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In this work data of the NA49 experiment at CERN SPS on the energy dependence of multiplicity fluctuations in central Pb+Pb collisions at 20A, 30A, 40A, 80A and 158A GeV, as well as the system size dependence at 158A GeV, is analysed for positively, negatively and all charged hadrons. Furthermore the rapidity and transverse momentum dependence of multiplicity fluctuations are studied. The experimental results are compared to predictions of statistical hadron-gas and string-hadronic models. It is expected that multiplicity fluctuations are sensitive to the phase transition to quark-gluon-plasma (QGP) and to the critical point of strongly interacting matter. It is predicted that both the onset of deconfinement, the lowest energy where QGP is created, and the critical point are located in the SPS energy range. Furthermore, the predictions for the multiplicity fluctuations of statistical and string-hadronic models are different, the experimental data might allow to distinguish between them. The used measure of multiplicity fluctuations is the scaled variance omega, defined as the ratio of the variance and the mean of the multiplicity distribution. In the NA49 experiment the tracks of charged particles are detected in four large volume time projection chambers (TPCs). In order to remove possible detector effects a detailed study of event and track selection criteria is performed. Naively one would expect Poisson fluctuations in central heavy ion collisions. A suppression of fluctuations compared to a Poisson distribution is observed for positively and negatively charged hadrons at forward rapidity in Pb+Pb collisions. At midrapidity and for all charged hadrons the fluctuations are larger than the Poisson ones. The fluctuations seem to increase with decreasing system size. It is suggested that this is due to increased relative fluctuations in the number of participants. Furthermore, it was discovered that omega increases for decreasing rapidity and transverse momentum. A hadron-gas model predicts different values of omega for different statistical ensembles. In the grand-canonical ensemble, where all conservation laws are fulfilled only on the average, not on an event-by-event basis, the predicted fluctuations are the largest ones. In the canonical ensemble the charges, namely the electrical charge, the baryon number and the strangeness, are conserved for each event. The scaled variance in this ensemble is smaller than for the grand-canonical ensemble. In the micro-canonical ensemble not only the charges, but also the energy and the momentum are conserved in each event, the predicted $omega$ is the smallest one. The grand-canonical and canonical formulations of the hadron-gas model over-predict fluctuations in the forward acceptance. In contrast to the experimental data no dependence of omega on rapidity and transverse momentum is expected. For the micro-canonical formulation, which predicts small fluctuations in the total phase space, no quantitative calculation is available yet for the limited experimental acceptance. The increase of fluctuations for low rapidities and transverse momenta can be qualitatively understood in a micro-canonical ensemble as an effect of energy and momentum conservation. The string-hadronic model UrQMD significantly over-predicts the mean multiplicities but approximately reproduces the scaled variance of the multiplicity distributions at all measured collision energies, systems and phase-space intervals. String-hadronic models predict for Pb+Pb collisions a monotonous increase of omega with collision energy, similar to the observations for p+p interactions. This is in contrast to the predictions of the hadron-gas model, where omega shows no energy dependence at higher energies. At SPS energies the predictions of the string-hadronic and hadron-gas models are in the same order of magnitude, but at RHIC and LHC energies the difference in omega in the full phase space is much larger. Experimental data should be able to distinguish between them rather easily. Narrower than Poissonian (omega < 1) multiplicity fluctuations measured in the forward kinematic region (1<y(pi)<y_{beam}) can be related to the reduced fluctuations predicted for relativistic gases with imposed conservation laws. This general feature of relativistic gases may be preserved also for some non-equilibrium systems as modeled by the string-hadronic approaches. A quantitative estimate shows that the predicted maximum in fluctuations due to a first order phase transition from hadron-gas to QGP is smaller than the experimental errors of the present experiment and can therefore neither be confirmed nor disproved. No sign of increased fluctuations as expected for a freeze-out near the critical point of strongly interacting matter is observed.
Strong chromofields developed at early stages of relativistic heavy-ion collisions give rise to the collective deceleration of net baryons from colliding nuclei. We have solved classical equations of motion for baryonic slabs under the action of time-dependent chromofield. We have studied sensitivity of the slab trajectories and their final rapidities to the initial strength and decay pattern of the chromofield as well as to the back reaction of produced plasma. This mechanism can naturally explain significant baryon stopping observed at RHIC, an average rapidity loss hδyi ≈ 2. Using a Bjorken hydrodynamical model with particle producing source we also study the evolution of partonic plasma produced as the result of chromofield decay. Due to the delayed formation and expansion of plasma its maximum energy density is much lower than the initial energy density of the chromofield. It is shown that the net-baryon and produced parton distributions are strongly correlated in the rapidity space. The shape of net-baryon spectra in midrapidity region found in the BRAHMS experiment cannot be reproduced by only one value of chromofield energy density parameter ǫ0, even if one takes into account novel mechanisms as fluctuations of color charges generated on the slab surface, and weak interaction of baryon-rich matter with produced plasma. The further step to improve our results is to take into account rapidity dependence of saturation momentum as explained in thesis. Different values of parameter ǫ0 has been tried for different variants of chromofield decay to fit BRAHMS data for net-baryon rapidity distribution. In accordance with our analysis, data for fragmentation region correspond to the lower chromofield energy densities than mid-rapidity region. χ2 analysis favors power-law of chromofield decay with corresponding initial chromofield energy density of order ǫf = 30GeV/fm3.
Während zerebraler Ischämie und Reperfusion (I/R) kommt es zur Bildung von reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), von welchen ausgegangen wird, dass sie zum neuronalen Schaden beitragen. NADPH Oxidasen produzieren ROS. Wir untersuchten daher, ob und in welchem Maße NADPH Oxidasen am Gewebeschaden und insbesondere an der Schädigung der Blut-Hirn-Schranke (BHS) nach experimenteller I/R beteiligt sind. Hierfür induzierten wir an Wildtyp und NADPH Oxidase (gp91phox-/-) Knockout Mäusen in An-und Abwesenheit pharmakologischer Inhibitoren eine transiente zerebrale Ischämie mittels Fadenverschlusses der Arteria cerebri media (MCAO) für 120 Minuten mit anschließender Reperfusion. Das Infarktvolumen nach 24 Stunden war bei den Tieren mit fehlender funktioneller NADPH Oxidase (gp91phox-/-) bzw. (p47phox-/-) deutlich kleiner als in der Gruppe der Wildtyp Mäuse (TTC Färbung). I/R erhöhte bei den Wildtyp Mäusen im Vergleich zur kontralateralen Hemisphäre die BHS Permeabilität für Evans Blue innerhalb der ersten Stunde nach Ischämie signifikant. Apocynin, ein NADPH Oxidase Inhibitor schwächte diesen Effekt dosisabhängig signifikant ab. In der Gruppe der gp91phox Knockout-Tieren war dieser protektive Effekt auf die BHS Permeabilität noch ausgeprägter. In Schweinehirnendothelzellen (PBEC) induzierten wir durch I/R eine Translokation des NADPH Oxidase Aktivators Rac-1 an die Membran.Die deutliche Reduktion des BHS Schadens nach Hemmung von Rac-1 durch Clostridium difficile lethal Toxin B ( TcdB) und Atorvastatin weist darauf hin, dass dies die Folge der Inhibition der NADPH Oxidase Aktivierung war. Die Stimulation von PBEC mit H2O2 steigerte die Permeabilität, was durch die Inhibition der Phosphatidyl-Inositol-3-Kinase oder c-Jun N-terminale Kinase abgeschwächt werden konnte. Die Inhibition der Extracellular-regulated Kinase 1/2 oder p38 mitogen-activated-protein Kinase hatte dagegen keinen Effekt. Jedoch konnte die Inhibition von Rho eine ROS induzierte Steigerung der Permeabilität sowie eine ROS induzierte Polymerisation des Zytoskelett vollkommen unterbinden. Die Ergebnisse dieser Studie belegen, dass die Aktivierung der NADPH Oxidase ein zentraler Bestandteil der Pathophysiologie des ischämischen Infarktes ist und liefern darüber hinaus eine Erklärung für die positiven Effekte der Statintherapie beim Schlaganfall des Menschen. Die direkte Hemmung der NADPH Oxidase stellt ein vielversprechendes Prinzip in der Akuttherapie des ischämischen Infarktes dar.
Der zur Familie der ionotropen Glutamatrezeptoren gehörende N-Methyl-DAspartat (NMDA)-Rezeptor ist maßgeblich an der Weiterleitung erregender Signale zwischen Nervenzellen beteiligt. Er spielt sowohl physiologisch bei z.B. Vorgängen des Lernens oder der Gedächtnisbildung, als auch pathophysiologisch bei neurologischen Erkrankungen eine entscheidende Rolle. NMDA-Rezeptoren sind tetramere Membranproteine, welche aus den homologen NR1-, NR2A-NR2D- sowie NR3A- und NR3B-Untereinheiten aufgebaut sind. Die Untereinheiten sind modular aus jeweils vier verschiedenen Domänen aufgebaut, die spezifische Rollen beim Aufbau und der Funktion der Rezeptoren erfüllen. Konventionelle NR1/NR2-NMDA-Rezeptoren bestehen aus zwei Glyzin-bindenden NR1- und zwei Glutamat-bindenden NR2-Untereinheiten. Sie werden nur durch gleichzeitiges Binden der Agonisten Glutamat und Glyzin effizient aktiviert. Ziel der vorliegenden Arbeit war, den Einfluss der extrazellulären N-terminalen Domänen (NTDs) auf die Assemblierung, Funktion und allosterische Modulation von rekombinanten NR1/NR2 NMDA-Rezeptoren mittels biochemischer und elektrophysiologischer Methoden zu untersuchen. Deletionsexperimente zeigten, dass die NTDs von NR1- und NR2A- bzw. NR2B-Untereinheiten die hochaffine, allosterische Zn2+- und Ifenprodil-Hemmung bestimmen, nicht aber für die Bildung funktioneller Rezeptoren von Bedeutung sind. Die NR2-NTDs stellen zusätzlich eine entscheidende strukturelle Determinate für die unterschiedliche Glyzinaffinität von NR1/NR2A- und NR1/NR2B-Rezeptoren dar. Ein zweiter Aspekt war die funktionelle Charakterisierung von NMDA-Rezeptoren, welche aus NR1- und NR3-Untereinheiten aufgebaut sind. Diese exzitatorischen NR1/NR3-Rezeptoren werden ausschließlich durch den Neurotransmitter Glyzin aktiviert und generieren nur sehr kleine Agonistaktivierte Ströme im Vergleich zu NMDA-Rezeptoren vom NR1/NR2-Typ. Es wurde gefunden, dass die Glyzinbindung an die NR1- und NR3-Ligandenbindungsdomänen (LBDs) entgegengesetzte Wirkungen auf die Rezeptorfunktion zur Folge hat. Während die NR3-LBD essentiell für die Aktivierung des Rezeptors ist, bewirkt Glyzin über die NR1-LBD eine Hemmung der NR1/NR3-Rezeptoren. Das erklärt die geringe Effizienz der Rezeptoraktivierung durch Glyzin. Weiterhin zeigen die Ergebnisse zum ersten Mal, dass Zn2+ an diesen Rezeptoren als Agonist und positiver Modulator wirkt und in Kombination mit einem NR1-Antagonisten die Glyzin-aktivierten Ströme >120-fach in supralinearer Weise potenzieren kann. Mutationsanalysen ergaben, dass die NR1-LBD für die Zn2+-Aktivierung und –Potenzierung verantwortlich ist. Da die physiologische Rolle von NR1/NR3-Rezeptoren noch nicht eindeutig geklärt ist, könnte die supralineare Potenzierung eine Strategie darstellen, diesen unkonventionellen NMDA-Rezeptor in zukünftigen Untersuchungen besser zu detektieren und zu charakterisieren. Zusammenfassend liefern die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zu Struktur-Funktionsbeziehungen in NMDA-Rezeptoren auf Ebene der NTDs und LBDs einen wichtigen Beitrag für das Verständnis der Pharmakologie dieser Rezeptorfamilie. Diese Ergebnisse können für die Entwicklung neuer neurologischer Therapeutika genutzt werden.
Die Dissertation befasste sich mit der endsteinzeitlichen und früheisenzeitlichen Besiedlungsgeschichte des südwestlichen Tschadbeckens (NO-Nigerias) mit einem Schwerpunkt auf dem Übergang zwischen beiden Perioden. Neben einer Ãœbersicht über die geborgenen Funde und die dokumentierten Befunde aus Grabungsarbeiten an sieben Fundstellen wurde eine Sequenz der Keramikmerkmale vorgelegt. Unter anderem verdeutlichte sie die Gegensätze der endsteinzeitlichen und füheisenzeitlichen Keramiktraditionen im Arbeitsgebiet. Der Schwerpunkt der Studien lag auf der Präsentation von Ergebnissen archäologischer und geophysikalischer Untersuchungen des Fundplatzes Zilum, datiert in die Mitte des ersten Jahrtausends BC. Zilum ist wegen seines Alters, seiner Dimension und seiner strukturellen Komplexität von zentraler Bedeutung für die Archäologie der Region um den Tschadsee und für Afrika südlich der Sahara im Allgemeinen. Zusammen mit jenen Siedlungen, die nach dieser entstanden, bietet der Fundplatz einen guten Ansatz zur Beantwortung der Frage, wie sich der Übergang von der Steinzeit zur Eisenzeit im Untersuchungsraum vollzog. Er gibt zudem einen Einblick in die Entstehung früher, strukturell und sozioökonomisch komplexerer Siedlungsformen in Afrika südlich der Sahara, und so wird seine Bedeutung für die Archäologie und Geschichte eingehender diskutiert. Aus der Kombination vorhandener und neu gesammelter Informationen zur Siedlungs- und Wirtschaftsweise mit bereits verfügbaren Daten zur Entwicklung von Klima und Umwelt im Tschadbecken wurde ein Abriss der endsteinzeitlichen und früheisenzeitlichen Besiedlungsgeschichte im Untersuchungsraum erarbeitet.
Viele physiologische Prozesse, wie zum Beispiel der Schlaf-Wach-Rhythmus, die Nahrungsaufnahme, die Aktivität, sowie unbewusstes Verhalten unterliegen circadianen Rhythmen. Diese Rhythmen werden durch die circadiane Uhr erzeugt, deren Sitz der SCN im Hypothalamus ist. Der SCN übermittelt das circadiane Signal in viele verschiedene Gehirnregionen (Reuss 1996). Die circadianen Rhythmen werden einerseits durch Umweltreize, wie Licht oder Nahrungsverfügbarkeit, eingestellt. Diese externen Signale beeinflussen direkt den SCN oder andere hypothalamische Nuclei, wie den lateralen Hypothalamus oder den N. arcuatus. Andererseits werden die circadianen Rhythmen jedoch auch an die physiologischen Parameter des Individuums angepasst. Diese externen und internen Signale werden durch den Signalaustausch zwischen den hypothalamischen Nuclei integriert. Zur Untersuchung dieser gegenseitigen Verbindungen wurden immunzytochemische Studien an Gehirnschnitten von Maus und Ratte durchgeführt, um das Vorkommen verschiedener Neuropeptide in Zellkörpern und Fortsätzen der Neurone in den entsprechenden hypothalamischen Gebieten aufzuzeigen. Untersucht wurden Vasopressin und VIP, die im SCN selbst synthetisiert werden, sowie Orexin A und MCH, die in den Zielgebieten des SCN vorkommen. Die Verteilungen der Neuropeptide bei Ratten und Mäusen stimmten weitgehend überein. Lediglich die Vasopressin-Expression im SCN weist Abweichungen im Vergleich der beiden Spezies auf. Weiterhin gibt es unterschiedliche Verbindungen zwischen den hypothalamischen Kerngebieten: Im SCN der Ratte, jedoch nicht im SCN der Maus, innervieren Orexin A-enthaltende Fasern VIP-exprimierende Zellen, sowie MCH-positive Fortsätze Vasopressin-enthaltende Neurone. Demzufolge variiert die Signalübertragung im Hypothalamus der Maus und der Ratte. GABA und Glyzin sind wichtige hemmende Neurotransmitter im ZNS. Daher wurden die transgenen Mauslinien GAD67-GFP knock-in und GlyT2-EGFP als Marker für GAD67-positive beziehungsweise Glyzin-positive Zellen verwendet. Gehirnschnitte dieser Mauslinien wurden immunzytochemisch gegen die oben genannten Neuropeptide gefärbt, um die Neuronenpopulationen in den hypothalamischen Kerngebieten zusätzlich zu charakterisieren. Viele Vasopressin- oder VIP-exprimierende Zellen im SCN sind GAD67-positiv. Im lateralen Hypothalamus sind einige MCH-positive Zellen GAD67-positiv. Orexin A enthaltende Zellen sind nicht positiv für GAD67. Orexin A-positive und GAD67-positiv Zellen sind miteinander durch direkte Kontakte verbunden. Der hemmende Neurotransmitter Glyzin wird von wenigen Zellen im lateralen Hypothalamus gebildet. Glyzin ist dort weder mit Orexin A, MCH oder Vasopressin kolokalisiert. Der gesamte Hypothalamus ist von einem dichten Netz stark verzweigter, Glyzin-enthaltender Fasern überzogen, deren Ursprung im Rahmen dieser Arbeit nicht eindeutig geklärt werden konnte. Die glyzinergen Fasern innervieren im lateralen Hypothalamus Orexin A-, Vasopressin- und MCH-exprimierende Neurone. Glyzinerge Fasern projizieren im lateralen Hypothalamus auf VIP-positive Fortsätze und im SCN auf Vasopressinenthaltende Fortsätze. Der hemmende Neurotransmitter Glyzin spielt vermutlich eine bedeutende Rolle bei der Signalübertragung zwischen Hypothalamus und anderen Gehirnbereichen. Damit wirkt Glyzin vermutlich auf diverse physiologische Abläufe ein, die durch hypothalamische Kerngebiete gesteuert und reguliert werden. Neben der Untersuchung der hypothalamischen Nuclei in Gehirnschnitten wurden die Zellen dieser Kerngebiete in histiotypischen primären Zellkulturen charakterisiert. Die Neuropeptid-Expressionen sowie synaptische Verbindungen wurden an den kultivierten Zellen untersucht. Der Vergleich der Neuropeptid-Expression bei Gehirnschnitten und bei Zellkulturen bestätigte, dass histiotypische Zellkulturen ein geeignetes Modell für Studien von Einzelzell- und Netzwerkeigenschaften sind. Die Ausbildung von zahlreichen Synapsen innerhalb nur weniger Tage bestätigt, dass die Signalübertragung in den Zellkulturen wie vermutlich auch im Hypothalamus überwiegend synaptischer Natur ist.
Zielsetzung: Die Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätsstörung (ADHS) gehört zu den häufigsten psychischen Störungen im Kindesalter. Eine entscheidende Rolle in der Genese des Krankheitsbildes kommt einer genetischen Prädisposition zu, ohne dass die bisherigen Studien einen einheitlichen Befund spezifischer Genvariationen ergaben. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, zu überprüfen, inwieweit die Ausprägung bestimmter phänotypischer Erscheinungsbilder von ADHS-Patienten, Defizite neuropsychologischer Funktionen, Aspekte von Aufmerksamkeit und Impulskontrolle sowie komorbide aggressive und dissoziale Verhaltensweisen, mit dem Vorkommen bestimmter Genotypen in Anfälligkeitsgenen einhergeht. Methode: 70 Kinder mit ADHS wurden mit Fragebogenverfahren (Impulsivitätsfragebogen IVE, Achenbachskalen) und neuropsychologischen Verhaltenstests (WCST, FAIR, Go/NoGo) untersucht. Mittels Mediansplit wurde die Stichprobe hinsichtlich sämtlicher untersuchter Items dichotomisiert, jeweils in zwei Gruppen mit niedrigen und hohen Wertebereichen. Anschließend wurde die Verteilung einzelner Genpolymorphismen zwischen beiden Gruppen verglichen. Als molekulargenetische Indikatoren wurden folgende Polymorphismen untersucht: DRD4 Exon III VNTR, SLC6A3 (DAT1) 40bp VNTR, COMT Val108/158Met, MAOA 30bp VNTR sowie SLC6A4 (5-HTTLPR, SNP rs25531, Intron II VNTR). Ergebnisse: Im Einzelnen ergaben sich die folgenden relevanten Befunde: Die 10/10-Repeat-Variante in SLC6A3 war signifikant mit einer erhöhten Anzahl von Perseverationsfehlern im WCST assoziiert (p=.046). Der 4 bzw. 4/4- und 4/3- Genotyp im MAOA-Gen waren im Vergleich zur 3 bzw. 3/3-Variante hochsignifikant mit niedrigeren Qualitätswerten im FAIR assoziiert (p=.005), gingen gleichzeitig signifikant mit mehr Omission-Errors in Treat 2 der Go/NoGo Aufgabe einher (p=.03). Der 4 bzw. 4/4-Genotyp zeigte außerdem einen Trend für vermehrte Perseverationsfehler im WCST (p=.063). Der 3 bzw. 3/3-Genotyp, isoliert betrachtet, zeigte einen tendenziellen Effekt für die Skala „delinquentes Verhalten“ der CBCL (p=.07). Die L/L-Variante des 5-HTTLPR-Polymorphismus in SLC6A4 war in Treat 1 der Go/NoGo Aufgabe signifikant häufiger in der Gruppe mit wenig Commission-Errors (p=.04). 5-HTTLPR-Polymorphismus und SNP rs25531 zeigten in Treat 1 der Go/NoGo Aufgabe einen hochsignifikanten Zusammenhang der LA/LA-Variante und der Gruppe mit wenig Commission-Errors (p=.004). Weiter war der 12/12-Genotyp des Intron II VNTR-Polymorphismus in SLC6A4 signifikant mit einem erhöhten Schweregrad aggressiver Verhaltensweisen in der CBCL assoziiert (p=.018). Schlussfolgerung: Es ist davon auszugehen, dass an der Ausprägung von ADHS zahlreiche Gene mit jeweils geringem Effekt beteiligt sind. Unsere Befunde legen nahe, dass bestimmte Allelvarianten mitunter einen stärkeren Einfluss auf die Ausprägung spezieller Subsymptome haben. Obwohl bei bestimmten Genotypen unterschiedlicher Anfälligkeitsgene teilweise ähnliche Auswirkungen auf Neurotransmitterebene diskutiert wurden, zeigten sich in der vorliegenden Studie nicht immer vergleichbare Übereinstimmungen hinsichtlich der phänotypischen Merkmale. In der Literatur werden bisweilen inkonsistente Phänotypen ein und derselben Allelvariante berichtet. Neben einer Präzisierung des Phänotyps sollten künftige Untersuchungen daher insbesondere auch die funktionelle Interaktion einzelner Genvarianten, additive Geneffekte sowie Gen- Umwelt-Interaktionen berücksichtigen.
