängt von der Stabilität des Proteins ab. p21 ist besonders stabil in der Phase G0/G1 des Zellzyklus. Phoshorylierungsvorgänge sowie Interaktionen mit anderen Proteinen spielen in der Stabilität von Proteinen eine wichtige Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit war, herauszufinden, ob die Phosphorylierung von p21 durch die Proteinkinase AKT oder die durch diese Phosphorylierung beeinflusste Interaktion mit dem Proliferating cell nuclear antigen, kurz PCNA, einen Einfluß auf die Stabilität von p21 hat. Mittels Proteinhalbwertszeitbestimmung konnte demonstriert werden, daß die Phosphorylierung am Threonin 145 durch AKT keinen signifikanten Einfluß auf die Stabilität von p21 aufwies. Durch Pulse chase und Westem-Blot Versuche konnte aber nachgewiesen werden, daß die Anwesenheit von PCNA das Protein p21 stabilisierte und die Degradation beeinflusste. Es konnte mittels p21 Mutanten, deren PCNA- Bindung durch Austausch der Aminosäure (M147) inhibiert ist, gezeigt werden, daß nur eine direkte Bindung von PCNA an p21 die Degradation beeinflussen konnte. Die Bestimmung der subzellulären Lokalisation von p21, die zur weiteren Abklärung der erhöhten p21-Stabilität durch PCNA diente, zeigte in Immunopräzipitationsversuchen nach subzellulärer Fraktionierung eine Interaktion von p21 mit PCNA vorwiegend im Zytoplasma. Dies ließ sich auch durch Immunofluoreszenzuntersuchungen bestätigen. Schließlich zeigten die Untersuchungen, daß die subzelluläre Lokalisation von der direkten Bindung an PCNA abhängig war. Zusammenfassend zeigte die Arbeit auf, daß die Stabilität von p21 durch seinen Bindungspartner PCNA beeinflusst werden konnte, und dies vermutlich durch subzelluläre Translokation erfolgt.
Das HADES-Experiment (High Acceptance DiElectron Spectrometer) am SIS der GSI wurde zur Messung der e+e- - Paare dileptonischer Zerfälle der leichten Vektormesonen im Energiebereich von 1 - 2 AGeV entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Eigenschaften des Spurverfolgungssystems de HADES-Spektrometers untersucht. Das Spurverfolgungssystem besteht aus vier Ebenen mit Vieldrahtdriftkammern (Mini Drift Chambers (MDCs)) niedriger Massenbelegung (low-mass), die aus je 6 Auslesedrahtebenen bestehen. Eine der Hauptanforderungen an das Spurverfolgungssystem ist eine Ortsauflösung von 100 µm (hauptsächlich in y-Richtung), die benötigt wird, um die geforderte Massenauflösung von 1 % im Bereich der w-Masse zu erzielen. Gleichzeitig muss die Nachweiseffizienz für schwach ionisierende Elektronen/Positronen hoch sein. Die primäre Messgröße von Driftkammern ist die Driftzeit der entlang einer Teilchenspur generierten Elektronen der Primärionisation zum Auslesedraht. Um die gemessene Driftzeit in eine Ortskoordinate umrechnen zu können, ist eine genaue Kenntnis der Ort-Zeit-Korrelation der Driftzellen nötig. Es wurden detaillierte Simulationen der He/i - Butan Zählgasmischung mit GARFIELD, MAGBOLTZ und HEED vorgenommen. Dabei wurden Gastemperatur, Gasdruck, sowie die Kontamination des Zählgases mit O2 und H20 und die Konzentration des Löschgases variiert und die Auswirkung auf die Driftgeschwindigkeit der Elektronen und damit auf Ort-Zeit-Korrelation der Driftzellen studiert Des Weiteren wurden die Auswirkung der Höhe der Diskriminatorschwelle der Ausleseelektronik und der Einfluss des magnetischen Feldes auf die Driftzeitmessung untersucht. Ein zweidimensionales Modell der Driftzellen, das die Abhängigkeit der Ort-Zeit-Korrelation vom Einfallswinkel des Teilchens in die Driftzelle berücksichtigt, wurde in die Spurrekonstruktionssoftware integriert. Das realistische Ansprechverhalten der Driftkammern wurde in die GEANT-Simulation des HADES-Experimentes implementiert. In der vorliegenden Arbeit wird das Ansprechverhalten der inneren Driftkammern anhand von C + C Daten analysiert, die bei einer Einschussenergie von 2 AGeV im November 2001 gemessen wurden. Es wurde eine neue Methode entwickelt, die aus der Breite des am Auslesedraht influenzierten Signals (time above threshold) eine dem Energieverlust eines Teilchens korrelierte Größe bestimmt, die sich zur Identifikation von Teilchen eignet. Die vorgestellte Methode der Energieverlustmessung besitzt eine Auflösung von etwa 10 % für minimal ionisierende Teilchen und etwa 7, 2 % für stark ionisierenden Teilchen. Die Ortsauflösung der Driftzellen betrug 128 - 154 µm für minimal ionisierende Teilchen und 84 - 116µm für stark ionisierende Teilchen. Für minimal ionisierende Teilchen wurde die Ortsauflösung der Driftkammern in x- und y-Richtung zu x = 181 - 195µm und y = 87 - 104 µm bestimmt. Für stark ionisierende Teilchen wird eine Ortsauflösung von x = 119 - 148 µm und y = 57 - 79 µm erreicht. Eine Teilchenspur wird redundant in den 6 Drahtebenen einer Driftkammer nachgewiesen. Die Nachweiseffizienz der Drahtebenen einer Driftkammer lag für minimal ionisierende Teilchen bei 90 - 96 % und für stark ionisierende Teilchen bei 94 - 98 %. Es konnte somit gezeigt werden, dass die Driftkammern des HADES-Experiment über die geforderte Ortsauflösung und Nachweiseffizienz für e+|e- verfügen und aufgrund der Messung des Energieverlustes in den Driftkammern zur Teilchenidentifikation und Reduktion des Untergrundes beitragen können.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Charakterisierung zweier Systeme, bei denen schnelle photoinduzierte Ladungstransferreaktionen auftreten. Mittels Anregungs-Abtast-Spektroskopie im sichtbaren Spektralbereich wurde zum einen die bisher noch nicht charakterisierte Primärreaktion des erst vor wenigen Jahren entdeckten bakteriellen Retinalproteins Proteorhodopsin untersucht. Dieses Protein, das einen signifikanten Beitrag zur Energiebilanz der euphotischen Zone leisten kann, zeigt einen vektoriellen, pH-abhängigen und lichtgetriebenen Protonentransfer über die Zellmembran. Mittels zeitaufgelöster Femtosekundenspektroskopie wurde die Primärdynamik in saurer sowie in alkalischer Umgebung untersucht. Nach Photoanregung von Proteorhodopsin zeigt sich eine konzertierte Schwingung des all-trans-Retinals, die in einer biphasischen Reaktion zu einer Isomerisierung zum 13-cis-Zustand führt. Neben den genauen Zerfallszeiten wird auch das Besetzungsverhältnis des schnellen zum langsamen Zerfallskanal durch den Protonierungszustand des primären Protonenakzeptors gesteuert. In alkalischer Umgebung reagieren mehr Moleküle über den schnellen Reaktionskanal als in saurer Umgebung. Zusätzlich vergrößert sich die Quantenausbeute der Isomerisierungsreaktion vom all-trans- zum 13-cis-Retinal um den Faktor zwei beim Erhöhen des pH-Wertes von 6 auf 9. Durch die Reaktion des Chromophors auf die unterschiedlichen Ladungszustände des primären Protonenakzeptors zeigt sich, dass die Proteinumgebung elementar für die Funktion, speziell auch für die primäre Photodynamik, ist. Eine mögliche Erklärung berücksichtigt die räumliche Nähe der entsprechenden Aminosäure zur C13=C14 Bindung. Durch Deprotonierung an dieser Stelle kommt es zu einer Schwächung der genannten Bindung. Die energetische Barriere für die Isomerisierung wird herabgesetzt und diese Reaktion kann schneller und effizienter ablaufen als bei Gegenwart einer protonierten Aminosäure. Da die Ladung des Akzeptors die Reaktion „steuert“, kann von einer elektrostatischen Kontrolle der Reaktionsdynamik gesprochen werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die photoinduzierte Dynamik von Merocyaninen sowohl frei in Lösung als auch an kolloidale Halbleiter gekoppelt untersucht. Für die freien Farbstoffe lassen sich zwei Deaktivierungskanäle unterscheiden. Nach der Photoanregung kann das Merocyanin an der zentralen konjugierten Polymethinkette isomerisieren. Die Entstehung des daraus resultierenden verdrehten Moleküls konnte innerhalb weniger zehn Pikosekunden beobachtet werden. Die andere Möglichkeit die aufgenommene Energie wieder abzugeben besteht in der Bildung eines angeregten Triplettzustandes. Die Besetzung dieses Zustandes lässt sich innerhalb weniger Pikosekunden beobachten und geht somit signifikant schneller vonstatten als die Isomerisierung. Durch Kopplung der Merocyanine an TiO2-Halbleiterkolloide werden andere Deaktivierungskanäle wichtig. Mit einer Zeitkonstante von wenigen zehn Femtosekunden kommt es zu einem schnellen Ladungstransfer aus dem Farbstoff in den Halbleiter. Parallel zu dieser ultraschnellen Elektroneninjektion bildet sich, wie für das ungekoppelte System auch, der verdrehte Zustand. Die Bindung an den Halbleiter führt jedoch zu einer Beschleunigung der Torsionsbewegung, sodass sich die Geometrieänderung innerhalb weniger Pikosekunden beobachten lässt. Auch aus diesem Zustand kommt es zur Elektroneninjektion aus dem Farbstoff in das Leitungsband des Halbleiters. Die Triplettbildung ist dagegen für das gekoppelte System nicht beobachtbar, was zu einer erhöhten Stabilität führt. Neben der Bildung der ladungsgetrennten Zustände konnte mittels der Femtosekundenspektroskopie auch die partielle Rückreaktion zu neutralen Systemen beobachtet werden. Die Reduktion des Merocyaninkations erfolgt innerhalb weniger 100 ps, ist aber nach einer Nanosekunde noch immer nicht vollständig abgeschlossen, sodass ein signifikanter Teil der Moleküle bzw. Kolloide geladen bleibt. Sämtliche Beobachtungen des Farbstoff-Halbleiter-Systems lassen sich in einem Reaktionsmodell zusammenfassen. Mit diesem lässt sich die Dynamik nach Photoanregung erklären, sowie die energetische Lage der beteiligten Zustände im Verhältnis zueinander betrachten. Ein bereits existierendes Reaktionsmodell des freien Farbstoffes konnte mittels der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse auf den Bereich unterhalb von einer Nanosekunde erweitert werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergebnisse dieser Arbeit zum einen dazu dienen, natürliche Ladungstransferreaktionen zu verstehen. Durch die Aufklärung der Primärdynamik von Proteorhodopsin konnte ein weiterer Baustein zum Verständnis dieses erst kürzlich entdeckten und für die Energiebilanz der Meere wichtigen Proteins hinzugefügt werden. Zum anderen tragen die Resultate dieser Arbeit auch zum Verständnis eines künstlichen Photosynthesesystems (Grätzelzelle) bei und können zur Effizienzsteigerung sowie zur Optimierung genutzt werden.
Auch nach 20 Jahren HIV-Forschung ist in absehbarer Zeit kein wirksamer Impfstoff in Sicht. Die weltweit steigenden Infektionszahlen zeigen, dass die Krankheit weiterhin eine der schlimmsten Epidemien der Menschheit bleiben wird, Umso mehr ist die Entwicklung eines potenten Impfstoffes nötig, um Neuinfektionen zu verhindern. Eine wichtige Grundlage für die Entwicklung von HIV-1 Impfstoffen sind Patienten, die die Infektion auf natürliche Weise ohne antiretrovirale Therapie unter Kontrolle halten. Neben der zellvermittelten Immunantwort wird vermutet, dass auch die humorale Immunantwort einen entscheidenden Beitrag zum stabilen Immunstatus solcher HIV-Patienten leistet, Während der durchschnittliche HIV-Patient ohne Therapie innerhalb von meist 10 Jahren zum Vollbild AIDS progressiert, leben diese Patienten seit mehr als 15 Jahren mit der Infektion ohne Therapie und dem klinisch aurfälligen Krankheitsverlauf mit abfallender CD4-Zellzahl und steigender Viruslast im Blut, In dieser Arbeit werden solche Patienten, die auch long-term non-progressors (LTNPs) genannt werden, für eine detaillierte Analyse der humoralen Immunantwort mittels der Phage Display Methode herangezogen. Die verwendeten, auf Phagen exprimierten Peptide (Phagotope), haben unterschiedliche Länge und Konformation und sind als Fusion auf dem Phagenhüllprotein präsentiert. Pathogen-spezifische Phagen können durch Selektion mit Patientenseren isoliert werden. Die Phagenbanken wurden mit den Antikörpern der LTNP Patienten durchsucht, um HIV-1 spezifische Peptide zu isolieren, die Epitope protektiver Antikörper gegen HIV-1 repräsentieren. Diese isolierten Peptide ahmen demnach das natürliche Epitop eines Antikörpers nach, weshalb diese Phagotope auch Mimotope genannt werden. Das Ziel der Arbeit war die Isolierung protektiver HIV-1 Mimotope, die konservierte Bereiche von HIV nachahmen und, wenn als Immunogen eingesetzt, in der Lage sind, wiederum potent neutralisierende Antikörper zu induzieren. Für die Studie wurden insgesamt über 1400 selektierte Phagenklone auf ihre Spezifität hin untersucht, etwa 700 Phagenklone wurden sequenziert. Zur Identifikation konformeller Mimotope, die häufig in Verbindung mit neutralisierender Aktivität bei HIV zu finden sind, wurde eine spezielle Software (3DEX) entwickelt, die es ermöglicht, die isolierten Peptide potentiellen Regionen auf publizierten Proteinstrukturen zuzuordnen. Anhand dieses Programms wurden die selektierten Phagenpeptide analysiert und den HIV-1 Proteinen, vor allem aber dem Hüllprotein gpl20, zugeordnet. Interessante Mimotope wurden in Immunisierungsstudien getestet, wobei zur Etablierung des Immunisierungsprotokolls zunächst verschiedene Injektionswege getestet wurden. Aussichtsreiche Kandidaten, die funktionellen Domänen in gpl20 zugeordnet werden konnten, wurden als Phagengruppen in Mäuse injiziert, um ihre Fähigkeit zur Induktion neutralisierender Antikörper zu überprüfen. Die Ergebnisse dieser Studien zeigten, dass einige Mimotopgruppen in der Lage sind, neutralisierende Antikörper zu induzieren. Die Mausimmunseren konnten unterschiedliche HIV-1 Isolate in vitro zu neutralisieren, teilweise auch Subtyp- übergreifend. Die Arbeit zeigt somit die erfolgreiche Isolierung HIV-1 spezifischer Mimotope protektiver Antikörper aus LTNP Patienten, sowie die Verwendung dieser Mimotope als erfolgreiche Immunogene in Mäusen.