Trotz der rasanten Weiterentwicklung moderner, nichtinvasiver, bildgebender Verfahren hat die Angiographie in DSA - Technik immer noch in der heutigen Zeit einen wichtigen Stellenwert bei der Abklärung und Behandlung der stenosierenden, arteriosklerotischen Gefäßerkrankungen, obwohl sie mit dem höchsten Behandlungsrisiko behaftet ist. Neben allgemeinen Komplikationen sind insbesondere die punktions- und katheterassoziierten Komplikationen zu nennen. In der vorliegenden Arbeit wurde das Risiko der klinisch stummen Hirnembolie anhand der MRT - Diffusionsbildgebung - Techniken nach transbrachialer Angiographie in der DSA -Technik bei ambulanten Patienten untersucht. Das Ziel dabei war nachzuweisen, dass die transbrachiale Angiographie eine sichere Methode darstellt. Hierzu wurden 200 Patienten, 144 Männer und 56 Frauen, in einer prospektiven Studie eingeschlossen. Die diffusionsgewichtete MRT - Untersuchung in Echoplanartechnik erfolgte mit Diffusionswichtungsfaktoren b = 0 s/mm² und b = 1000 s/mm² im kurzen zeitlichen Abstand jeweils vor und nach der Angiographie an einem 1,5 Tesla –MR - Scanner. Die diffusionsgewichtete MRT-Aufnahme ist eine sensitive Methode, mit der eine akute zerebrale Ischämie nachgewiesen werden kann. Eine akute zerebrale Ischämie erkennt man als ein signalreiches Areal auf den diffusionsgewichteten MRT - Aufnahmen durch Verminderung des scheinbaren Diffusionskoeffizienten ADC. Diese Verminderung des ADC wird durch ein zytotoxisches Hirnödem verursacht. Um eine Fehlinterpretationen durch „T2 shine-through-Effekt“ zu vermeiden, haben wir gleichzeitig T2-gewichtete Aufnahmen und nachverarbei¬tete, diffusionsgewichtete MRT - Aufnahmen (ADC-Karte) analysiert. Die ADC-Karte zeigt grauwertkodiert den ADC an, sie ist frei von überlagerten T2-Effekten. Vor der Angiographie wurden bei drei Patienten auf den diffusionsgewichteten MRT - Aufnahmen frische und alte Diffusionsstörungen im Gehirn festgestellt. Die Diffusionsuntersuchungen nach Angiographie zeigten bei keinem Patienten neu aufgetretene Diffusionsstörungen, dies auch unter Hinzuziehung der Auswertung nicht nur der b-Faktor 1000 DWI - Aufnahmen sondern auch unter dem Hinzuziehen der ADC-Karten und der T2-gewichteten Aufnahmen. Die Rate zerebrovaskulärer Komplikationen ist minimal, sie betrug in unserem Krankengut 0 %, wobei das 95 % Konfidenzintervall für die Wahrscheinlichkeit, dass bei 200 Patienten eine postangiographische, klinisch stumme Hirnembolie auftritt, von 0 % - 1.5 % ist. Das heißt man kann mit 95 % Sicherheit sagen, dass die Inzidenz einer Hirnembolie nicht größer als 1.5 % ist. Mehrere Studien haben bewiesen, dass die diffusionsgewichteten MRT-Sequenzen das sensitivste diagnostische Verfahren zur Erkennung von ischämischen Läsionen sind. Ferner können sie den objektiven und quantitativen Nachweis für Thromboembolien assoziert mit endovaskulären Katheterunter¬suchungen und interventionen erbringen. Die im dritten Gliederungspunkt der Zielsetzung gestellten Fragen können folgendermaßen beantwortet werden: • Die Rate der apparenten zerebrovaskulären Komplikationen nach transbrachialer Angiographie ist minimal, sie betrug in unserem Krankengut 0%. • Bei keinem Patienten trat im postangiographischen zerebralen Diffusionsbild eine neue Diffusionsstörung innerhalb des 3 Stundenfensters auf. Für die Häufigkeit von klinisch stummen Hirnembolien, die mit Hilfe der Diffusionsbildgebung aufgezeigt werden können, ergibt sich daraus ein Konfidenzintervall von 0 – 1,5%. • Unsere Ergebnisse zeigen im Bezug auf die zerebrovaskuläre Komplikationsrate bei den transbrachialen diagnostischen und therapeutischen Interventionen keinen Unterschied. • Insgesamt wurde keinerlei Abhängigkeit der zerebralen Komplikationen von der Prozedur, dem verwendeten Schleusen- und Kathetersdesign, der intravasalen Katheterverweildauer oder dem Punktionsort festgestellt. • Die Rate lokaler Komplikationen nach transbrachialer Angiographie in DSA-Technik beträgt bei entsprechender Erfahrung des Untersuchers weniger als 1 %. • Die Ergebnisse unserer Arbeit zeigen, dass die Katheterdiagnostik und -intervention über die Arteria brachialis als Zugangsort eine sichere Prozedur mit geringer Komplikationsrate ist. Dieser Zugangsweg kann daher uneingeschränkt für die Praxis empfohlen werden, da sie insbesondere im Kontext ambulanter Untersuchungen vergleichbar sicher, jedoch kostengünstiger als der transfemorale Zugangsweg ist.
Die trimeren P2X–Rezeptoren sind nicht–selektive Kationenkanäle, die durch Adenosintriphosphat (ATP) aktiviert werden. Es gibt sieben Untereinheiten (P2X1–7). P2X–Rezeptoren sind in nahezu jedem Gewebe exprimiert und dort an den verschiedensten physiologischen Vorgängen beteiligt. Neben den „Cys–Loop“–Rezeptoren und den ionotropen Glutamat–Rezeptoren stellen die P2X–Rezeptoren eine eigenständige Familie von Neurotransmitter–gesteuerten Rezeptoren dar. Eine Untereinheit der trimeren P2X–Rezeptoren besteht aus den intrazellulären N– und C–Termini und zwei Transmembrandomänen, die über eine große extrazelluläre Domäne verbunden sind. Da weder ein P2X–homologes lösliches Protein für Kristallisationsstudien noch ein Gewebe zur Aufreinigung großer Mengen von P2X–Rezeptorprotein zur Verfügung steht, stützen sich Struktur–Funktions–Studien auf einzelpunktmutierte Rezeptoren in heterologen Expressionsystemen. Einige Aminosäuren, die bei Austausch gegen Alanin eine deutliche Verschiebung der Dosis–Wirkungs–Kurve von ATP bewirken und von denen daher vermutet wird, dass sie an der Agonisten–Bindung beteiligt sind, wurden bereits identifiziert. Ob sich die Agonisten–Bindungstasche der P2X–Rezeptoren zwischen zwei Untereinheiten, wie bei den nikotinischen Acetylcholin–Rezeptoren, oder innerhalb einer Untereinheit, vergleichbar mit den ionotropen Glutamat–Rezeptoren, befindet, ist weitgehend ungeklärt. Um die Lokalisation der ATP–Bindungstasche zu bestimmen, wurden, basierend auf vorhandener Literatur, potenziell an der ATP–Bindung beteiligte Aminosäuren des P2X1–Rezeptors durch zielgerichtete Mutagenese gegen Cysteine ausgetauscht und die P2X–Rezeptormutanen in Xenopus laevis–Oozyten exprimiert. Das Ziel dabei war, quervernetzte Cystein–Mutanten durch Disulfidbrückenbildung zwischen den substituierten Cysteinen zu identifizieren und so die Distanz von Aminosäure–Seitenketten, die an der Agonisten–Bindung beteiligt sind, zu bestimmen. Für die biochemischen Untersuchungen wurden entweder alle neu gebildeten Proteine der Oozyten metabolisch durch Inkubation mit radioaktivem [35S]–Methionin oder selektiv die Plasmamembran– ständigen Proteine mit Sulfo–NHS–Fluoreszenz–Farbstoffen markiert. Die Rezeptormutanten wurden affinitätschromatographisch über ein N–terminales Hexahystidyl–Motiv unter nicht–denaturierenden Bedingungen aufgereinigt und mit nicht–reduzierender SDS–Polyacrylamid–Gelelektrophorese (PAGE) auf Expression sowie mit Blauer–Nativer–PAGE auf korrekte Trimerisierung überprüft. Darüber hinaus wurden homologe Cystein–Substitutionen einer P2X2–1–Chimäre, welche dieselben Bindungseigenschaften des P2X1–Rezeptors besitzt, mittels der Zwei–Elektroden–Spannungsklemme charakterisiert (TEVC). Die Koexpression der verschiedenen P2X–Mutanten ergab eine spontane Quervernetzung über Disulfidbrücken zwischen den P2X1 K68C– und F291C–Mutanten, die in nicht–reduzierenden SDS–PAGE–Gelen über eine Dimerbildung nachgewiesen werden konnte. Dies deutet auf eine geringe Distanz zwischen diesen Cystein–substituierten Aminosäuren hin. Die Ausbildung der Disulfidbrücke konnte nach Reduktion der Quervernetzung während der Aufreinigung und durch Zugabe von ATP verhindert werden. In funktionellen Studien der P2X2–1 K68C/F291C–Doppelmutante war es entsprechend möglich die Disulfidbrücke reversibel zu reduzierenden. In den Mutantenkanäle exprimierenden Xenopus–Oozyten wurde der geringe Rezeptorstrom durch Reduktion mit DTT ca. 60fach potenziert und dadurch überhaupt messbar gemacht. Die Reoxidation durch H2O2 wurde wie in den biochemischen Experimenten in Anwesenheit von ATP ebenfalls verhindert. Da die Aminosäuren K68 und F291 des P2X1–Rezeptors möglicherweise an der Agonisten–Bindung beteiligt sind, sind diese Ergebnisse die ersten direkten experimentellen Hinweise auf die Aposition von Domänen benachbarter Untereinheiten, die an der Agonisten–Bindung beteiligt sind. Demnach befindet sich die ATP–Bindungstasche an der Grenzfläche zwischen zwei Untereinheiten der P2X–Rezeptoren. Die Koexpression homologer Cystein–substituierter P2X2–, P2X3– und P2X4–Rezeptoren zeigte analog zu den P2X1–Experimenten eine spontane Dimerisierung der P2X2 K69C– und F289C–Mutanten. Eine mäßige Quervernetzung von zwei Untereinheiten der P2X3 K63C– und F280C– sowie der P2X4 K67C– und F294C–Mutanten konnte nach Anwendung einer ca. 0,5 nm langen Cystein–spezifischen quervernetzenden Substanz erreicht werden. Die paarweise Kombination der P2X1–, P2X2–, P2X3–und P2X4–Cystein–Mutanten zeigte selbst nach Anwendung quervernetzender Substanzen nur in der Kombination von P2X1–K68C und P2X2–F289C eine Quervernetzung von zwei unterschiedlichen Untereinheiten eines heteromeren P2X1/2–Rezeptors. Diese Kombination konnte in elektrophysiologischen Messungen durch Reduktion der Disulfidbrücke spezifisch messbar gemacht und somit die Heteromerisierung dieser Untereinheiten eindeutig aufgezeigt werden. Zusammenfassend deutet die geringe Distanz der an der Quervernetzung beteiligten Cystein–Mutationen der P2X1–, P2X2– und homomeren P2X1/2–Rezeptoren auf ein konserviertes strukturelles Motiv dieser P2X–Subtypen hin, welches in P2X3– und P2X4–Rezeptoren nicht konserviert zu sein scheint. Diese Ergebnisse liefern wichtige Hinweise auf die generelle Struktur der P2X–Rezeptoren und werden maßgeblich zur Interpretation einer zukünftigen Kristallstruktur beitragen.
Zahlreiche Arbeiten konnten bislang einen Zusammenhang zwischen Sexualhormonen und dem Glukosestoffwechsel nachweisen. Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit war die Untersuchung, inwiefern Sexualhormone durch eine Verbesserung der Glukosehomöostase durch optimierte Insulinbehandlung bei männlichen und weiblichen Patienten mit Typ 1- und Typ 2-Diabetes beeinflußt werden. Gleichzeitig sollte untersucht werden, ob sich Unterschiede der Sexualhormone zwischen Patienten mit günstiger und solchen mit ungünstiger diabetischer Einstellung zeigen lassen. Als Unterscheidungsparameter wurde hierzu der HbA1c-Wert mit einer Schwelle von 7,0 % verwendet. Im Zeitraum von Januar 2001 bis Oktober 2002 wurden insgesamt 280 männliche und weibliche Patienten mit Typ 1- und Typ 2-Diabetes im Alter von 16 bis 87 Jahren (57 ±14 Jahre, MW ± Std-Abw) untersucht. Das Gesamtkollektiv wurde hinsichtlich Diabetestyp, Geschlecht und bei Frauen dem Menopausenstatus in Subgruppen unterteilt. Die Glukosehomöostase sollte durch individuell optimierte Insulintherapie innerhalb einer 12-tägigen klinischen Intervention mit stationärem Aufenthalt verbessert werden. Innerhalb des Kollektivs fanden sich vor Beginn der Intervention keine signifikanten oder relevanten Korrelationen zwischen den Sexualhormonen und Parametern der Glukosehomöostase. Im Vergleich der Sexualhormone zwischen Patienten mit günstiger und solchen mit ungünstiger diabetischer Voreinstellung fanden sich ebenfalls keine signifikanten und gleichzeitig klinisch relevanten Unterschiede, wohl aber zu den Literaturhinweisen passende auffällige Unterschiede ohne Signifikanz. Obwohl im Verlauf der Intervention alle Gruppen ihren Fruktosaminspiegel durchschnittlich gesenkt und damit als Schlußfolgerung ihre Glukosehomöostase verbessert haben, war der Effekt der Blutzuckerverbesserung auf die Sexualhormonspiegel sehr gering, desweiteren uneinheitlich und zum Teil gegensätzlich, so daß die Frage im Raum steht, ob der Zusammenhang zwischen Glukosehomöostase und Sexualhormonen tatsächlich so eng ist wie zuvor vermutet. Allerdings fanden sich in einigen Subgruppen sehr kleine Fallzahlen und die Ergebnisse dieser Subgruppen sind deshalb eventuell nicht aussagekräftig.
Life-threatening fungal infections are becoming increasingly common for immunocompromised patients such as those with AIDS, or those undergoing organ transplantation or chemotheraphy, as well as for other health-vulnerable patients. Excellent targets for antifungal drugs are chitin synthases, which are essential for survival of the fungus and lacking in humans. To design new antifungal drugs, knowledge of the three-dimensional structure and mechanism of action of chitin synthases are crucial. Chitin synthases are members of an important family of enzymes that synthesize structural polysaccharides, such as cellulose, β(1,3)-glucan, β(1,4)-mannan and hyaluronan. Therefore, chitin synthases could be used as a model system to understand these more complex enzymes, which are also of major medical and commercial importance. Chitin synthase 2 from Saccharomyces cerevisiae (ScChS2), the protein under study, is an integral membrane protein that synthesizes the primary septum between mother and daughter cells in budding yeast. It is essential for proper cell separation and expected to be highly regulated. An important aspect is that ScChS2 shows 55% sequence identity and is functionally analogous to chitin synthase 1 from the human opportunistic pathogen Candida albicans, this enzyme is also essential for cell survival (Munro, Winter et al. 2001). ...
Ein Ziel dieser prospektiven, randomisierten Arbeit war es, das etablierte Verfahren der Kernspintomographie hinsichtlich ihrer Möglichkeiten in der Diagnostik von möglichen retrosternalen und perikardialen Adhäsionen nach medialen Sternotomien und Re-Operationen zu vergleichen. Bei 10 Patienten benutzten wir eine bioresorbierbare mit Sodium - hyaluronat modifizierte, Carboxymethylcellulose und nicht mondifizierte USP glycerol – Membran (CV seprafilm ®) von Genzyme, Cambridge, MA, USA als perikardialen Ersatz. Die anderen 10 Patienten erhielten eine nichtresorbierbare Polytetrafluoroäthylen (PTFE) - Membran (Preclude ®) der Firma Gore, Flagstaff, AZ, USA. In der Kontrollgruppe waren weitere 10 Patienten, die keine Membranen erhielten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 34 Patienten zwischen Januar 2000 und Oktober 2002 nach dem Zufall für das MRI postoperativ innerhalb eines Jahres zugewiesen, um mögliche retrosternale und perikardiale Adhäsionen postoperativ zu beurteilen. Weiterhin sah das Protokoll vor, dass bei 20 Patienten vor dem operativen Eingriff ein MRT durchgeführt wurde, während alle Patienten ein Jahr postoperativ eine MR – Untersuchung bekommen sollten. Da vier Patientenn verstorben waren wurde die MR Untersuchung bei 30 Patienten. Durchgeführt. Die prä- und postoperative MR- Auswertung wurde ohne das Wissen von intraoperativen Resultaten durchgeführt. Die präoperative MR- Auswertung wurde mit dem intraoperativen Befund sowie postoperativ im MRT verglichen. Die Untersuchung wurde mit einem Siemens Magnetom Symphony mit einer Feldstärke von 1,5 Tesla durchgeführt. Das Protokoll sah vor, dass transversale- und sagittale T1- gewichtete und EKG- getriggerte Spin- Echo- Sequenzen, sowie transversale- und sagittale retrospektive Gradienten- Echo- Sequenzen durchgeführt wurden. Wir klassifizierten den Grad der perikardialen Adhäsionen in 5 Gruppen: nicht vorhanden (0), minimale (1), mäßig (2), schwere (3), extrem schwer (4). Die perikardialen Adhäsionen wurden an fünf Positionen gemessen und ausgewertet: entlang der großen Gefäße (Aorta ascendens und A. pulmonalis), am rechten Atrium, an ventralen Wand des rechten Ventrikels, an der Herzspitze und an der diaphragmalen Oberfläche (posterolateral). Zum Zeitpunkt vor der Re- Operation war keiner der 30 Patienten frei von retrosternalen und intrapericardialen Adhäsionen. Die präoperative MR- Auswertung der retrosternalen Adhäsionen korrelierte mit dem intraoperativen Befund, während die prognostizierte Dichte der Adhäsionen ebenfalls visuell gemessen und im MRT bewertet weniger zuverlässig im Vergleich zu den intraoperativen Befunden war. Die post-operativen MR- Ergebnisse der Patienten mit der biologisch resorbierbaren Membran (Seprafilm ®) und der nichtresorbierbaren (Preclude ®) Membran zeigte keinen signifikanten Unterschied zur Kontrollgruppe. Aufgrund der Ergebnisse der prä- und postoperativen MR- Bildgebung sowie der intraoperativen Befunde gehen wir davon aus, dass die Kernspintomographie eine angemessene diagnostische Methode zur Erkennung und zur Lokalisation von retrosternalen perikardialen Adhäsionen darstellt. Basierend auf unseren Ergebnissen kommen wir jedoch zu dem Schluss, dass perikardiale Ersatzstoffe wie biologisch resorbierbare oder nichtresorbierbare Membranen nicht in der Lage sind, Adhäsionsformationen für einen Zeitraum von über einem Jahr zu verringern oder zu vermeiden. Unser Studienergebnis erlaubt es nicht ein abschließendes Urteil über die Effizienz der Membranen zu geben, da wir der Auffassung sind, dass die Adhäsionsformationen möglicherweise nach dem Beobachtungszeitraum von einem Jahr nicht vollständig entwickelt sind. Die sehr viel versprechenden Ergebnisse bei der Verhütung von Adhäsionen mit biologisch resorbierbaren oder nichtresorbierbaren Membranen (PTFE) wurden alle nach einem Beobachtungszeitraum von wenigen Wochen bis zu einem Monat erbracht. Innerhalb dieser kurzen Zeit eignet sich der Stellvertreter vor allem der biologisch resorbierbaren Membran mit Natriumhyaluronat und Carboxymethylcellulose zur Verhinderung von Adhäsionen. Diese Tatsache ist von Vorteil für Operationen mit der Notwendigkeit des kurzfristigen reoperativen Eingriffes z.B. im Bauch- oder sogar Perikardraum, die jedoch innerhalb einer berechenbaren gewissen Zeit entfernt werden können. Die PTFE Membranen zeigt jedoch einen festen Aufbau einer Schicht zwischen dem Brustbein und dem Herz. Auf diese Weise bildet sie eine Art Schutzschild auf der Oberfläche des Myokards. Im Bezug auf unsere Erfahrung stellt dies einen deutlichen Vorteil im Falle von Resternotomie dar. Andererseits zeigen die nichtresorbierbaren Membranen wie als auch die biologisch resorbierbaren Membranen keine Verringerung und Vermeidung von Adhäsionen für einen längeren Zeitraum. Deshalb sehen wir eine klare Notwendigkeit von Langzeitstudien mit größeren Studienkollektiven, um die bisher angenommenen Vorteile dieser Art von Membranen im Hinblick auf ihre Fähigkeit zur langfristigen Adhäsionsprophylaxe zu untersuchen. Dies gilt besonders in der Herzchirurgie, wo retrosternale und perikardiale Adhäsionen für ein hohes Risiko für Re-Operationen maßgeblich sind. Weiterhin erwiesen sich die MRT – Untersuchungen in unserer Studie als klinisch gut einsetzbares Verfahren zur Beurteilung von Adhäsionen, des Retrosternalraums und der Morphologie des Herzen, während sich als Nachteil der deutlich höhere Kostenfaktor im Vergleich zur konventionellen Röntgenuntersuchung anführen lässt.
Untersuchung möglicher Wege zur Präparation von Nioboxynitriden mittels thermischer Kurzzeitprozesse
(2008)
In dieser Arbeit wurden mögliche Wege zur Präparation von Nioboxynitriden mittels thermischer Kurzzeitprozesse (Rapid Thermal Processing (RTP)) in dünnen Metallfilmen untersucht. Die dafür verwendeten Nb-Filme wurden mittels Magnetronsputtern auf ein thermisch oxidiertes Siliziumsubstrat (SiO2/Si-Substrat) aufgebracht. Die SiO2-Schicht hatte eine Dicke von 100 nm und soll die unerwünschte Reaktion zwischen Si und Nb vermeiden, welche zur Bildung von Niobsiliziden bei der RTP-Temperung führen kann. Um Nioboxynitride zu präparieren wurden Nb-Filme in mehreren Schritten mittels RTP behandelt. Durch die Variation der Ansatzreihenfolge (Oxidation und Nitridierung), der Reaktionsgase (O2, N2, NH3), der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit sowie der Schichtdicke der Proben wurde die Möglichkeit der Bildung von Nioboxynitriden untersucht. Es stellte sich heraus, dass die Bildung von Nioboxynitriden bei der Nitridierung der Nb2O5-Filme in Ammoniak erfolgt. Die Nb2O5-Filme wurden durch die Oxidation der as-deposited Nb-Filme im molekularem Sauerstoff bei 450 °C (nach 5 min Oxidation) bzw. bei 500 °C (nach 1 min Oxidation) hergestellt. Die gebildete Nb2O5-Phase wurde dem orthorhombischen beta-Nb2O5 zugeordnet. Die Oberfläche der Nb2O5-Filme zeigte Rissbildung sowie sichtbare Delamination bzw. Ablösung der Nb-Filme vom Substrat. Dies wird durch das Stressaufkommen im Film bei der direkten Oxidation des as-deposited Films im O2-Strom erklärt. Das Stressaufkommen wird durch eine starke Ausdehnung des Kristallgitters von Niob bei der Bildung des Nb2O5 sowie durch eine hohe Oxidationsrate des as-deposited Nb-Films in O2 hervorgerufen. Das Herabsetzen der Oxidationsgeschwindigkeit verringerte den Stress zwischen dem Metall und Niobpentoxid und verbesserte die Oberflächenqualität des Films nach der Temperung. Eine Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit wurde durch die Änderung der Ansatzreihenfolge erreicht. Die Oxidation der vorher nitridierten Nb-Filme führte zu einer langsameren Bildung des Nb2O5 im Vergleich zu den Filmen, die einer direkten Oxidation im O2-Strom ausgesetzt wurden. Dies wurde durch die Barrierefunktion der bei der Nitridierung gebildeten Niobnitride gegen den eindiffundierenden Sauerstoff hervorgerufen. Bei der Oxidation wurde die Diffusion des Sauerstoffes im nitridierten Film durch den Stickstoff gehemmt, was zu einer Abnahme der Oxidationsgeschwindigkeit und somit zu einer langsameren Bildung des Nb2O5 führte. Die Oxidation der zuvor nitridierten Filme führte zu wesentlich niedrigerem Stress zwischen dem Niob und den gebildeten Oxidphasen als zwischen dem Niob und dem Niobpentoxid bei der direkten Oxidation des Niobs in molekularem Sauerstoff. Die weitere Nitridierung der Filme, bei denen bei der Oxidation der bereits nitridierten Filme die Bildung nur einer Nb2O5-Phase erfolgte, führte zur Bildung von zwei Phasen: Nb4N3 und NbxNyOz. Die Zusammensetzung des gebildeten Nioboxynitrides entspricht am wahrscheinlichsten einer Zusammensetzung von NbN0.6O0.2. Sowohl die 200 als auch 500 nm-Filme zeigten nach der dreifachen Temperung eine hohe Porosität. Die hohe Porosität der Probe wurde durch Gasbildung und -diffusion (H2, H2O) im Innern des Films bei der Temperung des Nb2O5-Films in NH3 verursacht. Die EFTEM/EELS-Untersuchungen zeigten, dass sich beim dünnen 200 nm-Film zwei ausgeprägte Zonen (an der Oberfläche – Nb4N3, im Bulk bzw. am Interface – NbxNyOz) gebildet haben. Beim 500 nm-Film zeigte sich, dass die stickstoffhaltigen sowie stickstoff- und sauerstoffhaltigen Zonen, welche entsprechend Nb4N3 und NbxNyOz zugeordnet wurden, im ganzen Film ziemlich gleichmäßig verteilt sind. Ein Hinweis auf die Bildung eines Nioboxynitrides durch die Nitridierung der unvollständig oxidierten Nb-Filme im molekularen Stickstoff wurde nicht gefunden. Bei diesen Temperungen erfolgte die Bildung von unterschiedlichen Oxid- und Nitridphasen. Es wurde festgestellt, dass die Oxidation sowie die Nitridierung der Nb-Filme zu einem texturierten Wachstum der gebildeten Phasen führten. Die SiO2-Schicht auf dem (100)-orientierten Silizium wirkte sich auf das Schichtwachstum des auf das Silizium aufgebrachten Niobs aus und beeinflusste die Kristallstruktur der entstandenen Nb-Schicht und der bei den RTP-Temperungen gebildeten Phasen. Bei dünnen Schichten, wirkt sich dieser Effekt stärker aus, da der Einfluss des Substrates mit wachsender Schichtdicke abnimmt. Die bei der Oxidation gebildeten Nioboxide stellten eine starke Diffusionsbarriere für den bei der Nitridierung eindiffundierenden Stickstoff dar, was zur Aufstauung von Stickstoff in den an der Oberfläche liegenden Filmschichten führte. Die Analyse der erhaltenen SIMS-Daten zeigte, dass bei der Nitridierung der bereits oxidierten Filme die Diffusion des Stickstoffes zwei gleichzeitig ablaufende Prozesse verursacht. Von einer Seite verdrängt der eindiffundierende Stickstoff den Sauerstoff aus dem Film. Andererseits führt die Diffusion des Stickstoffes aufgrund des Schneepflug-Effekts zur Aufstauung des Sauerstoffes in den tiefliegenden Bereichen des Films. Gleichartige Diffusionsprozesse wurden bei der Oxidation der bereits nitridierten Filme beobachtet. Die Nioboxide, welche am Interfacebereich detektiert wurden, bildeten sich durch die Reaktion zwischen Niob und dem aus der SiO2-Schicht ausdiffundierenden Sauerstoff. Die Gegenwart der schon vorhandenen Nioboxide hemmte allerdings die Ausdiffusion des Sauerstoffes aus der SiO2-Schicht des Substrates im Vergleich zu den unoxidierten Filmen.
Entnahmestrategien für subgingivale Plaqueproben mittels semiquantitativer Polymerasekettenreaktion
(2008)
Von den etwa 700 verschiedenen Bakterienarten, die die Mundhöhle besiedeln, können etwa 300 Arten subgingival gefunden werden (Paster et al. 2001, 2006), und von diesen sind einige besonders häufig mit parodontaler Destruktion assoziiert (Socransky et al. 1998]. Die wichtigsten Keime sind: Aggregatibacter (früher: Actinobacillus) actinomycetemcomitans (Nørskov-Lauritsen & Kilian 2006), Tannerella forsythia, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia und Treponema denticola (Socransky et al. 1998). Verschiedene Untersuchungen konnten zeigen, dass A. actinomycetemcomitans (AA) in der Ätiologie von aggressiven Parodontalerkrankungen eine besondere Bedeutung zukommt (Bragd et al. 1985). Zahlreiche Untersuchungen konnten zeigen, dass eine mit AA assoziierte Parodontitis durch eine rein mechanische Entfernung des Biofilms von der Wurzeloberfläche nicht zuverlässig erfolgreich behandelt werden kann (Christersson et al. 1985, Kornman & Robertson 1985, Mombelli et al. 1994). Für die Entscheidung, ob zusätzlich zur mechanischen antiinfektiösen Therapie systemisch Antibiotika gegeben werden sollen, hat der Nachweis von AA also Bedeutung. Je nachdem, welche Komplexe subgingivaler Mikroorganismen sich nachweisen lassen, werden unterschiedliche Antibiotikaregime vorgeschlagen (Beikler et al. 2004). Ziele dieser Studie: Vergleich von Nachweishäufigkeit und Keimzahl nach Auswertung von gepoolten subgingivalen Plaqueproben mittels semiquantitativer PCR aus den tiefsten Taschen jedes Quadranten bzw. Sextanten. Methode: Es wurden 50 Patienten, die sich zur systematischen Parodontitistherapie in der Praxis von Dr. Matthias Mayer, MSD, Arndtstr. 14, 60325 Frankfurt, vorstellten und bei denen eine aggressive oder generalisierte schwere chronische Parodontitis diagnostiziert wurde, für diese Studie rekrutiert. Fur die Probenentnahme wurden jeweils die parodontalen Taschen mit der hochsten Sondierungstiefe eines jeden Quadranten ausgewahlt. Existierten mehrere solche Stellen mit gleichem Attachmentverlust, wurde die Stelle gewahlt, die Zeichen einer aktiven Entzundung, wie Bluten auf Sondieren oder Suppuration aufwies. Nach relativer Trockenlegung mittels Watterollen wurden jeweils 2 sterile Papierspitzen gleichzeitig an den ausgewahlten Stellen nach subgingival platziert und fur 20 Sekunden belassen. Anschliesend wurde jeweils eine Papierspitze von jeder Stelle in eines von 2 Transportgefasen gegeben, so dass fur denselben Patienten 2 gepoolte Proben von denselben Stellen entstanden (MT4). Anschliesend wurden von den tiefsten Stellen jedes der bisher nicht berucksichtigten Sextanten mittels jeweils einer Papierspitze in der oben beschriebenen Weise Plaqueproben entnommen. Diese beiden Papierspitzen wurden in eines der beiden Transportgefase gegeben (MT4¡÷MT6). Zur Analyse fur das Vorliegen von A. actinomycetemcomitans (AA), T. forsythia (TF), P. gingivalis (PG), P.intermedia (PI), T. denticola (TD), P. micros (PM), F. nucleatum (FN), C. rectus (CR), E. nodatum (PN), E. corrodens (EC), und Capnocytophaga species (CS) wurden die Proben mit einem kommerziellen PCR-DNS-Sondentest ausgewertet. (micro-IDent„µplus, Hain Lifescience GmbH, Hardwiesenstrase 1, 72147 Nehren, Deutschland). Nachweisrate und Klassifikation (0-4) der Bakterienmenge der MT4- und der MT6-Ergebnisse werden mittels Wilcoxon-Test fur verbundene Stichproben verglichen. Ergebnisse: Die Nachweisrate lag bei den MT6 Patienten bei folgenden untersuchten Bakterien: AA (MT4/MT6): 12%/16%, PG: 78%/80%, TF: 88%/94%, PI: 44%/46%, FN: beide 100%, CR: 80%/84%, und EC: 86%/88% höher als die Werte aus den Ergebnissen der MT4 analysierten Proben. Die Werte für die Spezies: TD (92%/88%), PM (74%/70%), PN (64%/56%), und CS (64%/52%) waren bei den MT4 Patienten höher. Keiner der vergleichenden Werte ergab einen statistisch signifikanten Unterschied. Schlussfolgerung: Die Nachweisrate von Aggregatibacter actinomycetemcomitans (AA), Porphyromonas gingivalis (Pg) und Tannerella forsythia (Tf) war statistisch insignifikant höher bei der Probenentnahme aus der tiefsten Tasche jedes Sextanten(MT6) eines Patienten mit unbehandelter Parodontitis als die Entnahme von nur vier Stellen (MT4). Jedoch ergaben die Werte keinen statistisch signifikanten Unterschied. Das bedeutet, die gepoolte Analyse subgingivaler Plaque ist mit 4 Entnahmestellen genauso verlässlich wie mit 6 Entnahmestellen um Parodotalpathogene bei einem Patienten nachzuweisen. PG, TF, TD, PI, FN, CR, und EC sind in 80 bis 100% aller Patienten mit unbehandelter aggresiver und generalisiert schwerer chronischer Parodotitis nachweisbar.
Visual working memory (WM) and selective attention are fundamental cognitive mechanisms, both operating at the interface between perception and action. They are related because both are postulated to have limits with respect to how much information can be processed. Specifically, selective attention has been implicated as a limiting factor for the storage capacity of visual WM. However, visual WM and attention have been largely studied in isolation and interactions between the two have rarely been addressed. This dissertation aimed at investigating interactions between selective attention and the encoding of information into visual WM in the context of one common characteristic feature, namely their limitation in capacity. An experimental task was used that combined visual search with delayed discrimination and the demands on selective attention and WM encoding were manipulated orthogonally. In each trial participants were presented with a search array consisting of nine different grey geometric shapes. A small L-shaped item that appeared in one of four different orientations and that was coloured either blue or red was placed in the centre of each shape. Participants were instructed to search for predefined target items (Ls oriented 90°) and to memorise the shapes associated with these target items. After a delay phase a probe was presented and participants decided whether it did or did not match one of the memorised shapes. Attentional demand was manipulated by changing the search efficiency in the visual search component of the task (easy vs. difficult search) and WM load was manipulated by the number of targets (1 to 5). A behavioural study was conducted to isolate the processes that allowed participants to successfully encode complex shapes into WM while engaging spatial attention for a visual search task. The data provided evidence for a two-step encoding strategy. In the first step participants selected and memorised only the locations of all target items and only then they encoded the associated shapes at a later step. This strategy allowed them to cope with the interference between WM and attention that would otherwise take place. In the second part of this dissertation interference between visual attention and the encoding into visual WM was investigated on the level of neural activation using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Specifically, the hypothesis was tested that the capacity limitation of visual WM is due to common limited-capacity neural resources shared by visual WM and attention. Two separate fMRI experiments were conducted that combined visual search and delayed visual discrimination for either objects (experiment 1) or locations (experiment 2). The results revealed overlapping activation for attention-demanding visual search and object WM encoding in distributed posterior and frontal regions. In the right prefrontal cortex and bilateral insula BOLD activation additively increased with increased WM load and attentional demand. Conversely, the analysis revealed an interaction effect in several visual, parietal, and premotor areas. These regions showed overlapping activation for the two task components and were severely reduced in their WM load response under the condition with high attentional demand. This interaction effect was found in similar frontal and posterior regions when combining visual search and spatial WM encoding in experiment 2. In contrast, regions in the prefrontal cortex were selectively responsive to WM load and differed to some degree depending on the WM domain. Here, activation associated with increased WM load was delayed rather than reduced under high attentional demand. The fMRI results provide convergent evidence that visual selective attention and the encoding of information into WM share, to a high degree, common neural resources. The findings indicate that competition for resources shared by visual attention and WM encoding can limit processing capabilities in distributed posterior brain regions but not the prefrontal cortex. The findings support the view that WM evolves from the recruitement of attentional mechanisms (Cowan, 2001; Wheeler und Treisman, 2002) the very same that act upon perceptual representations as well (Slotnick, 2004; Jonides et al., 2005; Pasternak and Greenlee, 2005; Postle, 2006; Ranganath, 2006). The similarity in the effects of interference between attention and the encoding of objects or locations into WM indicates that the attention-based model of WM encoding is valid across different WM domains. The capacity of visual WM can be limited at various stages of processing. The behavioural and fMRI data presented in this dissertation illustrate that one major bottleneck of information processing arises from the common demands on neural and cognitive resources shared between visual WM and selective attention during the encoding stage.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zwei unterschiedliche regenerative Therapieverfahren, nämlich Emdogain® (SMP) und Emdogain® in Kombination mit Straumann BoneCeramic® (SMP/SBC), anhand von prä- und postoperativen, standardisierten Röntgenbildern auf ihre röntgenologisch sichtbare Defektauffüllung von ein- und zweiwandigen infraalveolären Defekten hin zu vergleichen. In fünf über Deutschland verteilten Zentren wurden in einer randomisierten, kontrollierten Doppelblindstudie 68 Patienten therapiert, 33 Fälle mit SMP allein und 35 mit SMP/SBC. Die präoperativen und postoperativ nach einem Zeitraum von zwölf Monaten erstellten Röntgenbilder wurden mittels Flachbettscanner digitalisiert und mit dem Programm SIDEXIS® ausgewertet. Zur Vermeidung von Fehlinterpretationen wurde die Vorgehensweise des Untersuchers zur Bestimmung der Messwerte vor der Studie anhand von 20 Röntgenaufnahmen einer anderen Studie auf den Leiter der Untersuchung kalibriert. Bestimmt wurden die Messstrecken Schmelz-Zement-Grenze /Restaurationsrand (SZG/RR) zum Defektboden (DB), SZG/RR zum Limbus alveolaris (LA) sowie INFRA. INFRA stellt die Distanz zwischen DB und einer horizontalen Hilfslinie durch den koronalsten Punkt des Alveolarfortsatzes (M3) dar. Schließlich wurde der Defektwinkel (< M3-DB-SZG/RR) bestimmt. Der durchschnittliche Knochenabbau (SZG/RR-DB) der mit SMP/SBC operierten Defekte lag vor der Therapie bei 9,77 ± 3,19 mm und der nur mit SMP behandelten Defekte bei 10,07 ± 2,47 mm. Zwölf Monate nach Therapie konnte eine 13,9 %ige knöcherne Defektauffüllung für Emdogain® allein und 18,1 % für die Kombinationstherapie ermittelt werden. Bezogen auf die infraalveoläre Komponente (INFRA) ist in der Kombinationsgruppe eine 37 %ige (2,19 ± 2,21 mm) und in der SMP-Gruppe eine 26 %ige (1,49 ± 1,89 mm) knöcherne Defektauffüllung erreicht worden. Innerhalb einer Gruppe war die Defektwinkelvergrößerung im Vergleich mit den Ausgangswerten statistisch signifikant, im Gruppenvergleich jedoch nicht. Eine unabhängige statistische Analyse der Ergebnisse mit Hilfe des Wilcoxon- und Mann-Whitney-U-Tests konnte in beiden Gruppen eine statistisch signifikante, wenn auch geringe knöcherne Veränderung des Limbus alveolaris sowie eine Defektwinkelvergrößerung belegen. Diese wurden als Zeichen einer Defekt füllenden, knöchernen Heilung gewertet. Des Weiteren wurde anhand einer multiplen Regressionsanalyse der Einfluss der einzelnen Variablen auf die knöcherne Auffüllung untersucht, wobei sich zeigte, dass die präoperative Größe des infraalveolären Defektes (INFRA) sich statistisch signifikant positiv auf die Defektauffüllung auswirkt. Ein signifikanter Vorteil der Kombinationstherapie gegenüber der alleinigen Anwendung von Emdogain® konnte nicht nachgewiesen werden. Abschließend muss erwähnt werden, dass röntgenologische Studien zur Bewertung regenerativer Verfahren nur als Teilaspekt gewertet werden können. Als Beweis für eine echte Regeneration im Sinne einer Neuformation von Zement, parodontalem Ligament und Knochen sollten röntgenologische Auswertungen mit klinischen Ergebnissen und histologischen Untersuchungen kombiniert werden.
Structural analysis of the enzyme N-formylmethanofuran:tetrahydromethanopterin formyltransferase
(2008)
Archaea represent a third domain of life and some archaea exhibit a high degree of tolerance to extreme environmental conditions. Several members are methanogens and present in many anaerobic environments. Most methanogens are able to maintain growth simply on H2 and CO2 via the enzymatically catalyzed reaction 4H2 + CO2 > CH4 + 2 H2O. The archaeon Methanopyrus kandleri grows optimally at temperatures of 84°C to 110°C, pH values of 5.5 to 7.0 and NaCl concentrations 0.2% to 4%. The enzyme N-formylmethanofuran tetrahydromethanopterin formyltransferase (MkFTR) catalyzes the transfer of a formyl group from the cofactor N-formylmethanofuran (FMF) to the cofactor tetrahydromethanopterin (H4MPT), the second step of the above reaction. X-ray crystallographic analysis yielded insights into the structure and function of MkFTR, (1) the MkFTR monomer exhibits a pseudo-two fold structure suggestive of an evolutionary gene duplication. (2) The structure is a D2 homo-tetramer with prominent cleft-like surface features. Analysis of the interface contacts showed that the tetramer is best described as a dimer of dimers. The clefts were associated with the monomer:monomer interface and were weakly occupied by extra electron density which might be attributed to the H4MPT analog folate. (3) This suggested that the clefts are active sites and their association with oligomer interfaces suggested a basis for the dependence of activity on oligomerization. (4) The thermal stability of MkFTR most likely arises from the greater number of H- and ionic-bonds within the monomer and between monomers with respect to mesophilic protein structures. (5) The structure showed a large number of surface exposed negatively charged, glutamate and aspartate residues. These residues explain the salt dependent oligomerization, as only at high enough salt concentration is the electrostatic charge compensated by cation binding and neutralized allowing oligomerization. (6) These residues also improve the solubility of MkFTR at high salt concentration by increased charge repulsion. (7) Comparison of MkFTR structures from low and hight salt conditions showed that surface glutamate residues bind slightly more water molecules at high salt conditions further contributing to MkFTR solubility at high salt concentration.
Die Verwendung von transkriptionellen Elementen des FXIIIA Gens zur Erhöhung der FVIII-Expression in megakaryozytischen und monozytischen Zellen. Berücksichtigt man den direkten Zugang zum Blutstrom, den immunologischen Hintergrund und die Beteiligung an der Blutgerinnung, wären Megakaryozyten und monozytische Zellen optimale Zielzellen für eine Gentherapie der Hämophilie A. Dennoch waren die Versuche, rFVIII in primären hämatopoetischen Zellen unter Verwendung eines CMV-Promoters zu exprimieren, bisher nicht effektiv. Ein Teil des Fehlschlagens wird der nur unzureichenden Transkription der CMVPromoter in hämatopoetischen Zellen zugeschrieben. Um die FVIII-Expression in hämatopoetischen Zellen zu verbessern, wurden regulatorische Elemente des FXIIIA-Gens in die FVIII-Expressionsvektoren einkloniert. Die Enhancer-Region (enh) und die 5’untranslatierte Region des FXIIIAGens wurden, einzeln und in Kombination, vor dem CMV-Promoter des Expressionplasmids pcDNA3.1 einkloniert. Zusätzlich zu den verstärkenden Elementen und den Promotern wurden sowohl B-Domänen-deletierter FVIII (BDD FVIII) als auch die Vollversion des FVIII („full length“ FVIII) in die Expressionsplasmide eingebaut. Die fertigen Vektoren wurden in die megakaryozytische Zelllinie K562, die humane embryonale Nierenzelllinie 293T und in CD14-Monozyten transfiziert. Als Methoden dienten die Elektroporation (Amaxa) und die Lipofektion (FuGene 6). Die Transduktionseffizienz wurde über fluoreszierende Proteine (EGFP-cDNA [N2]) gemessen, deren Sequenz in die Zellen als Kontrolle mittransfiziert wurde. Die FVIII-Expressionslevel wurden über chromogene Assays und RT-PCR analysiert. Mit dieser Studie war es uns möglich zu zeigen, dass die FVIII-Expressionsrate unter Verwendung der 5’untranslatierten Region des FXIIIA-Gens in Megakaryozyten und monozytischen Zellen signifikant gesteigert werden kann.