Hodgkin-Lymphom-Biopsien und abgeleitete Zelllinien sind charakterisiert durch die konstitutive Aktivität verschiedener Komponenten des JAK/STAT-Signalweges. Dennoch ist die Bedeutung dieser Signalvermittler für die Pathogenese des klassischen Hodgkin-Lymphoms nicht vollständig geklärt. Gegenstand dieser Arbeit war die Bedeutung der JAK/STAT-Signalkaskade, sowie insbesondere die zellulären Funktionen von STAT3 und STAT6 zu untersuchen. Zu diesem Zweck kamen zwei verschiedene synthetische Kinase-Inhibitoren (AG490, Cucurbitacin I) zum Einsatz. Beide Substanzen blockieren die Kaskade auf Ebene der Kinasen und sind als JAK2/STAT3-spezifische Inhibitoren beschrieben. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Behandlung mit beiden Substanzen das Wachstum der malignen Zellen hemmte. Gelretardierungsexperimente ergaben jedoch, dass beide Inhibitoren in allen HL-Zelllinien immer mehr als nur ein STAT-Molekül hemmten. Somit konnte keine Aussage über die Bedeutung einzelner STATs getroffen werden. Um die zellulären Funktionen von STAT3 und STAT6 zu untersuchen wurden daher spezifische siRNAs mittels lentiviraler Vektoren exprimiert. Die Rolle von STAT3 bei der Entstehung verschiedenster Krebsarten ist bereits gut charakterisiert. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass STAT3 auch in HL-Zellen ein wichtiger Regulator von Proliferation und Apoptose ist. Darüber hinaus konnte auch STAT6 als Vermittler proliferations-fördernder, anti-apoptotischer Signale identifiziert werden. Es konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass eine alleinige Hemmung von STAT6 ausreicht um Apoptose in einigen HL-Zellen auszulösen. Diese Induktion von Apoptose wurde durch Caspasen vermittelt. Um den genauen Mechanismus aufzuklären und um STAT6-Zielgene zu identifizieren, die anti-apoptotisch wirken, wurde eine Microarray-Analyse durchgeführt. Eine weitere Möglichkeit die Aktivierung der JAK/STAT-Signalkaskade zu beeinflussen bieten die SOCS-Proteine. Diese sind direkte Zielgene der STATs und regulieren die Signalvermittlung in einer negativen Rückkopplung. In vielen unterschiedlichen Krebsarten ist diese Negativregulation ausgefallen oder fehlerhaft. Das kann zu einer konstitutiven Aktivierung des JAK/STAT-Signalweges beitragen. Die Bedeutung der SOCS-Proteine im klassischen Hodgkin-Lymphom ist noch unbekannt und wurde in dieser Arbeit untersucht. Es wurden unterschiedliche Mengen endogenes SOCS1 und SOCS3 in verschiedenen HL-Zelllinien und in HL-Biopsien detektiert. In Überexpessionsexperimenten mit SOCS1 und SOCS3 konnte gezeigt werden, dass sowohl SOCS1, als auch SOCS3 nur in Zellen, die wenig endogene SOCS besitzen, die Aktivität von STAT3 und STAT6 inhibieren konnten. Die Überexpression resultierte in einem Wachstumsarrest und einem erhöhten Anteil toter Zellen. In Zellen, die bereits viel SOCS besaßen, konnten weder STAT3 noch STAT6 inhibiert werden. In diesem Zusammenhang wurde ein Modell, das potentielle Möglichkeiten zum Umgehen einer Negativregulation durch die SOCS-Proteine darstellt, diskutiert. Darüber hinaus konnte in Gelretardierungsexperimenten gezeigt werden, dass SOCS3 zusätzlich zu STAT3 und STAT6 in Zellen, die wenig SOCS besaßen, auch NF?B-Aktivierung hemmte. Da NF?B bereits als wichtiger Überlebensfaktor für HL-Zellen beschrieben wurde, trägt dessen Inhibition wahrscheinlich zu einer Hemmung des Wachstums bei. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit STAT3 und STAT6 als potentielle Ziele für therapeutische Ansätze für das klassische Hodgkin-Lymphom identifiziert werden. Einen weiteren Angriffspunkt für zukünftige Strategien liefern die SOCS-Proteine, die eine signalweg-übergreifende Hemmung von Transkritionsfaktoren erlauben.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Strukturen der Excisionase (Xis) aus dem Bakteriophagen HK022 sowie des Proteinkomplexes zwischen Cytochrom c552 und der CuA-Domäne aus T. thermophilus mittels NMR in wässriger Lösung bestimmt. Im Falle der Excisionase wurde mit Hilfe isotopenmarkierter Proteinproben die vollständige Zuordnung der 1H-, 15N- und 13C-Resonanzen durchgeführt. Hierauf basierend wurden anhand verschiedener zwei- und dreidimensionaler NOESY Spektren insgesamt 902 Abstandsbeschränkungen identifiziert, mit deren Hilfe die räumliche Struktur des Proteins bestimmt werden konnte. Die Strukturrechnungen ergaben letztendlich ein Strukturensemble von 20 Konformeren, die aus 2 alpha-Helices und 5 beta-Faltblattsträngen aufgebaut sind. Die beta-Faltblattstränge bilden 2 antiparalelle beta-Faltblätter, während die beiden alpha-Helices eine L-Formation darstellen. Die letzten 12 Aminosäurereste am C-Terminus zeigten keine NOEs und besaßen folglich auch keine geordnete Struktur. Dennoch ist dieser C-terminale Teil der Sequenz möglicherweise von physiologischem Interesse, da für den Rest 66 eine Asn/IsoAsp- Isomerisierung beobachtet wurde, welche eine Rolle bei der Autoregulation dieses Proteins in vivo spielen könnte. Ein weiteres markantes Strukturelement der Excisionase ist das Triprolinsegment Pro32-Pro33-Pro34, das die beiden beta-Faltblätter miteinander verbindet. Diese drei Prolinreste liegen in einer cis-trans-trans Konformation vor; aufgrund von Ligandenwechselwirkungen verschiedener anderer Proteine, die ein solches Motiv besitzen, liegt die Vermutung nahe, daß diese Region in der spezifischen Protein-Protein-Interaktion, die während der exzisiven Rekombination stattfindet, eine Schlüsselrolle spielen könnte. Zur Untersuchung der Wechselwirkung von Cytochrom c552 mit der CuA-Domäne wurden beide löslichen Fragmente mit dem 15N-Isotop angereichert. Daraufhin konnten für jedes Protein heteronukleare NMR-Experimente durchgeführt werden, die eine vollständige Zuordnung der Amidresonanzen sowohl im reduzierten als auch im paramagnetischen oxidierten Zustand ermöglichte. Basierend auf diesen Resonanzzuordnungen konnten Veränderungen der chemischen Verschiebungswerte aufgrund von Oberflächenkontakten mit dem jeweiligen Redoxpartner mittels 2D [15N, 1H]-TROSY Experimenten in beiden Redoxzuständen ermittelt werden. Die betroffenen Aminosäurereste, welche an der Moleküloberfläche die Kontaktzone definieren, wurden für eine Docking-Rechnung herausgezogen, um letztendlich die räumliche Struktur des Elektronentransferkomplexes zwischen Cytochrom c552 und der ba3-Oxidase zu bestimmen. Interessanterweise traten beim Cytochrom c552 zusätzlich zu den Verschiebungseffekten auf der Moleküloberfläche im reduzierten Zustand auch noch sehr dominante Sekundäreffekte im hinteren Teil der Hämspalte an der Stelle auf, wo das Propionat A über Wasserstoffbrückenbindungen mit dem Protein verbunden ist. Analog zu dem System aus P. denitrificans befindet sich auch im Cytochrom c552 aus T. thermophilus in dieser Position ein aromatischer Ring, der vermutlich von elektronischen Veränderungen im Hämring beeinflußt wird und diese Effekte durch seinen somit veränderten Ringstrom an die unmittelbare Umgebung weitergibt. Diese experimentellen Daten unterstützen die Elektronendelokalisierungstheorie von Wikström und Mitarbeitern (Johansson et al., 2002a und b), wonach im reduzierten Häm ein Teil der Elektronenladung bis in die Peripherie des Hämrings delokalisiert ist, einschließlich der nichtkonjugierten Propionatreste. Aus vorangegangenen Studien ergab sich bereits, daß der Elektronentransferkomplex in T. thermophilus auf hydrophoben Wechselwirkungen beruht, im Gegensatz zum P. denitrificans System, in dem die Interaktion elektrostatischer Natur ist (Maneg et al., 2003). Tatsächlich weist die in dieser Arbeit bestimmte Struktur des Elektronentranferkomplexes einen hohen Anteil (ca. 40%) an unpolaren Kontaktoberflächen auf. Das Cytochrom c552 bindet dabei an die CuA-Domäne nahe dem CuA-Zentrum, so daß der Abstand zwischen den Metallzentren von Donor und Akzeptor 15,6 Å beträgt. Der Hämring des Cytochrom c552 berührt die CuA-Domäne im Bereich von Phe86 und Phe88, wie bereits von Soulimane et al. (2000) aufgrund der Sequenzhomologie mit dem P. denitrificans System postuliert worden war. Wie jedoch aus dem berechneten Elektronentransferweg hervorgeht, ist die aromatische Seitenkette des Phe88 nicht unbedingt in die Elektronenübertragung einbezogen. Der ca. 19-20 Å lange Weg des Elektrons führt wahrscheinlich vom Häm über das Proteinrückgrat der CuAReste Ala87 und Phe88 zum CuA-Zentralliganden His114 und schließlich zum binuklearen Kupferzentrum. Dies erklärt auch, wieso eine F88L Mutation der CuA-Domäne (Maneg et al., 2003) nur zu einer 50%igen Abnahme der Aktivität geführt hat. Hiermit ist nun für das T. thermophilus System der gesamte Weg der Elektronenübertragung vom Cytochrom c552 über die CuA-Domäne zur Untereinheit I der ba3-Oxidase in den Grundzügen aufgeklärt, da der Elektronentransfer vom CuA- zum CuB-Zentrum bereits zuvor beschrieben worden war (Soulimane et al., 2000).
In einer Vielzahl von Tumoren begründet sich die maligne Transformation der Zellen in einer Überexpression der ErbB2-Rezeptortyrosinkinase. Aufgrund der erhöhten ErbB2-Rezeptordichte auf der Zelloberfläche wird durch die Aktivierung des Rezeptors eine starke Proliferation der Zellen ausgelöst, welche invasiv in gesundes Gewebe eindringen. Dieses starke Wachstum wird über die Aktivierung ErbB2-vermittelter Angiogenese sichergestellt und lässt sich durch die Verwendung von Chemotherapeutika nicht aufhalten. Auf diese Weise können sich diese malignen Zellen durch Metastasierung im ganzen Körper verteilen, was sich in einer 5 Jahres-Überlebensrate der Patienten von 5 % widerspiegelt. Die Inhibition der ErbB2-Rezeptor-Tyrosinkinase stellt somit durch ihre Rolle in der Tumorprogression, ein relevantes Ziel der modernen Tumormedizin dar. In der vorliegenden Arbeit wurde die ErbB2-Tyrosinkinasedomäne in einem Hefe Zwei-Hybrid System verwendet, um spezifische Interaktionspartner zu isolieren, die mit der Funktion der Kinase interferieren. Bei den potentiellen Inhibitoren handelt es sich um Peptid-Aptamere. Dies sind randomisierte Peptide aus 12 bis 42 Aminosäuren, die in einer konstringierten Konformation in ein Gerüstprotein eingebaut sind. Als Gerüstprotein wurde das intrazelluläre Protein Thioredoxin verwendet, dessen aktives Zentrum als Schleife aus der Proteinstruktur ragt. In dieses aktive Zentrum wurden die randomisierten Peptide inseriert und für die Interaktion mit der Tyrosinkinase präsentiert. Durch die Klonierung einer optimierten PeptidAptamer Bibliothek gelang es einen Pool von 2 x 108 unterschiedlichen Peptiden zu konstruieren. Aus dieser Bibliothek konnten durch das Hefe Zwei-Hybrid System Peptid-Aptamere isoliert werden, die spezifisch mit dem ErbB2-Rezeptor interagierten. Diese in der Hefe gezeigte Interaktion wurde in vitro in GST-Pulldown und in vitro Co-IP Experimenten bestätigt. Damit die Funktion der Aptamere in Krebszellen analysiert werden konnte, wurden die Peptid-Aptamere über die lentivirale Transduktion und Proteintransduktion effizient in Zielzellen eingebracht. Mit Hilfe der Aptamer-Transduktion konnte die Rezeptor-Aptamer Interaktion durch Co-IP und Co-Lokalisationsuntersuchungen auch in ErbB2-exprimierende Zellen, wie SKBr3 und NIH#3.7, bestätigt werden. Zur Funktionsanalyse wurden die Aptamere ferner in MCF7 Zellen eingebracht und dort durch HRG die Aktivierung von ErbB2/ErbB3-Heterodimeren induziert. Diese Heterodimere übertragen über den PKB/AKT-Signalweg ein anti-apoptotischen Signal in die Zelle, welches zur Chemoresistenz-Entwicklung dieser Zellen beiträgt. Die ErbB2-induzierte Aktivierung des PKB/AKT-Signalweges konnte durch die Aptamer-Applikation verhindert werden. Im Folgenden wurden die Aptamere in MCF7 her2 Zellen transduziert. Bei MCF7 her2 Zellen handelt es sich um MCF7 Zellen, die stabil mit ErbB2 transfiziert wurden. Die daraus resultierende Überexpression des ErbB2 Rezeptors führt über die Induktion des AKT-Signalweges zur Resistenz der Zellen gegenüber Chemotherapeutika-Behandlung, wie Taxol. Durch Applikation der Aptamer wurden MCF7 her2 Zellen für die Taxol-Behandlung resensitiviert. Auf diese Weise wurden in der vorliegenden Arbeit Peptid-Aptamere isoliert, die mit der ErbB2-induzierter Chemoresistenz interferierten und damit in Kombination mit einer Taxol-Behandlung eine alternative Therapiemöglichkeit bieten.