Die 5-Lipoxygenase (5-LO) ist das Schlüsselenzym bei der zellulären Leukotriensynthese. Sie katalysiert zunächst die Umwandlung von AA zu 5-Hydroperoxyeicosatetraensäure (5-HPETE) und als zweiten Schritt die Dehydratisierung der 5-HPETE zum instabilen Epoxid Leukotrien A4 (LTA4). Leukotriene sind wichtige Mediatoren bei Entzündungsprozessen und allergischen Reaktionen. Die 5-LO besteht aus zwei Domänen, einer N-terminalen regulatorischen Domäne (AS 1-121) und einer C-terminalen katalytischen Domäne (AS 120-673). Die katalytische Domäne besteht hauptsächlich aus a-Helices, die regulatorische hingegen hat fast ausschließlich b-Faltblätter als Sekundärstrukturelemente. Mit ihrem aus acht Faltblättern bestehenden antiparallelen b-Sandwich hat sie Ähnlichkeit mit einer C2- Domäne. Sie besitzt eine Ca2+-Bindungsstelle und ist maßgeblich bei der Bindung des Enzyms an Membranen beteiligt. Für einige Inhibitoren und zelluläre Faktoren existieren Hinweise, dass sie an die C2-ähnliche Domäne der 5-LO binden, die direkten Beweise fehlen jedoch. Die katalytische Domäne enthält das aktive Zentrum mit einem prosthetischen Eisen und drei Phosphorylierungsstellen. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal erfolgreich eine Methode zur Überexpression und Aufreinigung der regulatorischen Domäne in E. coli entwickelt, die eine große Ausbeute des Zielproteins erbringt. In einer einfachen one-step Aufreinigung können bis zu 80 mg Fusionsprotein aus MBP und der regulatorischen Domäne der 5-LO (MBP-5LO1-128) pro Liter Expressionskultur gewonnen werden. Ein Verdau mit TEV-Protease führt zur effizienten Abspaltung des MBP. Die weitere Aufreinigung mit hydrophober Interaktionschromatogragphie ergibt eine Ausbeute von 3,4 mg reiner regulatorischer Domäne. Dabei weisen sowohl das Fusionsprotein, als auch die abgespaltene regulatorische Domäne eine Reinheit von über 95% auf. Leider ist die momentan erreichbare Konzentration der reinen regulatorischen Domäne noch nicht ausreichend, um damit NMR-Messungen zur Strukturaufklärung durchführen zu können. Es konnte bestätigt werden, dass die katalytische Domäne der 5-LO alleine nicht zu einer Umsetzung von Arachidonsäure in der Lage ist. Der Verlust der enzymatischen Aktivität ist vermutlich nicht auf eine Fehlfaltung der Proteindomäne zurückzuführen. Die korrekte Faltung der katalytischen Domäne konnte durch eine - wenn auch schwache - Bindung der Domäne an ATP gezeigt werden konnte. Die Zugabe von regulatorischer Domäne zu rekombinanter, aufgereinigter WT 5-LO hat unter gewissen Bedingungen (Abwesenheit von PC) einen stimulierenden Effekt auf die Aktivität des Gesamtenzyms. Dieser Effekt könnte durch eine „Dimerisierung“ der regulatorischen Domäne mit WT 5-LO hervorgerufen werden. In Gegenwart von PC ruft die regulatorische Domäne eine Hemmung der 5-LO-Aktivität hervor. Außerdem ist MBP-5LO1-128 (im Gegensatz zu MBP alleine) in der Lage, das Zwischenprodukt der 5-LO, 5-HPETE, in einer 1:1 Reaktion zu reduzieren. Diese Fähigkeit könnte zur Unterdrückung einer Selbstaktivierung der 5-LO physiologisch bedeutend sein. Interessant ist, dass die Reduktion in Anwesenheit von Ca2+, PC oder PC und Ca2+ deutlich verringert war. Ca2+ führte vor allem in Abwesenheit von PC zu einer deutlichen Verminderung der 5-HPETE-Reduktion. In Gegenwart von PC zeigt Ca2+ nur einen minimalen Einfluss auf die 5-HPETE-Reduktion. Es existieren deutliche Hinweise für eine Konformationsänderung von C2-Domänen durch Ca2+-Bindung [105; 106]. Geht man davon aus, dass dies auch für die C2-ähnliche Domäne der 5-LO zutrifft, erklärt sich damit die Verminderung der 5-HPETE-Menge in Gegenwart von Ca2+. Es ist gut vorstellbar, dass eine Ca2+-induzierte Konformationsänderung zu einer schlechteren Zugänglichkeit der für die Reduktion wichtigen Aminosäureseitenketten führt. Die Anwesenheit von PC führte zu einer noch stärkeren Hemmung der 5-HPETEReduktion, als die Zugabe von Ca2+. Die Beobachtung, dass 5-HPETE in Anwesenheit von PC teilweise vor einer Reduktion geschützt wird, ist in Übereinstimmung mit Ergebnissen von Rakonjac [62]. Vermutlich werden die, für die Reduktion wichtigen Aminosäureseitenketten bei Bindung der Domäne an die PC-Micellen teilweise verdeckt. Cystein 99 könnte eine Rolle bei dieser Reaktion spielen. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass es bei der Reduktion von 5-HPETE nicht zu einer maßgeblichen Ausbildung von Disulfidbrücken kommt. Vorstellbar wäre die Ausbildung einer Hydroxysulfonylgruppe am Cystein. Eine Beteiligung von Cystein 99 wird durch die Ergebnisse des Dockings von 5-HPETE an das Homologiemodell der 5-LO und experimentelle Daten aus anderen Arbeiten (M. Hörnig, O. Rådmark) unterstützt. Um den genauen Mechanismus aufzuklären und die physiologische Relevanz zu zeigen sind weitere umfassende Untersuchungen nötig. Um eine Bindung von Hyperforin, LP 121, C06 und B02 an die regulatorische Domäne zu untersuchen wurde ein Kompetitionsassay entwickelt. Dabei wurde rekombinante, aufgereinigte 5-LO mit dem entsprechenden Inhibitor versetzt und dann versucht, die Hemmung mit Hilfe der regulatorischen Domäne aufzuheben. Greift der Inhibitor an der regulatorischen Domäne an, so sollte die Zugabe von MBP-5LO1-128 bewirken, dass ein Teil des Inhibitors an die regulatorische Domäne bindet, er sich somit nicht mehr an der 5-LO befindet und seine Wirkung vermindert wird. Um sicher zu gehen, dass die beobachteten Effekte nicht artifiziell sind, wurde ein Inhibitor, der an der katalytischen Domäne der 5-LO angreift als Negativkontrolle für den Assay benutzt. Für diesen Zweck wurde der Eisenligandinhibitor Zileuton ausgewählt. Es ist bekannt, dass Zileuton das Eisen im aktiven Zentrum der 5-LO chelatiert und nicht an die regulatorische Domäne bindet. Die Hemmung von Zileuton konnte erwartungsgemäß durch Zugabe der regulatorischen Domäne nicht aufgehoben werden. Hyperforin und B02 zeigten eine deutlich verminderte 5-LOHemmung bei steigender Menge an MBP-5LO1-128. Die Hemmung durch LP 121 und C06 wurde nicht von der regulatorischen Domäne beeinflusst. Es konnte also ein effektives und einfaches Screeningverfahren zur Untersuchung der Bindung von 5-LO-Inhibitoren an die regulatorische Domäne entwickelt werden, mit der Einschränkung, dass der Assay nur für den Nachweis einer reversiblen Bindung von Inhibitoren an die regulatorische Domäne tauglich ist. Dieser Assay wird sich in Zukunft als wichtiges Tool bei der Suche nach neuen 5-LO-Inhibitoren erweisen, da die Substanzen mit einem direkten Angriff des aktiven Zentrums bisher nicht zu effektiven und nebenwirkungsarmen Arzneimitteln geführt haben.
In the first part of this study, we have identified the two steroid hormones progesterone and norgestimate as novel TRPC channel blockers. Both substances blocked TRPC-mediated Ca2+ influx with micromolar activities in fluorometric measurements. TRPC channel inhibition did not seem to be a general steroid effect since another progestin, the norgestimate metabolite levonorgestrel, was not effective. Norgestimate was 4- to 5-fold more active on the TRPC3/6/7 subfamily compared to TRPC4/5, whereas progesterone was similarly potent. This selectivity of norgestimate was confirmed by patch clamp recordings. As norgestimate blocked channels directly gated by DAG with a fast kinetic, we assume the compound acts on the channel protein itself. This view was further substantiated by the lack of effects on IP3R-mediated Ca2+ release from the endoplasmic reticulum, which is activated in parallel with TRPCs by Gq/11-coupled receptor stimulation. Norgestimate did not only block ectopically expressed TRPC channels but also native, TRPC-mediated currents in rat aortic smooth muscle cells with similar activity. The usefulness of norgestimate as a tool compound for the investigation of physiological TRPC functions was tested in isolated vessel rings. Consistent with TRPC6 being an essential component of the alpha-1-adrenoceptor-activated cation channel, we demonstrated a direct vasorelaxant, endothelium-independent effect of norgestimate on rat aortic rings precontracted with phenylephrine. Thus, our results provide further experimental support for a role of TRPC6 in alpha-1-adrenergic vessel constriction. In the second part of this study, we screened a human aorta cDNA-library for novel TRPC4-interacting proteins with a modified yeast two-hybrid (Y2H) system in which the TRPC4-C-terminus was expressed as tetrameric bait protein, thereby mimicking the native channel conformation. Of the eleven interacting proteins found SESTD1 was chosen for further analyses since it contains a phospholipid-binding Sec14p-like domain and thus could be involved in regulation of TRPC channels by phospholipids. After the biochemical validation of the found interaction, the first spectrin domain of SESTD1 was then identified to interact with the CIRB domain of TRPC4 in directed Y2H tests. SESTD1 also co-immunoprecipitated with the closely related TRPC5 protein in which the SESTD1-binding domain is highly conserved. Independent of the CIRB site, co-immunoprecipitation with TRPC6 and the distantly related TRPM8 channel was observed indicating the existence of other sites in these channel proteins that mediate interaction with SESTD1. Analysis of SESTD1 gene expression in human tissues showed that its transcripts are ubiquitously expressed and tissues with significant coexpression with TRPC4 and -5 were identified. We have generated two polyclonal antisera directed against SESTD1 that consistently detected SESTD1 protein in brain, aorta, heart, and in smooth muscle and endothelial cells. The functional consequences of the found interaction were investigated by examination of the TRPC5-mediated Ca2+ influx in a clonal HM1 cell line stably expressing the channel. Since SESTD1 overexpression had no detectable effects on TRPC5-mediated Ca2+ influx, most likely due to expression of endogenous SESTD1, we knocked-down the native protein with specific siRNA. This procedure reduced TRPC5-mediated Ca2+ influx following receptor stimulation by 50%. Parallel biotinylation experiments did not reveal any differences in cell surface expressed TRPC5-protein, suggesting that reduction of TRPC5 activity resulted from a loss of a direct SESTD1 effect on the channel. In addition, in immunofluorescence experiments we observed that reduced SESTD1 protein levels resulted in a redistribution of the multifunctional protein ß-catenin from the plasma membrane to the cytosol. This result may point to an involvement of SESTD1 in formation and maintenance of adherens junctions. SESTD1 contains a phospholipid-binding Sec14p-like domain and we were the first to demonstrate its Ca2+-dependent binding to phosphatidic acid and all physiological phosphatidylinositol mono- and bisphosphates in vitro. The physiological function of this binding activity is not known at present, but it could play a role in regulation of associated TRPC channels. TRPC4 and -5 channels are activated by phospholipid hydrolysis and also bind phospholipids directly. The identification of SESTD1 as novel TRPC-interacting protein could thus be an important step forward in the investigation and better comprehension of the complex molecular mechanisms of TRP channel regulation by lipids.
Die extrakorporale Zirkulation ist mit einer Reihe inflammatorischer Reaktionen und dadurch verursachten pathologischen Veränderungen verschiedener Organsysteme verbunden. {2}{17}{40}-{42}{56}{57} Dies wird zu einem großen Teil durch die Aktivierung der Leukozyten nach dem Kontakt mit der Fremdoberfläche der EKZ und nachfolgender Ausschüttung von Entzündungsmediatoren vermittelt. {36}-{38} Die freigesetzten proteolytischen Enzyme der Leukozyten rufen eine pathologische Hyperpermeabilität des Endothels mit massiver Einschwemmung neutrophiler Granulozyten ins Gewebe und möglicher Parenchym- und Organschädigung hervor. {2}{17}{56}{57} Um diese inflammatorische systemische Reaktion (SIRS) zu verringern, wurden Versuche unternommen, den Aufbau und die Fremdoberfläche der Herz-Lungen-Maschine biokompatibler zu gestalten. {3}-{9}{18}-{23} Ebenfalls wurden im Rahmen klinischer Studien Therapieansätze auf pharmakologischer Ebene evaluiert. {10}-{13}{15}-{17} Das Prinzip der Leukozytendepletion mittels eines speziell angefertigten Filters wurde in den dreißiger Jahren entwickelt. Es fand Anfang der siebziger Jahre in der Transfusionsmedizin seine erste routinierte Anwendung. {31} In der Herzchirurgie wurde der Leukozytenfilter Ende der achtziger Jahre eingeführt. Dort wurde er in der arteriellen und venösen Linie sowie für die Kardioplegie und zur Filtrierung des Restblutes aus dem Kardiotomiereservoir eingesetzt. {62}{92}{93}{95}-{97} In der vorliegenden Studie erfolgte die Leukozytendepletion in der arteriellen Linie der EKZ bei 80 Patienten mittels eines Leukozytenfilters (Leukoguard LG6, Pall, Dreieich, Deutschland). Da die Filterkapazität und –effizienz zeitlich begrenzt sind, wurde der Einsatz des Filters in der kritischen Phase der Reperfusion evaluiert. Während dieser Phase erreicht die Leukozytenaktivierung den Höchstwert (Gruppe III: 10 Minuten vor Aortenklemmöffnung und für die ersten 20 Minuten der cardiopulmonalen Reperfusion, Gruppe IV: nach erfolgter 20minütiger Reperfusionsphase bis Ende der EKZ). Zum Vergleich wurde der Leukozytenfilter auch während des Gesamtdauer der CCB angewendet (Gruppe II). Bei der Kontrollgruppe kam ein Standardfilter zum Einsatz. Die Patientengruppen wurden aus 20 radomisierten Patienten gebildet. Zu bestimmten peri-, intra- und postoperativen Zeitpunkten wurden folgende Parameter untersucht: PMN-Elastase, Procalcitonin, MDA (Malondialdehyd), MPO (Myeloperoxidase), NSE (Neuronenspezifische Enolase), S100-Protein, CK, CK-MB, Kreatinin und Harnstoff. Ebenso wurden die Leukozyten-, Erythrozyten- und Thrombozytenzahlen sowie der Hämatokrit- und Hämoglobinwert gemessen. Die Sauerstoffsättigung wurde mittels des Sauerstoffdruckes der Sauerstofffraktion und -indizes untersucht. Zusätzlich wurde die Dauer der Intubation, des Aufenthaltes auf der Intensivstation und des stationären Gesamtaufenthaltes ermittelt. Bei allen diesen Parametern konnten unter den Gruppen keine signifikanten Differenzen festgestellt werden. Die sensitiven Marker der Leukozytenaktivierung und der systemischen inflammatorischen Reaktion zeigten den in der Literatur beschriebenen typischen Kurvenverlauf. {106}{107}{135}{126}-{128}{148} Jedoch blieb der positive Einfluss der Leukozytendepletion aus. Die im Blutkreislauf gemessenen Leukozytenzahlen ebenso wie die Erythrozyten- und Thrombozytenzahlen konnten durch den Filtrationsvorgang nicht statistisch absicherbar reduziert werden. Auch die intraoperative Leukozytose wurde nicht signifikant reduziert. Offenbar reicht die Filterleistung nicht aus, um entsprechende Mengen an Leukozyten zurückzuhalten. Würde es sich hierbei ausschließlich um eine rasche Kapazitätsausschöpfung des Filters handeln, müsste jedoch zumindest am Anfang des Filtrationsvorganges eine Verringerung der Leukozytenzahlen feststellbar sein. Vermutlich wird der lokale Filtrationseffekt des Leukozytenfilters durch die massive systemische Mobilisation der Leukozyten durch weitere Aktivierung aufgrund von Entzündungsmediatoren und Endothelschäden überdeckt. Die Ergebnisse deuten des Weiteren darauf hin, dass die Leukozyten durch den Filtrationsvorgang ihre Funktion nicht verlieren. Sie sind weiterhin in der Lage, Entzündungsmediatoren auszuschütten und systemische inflammatorische Reaktionen in Gang zu setzen. Eine neue Filtergeneration, die neben der Verbesserung der mechanischen Filtration eine pharmakologische Inaktivierung der Leukozyten bewirkt, bleibt Gegenstand weiterer Forschung.
Poly(pyrazol-1-yl)borate, die sogenannten Skorpionate, repräsentieren eine der etabliertesten Ligandenklassen in der Koordinationschemie und finden aufgrund ihrer Vielseitigkeit zahlreiche Anwendungen. In den letzten Jahren hat sich ein besonderes Interesse an Bis- und Tris(pyrazol-1-yl)boratliganden entwickelt, die mehrere Skorpionateinheiten im selben Molekül vereinen und dadurch kooperative Effekte zwischen den Metallionen fördern. Diese Liganden können sowohl Einsatz in der homogenen Katalyse als auch in den Materialwissenschaften finden. Die bisher in unserer Arbeitsgruppe entwickelten ditopen Bis(pyrazol-1-yl)borate des Typs L (Abb. 3.1) weisen allerdings eine recht hohe Hydrolyseempfindlichkeit auf, deren Ursache wahrscheinlich im elektronenschiebenden Charakter und der Raumerfüllung der Alkylsubstituenten begründet liegt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher zunächst die ditopen Skorpionatliganden M2[3] und M2[6] mit Phenyl- und Pentafluorphenylsubstituenten dargestellt, die in darauf folgenden Hydrolysestudien eine im Vergleich zu L erheblich höhere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit zeigten. Die Umsetzungen der Liganden Li2[Lpara] (Dissertation Dr. Susanne Bieller; Frankfurt 2005) und Li2[6] mit MnII-chlorid verdeutlichten, dass sich das C6F5-substituierte Heteroskorpionat auch in Bezug auf sein koordinationschemisches Verhalten vom tertButyl-substituierten Liganden unterscheidet. Während Li2[Lpara] mit MnCl2 zu einem chlorid-überbrückten, makrozyklischen, dinuklearen Mangankomplex reagiert, wird mit Li2[6] das in Abb. 3.2 dargestellte Koordinationspolymer {(MnCl2)2(Li(THF)3)2[6]}∞ erhalten. Die Ladung der anionischen Polymerkette wird durch Lithium-Gegenionen ausgeglichen. Um die Bildung von diskreten Komplexen einerseits bzw. von Koordinationspolymeren andererseits gezielt steuern zu können, wurden die mit sterisch anspruchsvollen Pyrazolylsubstituenten versehenen Liganden M2[4], M2[5] und M2[7] (Abb. 3.1) dargestellt. Im Zuge der Kristallisation von Li2[4] zeigte sich, dass diese Verbindung eine hohe Affinität für Chloridionen besitzt. Auch in Anwesenheit eines Überschusses Kronenether führen Spuren des Halogenids zur Ausbildung des in Abb 3.3 gezeigten dinuklearen, chloridverbrückten Lithiumkomplexes Li2Cl[4]. Die ausgeprägte Komplexbildungstendenz lässt Li2Cl[4] im Hinblick auf die Entwicklung von Anionenrezeptoren interessant erscheinen. Komplexe, in denen zwei Metallionen durch zwei Heteroskorpionatliganden in eine makrozyklische Struktur eingebunden werden (Tmeta/para in Abb. 3.4), konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht isoliert werden. Ein Hinweis, warum dieses Strukturmotiv ungünstig sein könnte, wurde durch die Charakterisierung des auf einem partiell hydrolysierten Derivat von Li2[Lpara] beruhenden CoII-Makrozyklus Co2[23]2 erhalten. Die Analyse der Strukturparameter dieser Verbindung deutet an, dass die Bildung eines Makrozyklus im Fallder unhydrolysierten Heteroskorpionate aufgrund sterischer Wechselwirkungen zwischen den Pyrazolylringen und der Phenylenbrücke benachteiligt sein sollte. Obwohl zwischen Aryl- und Alkyl-basierte n Heteroskorpionaten erhebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Neigung zur hydrolytischen Zersetzung erkennbar sind, zeigen beide Ligandentypen ähnliche Labilitäten gegenüber der stark Lewis-aziden Verbindung Brommanganpentacarbonyl. Die Reaktionen von Li2[Lpara], Li2[3] und Li2[6] mit Mn(CO)5Br führten zur Spaltung von B-N-Bindungen, die in allen drei Fällen durch Kristallisation des in Abb. 3.5 gezeigten, pyrazolid-verbrückten MnI-Carbonylkomplexes 21 dokumentiert werden konnte. Im Gegensatz zu den Heteroskorpionatliganden zeigen oligotope phenylenverknüpfte Homoskorpionate keine Tendenz, sich unter dem Einfluss von Mn(CO)5Br zu zersetzen. Reaktionen der di- und tritopen Tris(pyrazol-1-yl)borate Li2[15], Li2[16] und Li3[18] lieferten die in Abb. 3.6 dargestellten Mangantricarbonylkomplexe (Mn(CO)3)2[15], (Mn(CO)3)2[16] und (Mn(CO)3)3[18] in guten Ausbeuten. Neben der Darstellung dieser, für materialwissenschaftliche Fragestellungen (Koordinationspolymere, Metallorganische Netzwerke) interessanten Liganden, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit auch der Frage nachgegangen, ob die Verknüpfung zweier Heteroskorpionateinheiten Auswirkungen auf die katalytische Aktivität entsprechender Rhodium-Cyclooctadien-Komplexe in der Polymerisation von Phenylacetylen hat. Sterisch anspruchsvolle Pyrazolylsubstituenten tragende monotope Rhodium-Cyclooctadien- Skorpionatkomplexe konnten in dieser Reaktion bereits erfolgreich als Katalysatoren eingesetzt werden und lieferten regioselektiv cis-transoid-verknüpftes Poly(phenylacetylen). Zunächst wurden die in Abb. 3.7 dargestellten Rhodiumkomplexe (Rh(cod))2[3] und (Rh(cod))2[6] von Bis(pyrazol-1-yl)boraten, die keine sterisch anspruchsvollen Pyrazolylsubstituenten tragen, synthetisiert. Ähnlich wie der analoge einkernige Komplex Rh(cod)[H2Bpz2 ] zeigten (Rh(cod))2[3] und (Rh(cod))2[6] keinerlei katalytische Aktivität. Daher sollten im Anschluss die mit Phenylpyrazolylgruppen ausgestatteten Derivate (Rh(cod))2[5] und (Rh(cod))2[7] synthetisiert und im katalytischen Prozess eingesetzt werden. Im Verlauf dieser Experimente stellte sich heraus, dass die Reaktionen der Alkalimetallskorpionate Li2[5] und K2[7] mit (Rh(Cl)(cod))2 nicht zu den Zielverbindungen, sondern zur Zersetzung der Ligandgerüste führen. In beiden Fällen konnte das Abbauprodukt 22 isoliert werden (Abb. 3.8). Weitere Untersuchungen ergaben, dass 22 in der Lage ist, Phenylacetylen in guten Ausbeuten und regioselektiv (cis-transoid-verknüpftes Poly(phenylacetylen)) zu polymerisieren. 22 stellt somit ein gut zugängliches und leicht zu modifizierendes Katalysatorsystem dar, dessen Optimierung Thema zukünftiger Untersuchungen sein wird.
Self-inactivating gammaretroviral vectors for the gene therapy of chronic granulomatous disease
(2008)
Chronic granulomatous disease (CGD) is a rare inherited primary immunodeficiency characterized by defective intracellular oxidative killing of ingested invading microbes by PMN and monocytes. It is caused by mutations in one of the four genes coding for the essential subunits of the NADPH oxidase (gp91phox, p47phox, p67phox and p22phox). Approximately 75% of the CGD cases are due to mutations in the gp91phox gene. If regular care and conventional therapy fail, the recommended therapy is allogeneic bone marrow transplantation (BMT), but only if a matched donor is available. A therapeutic option for patients lacking suitable donors is the genetic modification of autologous hematopoietic stem cells. The gene therapy offers an interesting alternative to BMT since it implies a less invasive treatment and represents a possibly unique curative option for patients with no suitable donor. Gammaretroviral vectors were already used in some gene therapy trials for CGD and other immunodeficiencies showing relevant clinical benefit. However, these trials uncovered an unexpected mutagenic side effect. If the retrovial integration ocurrs near to, or into proto-oncogenes this might lead to clonal dominance or even malignant transformation (Hacein-Bey-Abina et al., 2003a; Ott et al., 2006). Therefore, there was a need to further improve the safety of these vectors and to this end the self-inactivating gammaretroviral vectors were engineered. Non essential sequences for virus infectivity and integration, which might influence the surrounding gene expression, were deleted in these vectors. In the first set of experiments, a series of SIN gamma retroviral vectors was cloned driving the expression of the wild-type gp91phox cDNA under the control of a viral constitutive SFFV promoter. However initial studies with these vectors failed because the titers of the virus produced by transient transfection protocols were extremely low (<5x105 TU/ml). Therefore, a codon optimization of the gp91phox cDNA was considered as an alternative. The codon optimized synthetic gp91phox gene was used to construct a SIN gammaretroviral vector, again under the control of the SFFV promoter (Schambach et al., 2006c). With this vector an increase in titer was observed compared to the native gp91phox sequence, which was due to the improved transcription in 293T transfected cells. The enhancement of the synthetic gp91phox transcription led to a higher internal transcript production and protein expression. An enhanced superoxide production in transduced myelomonocytic X-CGD PLB-985 populations was also detected. All these data indicate that the synthetic gp91phox might represent an excellent alternative to those former constructs expressing the native gp91phox transgene. Since it was postulated that the SFFV promoter could still cause transactivation of neighboring genes due to its strength (Modlich et al., 2006), three different non-viral promoters were tested, one constitutive (the EFs promoter) and two myeloid-specific promoters (the c-fes and MRP8 promoter). The three SIN gammaretroviral vectors were able to generate high titers after transient transfection of 293T packaging cells, to efficiently transduce the X-CGD PLB-985 cell line and to reconstitute the NADPH oxidase activity to a high degree. In mouse transplantation experiments, the EFs promoter showed a high variable transgene expression in the different lineages analyzed, and the c-fes promoter showed also a ubiquitinous expression. In contrast, the MRP8 promoter showed a high myeloid specificity since gp91phox expression in mSca-1+ cells and lymphoid B cells from transplanted mice was extremly low and even absent. However, the lowest levels of transgene expression were observed in the myeloid populations both in bone marrow and peripheral blood with this vector. When the oxidase reconstitution ability of these promoters was tested, the numbers of superoxide producing cells obtained were similar than those observed in the clinical X-CGD trial conducted by the groups of Dr. M. Grez and Prof. R. A. Seger (over 35% in one patient and ~15% in the second), which led to the eradication of therapy refractory infections (Ott et al., 2006). Between the three constructs, the MRP8 promoter was less effective in restoring the NADPH oxidase activity than the EFs and c-fes promoters. The c-fes promoter reached the highest levels of DHR reactive cells in the highest number of mice. Overall, these data showed that between all constructs tested, the c-fes containing construct in combination with the codon optimized gp91phox sequence showed the best performance within the SIN gammaretroviral backbone. It generated the highest titers in combination with a better NADPH oxidase reconstituting ability. One main goal in the development of SIN gammaretroviral vectors is reducing the genotoxic effect due to random vector integration. An improved gene transfer and expression, and a constant performance are also highly desirable. The present study shows that the c-fes SIN vector in combination with the synthetic gp91phox may be considered as an effective gene therapy strategy for the restoration of the NADPH oxidase activity in CGD. It allows the use of a cellular promoter generating adequate physiological levels of the therapeutic protein and reduces the number of vector copies required for a therapeutic effect.
Whether minorities such as the Māori in Aotearoa New Zealand, the San across Southern Africa and the Métis in Canada, or native majority peoples such as the Aymara and Quechua in South America: indigenous peoples" lifeworlds have been transfigured by the difficulties originating from a history of conquest, settlement and suppression. The imperialist strife of European empires and the atrocities committed by their gang of "explorers" – including "this person Cook" in the South Pacific, Columbus in North America, Cortéz in Mexico, Gomes in West Africa, or van Riebeeck in South Africa – was aimed at enforcing European values and institutions, destroying, silencing or marginalizing indigenous cultures and societies as inferior "others." Unsurprisingly, the disruption of formal colonialism in the second half of the 20th century held no inherent improvement for the concerns of formerly colonized peoples. ...
Ziel dieser Arbeit war es, die Zytotoxizität von Treosulfan und Busulfan auf Leukämiezellen von pädiatrischen Patienten mit Akuten Leukämien zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden in vitro und erste in vivo Untersuchungen durchgeführt: 1. In vitro Untersuchungen Zuerst wurde eine durchflusszytometrische Methode optimiert zum Nachweis der Zytotoxizität von Treosulfan und Busulfan auf maligne Zellen pädiatrischer Patienten mit Akuten Leukämien. Mit diesem durchflusszytometrischen Assay war es möglich, die Zytotoxizität auf maligne von der auf nicht maligne Zellen zu unterscheiden. Dies war unerlässlich, da in den frisch isolierten Leukämiezellen der Patienten bis zu 55% normale Lymphozyten enthalten waren. Darüber hinaus erlaubte diese Methode die simultane Bestimmung der Zell-Apoptose in jeder Probe. An Leukämie-Zelllinien wurde dieser multiparametrische Assay anschließend mit dem MTT-Assay verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die Bestimmung von Zytotoxizitäten mit beiden Methoden an den Zelllinien Molt 4/8 und H9 gut korrelierte (r≥0,95). Für das Arbeiten mit Patientenmaterial wurde ausschließlich die durchflusszytometrische Methode angewendet, da in den Proben der Patienten die Differenzierung zwischen leukemischen Zellen und normalen Lymphozyten essentiell war. In den Leukämie-Zelllinien Molt4/8, H9 und K562 zeigte sich, dass Treosulfan eine stärkere Zytotoxizität zeigte als Busulfan. In die Untersuchungen frischer Leukämiezellen pädiatrischer Patienten mit Akuten Leukämien konnten 24 Proben unterschiedlicher Leukämien (cALL, reife B-ALL, reife TALL, AML) und unterschiedlicher Erkrankungszeitpunkte (bei Diagnose oder bei Rezidiv) eingeschlossen werden. In diesen Proben zeigte Treosulfan eine deutlich bessere Wirkung als Busulfan. Es wurde trotz des kleinen Patientenkollektivs deutlich, dass die T-ALL gegenüber der cALL sensitiver auf Treosulfan reagiert. Außerdem war die Zytotoxizität von Treosulfan und Busulfan gegenüber der T-ALL signifikant höher als gegenüber c-ALL (Treosulfan: p=0,02, Busulfan: p=0,03). Die IC50-Werte stiegen vom Zeitpunkt der Diagnose (Median: Treosulfan: 11,45 μM, Busulfan: 96,45 μM) über die Progression (Median: Treosulfan: 45,95 μM, Busulfan: 253,75 μM) bis zum Rezidiv (Median: Treosulfan: 153,15 μM, Busulfan: 223,3 μM) hin an, und zwar um das 8-fache bei Treosulfan und das 2,5-fache bei Busulfan. Der Unterschied der Zytotoxizität von Treosulfan auf Leukämieproben zum Zeitpunkt der Diagnose gegenüber dem Rezidiv war statistisch signifikant (p=0,02). Für Busulfan ergab sich für diese Untersuchungszeitpunkte keinen signifikanten Unterschied (p=0,13). Vergleichend zu den Ergebnissen an frisch isolierten Leukämiezellen wurde die Wirkung von Treosulfan und Busulfan auf normale Lymphozytensubpopulationen und Stammzellen untersucht. Auch hier zeigte Treosulfan eine stärkere Zytotoxizität im Vergleich zu Busulfan. Insgesamt reagierten normale Lymphozyten sensitiver auf die Alkylanzien im Vergleich zu den Leukämiezellen (Mediane IC50-Werte für Treosulfan und Busulfan auf Lymphozyten: 12,3 μM und 89,9 μM, auf Leukämieproben: 30,6 μM und 133 μM mit p=0,03 und p=0,02). In einem weiteren Experiment sollte die Interaktion von Treosulfan und Busulfan mit Fludarabin untersucht werden. Fludarabin ist ein Purin-Analogon, das in der Pädiatrie in Kombination mit Alkylanzien zur Chemo-Konditionierung eingesetzt wird. Bei der Inkubation von Fludarabin mit Treosulfan-Konzentration größer 1 μM war ein deutlicher Synergismus zu verzeichnen. Die Kombination von Fludarabin mit Busulfan ergab Antagonismus. 2. In vivo Untersuchungen Es wurde die zelluläre Immunrekonstitution bei pädiatrischen Patienten mit AML (n=9) nach allogener Knochenmarktransplantation überwacht. Ein Patient wurde mit Treosulfan konditioniert (n=1), die anderen Patienten (n=8) erhielten Busulfan zur Konditionierung. Die Rekonstitution der Leukozyten, B-Zellen, NK-Zellen und T-Helferzellen verlief in beiden Gruppen ähnlich. Ein signifikanter Unnterschied konnte für die Rekonstitution der CD3+CD8+ zytotoxischen T-Zellen gezeigt werden, die bei dem Patienten, der mit Treosulfan konditioniert wurde, signifikant niedriger war im Vergleich zur Busulfangruppe. Da bei dem Patienten, der Treosulfan erhielt, die CRP-Werte über einen längeren Zeitraum erhöht waren und Infektionen die Rekonstitution von zytotoxischen T-Zellen maßgeblich beeinflussen, bietet dies eine mögliche Erklärung für diesen Unterschied. Aussagen können jedoch nur mit einem größeren Patientenkollektiv getroffen werden.
Hintergrund: Leitlinien können potentiell die gesundheitliche Versorgung verbessern. Ihre evidenzbasierte Entwicklung ist aufwendig, insbesondere bei komplexen Krankheitsbildern, wie chronischer Herzinsuffizienz. Transkontextuelle Leitlinienadaptationen sind problematisch, da kontextuell beeinflusste Empfehlungen der Quellleitlinie die Zielleitlinie verzerren können. Forschungsgegenstand ist eine Verfahrensentwicklung zur systematischen Evaluation von Leitlinien (systematischer Leitlinienreview, SLR) und deren Erprobung am Gegenstand, der Entwicklung einer evidenzbasierten Leitlinie zur hausärztlichen Versorgung der chronischen Herzinsuffizienz. Methode: Der SLR umfasst folgende Verfahrensschritte: 1) Systematische Recherche nach evidenzbasierten Leitlinien, 2) Auswahl von Quellleitlinien nach prädefinierten Kriterien, 3) Bewertung der methodischen Qualität (AGREE-Instrument), 4) Systematische Framework-Entwicklung (klinische Fragen als strukturbildendes Raster der Zielleitlinie), 5) Datenextraktion aus den Quellleitlinien, 6) Systematisch-vergleichende Konsistenzanalyse der Empfehlungen, 7) Informationssynthese im Leitlinien-Erstentwurf, 8) Validierung der Evidenzbezüge und Prüfung der Konkordanz zu Empfehlungen, 9) Überarbeitung des Leitlinien-Erstentwurfs und Formulierung weiteren Forschungsbedarfs. Ergebnisse: N=16 Quellleitlinien erfüllten die Einschlusskriterien (zwei Reviewer, Übereinstimmung K=0,95), davon zeigten fünf eine hohe methodische Qualität. Zum Framework (27 Fragen) wurden N=35 komplexe Empfehlungen identifiziert, darunter waren n=25 konsistent, n=9 inkonsistent, n=1 nicht vergleichbar (einzelne Leitlinienempfehlung). 14/25 konsistenten Empfehlungen waren konsensbasiert (Diagnostik, nicht-pharmakologische Therapie, diastolische Herzinsuffizienz), 7/25 basierten auf belastbarer Evidenz, 4/25 hatten differierende Evidenzlevel. 3/9 Inkonsistenzen waren bedeutsam (BNP-Tests, AT1-Blocker). Für n=16 Empfehlungen wurden Evidenzbelege reevaluiert: die Mehrzahl war kongruent. Einzelne Inkongruenzen (fehlende Evidenzbelege, überoptimistische Trends, inadäquate Risikobewertung), Inkonsistenzen und konsensbasierte Empfehlungen indizierten Forschungsbedarf. Der Erstentwurf wurde nach sechs Monaten fertiggestellt. Diskussion: Die Hauptlimitation der vorgelegten Studie ist die fehlende Zweit-begutachtung, die nur in der Auswahl der Quellleitlinien erfolgte. Schlussfolgerung: Der systematische Leitlinienreview ist ein systematischer, valider, transparenter und effektiver Ansatz zur Entwicklung evidenzbasierter Leitlinien.
Development of chromium(VI)-free defect etching solutions for application on silicon substrates
(2008)
In-vitro-Studie zur Toxizität von Wasserstoffperoxid als Wirkstoff von dentalen Bleachingprodukten
(2008)
Fast alle derzeit angebotenen Bleichmittel basieren auf der Wirkung von Wasserstoffperoxid (H2O2). Während die aufhellende Wirkung und die Wirkungen auf die Zahnhartsubstanz und Restaurationen von Bleichmitteln sehr intensiv wissenschaftlich untersucht wurden, gibt es weitaus weniger Untersuchungen, die die Nebenwirkungen von H2O2 auf das Weichgewebe und die Zellen untersuchen. Ziel dieser In-vitro Studie war es, die Zytotoxizität von H2O2 in verschiedenen Konzentrationen und Einwirkzeiten zu untersuchen. Dies erfolgte quantitativ an Zellkulturen humaner Gingivafibroblasten und qualitativ an histologischen Schnittpräparaten humaner Gingiva, die H2O2 in unterschiedlichen Einwirkzeiten und unterschiedliche Konzentrationen ausgesetzt wurden. Im Zellkulturversuch konnte gezeigt werden, dass H2O2 ab einer Konzentration von 5% und ab einer Einwirkzeit von 15 Sekunden zu einer signifikant höheren Anzahl an toten Zellen führte, als die Kontrollgruppe. Die zytotoxische Wirkung von H2O2 war auch nach einer vierundzwanzigstündigen Erholungsphase der Zellen nicht reversibel. Die histologischen Schnittpräparate zeigten destruktive Veränderungen durch 10%iges und 30%iges H2O2 im Binde-und Fettgewebe der Dermis, das Epithel und das Stratum basale blieben unversehrt. Obwohl die Ergebnisse dieser In-vitro Studie nicht direkt auf In-vivo Verhältnisse übertragbar sind, liefern sie einen Beleg für das Gefahrenpotential von H2O2. Von der Anwendung von H2O2 ab Konzentrationen von 5% ohne ärztliche Aufsicht ist abzuraten.
Im Rahmen der Versuchsanordnung der vorliegenden In-vitro-Studie wurden insgesamt sieben Abformmaterialien (zwei Polyether und fünf A-Silikone) hinsichtlich ihrer Dimensions- und Lagerungsstabilität sowie ihres Rückstellvermögens untersucht. Mit den Abformmaterialien erfolgte die Untersuchung der Einphasen- und Doppelmischmethode, sowie der Korrektur- und Folientechnik, so dass acht verschiedene Kombinationen (Abformmaterial/ -methode) resultierten. Für die Untersuchung wurde auf Grundlage eines Frasaco-Modells ein speziell angefertigtes, aus V2A-Stahl bestehendes, Präzisionsmodell hergestellt. Dieses wies vier stilisierte Präparationspfeiler auf. Jeder dieser Pfeiler wurde mit fünf CNC gefrästen Kreuzen versehen, die zur späteren Vermessung herangezogen wurden. Mit jeder Material-Methoden-Kombination wurden 12 Abformungen unternommen. Die Abformungen wurden ohne Einsatz eines Modellwerkstoffes direkt optisch vermessen. Dafür wurde das Präzisionsmodell nach jedem Abformvorgang mit einer definierten Kraft mittels Zugprüfmaschine in vertikaler Richtung aus der Abformküvette gezogen. Jede Abformung wurde anschließend lageidentisch in einer speziell dafür aufgestellten Messeinrichtung positioniert und optisch mit der Digitalkamera Axio Cam HRc abgelichtet. Für die Vermessung wurden 11 Messstrecken innerhalb der Abformung bestimmt. Darunter befanden sich drei okklusale und acht zervikale Messstrecken. Die okklusalen Messstrecken verliefen zwischen den okklusal an den Pfeilern angebrachten Vermessungskreuzen. Die zervikalen Messstrecken erstreckten sich in mesio-distaler, sowie vestibulo-oraler Richtung der Pfeiler. Anfangs- und Endpunkt jeder Strecke wurden jeweils als ein bestimmter Kreuzungspunkt zweier Schenkel der angebrachten Vermessungskreuze definiert. Die Vermessung der Strecken fand an vier verschiedenen Messzeitpunkten statt. Der erste Zeitpunkt stellte den frühesten Zeitpunkt der Modellherstellung dar, der vom Hersteller angegeben wurde. Der zweite Messzeitpunkt wurde 3 Stunden, der dritte 24 Stunden und der vierte 48 Stunden nach der Entformung vorgenommen. Die Ergebnisse zeigten, dass alle gemessenen Strecken zu jedem Zeitpunkt kleiner waren als die Messstrecken des Präzisionsmodells. Sowohl die statistische als auch die deskriptive Analyse ergaben, dass der Unterschied zum Präzisionsmodell bei den okklusalen Strecken größer war als bei den zervikalen Strecken. Die statistische Datenanalyse ergab bei den zusammengefassten okklusalen Strecken (ab, bc, cd), den zusammengefassten zervikalen Strecken (a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2) sowie den zervikalen mesio-distalen Messstrecken (a1, b1, c1, d1) und den zervikalen vestibulo-oralen Messstrecken (a2, b2, c2, d2) bei keinem Abformmaterial und zu keinem Messzeitpunkt einen signifikanten Unterschied zum Präzisionsmodell. Signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Materialien und dem Präzisionsmodell wurden bei den einzeln betrachteten okklusalen Strecken ab, bc und cd festgestellt. Zwischen den Messzeitpunkten zeigten mit Ausnahme von Aquasil und Honigum alle Materialien das gleiche Verhalten. Dabei konnte zwischen dem ersten und zweiten Messzeitpunkt eine Kontraktion der Abformmaterialien beobachtet werden. Zum dritten und vierten Messzeitpunkt hin fand eine Expansion statt. Bei den Materialien Aquasil und Honigum wurde zwischen dem ersten und vierten Messzeitpunkt eine stetige Expansion beobachtet. Unter den bestehenden Versuchsbedingungen waren die Ergebnisse der Korrekturmethoden mittels Panasil binetics putty soft und Korsil zu jedem Messzeitpunkt und fast allen Messstrecken am detailgenauesten. Nur bei der okklusalen Messstrecke bc ließen die Polyethermaterialien Impregum Penta Soft und Impregum Penta Duo Soft zu jedem Zeitpunkt die geringsten Abweichungen zum Präzisionsmodell erkennen. Die Doppelmischmethode mit dem Material Aquasil und die Folientechnik mittels Panasil binetics putty soft erbrachten geringfügig ungünstigere Ergebnisse. Größere Abweichungen zum Präzisionsmodell resultierten bei den Doppelmischabformungen mit Impregum Penta Duo Soft und Honigum. Die größten Abweichungen wurden bei der Einphasenabformung mittels Impregum Penta Soft und der Doppelmischmethode mit Panasil tray soft beobachtet. Hinsichtlich des Zeitpunktes der Modellherstellung stellte sich heraus, dass der von den Herstellern angegebene, früheste Zeitpunkt der Modellherstellung zu guten Modellergebnissen führt. Die zum zweiten Messzeitpunkt hin beobachtete Kontraktion konnte von einigen Abformmaterialien z. B. Impregum Penta Soft (Strecke ab) und Panasil tray soft (Strecke ab) selbst nach 24 Stunden nicht kompensiert werden. Bei diesen Materialien sollte zu diesem Zeitpunkt auf eine Modellherstellung verzichtet und stattdessen weitere 24 Stunden abgewartet werden. Zwischen dem dritten und vierten Messzeitpunkt konnten jedoch bei den meisten Abformmaterialien nur noch sehr geringe Dimensionsänderungen festgestellt werden. Daher konnten alle Abformmaterialien auch bei längerer Lagerung als sehr dimensionsstabil angesehen werden. Eine Modellherstellung kann somit auch 48 Stunden nach der Entformung stattfinden. Der zweite Messzeitpunkt, der 3 Stunden nach der Entformung stattfand, sollte zur Modellherstellung vermieden werden, da infolge der Materialexpansion ungünstige Modellergebnisse in Form stark verkleinerter Modellstümpfe und Pfeilerdistanzen resultieren könnten.