In den letzten zwei Dekaden wurde die Rolle der RNA in biologischen Prozessen intensiv untersucht. Man erkannte immer deutlicher, dass ihre Funktion über die einfache Vermittlung von Information von der DNA hin zum Protein weit hinausgeht. So spielt sie eine entscheidende Rolle bei der Genexpression und besitzt darüber hinaus auch katalytische Eigenschaften. Die Entdeckung der reversen Transcriptase beim HI-Virus konnte zeigen, dass genetische Informationen nicht nur in Richtung von DNA zu RNA, sondern auch in Entgegengesetzter Richtung übertragen werden kann. Diese Schlüsselrolle in vielen wichtigen biochemischen Prozessen macht die RNA zu einem viel versprechenden Ziel für die Entwicklung neuer Wirkstoffe, um in diese Prozesse eingreifen zu können. RNA bildet eine Vielzahl von stabilen Sekundär- und Tertiärstrukturen aus, die es Proteinen und Antibiotika ermöglicht, sie zu adressieren. Die bis heute wohl mit Ausnahme des Ribosoms und der tRNAs am besten aufgeklärte Struktur einer RNA ist die der HIV TAR-RNA (transaktivierende Region). Ein essentieller Bestandteil für die virale Genexpression ist die so genannte TAR-RNA. Diese befindet sich am 5-Ende aller viraler Transcripte und bildet eine aus 59 Basen bestehende stem-bulge-loop hairpin Struktur. Diese tritt in Wechselwirkung mit dem tat-Protein. Die Grundlage für die Erkennung des hierbei entstehenden Komplexes ist eine Wechselwirkung von tat mit der bulge- und loop-Region von TAR. Durch Interaktion mit der loop- Region kommt es zur Ausbildung eines CyclinT1/tat Komplexes, der im weiteren dafür verantwortlich ist, dass sich die Rate der Transkription um das mehrere hundertfache erhöht. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Liganden zu synthetisieren, die spezifische Bindungen mit der TAR-RNA aus HIV-1 eingehen. Durch eine solche Bindung ist es möglich, den viralen Replikationszyklus zu unterbrechen. Ausgehend von einem relativ rudimentären Design, basierend auf dem Arginin-Fork-Model von Frankel, gelang es, mit Triaminopyrazol und verschiedenen seiner Derivaten dieses Ziel zu erreichen. Nach erfolgreicher Synthese der Zielstrukturen wurden diese in einem FRET-Assay im Hinblick auf ihre Affinität zu der TAR-RNA getestet. 3,4,5-Triaminopyrazol übertraf trotz seiner geringen Größe und Ladung mit einem IC50-Wert von 30 µM die Werte vieler tetrakationischer Tripeptide (FRET). Nach erfolgreicher Bestimmung der TAR-Affinität von Triaminopyrazol wurde seine Wirkung auf HIV-infizierte Hela P4-Zellen untersucht, die ein Tat-TAR-kontrolliertes Reportergen exprimierten. Dabei zeigte Triaminopyrazol eine Inhibierung mit IC50 = 50 µM. Bis zu einer Konzentration von 500 µM traten hierbei keine toxischen Effekte auf. Dies legt die Vermutung nahe, dass es sich bei Triaminopyrazol tatsächlich um einen tat- Antagonisten handelt. Ebenso konnte gezeigt werden, dass die Wirkung von Triaminopyrazol nicht die eines Entryinhibitors ist, sondern dass die Verbindung in der Lage ist, die Zellmembran zu durchdringen.
In der vorliegenden Studie wurden insgesamt 70 Wurzelkanalmodelle, in sieben Gruppen unterteilt, mit einem Handinstrument und 3 verschiedenen maschinell betriebenen Instrumentenprototypen aus einer Nickel-Titanlegierung aufbereitet. Die konventionelle Handaufbereitung durch die Ergoflex-Stahlfeile war durch einen starken Kanalwandabtrag an der Innenkurvatur (straightening) besonders im Mitteldrittel (Messpunkt 3 bis 5) und im koronalen Anteil sowohl innen als auch außen gekennzeichnet. Die maschinelle Aufbereitung durch die drei Prototypen a1, a2 und b zeigte, dass die Aufbereitung mit rotierenden Nickel-Titan-Instrumenten insgesamt etwas gleichmäßiger erfolgt. Aber an Messpunkt 1-3 (1-4 mm vom Apex) im apikalen Drittel des Wurzelkanals an der Außenkurvatur führen sie zu mehr Materialabtrag als die Ergoflex-Stahlfeile. Ab Messpunkt 4 (7mm vom Apex) wird durch die Prototypen mehr an der Innenkurvatur abgetragen. Bei Prototyp b schien das andere Design (Öffnungs-, Tangenten- und Spiralwinkel) mit seinen abgeflachten Schneiden („radial lands“) eine bessere Wurzelkanalzentrierung mit weniger Materialabtrag und weniger Frakturen zu bewirken. Bei der Untersuchung der Aufbereitungszeit waren die maschinell betriebenen Prototypen der Handaufbereitung überlegen. Ob die längeren Aufbereitungszeiten bei Anwendung von Prototyp a1 und a2 im Vergleich zu Prototyp b durch die vorsichtigere Handhabung des Anwenders aufgrund der vielen aufgetretenen Instrumentenfrakturen entstanden, müsste eine weitere Untersuchung aufklären. Somit ist die Aufbereitungszeit kritisch zu hinterfragen. Negativ fiel die hohe Anzahl von Frakturen bei Verwendung der Prototypen a1 und a2 auf. Die Anwendung dieser hauptsächlich im Bereich des apikalen Drittels frakturierten Instrumente am Patienten ist aus diesem Grund zu überdenken. Bei Betrachtung der untersuchten maschinellen Prototypen 1C und 2W (TCM Endo) muß man aufgrund der starken Überschreitung der eingestellten Grenzdrehmomentwerte, der schlechten Beibehaltung der Umdrehungszahlen und schlechteren Taktilität durch den schlechten Sitz der Untersetzungswinkelstücke noch weitere Verbesserungen auf diesen Gebieten fordern, um den Anwender bei der maschinellen Aufbereitung unterstützen zu können.
In der vorliegenden retrospektiven Arbeit wurden 80 Patienten im Zeitraum von 1997 bis 2001 auf Kolonisation mit Mykoseerregern untersucht wobei 52 einen positiven Befund aufwiesen. Das Durchschnittsalter betrug 67,7 Jahre. Das am häufigsten betroffene Kompartiment war der Respirationstrakt (56,6%). Pilzbesiedelungen erlangen eine zunehmende Bedeutung im Erregerspektrum der mikrobiellen Ursachen einer Sepsis und konsekutiv dem septischen Schock. Die Letalität bei Pilzbesiedelungen im Septischen Schock in der vorliegenden Arbeit beträgt 57,7% (n=30). Die Inzidenz der Besiedelungen mit Candida spp. ist gestiegen; diese sind heute die vierthäufigsten Erreger bei Septikämien. Auch die meisten invasiven Mykosen bei chirurgischen Patienten werden von Candida spp. verursacht. Sie sind mit einer Erhöhung der Letalität bei kritisch kranken Patienten assoziiert. In der vorliegenden Arbeit konnte beobachtet werden, dass Patienten mit Besiedelung und Patienten mit hohem Besiedelungsgrad eine höhere Letalität hatten, als Patienten ohne Besiedlung und Patienten mit niedrigem Besiedlungsgrad. Diese Beobachtung lässt jedoch keine statistische Wertung zu, da die Datenmenge hierfür zu klein ist. Die Therapieoptionen invasiver Mykosen mit Organbefall erstrecken sich in der Regel auf chirurgische und medikamentöse Therapiemaßnahmen. Die Richtlinien zum Management von Mykosen beziehen sich vorwiegend auf neutropenische Patienten, nur wenige Empfehlungen gelten für Pilzbesiedelungen kritisch kranker Patienten nach abdominalchirurgischer Therapie. Für die Mehrzahl der schweren Pilzinfektionen wird zur Initialtherapie Amphotericin B gefolgt von Fluconazol empfohlen. Bei toxischen Reaktionen auf Amphotericin B werden meist Fluconazol oder Amphotericin B-Lipidpräparate favorisiert. Neuere Studien mit Caspofungin zeigen vielversprechende Therapieoptionen: auch bei Problempatienten mit Neutropenie, bei Patienten mit Candidämie sowie in allen Subgruppenanalysen, z.B. nach Infektionsort, Erreger, vordefinierten Zeitpunkten, war das Echinocandin tendenziell besser wirksam als Amphotericin B. Es musste zudem signifikant seltener wegen unerwünschter Arzneimittelwirkungen abgesetzt werden. Ein besseres Verständnis der Pathophysiologie von Pilzbesiedelungen auf der Intensivstation, die Identifizierung des Patienten „at risk“ für disseminierte Candidiasis und daraus folgend der zeitnahe Einsatz adäquater Therapeutika sind validierenswert, um die Letalität von Patienten im septischen Schock zu senken.