Untersuchung von Rezeptor-Ligand-Komplexen mittels organischer Synthese und NMR-Spektroskopie
(2008)
Viele biologische Prozesse basieren auf der spezifischen Bindung eines Liganden an einen Rezeptor. Die Wechselwirkung zwischen dem Rezeptor und seinem Ligand kann im Wesentlichen durch zwei verschiedene Modelle beschrieben werden: zum einen das vom E. Fischer eingeführte Schlüssel-Schloss-Prinzip und zum anderen das von Koshland beschriebene "induced-fit-model". Bei dem Schlüssel-Schloss-Prinzip liegt der Ligand in der Bindetasche des Rezeptors wie ein Schlüssel im Schloss. Ganz anders hierzu setzt die induzierte Anpassung ("induced-fit-model") eine konformationelle Änderung des Proteins durch den Liganden für die Bindung voraus. Ändern sich jedoch die Konformationen von Substrat und Rezeptor in einer gegenseitigen Beeinflussung, dann spricht man von "double-induced-fitmodel". Die Untersuchung dieser Erkennung auf molekularer Ebene ist von großer Wichtigkeit, denn sie dient zum besseren Verständnis und damit auch zur gezielten Beeinflussung solcher Prozesse. Wie wird der Ligand von einem Rezeptor selektiv erkannt und gebunden? Für die Erkennung und Bindung spielen spezifische nichtkovalente Wechselwirkungen eine wichtige Rolle. Zum Repertoire der nichtkovalenten Wechselwirkungen gehören die elektrostatische Wechselwirkungen, die Wasserstoffbrückenbindung und der hydrophobe Effekt.
In der vorliegenden Arbeit werden anhand von drei ausgewählten Beispielen solche Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Liganden mit ihrem Rezeptor untersucht. In den ersten beiden Kapiteln werden Proteine und im letzten Kapitel RNA als Rezeptor untersucht. Die einzelnen Kapitel beginnen jeweils mit einer kurzen Einführung der Rezeptoren und der dazugehörenden Liganden, schließlich wird dann die Rezeptor-Ligand-Wechselwirkung beschrieben. Als Rezeptor wurden in der vorliegenden Arbeit Proteine (Kinasen und Membranproteine) und strukturierten Elemente der RNA (Aptamerdomäne der purinbindenden Riboswitche und der SELEX-RNA) gewählt. Membranproteine der Atmungskette, Kinasen und Riboswitches stellen zusätzlich attraktive Rezeptoren für das Wirkstoffdesign dar. Die damit interferierenden Liganden umfassen Substrate, Cofaktoren, Metabolite und Inhibitoren. Die Untersuchung der Wechselwirkung erfolgte mittels NMR-Spektroskopie und organischer Synthese.
Die genaueste Darstellung der anatomischen Verhältnisse und pathologischer Veränderungen der Prostata gelingt durch den Einsatz einer Kombination von einer Endorektal und Phased-Array-Oberflächenspule, wie sie auch für die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Studie verwandt wurde (95; 96). In 70 – 80 % aller Fälle entsteht das Prostatakarzinom in der peripheren Zone (24; 33; 51; 93) und führt in der MRT zu einer charakteristischen Signalabsenkung (24). Prostatakarzinomherde von weniger als 4 mm Größe können in der MRT nicht zuverlässig erkannt werden (83), und andere Krankheitsprozesse können prostatakarzinom-ähnliche Veränderungen in der peripheren Zone hervorrufen, da sie ebenfalls zu Signalabsenkungen führen (42). In diesem Zusammenhang ist die chronische granulomatöse Prostatitis ebenso zu nennen wie BPH-Knoten in der periphere Zone oder eingeblutete bzw. narbig veränderte Bezirke bei Zustand nach Prostatabiopsie (24; 33; 42; 93). Außer in Fällen mit eindeutiger makroskopischer Kapselüberschreitung, die in der MRT relativ sicher identifiziert werden kann, bleibt die Interpretation einer signalabgesenkten Läsion in der peripheren Zone in gewissem Maße subjektiv. Ein exaktes Staging des Prostatakarzinoms ist für eine Therapieentscheidung unerlässlich, da davon abhängt, ob eine kurative radikale Prostatektomie durchgeführt werden kann oder nicht. Die Diagnose eines Prostatakarzinoms wird nach wie vor am einfachsten und kosteneffektivsten durch die Kombination von Messung des Serumwertes des Prostata-spezifischen Antigens (PSA), digitaler rektaler Untersuchung (DRE) und durch transrektalen Ultraschall (TRUS) gesteuerter Biopsie gestellt (69). Mithilfe der histologischen Untersuchung von Biopsiematerial kann sowohl die Ausdehnung des neoplastischen Prozesses als auch der Malignitätsgrad des Karzinoms durch Ermittlung des so genannten Gleason-Scores abgeschätzt werden. Im Gegensatz zu diesen klaren diagnostischen Richtlinien wird die Auswahl des Therapieverfahrens nach wie vor kontrovers diskutiert, da die Erkrankung einen langsamen, subklinischen Verlauf nehmen kann und weil keine eindeutigen Richtlinien über das dem jeweiligen Karzinomstadium angemessene Therapieverfahren existieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die TRUS mit Biopsieentnahme eine Hauptrolle in der Diagnostik des Prostatakarzinoms spielt, beim lokalen Staging jedoch die MRT einen entscheidenden Beitrag zur Beantwortung der Frage leisten kann, ob ein Karzinom auf die Prostata beschränkt ist oder die Organgrenzen bereits überschritten hat. Das weitere Schicksal von Patienten mit unklarem klinischen Befund kann also wesentlich vom korrekten und rechtzeitigen Einsatz der Magnetresonanztomografie abhängen, die beim Staging des Prostatakarzinoms die höchste Genauigkeit aller Untersuchungsmodalitäten bietet, wenn sie mit hoher Bildqualität durchgeführt wird und die Befundung der Bilder durch einen erfahrenen Radiologen erfolgt. In der vorliegenden Doktorarbeit wurden die MRT-Bilder von 81 Patienten mit histologisch gesichertem Prostatakarzinom vor einer radikalen Prostatektomie retrospektiv analysiert. Bei den MRT-Bildern, die in dieser Arbeit analysiert wurden, handelte sich um die T2-gewichtete MRT-Bilder. Auf T2-gewichteten Bildern zeigt die periphere Zone ein homogen helles Signal, das mit der dünnen außen liegenden signalarmen Prostatakapsel kontrastiert. Nach innen ist eine Abgrenzung zur in gemischter Signalintensität dargestellten Pseudokapsel, der zentralen Zone und der Übergangszone möglich (33; 36; 56). Diese T2-gewichteten MRT-Bilder wurden anhand folgender MRT-Kriterien analysiert: * Obliteration des rektoprostatischen Winkels * Irregulär konturierte Kapsel * Großflächiger Kontakt des Tumors zur Prostatakapsel * Asymmetrische Darstellung des neurovaskulären Bündels Bereits in vorhergehenden Studien wurden diese MRT-Kriterien von verschiedenen Autoren untersucht, wie z. B. von Yu et al (95). In dieser Studie wurden die Obliteration des rektoprostatischen Winkels und die Asymmetrie des neurovaskulären Bündels als diejenigen Parameter identifiziert, die die größte Aussagekraft für ein extrakapsuläres Wachstum besitzen. Bei allen Patienten wurden zusätzlich die klinischen Parameter „ präoperativer PSAWert “ und „bioptischer Gleason-Score“ telefonisch von den überweisenden Urologen ermittelt und in die Gesamtanalyse mit einbezogen. Mittels ROC-Analysen wurden optimale Grenzwerte des bioptischen Gleason-Scores und des präoperativen PSA-Wertes zur Unterscheidung eines T3 von einem T2-Tumor ermittelt. Durch Berechnung einer vorwärts gerichteten logistischen Regression wurden dann diejenigen Parameter ermittelt, die einen signifikant unabhängigen Beitrag zur Vorhersage des Tumorstadiums leisten. Als Resultat unserer Arbeit konnte gezeigt werden, dass die "Obliteration des rektoprostatischen Winkels" als radiologischer Parameter und "ein bioptischer Gleason-Score" von größer oder gleich 7 signifikant unabhängige Prädiktoren eines kapsel-überschreitenden Wachstums vom Prostatakarzinom darstellen. Die übrigen von uns analysierten Parameter leisteten darüber hinaus keinen weiteren Beitrag zum präoperativen Staging. Aufgrund des Ergebnisses der vorliegenden Arbeit ist es in Zukunft möglich, das MRT-basierte Staging des Prostatakarzinoms zu standardisieren und somit robuster zu gestalten. Aufgrund der reduzierten Parameter ergibt sich zudem eine erhebliche Vereinfachung der Bildanalyse.
Platelets are anucleate cells that play a major role in hemostasis and thrombosis in the vasculature. During primary hemostasis platelets adhere to sites of vascular damage and the initial platelet coat is reinforced by additional platelets forming a stable aggregate. At the same time platelets secrete their intracellular granules containing substances that further activate platelets in an autocrine and paracrine fashion and affect local coagulation and endothelial smooth muscle cell function. The small guanine nucleotide binding protein Rap1 regulates the activity of the platelet integrin alphaIIbbeta3 and thus platelet aggregation. Rap1 activity is controlled by guanine nucleotide exchange factors and GTPase activating proteins. In platelets, Rap1GAP2 is the only GTPase activating protein of Rap1. In order to identify Rap1GAP2-associated proteins, a genetic two-hybrid screening in yeast was performed and synaptotagmin-like protein 1 (Slp1, also called JFC1) was found as a new putative binding partner of Rap1GAP2. Slp1 is a tandem C2 domain containing protein and is known to bind to Rab27, a small GTPase involved in platelet dense granule secretion. The direct interaction between Rap1GAP2 and Slp1 was confirmed in yeast and in transfected cells. More importantly, Slp1 is expressed in platelets and binding of endogenous Rap1GAP2 and Slp1 was verified in these cells. The Rap1GAP2 and Slp1 interaction sites were mapped by mutational analysis. Rap1GAP2 binds through the -TKXT- motif within its C-terminus to the C2A domain of Slp1. Moreover, the Slp1 binding -TKXT- motif of Rap1GAP2 was confirmed by complementary approaches using short synthetic Rap1GAP2 peptides. The C2A domain of Slp1 is a phospholipid binding domain and thus mediates binding of Slp1 to the plasma membrane. Phospholipid overlay assays revealed that simultaneous binding of Slp1 via its C2A domain to Rap1GAP2 and to phospholipids can occur. In addition, the interaction between Rap1GAP2 and Slp1 is regulated by cAMP-dependent protein kinase (cAK or PKA), and kinase activation in platelets enhanced binding of endogenous Rap1GAP2 to Slp1. In-vitro phosphorylation assays revealed that Slp1 is a substrate of PKA, and serine 111 was identified as phosphorylation site. Since Slp1 is a Rab27 binding protein, a trimeric complex of Slp1, Rab27 and Rap1GAP2 is conceivable. The association of Slp1, Rab27 and Rap1GAP2 was investigated by immunofluorescence and co-immuno-precipitation experiments in both, transfected cells and platelets. By Slp1 affinity chromatography and subsequent mass spectrometric analysis additional Slp1 binding proteins were identified in platelets, and binding of Slp1 to Rab8 was confirmed in pull-down assays. To investigate the functional significance of the interaction between Rap1GAP2 and Slp1, an assay system was established to determine serotonin secretion of streptolysin-O permeabilized platelets. Addition of recombinant Slp1 protein to permeabilized platelets strongly inhibited platelet dense granule secretion, whereas addition of recombinant Rap1GAP2 protein or synthetic Rap1GAP2 peptide enhanced secretion. Deleting the Slp1 binding -TKXT- motif abolished the stimulatory effect of Rap1GAP2 on secretion. Addition of Rap1 to permeabilized platelets had no effect on secretion. These findings indicate that the Rap1GAP2 effect on platelet secretion does not depend on the GTPase activating function of Rap1GAP2, but is rather dependent on the -TKXT- mediated interaction of Rap1GAP2 with Slp1. In addition, in-vitro GAP assays revealed that Slp1 binding to Rap1GAP2 does not affect the Rap1GAP activity of Rap1GAP2, and adhesion assays excluded a role for the Rap1GAP2/Slp1 interaction in cell adhesion. Altogether, the results of the present study demonstrate that besides its function in platelet aggregation by controlling the activity of the small guanine nucleotide binding protein Rap1, Rap1GAP2 is involved in platelet dense granule secretion by the new -TKXT- mediated interaction with the Rab27 and membrane binding protein Slp1. In addition, the interaction between Rap1GAP2 and Slp1 is embedded into an elaborate network of protein-protein interactions in platelets which appear to be regulated by phosphorylation. Future studies will in particular aim to dissect the molecular details of Rap1GAP2 and Slp1 action in platelet secretion and investigate the potential biochemical and pharmacological value of the unique protein binding -TKXT- motif of Rap1GAP2.
Resistenz polyklonaler, reifer T-Zellen gegenüber der Transformation durch retrovirale Transduktion
(2008)
Nach den ersten Erfolgen der Gentherapie bei angeborenen Immundefekten wurden einige Fälle von Leukämie nach gammaretroviralem Gentransfer in Blutstammzellen bei Patienten mit „severe combined immunodeficiency“ (SCID-X1) veröffentlicht. Diese entfachten eine Diskussion über das Risiko der Insertionsmutagenese bei der Verwendung gammaretroviraler Vektoren. Durch eine insertionsbedingte Transaktivierung potentieller Onkogene und damit verbundenen malignen Veränderungen können gammaretroviral transduzierte Blutstammzellen Leukämien hervorrufen. Aber nicht nur Blutstammzellen werden als Zielzellen in der Gentherapie genutzt. In der Gruppe von Laer wurde in den letzten Jahren eine neue Gentherapie der HIV-1 Infektion entwickelt. Hierbei werden dem Patienten genetisch geschützte, autologe T-Lymphozyten infundiert. Die Gefahr einer Leukämie durch Insertionsmutagenese sollte im Zuge dieser Studie für reife T-Lymphozyten evaluiert werden. In einer vergleichenden Analyse wurde untersucht, ob der gammaretrovirale Gentransfer in reife T-Lymphozyten die gleiche Genotoxizität birgt wie in hämatopoetische Stammzellen. Hierzu wurden reife T-Lymphozyten und hämatopoetische Progenitoren von C57BL/6(Ly5.1)-Mäusen mit multiplen Kopien gammaretroviraler Vektoren transduziert, die für die potenten T-Zell Onkogene LMO2, TCL1, dTrkA oder das Kontrollgen GFP kodierten. Es wurden sehr hohe Transduktionseffizienzen mit bis zu 70% für reife T-Lymphozyten und bis zu 98% für hämatopoetische Progenitoren erzielt, um möglichst leukämiefördernde Bedingungen zu schaffen. Nach Transplantation in kongene Rag-1 defiziente Empfängertiere (Ly5.2) entwickelten Onkogen-modifizierte Stammzellen nach einer charakteristischen Latenzperiode Leukämien/Lymphome. Am häufigsten wurden unreife, CD8+CD4+ doppelpositive T-Vorläufer Leukämien/Lymphome beobachtet. In einigen Rezipienten führte außerdem eine Überexpression von TCL1 in hämatopoetischen Stammzellen zu der Entwicklung von reifzelligen T-Zell Leukämien/Lymphomen und B-Zell Leukämien/Lymphomen. Die Integrationsanalyse ergab oligo- bis monoklonale Tumore, wobei keine offensichtlich tumorfördernden, die gammaretroviralen Insertionen flankierenden Gene identifiziert werden konnten. Bemerkenswerterweise entwickelte keines der T-Zell transplantierten Empfängertiere ein/e Lymphom/Leukämie, obwohl auch diese Zellen mit den gleichen Vektoren modifiziert wurden und über einen sehr langen Zeitraum persistierten. Um die Kontrollmechanismen dieser Resistenz näher zu untersuchen, wurde eine für den TCR monoklonale, adulte T-Zell Population mit dTrkA transduziert. Nach einer kurzen Latenzperiode entwickelten sich reifzellige T-Zell Leukämien/Lymphome. Anscheinend existiert eine Verbindung zwischen der relativen Transformationsresistenz reifer T-Lymphozyten und dem Konkurrenzverhalten verschiedener T-Zell Klone um stimulatorische MHC-TCR Nischen. Weiterhin wurde in vitro durch gammaretroviralen Transfer von LMO2 ein immortalisierter T-Zell Klon generiert. Dieser zeigte zwar nach einer langen Beobachtungszeit einen CD8-CD4-doppelnegativen Phänotyp, aber auch einen rekombinierten TCR. In vitro überwuchs er eine unmanipulierte Kompetitorpopulation, konnte jedoch nach Transplantation kein/e T-Zell Lymphom/Leukämie induzieren. Die LM-PCR Analyse des Klons lieferte eine sehr interessante Integration zwischen den Genen für die alpha-Ketten des IL-2 und des IL-15 Rezeptors, welche dadurch konstitutiv exprimiert wurden. Dies könnte das erste Beispiel für eine insertionsbedingte Immortalisierung eines adulten T-Zell Klons sein. In der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal eindeutig gezeigt werden, dass polyklonale, reife T-Zell Populationen in vivo eine hohe Transformationsresistenz aufweisen. Durch bestimmte Bedingungen können jedoch durchaus maligne Veränderung adulter, reifer T-Lymphozyten induziert werden. Für die Sicherheitsabschätzung gammaretroviraler Gentherapie-Studien mit reifen T-Lymphozyten sind die vorgestellten Ergebnisse von großer Bedeutung und könnten darüber hinaus Aufschluss über die populationsdynamischen Kontrollmechanismen reifer T-Zell Leukämien/Lymphome geben.
Als chronisch entzündliche systemische Erkrankung mit dominanter Manifestation an den Gelenken kann die rheumatoide Arthritis in ihrem progredienten Verlauf mit den derzeit existierenden krankheitsmodifizierenden Antirheumatika oft nicht vollständig aufgealten werden. Dies hat irreversible Knorpeldestruktion und Knochenusuren mit schwerwiegenden Einbußen der Gelenkfunktion zur Folge. In der Literatur gibt es überzeugende Hinweise auf eine wichtige Rolle der T-Zellen in der Immunpathogenese der RA, die neben verschiedenen Mechanismen der erworbenen Immunität auch matrixdegradierende Prozesse der fibroblastenartigen Synoviozyten (FLS) propagieren. Die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine aus Makrophagen wie IL-1β, TNF-α und IL-18 führt wiederum zur Induktion der ebenfalls entzündungsfördernden T-Zell-Zytokine IL-2 und IFN-γ. Die Bedeutung von IL-17, einem anderen T-Zellzytokin, war zum Zeitpunkt der Durchführung dieser Arbeit noch nicht verstanden, und IL-23 war noch nicht entdeckt. In der vorliegenden Arbeit wurden periphere mononukleäre Zellen (PBMC) aus dem Venenblut (systemische Komponente) und der Synovialflüssigkeit (SFMC, lokale Komponente) von RA und Kontroll-Patienten (andere Formen der Arthritis) mittels Ficoll-Gradient Dichtezentrifugation separiert und die Subpopulationen von T-Zellen durch fluoreszierende Antikörper gegen die Oberflächenmerkmale CD4, CD8, CD45RA und CD45RO mittels FACS-Analyse identifiziert, um ihr Verteilungsmuster in den systemischen und lokalen Kompartimenten zu erfassen. Außerdem wurden T- Zellen bezüglich ihres Aktivierungsstatus durch Markierung mit anti-CD69-Antikörpern und das intrazelluläre Zytokinexpressionmuster (IL-2, IFN-γ, IL-10) nach Sekretionshemmung durch Monensin und anschließender Permeabilisierung der Zellen mittels Saponin auf Einzelzellniveau untersucht. Der Einfluss von autologen und allogenen FLS auf die T-Zellen hinsichtlich der oben genannten Aktivierungsparameter (CD69 und Zytokinexpression) wurde zudem in vitro an einem autologen und allogenen Kultur-System durch Koinkubation von peripheren mononukleären Zellen mit FLS von RA Patienten untersucht. Hierbei kamen FLS, die aus der Synovialmembran und aus der Synovialflüssigkeit gewonnen wurden, nach der 4. bis 5. Passage in der Langzeitkultur zum Einsatz. Eine präferentielle Akkumulation von CD45RO+ Memory T-Zellen wurde ex vivo sowohl in den Subpopulationen von CD4+ als auch CD8+ T Zellen in allen untersuchten Synovialflüssigkeiten unabhängig von der Arthritisform bzw. Grundkrankheit festgestellt. Außerdem zeigte sich sowohl bei RA- als auch bei Kontrollpatienten mit anderen Arthritisformen sowohl in den CD45RA+ naiven als auch CD45RO+ Memory CD4+ und CD8+ T-Zellen in der Synovialis im Vergleich zum Blut eine erhöhte CD69 Expression als Ausdruck eines frühen Aktivierungszustandes. Trotzdem konnte nur bei einem geringen Anteil dieser T-Zellen die Expression von IL-2 detektiert werden. Dies zeigt eine präferentielle Rekrutierung einwandernder Memory T-Helfer- und –Suppressorzellen ins Gelenk, aber eine zumeist inkomplette Aktivierung sowohl von naiven als auch von Memory T-Zellen bei RA- und Kontrollpatienten. Die Patienten mit RA und anderen Arthritisformen unterschieden sich jedoch hinsichtlich der Expression von IL-10, einem entzündungshemmenden Zytokin, und IFN-γ in den PB- und SF-T-Zellen. Hier schien vor allem die Subpopulation von CD8+ T-Zellen einen relevanten Beitrag zur gesteigerten IL-10-Expression zu leisten. Entsprechend konnte im Koinkubationsexperiment demonstriert werden, dass nur die CD8+ T-Suppressorzellen durch FLS komplett aktiviert und zu einer anhaltenden IL- , IFN-γ- und IL-10-Produktion stimuliert wurden, während FLS bei den CD4+ T-Helferzellen die Expression von IL-2 hemmten. Die Anwesenheit der Synovialisfibroblasten erzeugt somit bei den CD4+, nicht aber bei den CD8+ T-Zellen einen Anergiezustand. Daher scheinen FLS zu RA-typischen Zytokinexpressionsmustern in den CD4+ und CD8+ T-Zellen durch unterschiedliche Mechanismen (Aktivierung von CD8+ T-Zellen versus Anergie der CD4+ T-Zellen) beizutragen. Die Aktivierung von MHC-I-restringierten CD8+ T Zellen sowie die Regulation von MHC-II restringierten CD4+ T Zellen durch FLS führt zu einer Modulierung der TH1/Th2 Zytokinbalance im Sinne entzündungshemmender Regulationsmechanismen. Bei der schweren RA Synovialitis sind diese Mechanismen aber offensichtlich unzureichend, um den Entzündungsprozess effektiv zu kontrollieren.
Das Ziel dieser Arbeit war es, RNA-Strukturen als potentielle Zielstrukturen für die Medikamentenentwicklung zu untersuchen. Hierbei ging es im Speziellen um die Anwendung Virtueller Screening Verfahren für die RNA-Liganden-Vorhersage. Hierzu wurde die als TAR-Motiv (transactivating response element) bekannte RNA-Struktur der mRNAs des HI-Virus ausgewählt. Diese Struktur wurde gewählt, da mit den vier PDB-Einträgen 1ANR, 1ARJ, 1LVJ und 1QD3 bereits experimentell motivierte Strukturmodelle zum Beginn der Untersuchung vorlagen. Ausschlaggebend war hierbei auch das Vorhandensein eines Tat-TAR-FRET-Assays im Rahmen des SFB 579, in welchem diese Arbeit angefertigt wurde. Die Aufmerksamkeit, welche dem HI-Virus im Rahmen der Bekämpfung der Immunschwächekrankheit bereits zukam, führte bei dem gewählten Testmodell ebenfalls zu einem, wenn auch immer noch überschaubaren Datensatz bereits getesteter Substanzen, der als Grundlage für einen Liganden-basierten Ansatz als erste Basis dienen konnte. Basierend auf diesen Voruntersuchungen ergaben sich die weiteren Schritte dieser Arbeit. Die Arbeit lässt sich zusammenfassend in vier zum Teil parallel verlaufende Phasen einteilen: Phase 1:Bestandsaufnahme bekannter Informationen über die Zielstruktur · experimentell bestimmte Zielstrukturen · experimentell bestimmte Liganden/Nichtliganden der Zielstruktur Phase 2: Ableiten eines ligandenbasierten Ansatzes zur Vorhersage von potentiellen Bindern der Zielstruktur aus Substanzbibliotheken, der nicht auf Strukturdaten der Zielstruktur beruht. Phase 3: Analyse der bekannten Konformere der Zielstruktur auf konstante Angriffspunkte für ein spezielles Liganden-Design. Phase 4: Einbinden der bekannten Strukturinformationen der Zielstruktur zur weiteren Verfeinerung der Auswahlverfahren neuer Kandidaten für die weitere experimentelle Bestimmung des Bindeverhaltens. Im Rahmen dieser Arbeit konnten mittels der Anwendung von künstlichen neuronalen Netzen in einem ligandenbasierten Ansatz durch virtuelles Screening der Chemikalien-Datenbanken verschiedener Lieferanten fünf neue potentielle TAR-RNA-Liganden identifiziert werden (drei davon mit einem Methylenaminoguanidyl-Substrukturmotiv), sowie als „Spin-Off“ durch die Anwendung der ursprünglich nur für den Tat-TAR-FRET-Assay vorgesehenen Testsubstanzen in einem Kooperationsprojekt (mittels CFivTT-Assay) zwei neue potentiell antibakterielle Verbindungen identifiziert werden. Die Beschäftigung mit der offensichtlichen Flexibilität der TAR-RNA und damit einer nicht eindeutig zu definierenden Referenz-Zielstruktur für das Liganden-Docking führte zur Erstellung eines Software-Pakets, mit dem flexible Zielstrukturen – basierend auf den Konformer-Datensätzen von MD-Simulationen – auf konstante Angriffspunkte untersucht werden können. Hierbei wurde ausgehend von der Integration eines Taschenvorhersage-Programms (PocketPicker) eine Reihe von Filtern implementiert, die auf den hierzu in einer MySQL-Datenbank abgelegten Strukturinformationen eine Einschränkung des möglichen Taschenraums für das zukünftige Liganden-Design automatisiert vornehmen können. Des Weiteren ermöglicht dieser Ansatz einen einfachen Zugriff auf die einzelnen Konformere und die Möglichkeit Annotationen zu den Konformeren und den daraus abgeleiteten Tascheninformationen hinzuzufügen, so dass diese Informationen für die Erstellung von Liganden-Docking-Versuchen verwendet werden können. Ferner wurden im Rahmen dieser Arbeit ein neuer Deskriptor für die Beschreibung von Taschenoberflächen eingeführt: der auf der „Skalierungs-Index-Methode“ basierende molekulare SIMPrint. Die Beschäftigung mit der Verteilung der potentiellen Bindetaschen auf der Oberfläche der Konformerensemble führte ferner zur Definition der Taschenoberflächenbildungswahrscheinlichkeit (Pocket Surface Generation Probability – PSGP) für einzelne Atome einer Zielstruktur, die tendenziell für die Einschätzung der Ausbildung einer potentiell langlebigen Interaktion eines Liganden mit der Zielstruktur herangezogen werden kann, um beispielsweise Docking-Posen zu bewerten.
Ataxin-2 is a novel protein, within which the unstable expansion of a polyglutamine domain can cause Spinocerebellar Ataxia type 2 (SCA2), a neurodegenerative disease which belongs to the group of polyglutamine disorders. SCA2 is characterised by a progressive loss of neurons that first affects the cerebellum and brain stem and then may extend to other areas of the brain, like substantia nigra, motoneurons and thalamus. Several lines of research have attempted to determine therole of ataxin-2 in its normal and mutant version. Different animal models and cell culture approaches to study ataxin-2 function implicated ataxin-2 in RNA processing, embryonic development, apoptosis and cytoskeleton. However, the function of ataxin-2 still remains unclear. In this thesis, a protein interaction approach was chosen as an alternative to gain insights into the cellular function of ataxin-2. Full-length ataxin-2 was used as bait in a yeast two-hybrid screen of human adult brain cDNA. Among five candidate interactor proteins identified, two were the endophilins A1 and A3, proteins involved in vesicle endocytosis. Co-immunoprecipitation studies confirmed the association of these proteins in an endogenous complex of mouse brain. In vitro binding experiments narrowed the binding interfaces down to two proline-rich domains on ataxin-2, which interacted with the SH3 domain of endophilins A1/A3. Ataxin-2 and endophilins A1/A3 colocalised at the endoplasmic reticulum as determined by immunofluorescence microscopy of transfected cell lines, and by centrifugation fractionation studies of mouse brain. Importantly, the pattern observed in transfected cells was conserved in untransfected rat hippocampal neurons. In mouse brain, associations of ataxin-2 with endocytic proteins such as the adaptor CIN85, the ubiquitin ligase c-Cbl and also GRB2, in the last case by means of a SH3 domain array chip, were also demonstrated. GST pull-down assays showed ataxin-2 to interact directly with the SH3 domains A and C of CIN85, the C-terminal SH3 domain of GRB2, and the SH3 domain of Src, a kinase activated after receptor stimulation. Functional studies demonstrated that ataxin-2 affects endocytic trafficking of the epidermal growth factor receptor (EGFR) by reducing the EGFR internalisation after EGF stimulation. Taken together, these data implicate ataxin-2 to play a role in endocytic receptor cycling.
Einleitung: Das hepatozelluläre Karzinom (HCC) zählt zu den zehn häufigsten Karzinomen weltweit. Auch in Deutschland wie in anderen Industriestaaten ist die Inzidenz ansteigend. Nur wenige Patienten kommen für ein kuratives Verfahren wie Resektion oder Lebertransplantation infrage, dementsprechend ist die Prognose insgesamt schlecht. Die Prognose eines HCC lässt sich z.B. mit dem „Cancer of the Italian Liver Program“ (CLIP)-Score abschätzen. Als palliatives Verfahren ist die transarterielle Chemoembolisation etabliert. Diese Arbeit untersucht zwei Prognosefaktoren, das alpha-fetoprotein (AFP) und die Restembolisatbelegung nach TACE in Hinblick auf eine Abschätzung des Erfolges einer TACE. Darüber hinaus werden zwei Scoring-Systeme (CLIP- und Tokyo-Score) auf ihre Aussagekraft überprüft, und die Auswirkung einer Zirrhose und einer Hepatitis auf das Gesamtüberleben dargestellt. Material und Methode: Insgesamt sind 89 Patienten mit HCC mittels TACE behandelt worden (22 vor oder nach Leberresektion, 9 vor Lebertransplantation, 58 TACE alleine). Die TACE wird standardisiert mit einer Mischung aus Mitomycin C und Lipiodol Ultra-Fluid durchgeführt. Postinterventionell erfolgen Kontroll-CTs am Folgetag und vier bis sechs Wochen nach TACE zur Kontrolle des Embolisats. In dieser retrospektiven Analyse werden der AFP-Verlauf periinterventionell und die Embolisatbelegung 4-6 Wochen nach TACE in Hinblick auf das Patientenüberleben (ÜLZ) bei Patienten mit alleiniger TACEBehandlung untersucht. Ergebnisse: Bei 43 Patienten der 58 hat zum Zeitpunkt der Diagnosestellung eine Leberzirrhose bestanden (Child A: 33, Child B: 7, Child C: 3). Der CLIP-Score verteilt sich folgendermaßen: CLIP „0“: 18, „1“: 22, „2“: 13, „3“: 4. Die Patienten haben im Median 2 Behandlungen (Range: 1-8) erhalten. Bei 13 Patienten hat der AFP-Wert vor TACE unter 15 ng/ml gelegen. Nach dem CLIP- und dem Tokyo-Score lässt sich die Überlebenszeit der Patienten nicht abschätzen (CLIP: p=0,317, Tokyo: p=0,355). Eine Zirrhose oder Hepatitis hat laut den Ergebnissen dieser Arbeit keinen Einfluss auf das Überleben (Zirrhose: p=0,136, Hepatitis: p=0,345). Wenn sich im CT vier bis sechs Wochen nach eine gute Restembolisatbelegung darstellt, liegt die Überlebenszeit bei 42 Monaten, bei den restlichen Patienten war diese 13,6 Monate (p=0,174) Eine Reduktion des AFP postinterventionell um 30, 50 oder 80 Prozent des Ausgangswertes zeigen keinen statistischen Vorteil in der medianen Überlebenszeit (30%: p=0,82, 50%: p=0,46, 80%: p=0,9). Ein AFP-Wert präinterventionell unter 15 ng/ml bedeutet statistisch keinen signifikanten Vorteil im Überleben (p=0,53). Patienten mit einem postinterventionellen AFP-Wert unter 15 ng/ml überleben 17,2 Monate länger als Patienten mit einem Wert über 15 ng/ml, insgesamt 31,4 Monate (p=0,027). Schlussfolgerung: Im Gegensatz zu vielen anderen Arbeiten zeigt sich kein Vorteil im Überleben, wenn man relative AFP-Veränderungen und AFP kleiner 15 ng/ml präinterventionell als Faktoren heranzieht. Auch eine gute Restembolisation bedeutet keinen signifikanten Vorteil hinsichtlich des Überlebens. Eine neue Erkenntnis ist die Tatsache, dass bei Patienten mit einem AFP-Wert postinterventionell kleiner als 15 ng/ml die Überlebenszeit signifikant verlängert wird. Dieser Erfolgsparameter ist bisher in keiner bisher veröffentlichten Arbeit dargestellt worden.
By translocating proteasomal degradation products into the endoplasmic reticulum (ER) for loading of major histocompatibility complex (MHC) class I molecules, the ATP binding cassette (ABC) transporter associated with antigen processing (TAP) plays a pivotal role in the adaptive immunity against infected or malignantly transformed cells. A key question regarding the transport mechanism is how the inter-domain communication and conformational dynamics of the TAP complex are connected during the peptide transport. To identify residues involved in this processes, we evolved a Trojan horse strategy in which a small artificial protease is inserted into antigenic epitopes. After binding, the TAP backbone in contact is cleaved, allowing the peptide sensor site to be mapped by mass spectrometry. Within this study, the peptide sensor and transmission interface have been identified. This region aligns with the cytosolic loop 1 (CL1) of Sav1866 and MsbA. Based on a number of experimental data and the homology to the bacterial ABC exporter Sav1866, we constructed a 3D structural model of the core TAP complex. According to this model, the CL1 and CL2 of TAP1 are extended cytosolic loops connecting the transmembrane helices (TMH) 2 and 3, and TMH4 and 5 respectively, and contact both nucleotide binding domains (NBDs) of the opposite subunit. In contrast to exporters, the cytosolic loop (named L-loop) of BtuCD importer is much shorter, and contacts only one NBD. The data confirm that the CL1 of TAP1 functions as signal transducer in ABC exporters, because it does not interfere with substrate binding but with substrate transport. The peptide contact site identified herein is restructured during the ATP hydrolysis cycle. Importantly, TAP showed a structural change trapped in the ATP hydrolysis transition state, because direct contact between peptide and CL1 is abolished. By cysteine scanning, the most conserved residues within CL1 were identified, which disrupted the tight coupling between peptide binding and transport. Together with Val-288, these residues are essential in sensing the bound peptide and inter-domain signal transmission. To characterize the molecular architecture of CL1, a convenient and minimally perturbing approach was used, which combined cysteine substitution in the CL1 region and determination of accessibility to thiol specific compounds with different properties. These studies revealed that the N-terminal region of CL1 has a good accessibility for hydrophilic (iodoacetamidofluorescein, IAF) and amphiphilic probes (BODIPY maleimide, BM), whereas the C-terminal region is accessible for hydrophobic probe (coumarin maleimide, CM). Kinetic studies of fluorescence labeling suggest that this region displayed a different accessibility to probes when the protein undergoes distinct conformations (e. g. nucleotide free state), thereby reflecting conformational transitions. Fluorescence labeling with BM induces a lost of peptide transport, whereas the peptide binding remains unaffected. These results indicate that covalent modifications of the CL1 residues influenced the inter-domain communication between transmembrane domain (TMD) and NBD. The X-loop is a recently discovered motif in the NBD of ABC exporters, which stays in close contact to the CLs. Moreover, because the X-loop precedes the ABC signature motif, it probably responds to ATP binding and hydrolysis and may transmit conformational changes to the CLs. By substitution of the highly conserved Glu-602 of TAP2 with residues that have different chemical properties, it was shown for the first time that the X-loop is a functional important element, which plays an key role in coupling substrate binding to downstream events in the transport cycle. We further verified domain swapping in the TAP complex by cysteine cross-linking. The TAP complex can be reversibly arrested either in a binding or translocation incompetent state by cross-linking of the X-loop to CL1 or CL2, respectively. These results resolve the structural arrangement of the transmission interface and point to different functions of the cytosolic loops in substrate recognition, signaling and transport.
The µ-opioid receptor is the primary target structure of most opioid analgesics and thus responsible for the predominant part of their wanted and unwanted effects. Carriers of the frequent genetic µ-opioid receptor variant N40D (allelic frequency 8.2 - 17 %), coded by the single nucleotide polymorphism A>G at position 118 of the µ-opioid receptor coding gene OPRM1 (OPRM1 118A>G SNP), suffer from a decreased opioid potency and from a higher need of opioid analgesics to reach adequate analgesia. The aim of the present work was to identify the mechanism by which the OPRM1 118A>G SNP decreases the opioid potency and to quantify its effects on the analgesic potency and therapeutic range of opioid analgesics.
To elucidate the consequences of the OPRM1 118A>G SNP for the effects of opioid analgesics, brain regions of healthy homozygous carriers of the OPRM1 118A>G SNP were identified by means of functional magnetic resonace imaging (fMRI), where the variant alters the response to opioid analgesics after painful stimulation. Afterwards, the µ-opioid receptor function was analyzed on a molecular level in post mortem samples of these brain regions. Finally, the consequences of the OPRM1 118A>G SNP for the analgesic and respiratory depressive effects of opioids were quantified in healthy carriers and non-carriers of OPRM1 118A>G SNP by means of experimental pain- and respiratory depression-models.
To identify pain processing brain regions, where the variant alters the response to opioid analgesics after painful stimulation, we investigated the effects of different alfentanil concentration levels (0, 25, 50 and 75 ng/ml) on pain-related brain activation achieved by short pulses (300 msec) of gaseous CO2 (66% v/v) delivered to the nasal mucosa using a 3.0 T magnetic head scanner in 16 non-carriers and nine homozygous carriers of the µ-opioid receptor gene variant OPRM1 118A>G. In brain regions associated with the processing of the sensory dimension of pain (pain intensity), such as the primary and secondary somatosensory cortices and the posterior insular cortex, the activation decreased linearly in relation to alfentanil concentrations, which was significantly less pronounced in OPRM1 118G carriers. In contrast, in brain regions known to process the affective dimension of pain (emotional dimension), such as the parahippocampal gyrus, amygdala and anterior insula, the pain-related activation disappeared already at the lowest alfentanil dose, without genotype differences.
Subsequently, we investigated the µ-opioid receptor-expression ([3H]-DAMGO saturation experiments, OPRM1 mRNA analysis by means of RT-PCR), the µ-opioid receptor affinity ([3H]-DAMGO saturation and competition experiments) and µ-opioid receptor signaling ([35S]- GTPγS binding experiments) in post mortem samples of the human SII-region, as a cortical projection region coding for pain intensity, and lateral thalamus, as an important region for nociceptive transmission. Samples of 22 non-carriers, 21 heterozygous and three homozygous carriers of OPRM1 118A>G SNP were included into the analysis. The receptor expression and receptor affinity of both brain regions did not differ between non-carriers and carriers of the variant N40D. In non-carriers, the µ-opioid receptors of the SII-region activated the receptor bound G-protein more efficiently than those of the thalamus (factor 1.55-2.27). This regional difference was missing in heterozygous (factor 0.78-1.66) and homozygous (factor 0.66-1.15) carriers of the N40D variant indicating a reduced receptor-G-protein-coupling in the SII-region.
Finally, the consequences of the alteration of µ-opioid receptor function in carriers and noncarriers of the genetic variant was investigated using pain- and respiratory depression-models. Therefore, 10 healthy non-carriers, four heterozygous and six homozygous carriers of the µ- opioid receptor variant N40D received an infusion of four different concentrations of alfentanil (0, 33.33, 66.66 and 100 ng/ml). At each concentration level, analgesia was assessed by means of electrically (5 Hz sinus 0 to 20 mA) and chemically (200 ms gaseous CO2 pulses applied to the nasal mucosa) induced pain, and respiratory depression was quantified by means of hypercapnic challenge according to Read and recording of the breathing frequency. The results showed that depending on the used pain model, both heterozygous and homozygous carriers of the variant N40D needed 2 – 4 times higher alfentanil concentrations to achieve the same analgesia as non-carriers. This increase seems to be at least for homozygous carriers unproblematic, because to reach a comparable respiratory depression as non-carriers, they needed 10-12 times higher alfentanil concentrations.
The results of this work demonstrate that the µ-opioid receptor variant N40D causes a regionally limited reduction of the signal transduction efficiency of µ-opioid receptors in brain regions involved in pain processing. Thus, the painful activation of sensory brain regions coding for pain intensity is not sufficiently suppressed by opioid analgesics in carriers of the variant N40D. Due to the insufficient suppression in hetero- and homozygous carriers of the variant N40D, the concentration of opioids has to be increased by a factor 2 - 4, in order to achieve the same analgesia as in non-carriers. At the same time, the respiratory depressive effects are decreased to a greater extent in homozygous carriers of the N40D variant as they need a 10 - 12 times higher opioid concentration to suffer from the same degree of respiratory depression as non-carriers. Due to the increased therapeutic range of opioid analgesics, an increase of the opioid dose seems to be harmless, at least for homozygous carriers of the N40D variant.
The present study consists of two parts: The first part is made up of questions concerning the cognitive underpinnings of auditory verbal hallucinations in schizophrenia. As this thesis framed schizophrenia as a multivariate problem, neural correlates to auditory verbal and visual hallucinations were investigated in the second part. The main finding is that vividness of mental imagery was increased in all putative high-risk groups as well as the patients themselves, compared with low-schizotypy controls. Therefore, it seems that vivid imagery is a trait rather than a state marker, and may be related to the genetic liability to develop schizophrenia. However, no evidence was found for a linear relationship between vividness of mental imagery and predisposition to hallucinate. Self-reported imagery vividness and predisposition to hallucinate did not depend on psychomotor speed or intelligence. In addition, individual psychopathology ratings did not correlate significantly with the mental imagery scores. Furthermore, the analysis of the control orientation and the degree of dysfunctional psychopathological status across the schizophrenia spectrum, showed an independence of control orientation and dysfunctional status from each other, as well as from other markers of schizophrenia or schizophrenic-like individuals. As a conclusion, external control orientation seems to be a symptom or a trait marker of schizophrenia. The results lead to the assumption that, beside schizophrenic individuals, first-degree relatives and schizotypy controls have some impairments and visible signs without suffering from the illness directly. This would lead to the further assumption that the illness schizophrenia is not only genetic but also dependent on environmental factors. In the second part of the study, we investigated anatomical and functional brain abnormalities in the schizophrenia patients compared with first-degree relatives and healthy controls. Here, the results followed the continuum of healthy controls, first-degree relatives and schizophrenic patients in the functional and anatomical data sets, and in the language lateralization. The decrease of lateralisation correlated with the severity of symptoms in the patient group. The investigation of visual hallucinations showed activity in higher visual areas during the experience of visual hallucinations in a schizophrenia patient and in a blindfolded subject. The activity in higher visual areas followed the boundaries of category-selective areas in both subjects. In contrast to the memory-related areas found in the schizophrenic patient experiencing visual hallucinations, we did not observe memory-related areas during visual hallucinations induced by blindfolding. This suggests that the neural mechanisms underlying hallucinations in schizophrenia are at least partly distinct from those operational in cortical deafferentation. It is proposed that individual differences in psychopathology, as well as neuropsychological and psychosocial functioning may provide further means to understand the complex and highly dynamic aspects of hallucinations specifically and schizophrenia in general. The enlargement of the subject sample to high-schizotypy controls and first-degree relatives of patients allowed new insights into the mental imagery debate and the dysfunctional connectivity pattern known to be responsible for psychotic symptoms. Further topics of research are discussed.