Die posturale Instabilität wird bei Morbus Parkinson neben Rigor, Tremor und Bradykinese als viertes Kardinalsymptom angeführt (GERLACH et al. 2003). Diese Störung der Gleichgewichtskontrolle führt im Vergleich zu gleichaltrigen Personen ohne neurologische Erkrankung zu einem erhöhten Sturzrisiko und zu Einschränkungen in der Mobilität (WOOD et al. 2002). JANKOVIC et al. (1990) beschreiben eine schlechtere Prognose für den allgemeinen Krankheitsverlauf, wenn eine markante posturale Instabilität vorliegt. Die posturale Instabilität gehört daher zu den Hauptfaktoren, die die Lebensqualität der Patienten beeinträchtigen (COMELLA et al. 1995, WADE et al. 2003, SCHRAG et al. 2000). Im Klinikalltag wird die posturale Instabilität nach wie vor mit Verfahren erfasst, denen es an normativen Daten mangelt und die nur unzureichend zu standardisieren sind, z. B. der so genannte Retropulsionstest (BLOEM et al. 1998 und MARCHESE et al. 2003). Nach ROCCHI et al. (2002) zeigt dieser Test nur eine schwache Sensitivität für die Erfassung von posturalen Störungen. Daraus abgeleitet lautete das erste Untersuchungsziel der vorliegenden Arbeit: - Evaluierung eines biomechanischen Diagnoseverfahrens, das die Gleichgewichtsregulation bei Morbus Parkinson unter dynamischen Bedingungen erfasst und auch im Klinikalltag eingesetzt werden kann. Zum Einfluss von Vibrationen und mechanischen Ganzkörperschwingungen liegen inzwischen zahlreiche Studien vor, die eine stimulierende Wirkung auf reflektorische Kontraktionsabläufe beschreiben (vgl. zur Übersicht HAAS et al. 2004a); es existieren dagegen kaum Ergebnisse zu den Effekten mechanischer Ganzkörperschwingungen in der Trainingstherapie. Das zweite Untersuchungsziel lautete dementsprechend: - Evaluation einer neuen Trainingsmaßnahme mittels randomisierter mechanischer Ganzkörperschwingungen zur Therapie der posturalen Instabilität bei Morbus Parkinson. An der Untersuchung nahmen 52 Patienten mit der Diagnose idiopathisches Parkinson-Syndrom teil, die zur Zeit der Studie in der Parkinsonklinik in Bad Nauheim therapiert wurden. Die Zuordnung der Probanden erfolgte randomisiert in eine Experimental- und in eine Kontrollgruppe. Die sensomotorische Gleichgewichtsregulation wurde in drei standardisierten Testbedingungen erfasst. In zwei Tests wurde die posturale Stabilität in einer parallelen Fußstellung und in einer Schrittstellung überprüft (die Messdauer betrug jeweils 32 Sekunden pro Versuch). In einem weiteren Test wurde ein posturaler Reflex auf einen standardisierten Störreiz evaluiert. Die kinematischen Messungen erfolgten auf einer federgelagerten, zwei-dimensional leicht auslenkbaren Standfläche. Es wurden in jeder Testbedingung drei Versuche vor dem Treatment bzw. der Pause für die Kontrollgruppe (Pre-Tests) und drei im Anschluss (Post- Tests) durchgeführt. Das Studiendesign fokussierte somit die Erfassung von adhoc Effekten und nicht von Langzeitadaptationen. Zwei Beschleunigungsaufnehmer zeichneten die Bewegungen der Standfläche auf, wobei der erste die Beschleunigungen der Plattform in Richtung anteriorposterior (ant-post) und der zweite in Richtung medial-lateral (med-lat) erfasste. Zur Quantifizierung der posturalen Stabilität wurden die Auslenkungen der Standfläche bestimmt. Beim posturalen Reflex galt die initiale Dämpfung der Standflächenschwingungen, die mit Hilfe des Abklingkoeffizienten bestimmt wurde, als Auswertungsparameter. Zudem wurde die elektromyographische Muskelaktivität mit bipolaren Oberflächenelektroden an den folgenden antagonistisch wirksamen Muskeln des rechten Unterschenkels erfasst: - M. Tibialis anterior - M. Gastrocnemius (pars lateralis) Zur Quantifizierung der elektromyographischen Aktivität wurde das Integral des gleichgerichteten EMGs berechnet. Beim posturalen Reflex wurde zusätzlich die Reaktionszeit des M. Tibialis bestimmt, d. h. die Verzögerung der muskulären Antwort auf den mechanischen Störreiz. Das Treatment bestand aus mechanischen Ganzkörperschwingungen, die das medizinische Trainingsgerät SRT-medical® (Firma Human mobility, Frankfurt) mit einer gewissen Zufallsgenerierung produziert. Die Vibrationen erfolgen nicht gleichmäßig bzw. sinusförmig, sondern variieren permanent um eine eingestellte Frequenz (+/- 1Hz). Die Schwingungscharakteristik beruht auf dem Phänomen der stochastic resonance. Das Treatment bestand aus fünf Serien à eine Minute mit einer Frequenz von 5-6Hz. Die Hauptergebnisse der vorliegenden Studie sind - die Bestätigung, dass mit der vorgestellten dynamischen Messung der Gleichgewichtsregulation und den hierfür ausgewählten Standpositionen die posturale Stabilität bei Parkinson-Patienten quantitativ und reliabel erfasst werden kann. Diese Ergebnisse korrelieren nicht mit den klinischen Daten des Retropulsionstests. Ferner konnte in einem weiteren Teil der Untersuchung aufgezeigt werden, dass - das Treatment der randomisierten mechanischen Ganzkörperschwingungen die Gleichgewichtskontrolle sowohl bezüglich der posturalen Stabilität als auch hinsichtlich des posturalen Reflexes spontan verbessern kann. In der Überprüfung der posturalen Stabilität ist der Nachweis dieses Effektes aber abhängig von der eingesetzten Messbedingung bzw. von der Standposition. Die kinematischen Ergebnisse konnten allerdings statistisch nicht mit den elektromyographischen bestätigt werden. Die analysierten Effekte werden in der Diskussion mit folgenden Erklärungsansätzen interpretiert: - eine Modifizierung der neuromuskulären Koordination - eine Reduktion des Parkinson-typischen Rigors - eine mögliche Modifikationen der Regulation auf kortikaler und subkortikaler Ebene und - eine Verschiebung der selektiven Aufmerksamkeit auf die Anforderungssituation bzw. eine optimierte Informationsselektion. Ferner wird eine Verbesserung der Propriozeption als Treatmenteffekt ausgeschlossen. Einen besonderen Stellenwert erhalten die aufgezeigten Treatmenteffekte, wenn man berücksichtigt, dass die herkömmliche Medikation bei Morbus Parkinson zwar eine wirkungsvolle Therapie hinsichtlich der meisten Symptomausprägungen bietet, aber nach wie vor nicht zur Verbesserung der posturalen Instabilität beiträgt bzw. hier sogar einen negativen Einfluss ausüben kann (KLAWANS 1986, KOLLER et al. 1990, MARSDEN und OBESO 1994, BLOEM et al. 1996, FRANK et al. 2000, JANKOVIC 2002, GUTTMAN et al. 2003, ROBERTS-WARRIOR et al. 2000, BRONTE-STEWART et al. 2002). Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie kann das Treatment als zusätzliches Element in der Therapie von Morbus Parkinson zum Einsatz kommen, wobei es nicht als Alternative, sondern als Ergänzung zu den herkömmlichen trainings- und physiotherapeutischen Behandlungsstrategien zu sehen ist.
In der vorliegenden Arbeit beschäftige ich mich mit der "gesellschaftstheoretischen Rekonstruktion der praktischen Philosophie Immanuel Kants" mit ihren Ergänzungen von dem phänomenologischen, wertethischen und philosophisch-anthropologischen Gesichtspunkt Max Schelers. Hier kommt es darauf an, zu versuchen, gegenüber der üblichen, an der "Wissenschaftstheorie" orientierten, objektivistischen Gesellschaftstheorie wie der systemtheoretischen, sowie der diskursethischen einen anderen Gesichtspunkt vorzulegen, nämlich denjenigen, der an der "Qualifikation der Person" orientiert ist. Schon Kants so genannte "Kopernikanische Wende", die der Erkenntnistheorie eine neue Basis gegeben hat, hat die Implikation, dass es bei der gegenständlichen Erkenntnis nicht auf die zu erkennenden Objekte als "Ding an sich" ankommt, sondern dass es sich um die Stellung des erkennenden Subjekts in den als "Erscheinung" erkennbaren Objekten handelt. Gleichwohl kommt es auch bei der "praktischen Erkenntnis" darauf an, dass der Mensch in seiner inneren- und äußeren Natur sowie im Mitverhältnis mit anderen Personen seine eigene Position richtig bestimmen kann, welches sogar für Kants teleologische Geschichtsauffassung gilt. Dieses Motiv der persönlichen Qualifikation kann man auch bei Scheler in seinem Ansatz der philosophischen Anthropologie sowie bei Max Horkheimer in seiner Bestimmung des historischen Materialismus als "Haltung" des Forschers, nicht also als "Weltanschauung", verschiedenartig thematisiert finden. Die vorliegende Arbeit, die versucht, das Wesen und die Aktualität dieses Motivs im Kontext der Geschichte der Philosophie seit Kant bis zur Gegenwart zu verdeutlichen, ist daher insofern eine Art Rehabilitierung der neuzeitlichen Subjektivierung der gegenständlichen Erkenntnis sowie der Willensbestimmung, als diese Subjektivierung die normative Grundlage für die Würde der gleichberechtigten Menschen, für die menschliche Freiheit qua Zwangsfreiheit sowie Zurechnungsfähigkeit und für die Selbständigkeit der Person von Sachen sowie von anderen Personen liefern kann.
Die Dissertation liefert einen Beitrag zur Identifizierung und Charakterisierung der an der Komplementresistenz von Borrelien beteiligten CRASP-Proteine aus Isolaten der Genospezies B. burgdorferi s.s. und B. afzelii. Im Rahmen der Arbeit gelang es mittels Identifizierung und immunologischer Charakterisierung die Zugehörigkeit der spezifisch Faktor H-bindenden BbCRASP-Proteine BbCRASP-3, BbCRASP-4 und BbCRASP-5 zur Erp-Proteinfamilie zu beweisen. Weiterhin konnten die Faktor H- und FHL-1-bindenden BbCRASP-Proteine BbCRASP-1 und BbCRASP-2 von B. burgdorferi s.s. identifiziert werden. Mit dem BbCRASP-2-Protein wurde ein bis dahin unbekanntes Faktor H- und FHL-1-bindendes CRASP-Protein aus den äußeren Membranen des B. burgdorferi s.s.-Isolates B31 isoliert und charakterisiert. BbCRASP-2 stellt innerhalb der CRASP-Proteinfamilie ein neues eigenständiges Lipoprotein dar und unterscheidet sich deutlich von den Sequenzen der anderen CRASP-Proteine. Es ist weder ein Mitglied der gbb54- oder der Erp-Proteinfamilie, noch gehört es zu einer anderen bekannten Proteinfamilie von B. burgdorferi s.s. In Ligandenaffinitätsblot-Analysen konnte mit Hilfe von rekombinantem FHL-1 sowie Deletionsmutanten von Faktor H und FHL-1 gezeigt werden, dass die Bindung von Faktor H und FHL-1 an das BbCRASP-2-Protein ausschließlich über die SCR 7-Domäne vermittelt wird. Die Analysen C terminaler Deletionsmutanten von BbCRASP-2 unterstrichen die Bedeutung der letzten 16 Aminosäuren des BbCRASP-2-Proteins für die Interaktion mit Faktor H und FHL-1.
Untersuchungen zur Expression von Uhrengenen in der kortikotrophen AtT-20-Tumorzelllinie der Maus
(2005)
In den unterschiedlichsten Lebewesen, wie Cyanobakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren können tägliche Rhythmen biologischer Aktivität beobachtet werden, die von einem endogenen zirkadianen Oszillator gesteuert werden. Dieser zirkadiane Oszillator residiert bei Säugern im Nucleus suprachiasmaticus (SCN) des Hypothalamus, unterhält auch unter konstanten Bedingungen einen Rhythmus mit einer Periodenlänge von etwa 24 h und wird unter natürlichen Bedingungen an den täglichen Wechsel der Beleuchtungsverhältnisse über neuronale Signale, die von den Augen kommen, angepasst. Für die Generation dieser endogenen Oszillationen konnte die rhythmische Expression von so genannten Uhrengenen verantwortlich gemacht werden. Nach der heute gültigen Vorstellung bilden diese zusammen mit ihren Proteinprodukten interagierende transkriptionelle-translationale Rückkopplungsschleifen, die für einen vollständigen Durchlauf, bis ein neuer Zyklus beginnt, etwa 24 h brauchen. Dabei aktivieren zwei Transkriptionsfaktoren der bHLH-PAS-Familie, CLOCK und BMAL1, zu Beginn eines zirkadianen Zyklus als Heterodimer über eine hochspezifisches E-Box-Promotorelement die Transkription der Uhrengene Per1-3, Cry1-2 und Rev-Erbα. Im Zytosol bilden die Uhrengenprodukte der CRYs und PERs zusammen mit der Caseinkinase Iε (CKIε) einen heterotrimeren Komplex, der im Kern wiederum die CLOCK-BMAL1-abhängige Transkription blockiert. Überraschend ist, dass nicht nur die Neurone des Schrittmachers im SCN diese Rhythmen endogen produzieren können, sondern auch eine Vielzahl peripherer Zellen, selbst, wenn sie über Jahre in Kultur gehalten wurden. Man nimmt an, dass der Rhythmus peripherer Zellen in vivo sowohl über neuronalen Verbindungen als auch über bisher noch nicht identifizierte humorale Faktoren synchronisiert wird. Es ist bis heute weder geklärt, worin die molekularen Unterschiede peripherer Oszillatoren im Vergleich zum SCN bestehen, noch, wie der Synchronisationsprozess dieser Zellen zu Stande kommt. Auf Grund methodischer Schwierigkeiten bei der Untersuchung des SCN wurde zuletzt vermehrt gefordert, sich diesen Fragen zunächst an Hand eines Modellsystems, wie einer Zellkultur aus immortalisierten Zellen zu nähern. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb untersucht, ob sich die kortikotrophe hypophysäre AtT-20 Tumorzelllinie der Maus prinzipiell für die Erforschung zirkadianer Rhythmen und deren Synchronisation eignet, d.h. ob sie selbst über eine stimulierbare rhythmische Uhrengen-Expression verfügen. Weiterhin sollte eine geeignete Methode gefunden werden, um zirkadiane Rhythmen auf mRNA-Ebene darzustellen. In einem ersten Schritt wurde über RT-PCR Technik erstmals nachgewiesen, dass die essen-tiellen Uhrengene Per1, Per2, Per3, Cry1, Cry2, Bmal1, Clock und CK1ε endogen in AtT-20 Zellen exprimiert werden. Für jedes dieser Gene wurde nun eine Variante der quantitativen Real-Time-PCR (RTQ-PCR), die ΔΔCT-Methode, validiert, die bei hohem Probendurchsatz zuverlässig Expressionsunterschiede wiedergeben kann. Durch Stimulation mit Forskolin, ei-nem Aktivator der Adenylatzyklase, konnte in dieser Arbeit dokumentiert werden, dass kulti-vierte AtT-20 Zellen in der Lage sind, eine rhythmische Expression von Uhrengenen mit einer Periodenlänge von etwa 24 h für mindestens drei Tage zu zeigen. Von allen hier untersuchten Uhrengenen wiesen alle diejenigen eine oszillierende Schwankung des mRNA-Gehaltes auf, die auch im SCN rhythmisch exprimiert werden, namentlich Per1-3, Cry1-2, Bmal1. Im SCN kon-stitutiv exprimierten Uhrengene (Clock, Ck1ε) fluktuieren auch nicht in AtT-20 Zellen. Dar-über hinaus antworteten Zellen auf das hier angewandte Stimulationsprotokoll mit einer initia-len Hochregulierung der Transkription für das Uhrengen Per1, das im SCN eine prominente Rolle bei der Anpassung des endogenen Rhythmus an die exogenen Beleuchtungsverhältnisse spielt und dort als Antwort auf synchronisierende Lichtpulse in ähnlicher Weise induziert wer-den kann. Zeitlich korreliert die Zunahme von Per1-Transkripten – ebenfalls der Situation im SCN entsprechend – mit einer Aktivierung des Transkriptionsfaktors CREB und der Induktion seines molekularen Gegenspielers Icer. Die zeitlich umschriebene Hochregulation der Transkriptionsrate des Repressors Icer während der ersten Stunden nach Applikation des syn-chronisierenden Reizes spricht dafür, dass dieser womöglich in AtT-20, wie auch bereits für Elemente des zirkadianen Systems beschrieben, eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Synchronisationsreizes im molekularen Uhrwerk spielt. Die genaue Analyse der hier erhobenen Expressions-Rhythmen von Uhrengenen und deren zeitliches Verhältnis zueinander deuteten darauf hin, dass in AtT-20 Zellen ein funktionsfähiges zirkadianes Uhrwerk existiert, das dem des SCN in weiten Teilen gleicht. Die Möglichkeiten der Stimulation und Manipulation (z.B. durch Transfektion) erheben AtT-20 Zellen zu einem Modellsystem für die Erforschung der molekularen Abläufe in der zirkadianen Rhythmusgeneration und –synchronisation. Erkenntnisse aus dieser Forschung können in den unterschiedlichsten klinischen Disziplinen wichtige Anwendungsmöglichkeiten finden.
Der humane ABC-Transporter TAP (transporter associated with antigen processing) spielt in der Antigenprozessierung und in der MHC Klasse I-vermittelten Antigenpräsentation eine zentrale Rolle. Unter ATP-Hydrolyse katalysiert der heterodimere TAP-Komplex den Transport von proteosomal degradierten Peptiden aus dem Cytosol in das ER-Lumen. Diese werden im Peptidbeladungskomplex (PLC) auf MHC Klasse I-Moleküle geladen und zur Zelloberfläche transportiert, wo sie zytotoxischen T-Zellen präsentiert werden. Die Assemblierung eines funktionalen Komplexes hängt dabei von der korrekten intra- und intermolekularen Anordnung seiner Transmembransegmente (TMS) ab. Die strukturelle Organisation des TAP-Komplexes ist schon seit vielen Jahren Gegenstand intensiver Forschung und wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Cystein-freie Proteinvarianten dienen bei der Untersuchung der Topologie als sehr gute Hilfsmittel und wurden bereits erfolgreich zur Aufklärung der Membrantopologie von komplexen Membranproteinen, wie P-glycoprotein oder der Lactose-Permease LacY, eingesetzt (Kaback et al., 2001; Loo und Clarke, 1995). Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden humane TAP1- und TAP2-defiziente Fibroblasten, die ansonsten alle anderen Komponenten der Antigenpräsentationsmaschinerie besitzen, stabil mit der jeweiligen humanen Cystein-freien TAP1- oder TAP2-Untereinheiten transfiziert. Alle 19 natürlichen Cysteine von TAP1 und TAP2 konnten vorher durch de novo Gensynthese ausgetauscht werden. Nach erfolgreicher Expression konnte ein ATP-abhängiger Peptidtransport, der spezifisch durch den viralen Inhibitor ICP47 inhibiert wurde, nachgewiesen werden. Außerdem konnte die MHC Klasse I-Oberflächenexpression der Zellen, ein Indikator einer funktionsfähigen Antigenpräsentierung, nach Transfektion mit den Cystein-freien TAP-Untereinheiten wiederhergestellt werden. Im zweiten Abschnitt wurde die Membrantopologie des humane TAP-Transporters in einem funktionalen Peptidbeladungskomplex durch ortsspezifische Mutagenese in Kombination mit der Markierung mittels thiolspezifischer Fluorophore untersucht. Durch Co-Immunpräzipitationen und Transportstudien mit radioaktiv-markierten Peptiden konnte die Funktionalität des, in Sf9 Zellen exprimierten, Cystein-freien TAP-Komplexes gezeigt werden. Einzelne Cysteine wurden aufgrund von Hydrophobizitätsanalysen in Kombination mit Sequenzvergleichen von anderen ABC-Transportern in vorhergesagte cytosolische oder ER-luminale Schleifen der TAP1-Untereinheit eingeführt und deren Zugänglichkeit mit dem thiolspezifischen, membran-impermeablen Fluorophor Fluoreszein-5-Maleimid in semi-permeabilisierten Zellen untersucht. Es konnte zum ersten Mal experimentell gezeigt werden, dass die Transmembrandomäne (TMD) der TAP1-Untereinheit in einem funktionalen Komplex aus zehn Transmembranhelices aufgebaut ist. Die TMD lässt sich in eine für die Heterodimerisierung, die Peptidbindung und den Transport essentielle und für viele ABC-Transporter charakteristische Core-Domäne, und zusätzliche N-terminale Domänen, die für die Bindung von Tapasin und die Assemblierung des PLCs verantwortlich sind, unterteilen. Somit konnte experimentell die Membrantopologie des ABC-Transporters TAP in einem funktionalen Peptidbeladungskomplex aufgeklärt werden. Der dritte Teil der Arbeit befasste sich mit der Untersuchung der veränderten Peptidbeladungskapazität, die in Kombinationen aus wildtyp TAP1 und Cystein-freiem TAP2 beobachtet wurde. Durch ortsspezifische Mutagenese wurden einzelne Cysteine in TAP2 wiedereingeführt und deren Funktionalität in Transportstudien analysiert. Es konnte ein einzelnes Cystein in TAP2 identifiziert werden, welches die Peptidbeladungskapazität beeinflusst und durch Modifikation mit thiolspezifischen Reagenzien zum Schalter für die Peptidbindung wird. Durch Quervernetzungsstudien mit radioaktiv-markierten Peptiden konnte weiterhin ein direkter Kontakt zwischen dem Cystein und dem gebundenen und somit transportierten Peptid des TAP-Transporters nachgewiesen werden.
Um das Potential von modernen Arzneistoffe wie Nukleinsäuren und ihren Analoga ausnutzen zu können und sie an ihren Wirkort ins Zellinnere bringen können, benötigt man Transportvehikel, da sie selbst nur über eine schlechte Zellmembrangängigkeit verfügen. Bei der Entwicklung zukunftsträchtiger Arzneiformen spielen biokompatible, kolloidale Trägersysteme, die zielgerichtet bestimmte Gewebe / Zellen ansteuern, eine große Rolle. Ihre Aufgabe ist es dem Wirkstoff zur Überwindung von Zellmembranen zu verhelfen, wobei gleichzeitig ein Schutz vor enzymatischem Abbau gewährleistet wird. Zur Erhöhung der Zell- und Gewebeselektivität können die Träger dann mit diversen Targeting-Liganden bestückt werden. Als Trägerstoff können verschiedenste synthetische und natürliche Polymere eingesetzt werden. Zum Einsatz kamen hier die beiden natürlichen Proteine Gelatine und Albumin, die untoxisch, biokompatibel und bioabbaubar sind. Die partikulären Strukturen wurden durch Lösungsmittelzusatz zu einer wässrigen Proteinlösung in einem Desolvatationsprozess gewonnen. Der Nukleinsäureeinschluss erfolgte adsorptiv und kovalent in die Polymermatrix oder kovalent an die Oberfläche. Als Drug-Targeting-Ligand wurden aufgrund ihrer großen Spezifität, Selektivität und Variabilität Antikörper eingesetzt. Durch chemische Oberflächenmodifikationen wurde die Voraussetzung geschaffen, biotinylierte Strukturen kovalent an die Nanopartikeloberfläche zu binden, so dass ein spezifisches Drug-Targeting-System entstand. Die kolloidalen, proteinbasierten Nanopartikel wurden hinsichtlich ihrer verschiedenen physikalischen Parameter analysiert. Neben den Parametern wie Größe, Zetapotential, Morphologie und Stabilität wurde auch die Zelltoxizität untersucht. Das Antikörper-beladene Trägersystem wurde auf seine Funktionalität und Effizienz in Zellkultur getestet. Albumin Nanopartikel: Zur Schaffung eines universell einsetzbaren Trägersystems wurden auf der Nanopartikeloberfläche reaktive SH-Gruppen eingeführt. Der Einsatz eines bifunktionalen Crosslinkers schuf die Möglichkeit mit Avidin ein zweites Protein, welches einen stabilen Komplex mit Biotin bildet an die Oberfläche zu binden. Man verfügt jetzt über ein 200 – 350 nm große, negativ geladene und untoxische Trägerpartikel, die mit vielen unterschiedlichen biotinylierten Liganden verbunden werden können. Sie verfügen weiterhin über eine ausreichende Stabilität im Zellkulturmedium. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Oligonukleotid-Beladung der Nanopartikel wurde auf drei verschiedenen Bindungswegen vollzogen. Die Wirkstoffeinbindung erfolgte zum Ersten adsorptiv über elektrostatische Wechselwirkungen in die Trägermatrix beim partikelformenden Prozess selbst. Die folgende Einführung von Thiolgruppen und die Kopplung mit Avidin über einen bifunktionalen Crosslinker wurde erfolgreich umgesetzt. Zweitens wurde eine kovalente Wirkstoffverknüpfung wieder über einen bifunktionalen Crosslinker entwickelt. Dafür wurden durch die Umsetzung mit einem Spacer die freien Aminogruppen des Trägermaterials aktiviert. Das verwendete Oligonukleotid wurde mit einer Thiolgruppe versehen und so an das aktivierte HSA gebunden. Das gebildete lösliche Konjugat wurde wieder durch Desolvatation zu Nanopartikeln umgesetzt. Als dritte Möglichkeit erfolgte eine oberflächliche Komplexbildung über das Avidin-System mit biotinylierten Phosphorothioaten. Gelatine-Nanopartikel: Für die Herstellung der Nanopartikel wurde ein doppeltes Desolvatationsverfahren eingesetzt. Die Oberflächenmodifikationen wurden analog zu den Umsetzungsbedingungen von HSA-NP durchgeführt. Die Bindungsfähigkeit des NeutrAvidins kann auch hier wieder durch die Kopplung an die Partikeloberfläche und den Aufreinigungsprozess beeinträchtigt sein. Daher wurde eine Nachweisreaktion mit einem fluoreszenzmarkierten Biotinderivat etabliert und die Funktionsfähigkeit des Avidins nachgewiesen. Um ein spezifisches Drug-Targeting-System zu etablieren, wurde der Träger zur Überwindung der Zellmembranen mit zwei verschiedenen biotinylierten Antikörpern ausgestattet. Eingesetzt wurde ein biotinylierter anti-CD3-AK, der von T-Lymphozyten internalisiert wird und ein biotinylierter anti-Her2neu-AK (Trastuzumab). Für die Bestimmung der gebundenen Antikörpermenge wurden zwei Methoden etabliert und lieferten für beide Antikörper eine Bindungseffizienz von nahezu 100%. In den anschließenden Zellkulturversuchen konnte eindrucksvoll eine rezeptorvermittelte Zellaufnahme in Lymphozyten und Brustkrebszellen über die an Gelatine-Nanopartikel gekoppelten, spezifischen Drug-Targeting-Liganden anti-CD3 und Trastuzumab gezeigt werden.
Oder - ist er doch frei?
(2005)
Die Arbeit beschäftigt sich mit der interdisziplinären Kontroverse um die Willensfreiheit. Es wird aufgezeigt, dass, unter Einbezug der heutigen naturwissenschaftlichen Erkenntnisse und deren Grenzen, es immer noch möglich ist, eine Willensfreiheit mit der damit verbundenen Verantwortung in der starken Begriffsform von Kant im Sinne eines Kausalneuanfangs anzunehmen. Die Hinführung zu einer positiv bejahten Willensfreiheit erfolgt entsprechend der Beweisführung Kants. Es werden neuro- und naturwissenschaftliche Erkenntnisgrenzen und Widersprüche (inhaltlicher und methodischer Art) aufgezeigt, und es wird so ein „Spielraum“ für eine theoretisch denkbare Willensfreiheit eröffnet. Dieser theoretisch denkbare Raum wird mit Hilfe empirischer Studien mit der aus der Praxis erforderlichen Annahme einer praktischen Willensfreiheit ausgefüllt. Neurowissenschaftliche, genetische und sozialwissenschaftliche Studien zeigen hierbei auf, dass das Gehirn wegen seiner Plastizität nur ein Glied in einer Kausalkette ist und deswegen zu keiner Falsifikation einer Hypothese von einem Kausalanfang, das heißt der Willensfreiheit, dienen kann. Die praktische Umsetzung der Willensfreiheit wird einerseits durch die Zuhilfenahme des Informationsbegriffes, der neurowissenschaftliche und philosophische Kategorien umfassen kann, und andererseits durch das Konzept eines emotionalen Gleichgewichtes zugelassen. Letzteres stellt den Zustand im Menschen dar, der als informationelles Patt einen nicht vorhersagbaren Kausalneuanfang ermöglicht. Dieser ist in jedem Menschen als Freiheitspotential angelegt, mit dem allerdings in einer aktiven Weise gearbeitet werden muss, damit Freiheit zur Geltung kommen kann. Letzteres ist von Bedeutung hinsichtlich kultureller Veränderungen, technischer Innovationen, Therapien, Motivationen, Identifikationen und vieler anderer menschlicher Potentiale.
Die heutige moderne Toxikologie ist dem 3-R-Prinzip (Russel und Burch, 1959), einem Konzept zur Verminderung und Verkürzung von Tierversuchen, verpflichtet. Allerdings stellt insbesondere die für die Zulassung und Registrierung neuer Arzneistoffe oder Chemikalien behördlich geforderte Prüfung von Substanzen auf kanzerogene Eigenschaften immer noch einen langwierigen Prozess mit einem hohen Bedarf an Versuchstieren dar. Daher sollte unter dem Einsatz von Methoden der Proteomforschung eine Identifizierung und Charakterisierung neuer Protein-Biomarker erfolgen, die eine verbesserte Vorhersage von Prozessen der chemisch induzierten Leberkanzerogenese erlauben. Motivation für diese Arbeiten war die Annahme, dass durch chemische Substanzen angestoßene molekulare Prozesse mit proteinanalytischen Methoden früher detektierbar sind als dies mit konventionellen toxikologischen Methoden möglich ist, welche vor allem die Prüfung von Substanzen im Tierversuch mit anschließender histopathologischer und klinisch-biochemischer Bewertung der toxischen Effekte vorsehen. Die Untersuchungen sollten Aufschluss darüber geben, ob Proteomstudien die traditionelle Toxikologie mit einer verbesserten, insbesondere verkürzten Erkennung und Aufklärung toxischer Wirkmechanismen unterstützen können. In der Zukunft würde dies eine signifikante Verkürzung und Verbesserung von Tierversuchen bedingen, verbunden mit einer Verringerung der Anzahl an Versuchstieren und letztlich einer Einsparung von Kosten und Zeit. N-Nitrosomorpholin (NNM), ein bekanntes Leberkanzerogen, diente als Modellsubstanz zur Abbildung des Kanzerogeneseprozesses. Zur Induktion von Lebertumoren sowie frühen präneoplastischen Veränderungen wurden Ratten in zwei Tierstudien über definierte Zeiträume mit zwei unterschiedlichen Dosierungen NNM behandelt. Das nach verschiedenen Behandlungszeitpunkten gewonnene Lebergewebe diente als Ausgangsmaterial für die nachfolgenden proteomischen Analysen. Dazu kam vor allem die zweidimensionale Gelelektrophorese (2-DE) zum Einsatz, gefolgt von MALDI-Massenspektrometrie (MS) zur Identifizierung differentiell exprimierter Proteine. Ausserdem wurden aus den Leberproteinextrakten unter Einsatz der SELDI (Surface Enhanced Laser Desorption and Ionisation)-Technologie Proteinprofile erstellt und für die verschiedenen durch NNM-Behandlung aufgetretenen Leberveränderungen charakteristische Signalmuster ermittelt. Das Potential der iTRAQ-Technologie, einer MS-basierten Quantifizierungsstrategie wurde in einem weitergehenden Schritt ermittelt. Mittels 2-DE/MS-Analyse konnten einerseits Proteine identifiziert werden, deren vermehrte Expression die nach einem Tag der Behandlung mit NNM ausgelösten akut toxischen Effekte der Chemikalie in der Leber reflektierten. Andererseits lieferte die Analyse von Proben, in denen nach 25 Wochen Lebertumore diagnostiziert wurden, differentiell exprimierte Proteine, die als Tumor-spezifische Markerproteine charakterisiert werden konnten. Im Hinblick auf das vorrangige Ziel der Arbeit, neue Biomarker zu identifizieren, die schon zu einem frühen Zeitpunkt des Tierversuchs bereits einsetzende kanzerogene Prozesse aufzeigen und damit in der Zukunft einen Beitrag leisten könnten, konventionelle toxikologische Prüfmethoden zu unterstützen oder gar zu verkürzen, erfolgte eine Fokussierung der Analyse auf Proben von Tieren, die drei Wochen lang mit NNM behandelt wurden. Bereits zu diesem Zeitpunkt wurden Proteine detektiert, deren Deregulation mit frühen Prozessen der Leberkanzerogenese in Einklang gebracht werden konnte. Vor allem 18 Proteine, die sich in den Proben nach drei Wochen der NNM-Behandlung wie auch in dem Gewebe von Tieren mit Tumoren als dereguliert erwiesen, wurden als potentielle frühe Biomarker mit einem enormen Potential zur verbesserten Vorhersage von Leberkanzerogenese charakterisiert. Um die durch 2-DE/MS-Analyse ermittelten potentiellen frühen Biomarker in ihrem detektierten Regulationsmuster zu bestätigen und damit das Vertrauen in die 2-DE/MS-Ergebnisse zu erhöhen, erfolgte eine Prävalidierung der Markerproteine mit unabhängigen Methoden. Hierfür wurde der immunologische Nachweis der Proteine in Form des Western Blottings sowie eine MS-basierte Quantifizierung unter Anwendung der iTRAQ-Technik herangezogen. Des Weiteren eröffnete die Integration der Arbeit in ein Verbundprojekt die Möglichkeit zum Vergleich der Proteinexpressionsdaten mit den Ergebnissen der globalen Genexpressionsanalyse, die bei einem Projektpartner durchgeführt wurde. Während durch Western Blotting nur wenige der 18 potentiellen frühen 2-DE/MS-Biomarker in ihrer nach drei Wochen Behandlung beobachteten Regulation bestätigt werden konnten, wurden durch Einsatz der iTRAQ-Technik 11 der Biomarker verifiziert und damit der Wert dieser Quantifizierungsstrategie für den Ansatz der Prävalidierung unterstrichen. Der Abgleich mit den Genexpressionsdaten legte für 63% der Proteine eine übereinstimmende Deregulation auf Genniveau offen. Insgesamt wurden 13 der 18 potentiellen frühen 2-DE/MS-Biomarker durch mindestens eine weitere unabhängige Technologie in ihrer im 2-DE-Gel beobachteten Expressionsveränderung bestätigt. Zusammenfassend lieferte die 2-DE/MS-Analyse des durch NNM veränderten Lebergewebes zahlreiche Protein-Biomarker, die auf molekularer Ebene sowohl frühe als auch späte Stadien der Leberkanzerogenese reflektieren. Vor allem die charakterisierten potentiellen frühen Biomarkern weisen ein signifikantes Potential auf, in der Zukunft konventionelle toxikologische Prüfsysteme zu unterstützen und möglicherweise einen Beitrag zur Verkürzung von Tierstudien und damit zur Einsparung von Versuchstieren zu leisten. Durch Prävalidierung der meisten der frühen Markerproteine durch unabhängige Methoden wurde dieses Potential als auch der Wert von Methoden der Proteomforschung zur allgemeinen Unterstützung der prädiktiven Toxikologie noch einmal unterstrichen.
Hintergrund und Fragestellung: Im Zuge der Einführung eines generellen Neugeborenen-Hörscreenings sind durch ständige Verbesserung und Neuentwicklung von Screening-Geräten die technischen Voraussetzungen für das Screening zu schaffen und diese zu optimieren. Das Gerät muss eine hohe Sensitivität, Spezifität und eine gute Handhabbarkeit aufweisen sowie kostengünstig sein. Zudem wird eine Testauffälligenrate von unter 4 % im Primärscreening gefordert. Für ein effektives Screening muss das optimale Verfahren ausgewählt werden. Hier stehen reine OAE- und AABR-Verfahren kombinierte OAE/ABR-Verfahren zur Auswahl. Patienten und Methode: In zwei Geburtskliniken wurden an 360 Neugeborenen jeweils monaural zwei DPOAE-Messungen mit den Geräten ABaer® und Ero-Scan® sowie eine AABR-Messung mit dem ABaer® durchgeführt. Ergebnisse: Für das ABaer® lag die Testauffälligen-Rate in den DPOAE-Messungen bei 3,3 % mit einem einzigen Test, in den AABR-Messungen betrug sie 2,2 %. Das Ero-Scan® lag mit 13,6 % unter diesen Ergebnissen. Die Messzeiten betrugen beim ABaer® AABR 2:18 min, beim ABaer® DPOAE 1:38 min und beim Ero-Scan® 0:23 min. Für die Untersuchungszeiten ergaben sich Werte von 7 min für die AABR-Messung, 3:21 min für die DPOAE des ABaer® und 3 min für das Ero-Scan®. Die Sensitivität in dieser Studie betrug für das ABaer® für DPOAE und AABR 100 %. Die Studienspezifität für die AABR-Messung lag bei 92,5 %, für die DPOAE des ABaer® bei 94,5 % und für das Ero-Scan® bei 70,6 %. Die Verfahrensspezifitäten betrugen für die AABR-Messung 97,4 %, für die DPOAE-Messung des ABaer® und für das Ero-Scan® 83,8 %. Für ein beidohriges Screning ergaben sich Kosten für ein OAE/ABR-Kombi-nationsscreening mit dem ABaer® von 17,47 €, ein reines OAE-Screening berechnete sich mit 9,85 € und ein reines AABR-Screning mit 15,10 €. Aufgrund der Anzahl der notwendigen Wiederholungsmessungen ergaben sich für das Ero-Scan® Kosten von 11,28 €. Schlussfolgerung: Das ABaer® scheint sowohl für die AABR-Messung, als auch für die DPOAE-Messung für ein Screening geeignet. Es entspricht weitgehend den geforderten Qualitätskriterien. Das Ero-Scan® erwies zum durchgeführten Screening-Zeitpunkt erhebliche Mängel auf und erfüllte die Qualitätskriterien für ein Neugeborenen-Hörscreening nicht. Anwenderbedingte Gründe dafür können weitgehend ausgeschlossen werden.
An die Signalübertragung im ZNS werden in bestimmten Entwicklungsstadien sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt. Im adulten Gehirn dient sie nicht nur der Nachrichtenübermittlung, sondern auch der aktivitätsbasierten Umgestaltung neuronaler Verbindungen bei Lernprozessen und der regenerativen Umgestaltung nach Verletzungen. Im sich entwickelnden Gehirn werden schon frühzeitig Nervenzellen elektrisch erregbar und spontan aktiv. Diese elektrische Aktivität und die dadurch verursachte Transmitterausschüttung spielen bei der selektiven Stabilisierung von Synapsen und damit bei der Ausgestaltung des neuronalen Netzwerks eine große Rolle. Im ZNS von Vertebraten beruht die Wirkung des Neurotransmitters und Neuromodulators Acetylcholin auf den nikotinischen und muskarinischen Acetylcholinrezeptoren. Muskarinische Acetylcholinrezeptoren (mAChRen) koppeln, abhängig von den fünf identifizierten Rezeptorsubtypen (M1- M5), an unterschiedliche intrazelluläre Signalketten an. Dabei interagieren für gewöhnlich die M1, M3 und M5 Rezeptoren mit einem G-Protein des Typs Gq/11, während M2 und M4 ein G-Protein des Typs Gi/o aktivieren. Der Colliculus inferior (IC) ist eine wichtige Verschaltungsstation im auditorischen Mittelhirn von Säugetieren. Inhibitorische und exzitatorische Eingänge werden dort während der Entwicklung mit großer Präzision angelegt und konvergieren auf einzelne ICNeurone. Die physiologische Bedeutung von mAChRen im IC ist weitgehend unerforscht und die Subtypen die im juvenilen IC eine Rolle spielen wurden noch nicht charakterisiert. Es war das Ziel der vorliegenden Arbeit mittels elektrophysiologischer Untersuchungen im IC der juvenilen Ratte (P5-P12) folgende Fragen zu klären: i) Gibt es im IC der jungen Ratte eine Modulation der GABAergen Transmission durch muskarinische Acetylcholinrezeptoren? ii) Welcher muskarinische Rezeptorsubtyp spielt dabei eine Rolle? iii) Welcher intrazelluläre Signalmechanismus ist der Aktivierung des muskarinischen Acetylcholinrezeptors nachgeschaltet? Unter Wirkung von Muskarin kam es bei 41,2% der untersuchten Neurone des Colliculus inferior zu einer Erhöhung der Frequenz der spontanen IPSCs. Die sIPSCs wurden durch Bicucullin blockiert, somit handelt es sich um GABAerge IPSCs. Die Wirkung von Muskarin nahm zu, wenn die Tiere älter als 9 Tage waren. Es wurde gezeigt, dass nAChRen keine Rolle spielen bei der Erhöhung der sIPSC-Frequenz, während eine selektive Blockade der M3-(M5-) mAChRen durch 4-DAMP die Muskarinwirkung blockierte. In der Regel sind die M3-Rezeptoren über folgende Signalkaskade aktiv: Phospholipase C, Kalzium-Calmodulin, NO-Synthase, Guanylatzyklase, die NO-Konzentration und cGMP. Alle Glieder dieser Kaskade wurden untersucht, sie hatten aber keinen Einfluss auf die Muskarinwirkung. Im Gegensatz dazu führte die Erhöhung des intrazellulären cAMP-Spiegels zu einer vergleichbaren Frequenzsteigerung der sIPSCs wie sie unter der Wirkung von Muskarin gemessen wurde. Weiterhin ließ sich die Erhöhung der sIPSC-Frequenz durch Muskarin vollständig aufheben, wenn die intrazelluläre Adenylatzyklase blockiert wurde. Es ist bekannt, dass der M3-(M5-) mAChR über verschiedenste Signalwege den intrazellulären cAMP-Spiegel verringern oder erhöhen kann und dass die Spezifizierung des Rezeptors vom Grad der Rezeptorexpression, dem Zelltyp und der Kombination der Effektormoleküle abhängig ist. Die Abweichung der juvenilen Kaskade vom im erwachsenen Tier üblichen Signalweg hat dabei den Vorteil, dass eine Aufgabentrennung zwischen Netzwerkbildung und Synapsenstabilisierung einerseits und Signalweiterleitung andererseits erfolgt. Beim juvenilen Tier steht die Netzwerkbildung im Vordergrund, beim erwachsenen Tier wird die Signalweiterleitung moduliert. Der sekundäre Botenstoff NO, der weit diffundieren kann, spielt beim juvenilen Signalweg keine Rolle und dies ermöglicht eine klare Trennung der aktivierten von den umgebenden Synapsen. Dadurch wird eine starke Selektion innerhalb der vorhandenen Synapsen ermöglicht und eine aktivitätsbasierte Netzwerkbildung vereinfacht. Die Etablierung funktioneller GABAerger Synapsen ist ausschlaggebend für die Entwicklung des neuronalen Netzwerks. Innerhalb der ersten postnatalen Wochen führt die Aktivierung von GABAA-Rezeptoren zur Depolarisierung der IC-Neurone und zu einer Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration. Acetylcholin potenziert also letztlich den GABA-aktivierten Einstrom von Ca2+ und führt damit zur Erhöhung der intrazellulären Ca2+ Konzentration im postsynaptischen Neuron des IC. Diese modulatorische Wirkung von Acetylcholin könnten damit eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Stabilisierung von inhibitorischen Synapsen im sich entwickelnden IC der Ratte spielen.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Bewältigung eines extremen Mangels an Rohstoffen in der Zeit von etwa 1800 v. Chr. bis 500 n. Chr., was nach herkömmlicher Periodisierung der Endsteinzeit und frühen Eisenzeit Nordost-Nigerias entspricht. Dieser Mangel bestand an Gesteinen zur Fertigung von verschiedenen Geräten. Im betrachteten Gebiet, dem Tschadbecken in Nordost-Nigeria, bedecken mächtige Beckenablagerungen anstehende Gesteine, sodass die Versorgung von außerhalb erfolgen musste. Was für die prähistorischen Siedler ein Nachteil war - vor allem in den prä-metallurgischen Abschnitten muss das Fehlen von Steinen ein ernstes Problem dargestellt haben - ist archäologisch ein Glücksfall mit selten klaren Ausgangsvoraussetzungen. Da jeder im archäologischen Kontext vorgefundene Stein von Menschen dorthin gebracht worden sein muss, ergeben sich neben der üblichen Betrachtung der Geräteformen vor allem Fragen nach Art und Herkunft des verwendeten Rohmaterials sowie nach deren eventueller Veränderung im Laufe der betrachteten Zeit. Von zentraler Bedeutung war dabei die Frage, ob und wie sich die in anderen Fundkategorien dokumentierten sozio-ökonomischen Umbrüche im ersten vorchristlichen Jahrtausend auch in der Versorgung mit lithischen Rohmaterialien widerspiegeln. Die Datengrundlage bilden rund 13000 Steinartefakte aus unterschiedlichen Fundkontexten (Ausgrabungen, Lesefunde, systematische Beprobungen). Sie stammen aus etwa 400 Fundstellen, die alle chronologischen Phasen abdecken und über den gesamten Betrachtungsraum verteilt sind. Durch diese breite Datengrundlage kann den Ergebnissen eine relativ hohe Repräsentanz zugerechnet werden. Sämtliche Artefakte wurden nach archäologischen und petrologischen Kriterien klassifiziert. Die auf diese Weise gebildeten Gesteinsgruppen wurden dann mit Proben potentieller Gesteinsquellen verglichen, um die Herkunft des im Fundkontext vorliegenden Materials zu erschließen. Die entsprechenden Gesteinsproben wurden bei geoarchäologischen Prospektionen in Nigeria, Kamerun und Tschad geborgen. Sämtliche potentielle Lagerstätten für die Versorgung des engeren archäologischen Betrachtungsgebietes in Nordost-Nigeria sind hierbei berücksichtigt. Das Geräte- wie Rohmaterialspektrum ist überschaubar. Ein Großteil (80%) besteht aus Mahlgeräten aus Granit und Sandstein, gefolgt von Beilklingen aus vulkanischen Gesteinen. Seltener vorkommende Geräteformen sind Pfeilspitzen oder Perlen, die meist aus Kieselgesteinen gefertigt sind, sowie Steinkugeln, Rillensteine oder Steinringe aus verschiedenen Gesteinsarten. Die Artefakte sind nur selten vollständig erhalten und zeigen in vielen Fällen Spuren von Überarbeitung und Mehrfachverwendung. Darin drückt sich besonders deutlich der Mangel und generell hohe Wert von Steinen aus. Von den klassifizierten Gesteinstypen wurde die Herkunft in drei Fällen genau lokalisiert. Andere Teile wurden zumindest regional eingegrenzt. Abbaustellen sind jedoch unbekannt. Beim chronologischen Vergleich der Rohmaterialspektren in den Inventaren der Fundstellen zeigten sich sodann markante Veränderungen, die in die Zeit sozio-ökonomischer Umbrüche in der Mitte des ersten vorchristlichen Jahrtausends fallen. Die Veränderungen betreffen eine völlige Umorganisation der Rohmaterialherkunft und –verteilung und sind Ausdruck einer verbesserten Versorgung und erweiterter oder sogar neuer Kontakte.
Ziel dieser Arbeit ist es, Möglichkeiten darzustellen, wie die Thematik Mikrowellenstrahlung und Ultraschall als nichtklassische Energieeintragsformen im Chemieunterricht allgemeinbildender Schulen behandelt werden kann. Technologien, die Mikrowellenstrahlung und Ultraschall nutzen, gewinnen immer mehr an Alltags- und Lebensweltbedeutung. Deshalb ist die experimentelle Erschließung dieser Thematik für den modernen Chemieunterricht, der sich an der praktischen Lebenswelt orientiert, von fachdidaktischem Interesse. Für den Chemieunterricht wurden einfache Experimente entwickelt, die mit haushaltsüblichen Geräten und Materialien durchgeführt werden können. Die Experimente demonstrieren die unterschiedlichen Eigenschaften und Wirkungen der beiden nichtklassischen Energieeintragsformen. Es wurde bei der Entwicklung der Experimente besonderer Wert darauf gelegt, dass sie von Schülern (1) selbst durchgeführt werden können. Für den Experimentalunterricht wurde eine Experimentiertechnik entwickelt, die es ermöglicht, durch Eintrag von Mikrowellenenergie zeit- und kostensparend Hochtemperaturprozesse in einem Temperaturbereich um 1.200 °C durchzuführen. Mit dieser Technik eröffnen sich vielfältige neue schulexperimentelle Möglichkeiten in diesem Temperaturbereich. In unterschiedlichen Schülerprojekten und Lehrerfortbildungsveranstaltungen wurde die Thematik eingeführt. Die entwickelten Experimente stießen dabei auf großes Interesse bei Schülern und Lehrern und wurden häufig in den Chemieunterricht übernommen. Im Experimentalunterricht kann die Thematik des nichtklassischen Energieeintrags durch Ultraschall und Mikrowelle sehr erfolgreich in der Sekundarstufe I und II vermittelt werden. (1) Aus Gründen der Kürze und besseren Lesbarkeit wird in dieser Arbeit bei geschlechtsbezogenen Begriffen nur eine Form verwendet. Es sind aber dennoch immer beide Geschlechter gleichberechtigt angesprochen.
Die Hitzestressantwort stellt einen universellen Schutzmechanismus aller lebenden Organismen dar. Infolge einer Temperaturerhöhung werden Hitzestresstranskriptionsfaktoren (Hsf) aktiviert und bewirken eine gesteigerte Expression von Hitzestressproteinen (Hsp). Als molekulare Chaperone schützen diese die Zelle vor durch Hitze verursachten Schäden. In höheren Pflanzen ist dieses Phänomen sowohl auf der Ebene der Hsf als auch der Hsp besonders komplex. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Funktion von Komponenten des Chaperonsystems in der pflanzlichen Thermotoleranz. Zur Untersuchung der Thermotoleranz wurde ein transientes Expressionsystem mit Mesophyllprotoplasten aus steril angezogenen Tomatenpflanzen (Lycopersicon esculentum) zweier Linien (WT und CS) verwendet. CS-Pflanzen zeigen Cosuppression von HsfA1 und zeichnen sich durch eine Integration zweier direkt aufeinander folgender Transgenkassetten in invertierter Orientierung aus. Die fehlende Expression von HsfA1 in CS-Pflanzen ist die Folge eines Prozesses, der als RNA-interference (RNAi) bezeichnet wird. In unserem transienten Expressionssystem wurden Mesophyllprotoplasten mit einem Expressionsplasmid transformiert, das für Luciferase aus Photinus pyralis als thermosensitivem, leicht nachweisbarem Reporterprotein kodiert. Mit Hilfe dieses Testsystems konnten wir den Schutz der Luciferase gegen eine thermische Denaturierung bei 41°C (30 min) und die nachfolgende Renaturierung für 120 min bei 25°C in Abhängigkeit von endogenen und transient exprimierten Hsp und Hsf beobachten. Mit Hilfe der RNAi-Technologie und unter Verwendung von genspezifischen inverted repeat-Konstrukten konnten wir weiterhin die Bildung einzelner Komponenten des endogenen Chaperonsystems verhindern und damit ihre Funktion untersuchen. Es zeigte sich, dass in Protoplasten aus CS-Pflanzen praktisch alle hitzestressinduzierten Proteine fehlten und diese nicht in der Lage waren, Thermotoleranz auszuprägen, wie unter Verwendung des Reporterproteins Luciferase nachgewiesen werden konnte. Weiterhin fand keine Bildung cytoplasmatischer Multichaperonkomplexe, der sogenannten Hitzestressgranula (HSG), statt. Dieser Defekt in der Ausprägung von Thermotoleranz konnte durch Expression von HsfA2, HsfA3 und HsfA4b repariert werden. Die Überexpression dieser Hsf führte gleichermaßen zu (1) einer Expression von Chaperonen, (2) Thermoprotektion des Reporterenzyms Photinus pyralis-Luciferase und (3) Bildung von HSG-Komplexen. In weiteren Analysen lag unser Augenmerk insbesondere auf Vertretern der sHsp, sowie der Hsp70- und Hsp101-Chaperonfamilien. Hierbei erwies sich, dass vor allem Klasse CI-sHsp und Vertreter der Hsp70-Famile beim Schutz der Luciferase gegen Denaturierung während eines Hitzstresses eine Rolle spielen, während hauptsächlich Hsp101 und Vertreter der Hsp70-Familie in der darauf folgenden Erholungsphase von Bedeutung sind. Die Untersuchung der Interaktionen von drei Klassen cytoplasmatischer sHsp und ihrer intrazellulären Verteilung im Rahmen meiner Arbeit zeigte, dass jeder dieser Klassen eine unterschiedliche Funktion im Netzwerk cytoplasmatischer sHsp zukommt. Unter Verwendung nativer Gelelektrophorese und indirekter Immunfluoreszenz konnte nachgewiesen werden, dass sHsp der Klassen CI, CII und CIII in der Lage sind, auf der Ebene oligomerer Komplexe zu interagieren und ihre intrazelluläre Lokalisation wechselseitig zu beeinflussen. Proteine der Klasse CII zeigten eine starke Tendenz zur Bildung von Aggregaten, in die Klasse CIII-sHsp rekrutiert wurden. Im Unterschied dazu verfügten Klasse CI-Proteine über die Fähigkeit, diese Aggregate aufzulösen. Die detaillierte Untersuchung von fünf Isoformen der Klasse CI und zwei Isoformen der Klasse CII aus Lycopersicon esculentum ergab, dass diese oligomere Komplexe einer unterschiedlichen Anzahl von Untereinheiten bilden. Nach Coexpression waren Proteine beider Klassen in heterooligomeren Komplexe zu finden. Allerdings deuteten sich bei der Analyse der Fähigkeit einzelner Isoformen der Klasse CI, Heterooligomere mit Klasse CII-Proteinen zu bilden, Unterschiede an. sHsp kommt weiterhin eine Funktion in der Kontrolle der Aktivität von HsfA2 zu. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass sHsps der Klassen CI und CII völlig unterschiedliche Rollen in der Regulation der intrazellulären Verteilung von HsfA2 spielen. Nach Überexpression in Mesophyllprotoplasten bildete LpHsp17.4-CII, nicht aber das nahe verwandte LpHsp17.3-CII mit HsfA2 große, cytoplasmatische Aggregate. Hsp17-CI dagegen verhinderte die Coaggregation von Hsp17.4-CII mit HsfA2.
Der Erfolg der stabilisierenden Wirbelsäulenchirurgie hängt entscheidend von der Auswahl der richtigen Pedikelschraube ab. Insbesondere der Schraubendurchmesser, die Schraubenlänge und der Einführungswinkel sind zu berücksichtigen, da es große (inter-) individuelle anatomische Schwankungen gibt. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit den röntgenmorphometrischen Gegebenheiten der Wirbel. Es wurde bei einem großem Patientenkollektiv an 174 Wirbelkörpern folgende entscheidende Messungen durchgeführt: Pedikelaußen- und - innendurchmesser, Pedikellänge und Pedikelwinkel. Dabei ist der Pedikelinnendurchmesser deutlich hervorzuheben, da er dem tatsächlichen Schraubendurchmesser entsprechen sollte und in der gegenwärtigen Literatur bisher zu wenig Beachtung gefunden hat. Als Richtlinien für die Pedikelschraubendurchmesser empfiehlt sich für die Halswirbelsäule (HWS) bis zu 4 mm, für die Brustwirbelsäule (BWS) 4 - 5 mm und für die Lendenwirbelsäule (LWS) 6 mm. Die Schraubenlänge (wenn im entsprechenden transversalen Winkel eingführt) beträgt in der HWS 25 mm, in der BWS 35 - 40 mm und in der LWS 40 - 45 mm. Dabei sollte die Pedikelschraube stets geringfügig in die ventrale Compacta eindringen, da hierdurch eine größere Stabilität gewährleistet wird. Hierbei kann es dennoch in einem Drittel der Fälle zu einer Penetration kommen, daher ist, wie aus der vorliegenden Arbeit zu ersehen ist, eine individuelle präoperative computertomographische Darstellung des betroffenen Wirbelsäulenabschnitts mit mulitplanaren Rekonstruktionen der Pedikel unerläßlich. Die Zielsetzung der Arbeit war die Klärung der Frage, ob mittels routinemäßig durchgeführter computertomographischer Untersuchungen ausreichend genaue Daten ermittelt werden können, um eine stabilisierende Wirbelsäulenoperaion durchzuführen. Dies konnten anhand detailierten Analyse erfolgreich bestätigt werden.
Die Dissertation geht der Frage: Was ist Bildung? aus kulturtheoretischer Perspektive nach und diskutiert kritisch die vorherrschenden universalistischen Annahmen. Ausgangspunkt dieser auch empirisch angelegten Untersuchung waren zunächst unsystematische Beobachtungen über die Bedeutung von Bildung in Indien. Ein erster Fokus ist auf die Frage gerichtet, welche Sinnzuschreibungen mit dem Begriff Bildung korrespondieren und wie das konstitutiv reflexive Verhältnis von Sinn und Kontext bzw. Kultur zu fassen ist. Theoretisch wird von einem sinntheoretischen Modell ausgegangen - vor allem in den systemtheoretischen Neufassungen von Niklas Luhmann. Auch die Ausführungen über kompatible Kulturkonzepte orientieren sich an dem systemtheoretischen Paradigma. Das von Luhmann entwickelte Konzept der Semantik wird als Erklärungsansatz aufgenommen und im Anschluss daran die Frage spezifiziert, welche Verknüpfungen und funktionalen Zusammenhänge zwischen der mit dem Begriff education verbundenen „gepflegten Semantik“ und dem mit ihr strukturell gekoppelten Sozialsystem identifiziert und rekonstruiert werden können. Indien bietet sich wegen der traditionell exponierten gesellschaftlichen Rolle von Bildung für eine Analyse des engen Zusammenhangs von Semantik und Sozialstruktur in besonderer Weise an. Erinnert sei hier nur an die historisch signifikante Bedeutung der Brahmanenkaste. Die semantischen Konstrukte über Bildung, die sich in einem urbanen, indischen Mittelschichtkontext zeigen, so ein Ergebnis, weisen auf ein zunehmendes Misstrauen gegenüber den etablierten und traditionellen Erziehungs- und Sozialisationsformen hin, mit Folgen für die Selbst- und Fremdkonstruktion sowie auch für generelle Biographisierungsprozesse. In die Semantik sind Formen eingelagert, die die sozialen Inklusions- und Exklusionsprozesse entscheidend beeinflussen. Die Dignität dieser Semantik wird in Anlehnung an Jürgen Schriewer et. al. und allgemein an das Konzept der Externalisierung als ‚indischer Weg’ der Entwicklung interpretiert. Das Misstrauen gegenüber den traditionellen Erziehungs- und Bildungsmustern lässt sich strukturell abstrakter als Transformationsprozess von der Sanskritization zu einer Educationization beschreiben. Unter Sanskritization wird dabei in Anlehnung an Srinivas eine traditionelle Mobilitätsform von Gruppen im hierarchischen Kastensystem verstanden. Die Educationization impliziert ähnlich wie Sanskitization eine starke Differenzformel mit Orientierungswert unter anderem für soziale wie personale Beobachtungen, Wahrnehmungen und Beurteilungen. Sie ist jedoch ein Instrument, das besser an die Anforderungen einer modernen Gesellschaft angepasst zu sein scheint und gegenüber traditionelleren Formen wie Sanskritization neue und angemessenere Anschlussmöglichkeiten bietet. Die damit verbundenen Veränderungen der indischen Gesellschaft, die von den einen als Modernisierung gefeiert und von anderen als Erosion der bestehenden Kultur scharf kritisiert werden, hinterlassen aber Spuren, die in unterschiedliche Richtungen weisen.
Der "Schwangerschaftstumor", auch als Granuloma gravidarum bezeichnet, ist nicht neoplastischer, eher hyperplastischer Natur. Aufgrund seines schnellen Wachstums wird er häufig als malignes Geschehen mißgedeutet. Der Schwangerschaftstumor ist ein entzündliches Geschehen, welches durch lokale Reizfaktoren ausgelöst wird. Das Besondere hier ist, daß aufgrund der veränderten Hormonlage während der Schwangerschaft die Bereitschaft der Gingiva erhöht wird, auf die genannten Faktoren zu reagieren. Mit dieser Hyperplasie vergesellschaftet ist häufig eine Gingivitis in der Schwangerschaft. Aus dieser Erkenntnis leitet sich auch die Therapie des Schwangerschftstumors ab, welche primär darin besteht, die Reizfaktoren zu eliminieren und für eine gute Mundhygiene zu sorgen. Erreicht wird dies durch Zahnreinigungsmaßnahmen und Mundhygieneinstruktionen zur Optimierung der häuslichen Zahnpflege. Persistiert der "Tumor", kann auch chirurgisch interveniert werden. In einer eigenen Erhebung konnten 2 Verdachtsfälle eines Schwangerschaftstumors der Gingiva festgestellt werden.
Strukturelle und funktionelle Untersuchungen am Cytochrom-bc1-Komplex aus Paracoccus denitrificans
(2005)
Cytochrom bc-Komplexe sind zentrale Enzyme energietransduzierender Elektronen-transportketten. Anerkanntes Funktionsprinzip ist der Q-Zyklus; mechanistische Details insbesondere der Chinoloxidation am Qo-Zentrum sind noch unklar. Ein Verständnis des Qo-Zentrums ist auch von Interesse, da hier Inhibitoren in Form von Fungiziden und Malariatherapeutika wichtige Anwendung finden. In den vergangenen Jahren wurde eine Reihe mitochondrialer Komplexe kristallographisch charakterisiert, die Struktur eines bakteriellen Enzyms steht jedoch aus. Hauptziel dieser Arbeit war es, Ansätze zur Strukturaufklärung des bc1-Komplexes aus Paracoccus denitrificans (P.d.) zu finden, der als homologes Enzym mitochondrialer Komplexe bei einfacher genetischer Zugänglichkeit ein wichtiges Modellsystem darstellt. In der vorliegenden Arbeit wurde auf die Kristallisation des bc1-Komplexes aus S. cerevisiae aufgebaut, die mit Hilfe monoklonaler Antikörperfragmente (Fv) gegen die Rieske-Untereinheit (ISP) erreicht wurde; die Fv-Fragmente erleichtern die Ausbildung von Kristallkontakten. Die Epitopregion des Hefeenzyms wurde genetisch auf den bakteriellen Komplex übertragen, um dessen Ko-Kristallisation mit dem bereits verfügbaren Fv zu ermöglichen. Punktuelle Anpassungen führten zu keiner signifikanten Bindung, ein weitergehender Austausch des entsprechenden ISP-Bereichs verbesserte die Bindung hingegen deutlich. Die besten Ergebnisse konnten mit chimären Enzymen erzielt werden, bei denen die gesamte ISP-Ektodomäne durch das Hefe-Homologe ersetzt wurde. Aufbauend auf dieser Arbeit scheint die Fv-vermittelte Kristallisation des Enzyms ein greifbares Ziel. Eine komplementäre Strategie zielte auf die strukturelle Charakterisierung der Rieske-Ektodomäne (ISF). Das klonierte ISF wurde in E. coli überexprimiert, lag jedoch fast vollständig in inclusion bodies vor. Das ISF konnte in eine lösliche Form rückgefaltet werden, die anschließende chemische Rekonstitution zum Holo-Protein gelang jedoch nur mit einer Ausbeute von ~ 1 %. Die geringe Menge an löslichem ISF, die sich nach Expression in E. coli isolieren lässt, trägt kein [2Fe-2S]-Zentrum. Durch Koexpression der für die Biogenese von Eisen-Schwefel-Zentren relevanten Gencluster konnte die lösliche ISF-Fraktion in vivo in die Holo-Form konvertiert werden. Auch hier war aber die Gesamtausbeute für strukturelle Untersuchungen zu gering. Eine homologe Expression in P.d. war nur für das komplette ISP nachweisbar, nicht für das verkürzte ISF. Durch gerichtete Mutagenese konnte hier erstmals gezeigt werden, dass das bakterielle Rieske-Protein über den Tat-Translokationsweg in die Membran inseriert. Die Kristallstrukturen mitochondrialer bc1-Komplexe zeigen ein dimeres Enzym. Die Assoziation des bakteriellen Komplexes wurde in dieser Arbeit mit der analytischen Ultrazentrifugation untersucht, und auch hier wurde eindeutig ein Dimer nachgewiesen. Dynamische Messverfahren deuteten jedoch auf einen höheren Assoziationszustand hin. Es bleibt unklar, ob diese Diskrepanz durch Formparameter oder die Detergenzbindung begründet ist oder ob unter bestimmten Versuchsbedingungen möglicherweise Tetramere vorliegen. In situ ist der bc1-Komplex strukturell mit den Komplexen I und IV sowie dem Elektronenüberträger Cyt c552 assoziiert. Die Analyse verschiedener Deletionsstämme zeigte, dass Komplex I der Atmungskette durch diesen Superkomplex stabilisiert wird. Dieser Befund konnte kürzlich in anderen Arbeiten auch an menschlichen Mitochondrien bestätigt werden. Neben strukturellen Aspekten wurden am bc1-Komplex auch die H+-Translokation und die Chinonbindung untersucht. Da chemische Modifikationsexperimente zeigen, dass ein saurer Rest im ISP eine kritische Rolle für die Kopplung von H+-Translokation und Elektronentransport spielt, wurden durch gerichtete Mutagenese kombinatorisch saure Reste gegen entsprechende Säureamide ersetzt. Die biochemische Charakterisierung wurde nur für eine Fünffach-Mutante durchgeführt; diese erwies sich jedoch als zu instabil, um verlässliche Daten aus H+-Pumpexperimenten zu gewinnen. Die Charakterisierung der übrigen Mutanten scheint lohnenswert, da der relevante Aminosäurerest auch in anderen Arbeiten noch nicht identifiziert werden konnte. Der Gehalt des aufgereinigten Enzyms an spezifisch gebundenem Chinon wurde FTIR-spektroskopisch quantifiziert. Eine Stöchiometrie von ~ 3 Chinonmolekülen/Monomer stützt das double occupancy-Modell, demzufolge zwei Substratmoleküle am Qo-Zentrum binden; das dritte Chinon bindet am Qi-Zentrum. Partielle Extraktion des Chinons und Messungen bei verschiedenen pH-Werten zeigten, dass die Substratbindung mit Protonierung eines sauren Rests einhergeht. Möglicherweise handelt es sich dabei um Glu295 des Cytochrom b, das auf Basis der Kristallstrukturen als primärer H+-Akzeptor am Qo-Zentrum diskutiert wird. Aufbauend auf dieser Arbeit können die an der Chinonbindung beteiligten Reste durch Mutagenese identifiziert werden.
Das Hepatitis C Virus (HCV) ist Auslöser einer oftmals chronisch verlaufenden Leberentzündung mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer Leberzirrhose und deren Folgen. Die weltweite Prävalenz der Hepatitis C beträgt ca. 3%; allein in Deutschland treten jährlich mehr als 5000 Neuinfektionen auf. Das HCV lässt sich aufgrund phylogenetischer Untersuchungen in mindestens 6 Genotypen und jeweils mehrere Subtypen einteilen, wobei der HCV Subtyp 1b in Europa am häufigsten vorkommt. Die Hepatitis C Forschung wurde lange Zeit durch das Fehlen eines geeigneten Zellkulturmodells erschwert. Mit der Etablierung eines stabil replizierenden Zellkulturmodells in humanen Hepatomazellen 1999 durch Lohmann et al. wurden erstmals molekularbiologische Untersuchungen in grossem Umfang möglich. Die seither existierenden Zellkulturmodelle haben jedoch den Nachteil, dass nicht definiert ist, wie sich das Isolat, aus dem das Replikon geschaffen wurde, klinisch verhält. Unter einer Interferon-basierten Therapie sprechen manche Patienten mit einer dauerhaften Negativierung der HCV RNA Konzentration an (sustained responder, SR), während bei anderen sowohl während als auch nach Therapieende weiterhin HCV RNA im Blut nachweisbar ist (non-responder, NR), obwohl beide Patienten mit demselben Subtyp von HCV infiziert sind und dieselbe Therapie erhalten. Die Ursachen für dieses unterschiedliche Therapieansprechen sind basierend auf Mutationsstudien von HCV Isolaten von Patienten mit unterschiedlichem Therapieansprechen zumindest teilweise genomisch bedingt. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit zwei Konsensusklone zur Einbringung in ein replikatives Zellkulturmodell aus HCV Subtyp 1b Isolaten geschaffen, deren klinisches Verhalten unter Therapie klar charakterisiert ist. Dazu wurde Serum von je einem Patienten herangezogen, der unter definierten Studienbedingungen als SR oder NR bekannt war. Aus den Sera wurde die Virus-RNA extrahiert und mit Hilfe eines eigens dafür entwickelten RT-PCR-Protokolls und anschließender Klonierung in E. coli vervielfältigt. Um zufällige Mutationen und seltene Quasispezies auszuschließen, wurde dann nach vollständiger Sequenzierung von jeweils vier Einzelklonen mittels gezielter Mutagenese und Umklonierung eine Konsensussequenz geschaffen, die einen Durchschnitt der am häufigsten vorkommenden Quasispezies darstellt. Diese Konsensusklone wurden in einen Vektor zur Herstellung von RNA Transkripten eingefügt, so dass die Transkripte direkt zur Einbringung als Replikons in Zellkulturen genutzt werden können. Mit diesen klinisch charakterisierten Isolaten kann nun erstmals nach Unterschieden geforscht werden, die ursächlich für Therapieerfolg oder –misserfolg sein könnten. So können eventuell neue Therapieformen gefunden oder bereits vor Beginn einer Therapie eine Aussage zur Prognose getroffen werden.