Natural killer (NK) cells are white blood lymphocytes of the innate immune system that have diverse biological functions, including recognition and destruction of certain microbial infections and neoplasms [1]. NK cells comprise ~ 10% of all circulating lymphocytes and are also found in peripheral tissues including the liver, peritoneal cavity and placenta. Resting NK cells circulate in the blood, but, following activation by cytokines, they are capable of extravasation and infiltration into most tissues that contain pathogen-infected or malignant cells [2-5]. NK cells discriminate between normal and abnormal cells (infected or transformed) through engagement and dynamic integration of multiple signaling pathways, which are initiated by germline-encoded receptors [6-8]. Healthy cells are protected from NK cell-mediated lysis by expression of major histocompatibility complex (MHC) class I ligands for NK cell inhibitory receptors [6, 9]. The MHC is a group of highly polymorphic glycoproteins that are expressed by every nucleated cell of vertebrates, and that are encoded by the MHC gene cluster. The human MHC molecules are termed human leucocyte antigen (HLA)-A, B and C molecules. Every NK cell expresses at least one inhibitory receptor that recognizes a self-MHC class I molecule. So, normal cells that express MHC class I molecules are protected from self-NK cells, but transformed or infected cells that have down-regulated MHC class I expression are attacked by NK cells [10]. There are 2 distinct subsets of human NK cells identified mainly by cell surface density of CD56. The majority (approximately 90%) of human NK cells are CD56dimCD16bright and express high levels of FcγRIII (CD16), whereas a minority (approximately 10%) are CD56brightCD16dim/- [11]. Resting CD56dim NK cells are more cytotoxic against NK-sensitive targets than CD56bright NK cells [12]. However, after activation with interleukin (IL)-2 or IL-12, CD56bright cells exhibit similar or enhanced cytotoxicity against NK targets compared to CD56dim cells [12-14]. The functions of NK cells are regulated by a balance of signals (Fig. 1.1). These are transmitted by inhibitory receptors, which bind MHC class I molecules, and activating receptors, which bind ligands on tumors and virus-infected cells [15]. These receptors are completely encoded in the genome, rather than being generated by somatic recombinations, like T- and B-cell receptors.
Plastids are complex plant organelles fulfilling essential physiological functions, such as photosynthesis and amino acid metabolism. The majority of proteins required for these functions are encoded in the nuclear genome and synthesized on cytosolic ribosomes as precursors, which are subsequently translocated across the outer and inner membrane of the organelle. Their targeting to the organelle is ensured by a so called transit peptide, which is specifically recognized by GTP-dependent receptors Toc159 and Toc34 at the cytosolic side of outer envelope. They cooperatively regulate the insertion of the precursor protein into the channel protein Toc75, thereby initiating the translocation process. Toc34 is regarded as the primary receptor, while Toc159 probably provides the driving force for the insertion. Precursor transfer is achieved by the physical interaction between both receptors in the GTP loaded state. One translocon unit, also called the Toc core complex, is formed by four molecules Toc34, four molecules Toc75 and one molecule Toc159. In the GDP-loaded state, Toc34 preferably forms homodimers, whose physiological function was investigated in the presented study. It could be shown that the dissociation of GDP and therefore the nucleotide exchange are inhibited by the homodimeric state of Toc34. Dissociation of the homodimer is induced by the recognition of a precursor protein, which renders the binding of GTP and subsequent interaction with Toc159 possible. Thus, the homodimeric conformation could reflect an inactive state of the translocon, preventing GTP consumption in the absence of a precursor protein. Both homodimerization as well as heterodimerization of the receptor are regulated by phosphorylation, which could be demonstrated by in vitro and in vivo approaches using atToc33 from Arabidopsis thaliana as a model system. Since the phosphorylated form of Toc34 cannot be assembled with the Toc core complex, it can be concluded that the interactions between GTPase domains not only regulate the transfer of precursor proteins, but also warrant the integrity of the translocon.
Die Untersuchung der Eigenschaften von Hadronen und ihren Konstituenten (Quarks und Gluonen) in heißer und/oder dichter Kernmaterie ist eines der Hauptziele der Physik mit schweren Ionen. Der Zustand dichter und heißer Materie kann im Labor für kurze Zeit in der Reaktionszone von relativistischen Schwerionenkollisionen geschaffen werden. Einen Einblick über die Eigenschaften der starken Wechselwirkung und über die Massenerzeugung der Hadronen geben Dileptonen-Experimente, da Leptonen nicht von der starken Wechselwirkung beeinflusst werden. Unabhängig von der Strahlenergie zeigen die invarianten Massenspektren der Dileptonen in Schwerionenkollisionen im Vergleich zur Superposition der erwarteten hadronischen Zerfälle im Vakuum einen Überschuss im invarianten Massenbereich 0,2 - 0,6 GeV/c². Während dieser Überschuss bei CERN-SPS Energien in Zusammenhang mit der In-Medium-Modifikation der Spektralfunktion des Rho-Mesons gebracht wird, konnte die hohe Zahl der Dileptonen, die von der DLS Kollaboration in C + C und Ca + Ca bei 1 GeV/u beobachtet wurde, bis zum Erscheinen der HADES Daten nicht zufrieden stellend erklärt werden. Die Diskrepanz zwischen experimentellen Daten und Transportrechnungen erhielt den Namen "DLS Puzzle". In diesem Zusammenhang wurde eine kontroverse Diskussion über die Validität der Ergebnisse der DLS Kollaboration geführt. Das HADES Detektorsystem (High Acceptance Di-Electron Spectrometer), das sich am Schwerionensynchroton der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt befindet, ist zur Zeit das einzige Experiment, das Dielektronen bei Projektilenergien von 1 - 2 GeV/u misst. Es tritt somit die Nachfolge des DLS Experiments an. Jedoch ist HADES durch zahlreiche technische Verbesserungen, u.a. Massenauflösung und Akzeptanz, im Vergleich zum Spektrometer DLS ein Experiment der 2. Generation. Erste Ergebnisse der Messung 12C + 12C bei 2 GeV/u der HADES Kollaboration bestätigen den generellen Trend einer erhöhten Zählrate im Vergleich zu den erwarteten Beiträgen von hadronischen Zerfällen. Es stellt sich die Frage, wie sich diese Beobachtung zu kleineren Strahlenergien hin fortsetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die mit dem HADES Detektorsystem durchgeführte Messung der Dielektronenproduktion in der Schwerionenkollision 12C + 12C bei einer Projektilenergie von 1 GeV/u ausgewertet. Wesentliche Zielsetzungen sind u. a. die Überprüfung der DLS Daten und die Bestimmung der Anregungsfunktion des Überschusses. In der Analyse wird demonstriert, dass Leptonen effizient nachgewiesen werden. Die dargestellte Paaranalyse zeigt, dass der kombinatorische Untergrund erfolgreich reduziert und die Menge der wahren Dielektronen weitgehend erhalten werden kann. Nach Abzug des kombinatorischen Untergrundes werden die effizienzkorrigierten und normierten invarianten Massen-, Transversalimpuls- und Rapiditätsverteilungen der Dielektronen untersucht. Die Ergebnisse werden mit hadronischen Cocktails verschiedener theoretischer Ansätze verglichen. Diese beinhalten die Beiträge kurz- und langlebiger Dileptonenquellen einer thermischen Quelle (PLUTO) sowie mikroskopische Transportrechnungen (HSD,IQMD). Im Massenbereich 0,2 - 0,6 GeV/c² wird der gemessene Überschuss relativ zu den Vorhersagen bestätigt. Zusammen mit den Ergebnissen der Messung 12C + 12C bei 2 GeV/u zeigt sich, dass der Überschuss mit abnehmender Strahlenergie relativ zunimmt. Eine detaillierte Analyse zeigt, dass der Überschuss in dem Massenintervall 0,15 - 0,5 GeV/c² als Funktion der Projektilenergie entsprechend der Zahl der produzierten neutralen Pionen und nicht wie die Zahl des Eta-Mesons skaliert. Der direkte Vergleich der HADES mit den DLS Ergebnissen zeigt, dass die Daten der vorliegenden Arbeit mit den für lange Zeit angezweifelten DLS Resultaten übereinstimmen. Die Frage nach dem physikalischen Ursprung des Überschusses rückt somit erneut in den Vordergrund. In diesem Zusammenhang ist das Studium der Dileptonenproduktion in elementaren Reaktionen p + p und d + p wichtig. Neuere Rechnungen mit einem One Boson Exchange (OBE) Modell deuten darauf hin, dass die Beiträge von p-p und hauptsächlich p-n zur Bremsstrahlung signifikant höher sind als bisher vermutet. Eine aktualisierte Transportrechnung (HSD), deren Parametrisierung der Bremsstrahlung durch dieses OBE Resultat inspiriert ist, scheint in der Lage zu sein, die Ergebnisse der Messungen 12C + 12C bei 1 GeV/u der HADES und DLS Kollaboration recht gut zu beschreiben. Die entsprechenden Vergleiche sind dargestellt und werden diskutiert. Aber auch die Transportrechnung IQMD erklärt die HADES Daten recht gut. Daher ist es offensichtlich, dass eine direkte Gegenüberstellung der OBE Modellrechnungen und der von der HADES Kollaboration gemessenen und derzeit analysierten Daten zur Dileptonenproduktion in p + p und d + p Reaktionen erforderlich ist. Nur so können sichere Schlüsse über den Ursprung der Dileptonen bei SIS Energien gezogen werden.
Rolle der NADPH-Oxidase in der Thrombin-induzierten Signaltransduktion in glatten Gefässmuskelzellen
(2008)
Die Pathogenese der Atherosklerose besteht aus einem komplexen Netzwerk, bei dem anhand der hier vorliegenden Daten die vaskuläre NADPH-Oxidase eine zentrale Rolle spielt. In der Vergangenheit wurde bereits gezeigt, dass die Aktivierung der NADPH-Oxidase durch zahlreiche Mediatoren (u.a. Wachstumsfaktoren wie PDGF, Angiotensinogen II und Thrombin) mit vermehrter Freisetzung von Sauerstoffradikalen erfolgt. Ein spezifischer Nachweis, inwieweit die vaskuläre NADPH-Oxidase dabei tatsächlich involviert ist, stand bisher aus. Durch den Einsatz spezifischer Methoden (neutralisierende Antikörper, Antisense Oligonukleotide), wodurch die Untereinheiten der NADPH-Oxidase, p22phox und p47phox, gehemmt wurden, konnte nachgewiesen werden, dass die NADPH-Oxidase die wichtigste Quelle der Sauerstoffradikalbildung darstellt. Durch den Einsatz von p22phox Antisense Oligonukleotide wurde gezeigt, dass es durch die Stimulation mit Thrombin zu einer vermehrten ROS-Produktion durch die p22phox-tragende NADPH-Oxidase mit erhöhter Aktivierung der p38 MAP-Kinase kommt. Des Weiteren wird die Expression des pro-atherogenen Chemokins MCP-1 bekannterweise durch Thrombin induziert. Auch hier konnte durch den Einsatz von p22phox Antisense-Oligonukleotide der p22phox-tragenden NADPH-Oxidase eine zentrale Rolle in der redoxmediierten Genexpression dieses Chemokins zugeschrieben werden. Fehlte die sich im inaktiven Zustand der Oxidase im Zytosol befindliche Untereinheit p47phox, wurde ebenfalls eine beeinträchtigte basale als auch Agonisten-induzierte ROSProduktion durch die NADPH-Oxidase beobachtet. Dabei scheint die Oxidase auch bei Fehlen von p47phox - im Gegensatz beim Fehlen der p22phox - aktiv zu sein, allerdings geringer als bei Vorhandensein aller Untereinheiten. Zusammenfassend konnten die vorliegenden Daten verdeutlichen, dass die p22phox- und p47phox-tragende NADPH-Oxidase eine zentrale Rolle in der ROS-Produktion spielt. Die Sauerstoffradikalbildung wird dabei durch die Expression der einzelnen Untereinheiten als auch der Aktivität der Oxidase bestimmt. Weiterhin sprechen die Daten dafür, dass es sich bei der vaskulären NADPH-Oxidase nicht um ein konsekutiv-aktives Enzym, sondern eher um eine durch Agonisten–induzierte Aktivität der Oxidase handelt.
Die elektrokardiographische (EKG) Diagnostik stellt auch heute noch eine nicht zu ersetzende Methode zur Erkennung wichtiger Erkrankungen der Inneren Medizin dar. Das Wissen um diese Methodik konnte in den letzten Jahren deutlich erweitert werden. Mehr Detailwissen verleiht der elektrokardiographischen Diagnostik höhere Präzision, stellt aber auch höhere Anforderungen an die Motivation der Studierenden und an die Qualität der Lehre. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde diese Problematik vertieft. Mittels einer umfassenden Recherche und eines Fragebogens wurden die verschiedenen Fortbildungsmethoden zur elektrokardiographischen Diagnostik (Bücher, Kurse, praktische Fälle) auf ihren Aufbau, ihre Vor- und Nachteile und ihre Beliebtheit bei Studenten untersucht. In einem zweiten Teil wurde ein Lehrbuch aus einem EKGSeminar an der Universität Frankfurt am Main entwickelt und einem Test unterzogen. Hierzu wurden 30 Teststudenten in zwei Gruppen unterteilt. Gruppe 1 („Verumgruppe“) erhielt das "Selbstlernprogramm" zur Durcharbeitung, Gruppe 2 („Kontrollgruppe“) erhielt keine zusätzliche Fortbildung. Beide Gruppen führten zwei schriftliche Prüfungen durch und die Test-Ergebnisse wurden verglichen. Es fand sich ein Trend zu einer Verbesserung des Test-Ergebnisses (p (x1<x2) = 0,0733) durch das Selbstlernprogramm im Wilcoxon-Mann-Whitney-Test. Im Hodges-Lehmann-Schätzer wurde ein Unterschied von 18 Punkten ermittelt, bei einer Maximalpunktzahl von 150 pro Prüfung. Die Auswertung des Fragebogens ergab eine hohe Beliebtheit von Kursen und praktischen Fällen, eine geringere Beliebtheit von Lehrbüchern und eine niedrige Beliebtheit von Internetquellen zur Fortbildung. Das angewandte Fortbildungskonzept und auch das Selbstlernprogramm an sich wurden als gut strukturiert und sinnvoll eingeschätzt. Die Fortbildung "Entwicklung eines Konzepts zu einem EKG-Selbstlernprogramm" soll als Anregung dienen, die Qualität der Lehre zu verbessern. Sie soll als Beispiel dienen, auf welche Weise Qualitätskontrollen im Bereich der Lehre erfolgen könnten.
Experimentelle Analyse der auslösenden Reize für das Verhalten von Königinnen der Gattung Apis
(2008)
Bei Honigbienen werden im Rahmen der Kolonievermehrung zahlreiche junge Königinnen aufgezogen, von denen letztlich nur eine einzige pro Bienenvolk verbleibt. Die Eliminierung überzähliger Königinnen erfolgt im direkten Kampf der Königinnen gegeneinander. Dabei endet dieser Kampf zwischen zwei jungen unbegatteten Königinnen stets mit dem Tod einer Konkurrentin. Der Kampf der Königinnen ist der zentrale Mechanismus zur Sicherung der Monogynie. Diese Arbeit greift die Fragen auf, welche Reize das aggressive Verhalten der Königin auslösen und wo diese lokalisiert sind. Grundlage der Untersuchungen ist ein Biotest, in dem das Stechverhalten der Königin innerhalb einer Versuchsarena quantifiziert werden kann. Hierbei zeigte sich, dass der Ablauf des Verhaltens dem unter natürlichen Bedingungen im Bienenvolk entspricht. Das Auftreten des Stechverhaltens wurde bei Königinnen verschiedenen Alters und Fertitilitätszustandes untersucht. Es wurde gezeigt, dass das Stechverhalten bei frisch geschlüpften, begatteten und älteren Königinnen, die bereits Eier legen, vorhanden ist. Zur Untersuchung phylogenetischer Aspekte wurden die Verbreitung sowie die interspezifische Wirksamkeit der Auslöser des Stechverhaltens bei insgesamt fünf Apisarten untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Auslöser des Stechverhaltens über die Artengrenzen hinweg wirksam sind. Dies weist darauf hin, dass die Auslöser des Stechverhaltens phylogenetisch an der Wurzel innerhalb des Genus Apis sind. Arbeiterinnen lösen das Stechverhalten dagegen nicht aus. Es zeigte sich allerdings, dass die als Pseudoköniginnen zwischen Arbeiterinnen und Königinnen intermediären eierlegenden Arbeiterinnen der Kaphonigbienen A. m. capensis die Auslöser des Stechverhaltens besitzen und ebenso wie eine Königin mit Stechverhalten auf eine Königin reagieren. Dies weist darauf hin, dass die Auslöser des Stechverhaltens neben der Sicherung der Monogynie möglicherweise noch eine weitere Funktion besitzen, die nicht im Zusammenhang mit der Kolonievermehrung (Schwarmvorgang) steht. Im Gegensatz zu den europäischen Unterarten von Apis mellifera treten bei der in Ägypten endemischen A. m. lamarckii sehr viele Jungköniginnen auf, die sich während der Schwarmphase zunächst tolerieren. In vergleichenden Untersuchungen mit A. m. carnica Königinnen wurde der Frage nachgegangen, ob die Variabilität des Stechverhaltens und dessen Auslöser hierfür Ursache sind. Hierbei wurde deutlich, dass die Auslöser des Stechverhaltens bei A. m. lamarckii Königinnen reduziert sind. Dies kann im biologischen Kontext als eine ökologische Anpassung an die Produktion vieler kleiner Schwärme verstanden werden. Ziel weiterer Analysen war eine Charakterisierung der Auslöser durch das schrittweise Eingrenzen und die Übertragung der biologischen Aktivität. Es wurde experimentell nachgewiesen, dass antennaler Kontakt für das Auslösen des Stechverhaltens notwendig ist. Hierbei zeigte sich, dass die über Kontakt wahrgenommenen Auslöser auf den abdominalen Tergiten lokalisiert sind. Untersuchungen der Tergitoberfläche mit dem Rasterelektronenmikroskop gaben hier weitere Hinweise. Auf der Kutikula der abdominalen Tergite von frisch geschlüpften Königinnen sind Sekretprotuberanzen zu erkennen, die bei älteren Königinnen zunehmen. In diesem Bereich liegen die von Renner und Baumann (1964) beschriebenen subepidermalen Tergittaschendrüsen. Da die Auslöser des Stechverhaltens in diesem Bereich lokalisiert sind, ist zu vermuten, dass diese Sekretprotuberanzen den Tergittaschendrüsen entstammen und die Auslöser des aggressiven Verhaltens enthalten. Zum Nachweis einer chemischen Natur der Auslöser wurde ein Entfernen und Übertragen von Oberflächensubstanzen auf Attrappen untersucht. Hierbei zeigte sich, dass die Auslöser durch Abwischen der Tergite entfernt und durch Aufreiben übertragen werden können. Das Entfernen durch Extraktion sowie eine Übertragung der Auslöser durch das Auftragen von Extrakten war mit dem unpolaren Lösungsmittel n-Pentan möglich. Hierdurch wurde klar belegt, dass es sich bei den über Kontakt wahrgenommenen Auslösern des Stechverhaltens um chemische Reize handelt. Zur Eingrenzung der Komponenten wurde das biologisch aktive Extrakt durch eine präparative Gaschromatographie schrittweise fraktioniert. Anschließend wurde die biologische Aktivität dieser Fraktionen im Biotest bestimmt. Die weitere Identifikation der Komponenten in der biologisch aktiven Fraktion erfolgte durch Analyse der Massenspektren, chemische Reaktionen sowie Vergleiche mit Referenzen. Beim Vergleich der biologisch aktiven Fraktion mit den inaktiven Fraktionen wurden alle Komponenten analysiert, die ausschließlich in der aktiven Fraktion enthalten waren. Hierbei wurden die drei langkettigen Ester Hexadecyllinoleate, Hexadecyloleate und Octadecylpalmitoleate identifiziert. Diese bei Arbeiterinnen nicht vorhandenen Ester wurden ebenfalls in den Tergitextrakten von Apis florea und Apis cerana Königinnen nachgewiesen. Eine Identifikation des biologisch aktiven Isomers durch dessen Synthese und Nachweis im Biotest gestaltet sich aufgrund der Vielzahl möglicher Stereoisomere sehr aufwendig und sprengt deutlich den Rahmen dieser Doktorarbeit. Den Ergebnissen zu Folge ist davon auszugehen, dass die auf den dorsalen Tergiten der Königin nachgewiesenen langkettigen Ester Hexadecyllinoleate, Hexadecyloleate und Octadecylpalmitoleate, die den dort befindlichen subepidermalen Tergittaschendrüsen entstammen und über Kontaktperzeption von der Königin wahrgenommen werden, die Auslöser für das aggressive Verhalten zwischen Königinnen sind.
1.) Die A1AO-ATP-Synthase wurde aus Membranen von P. furiosus unter Erhalt der Struktur isoliert. Das Enzym wurde durch PEG-Fällung, Dichtegradientenzentrifugation, Anionenaustausch-Chromatographie und Gelfiltration zur Homogenität gereinigt. 2.) Die neun aus dem Gencluster vorhergesagten Untereinheiten konnten durch Maldi-TOF-Analysen oder MS/MS identifiziert werden. Die molekulare Masse der A1AO-ATP-Synthase wurde durch LILBID-Analysen zu 730+/-10 kDa bestimmt. 3.) Die funktionelle Kopplung der A1- und AO-Domäne wurde durch Studien mit dem Inhibitor DCCD und TBT nachgewiesen. Weitere ATP-Synthase spezifische Inhibitoren wie DES, Dienestrol und Hexestrol waren in der Lage, das Enzym zu inhibieren. Die I50-Werte betrugen für DES 0,36 mM, für Dienestrol 0,52 mM und für Hexestrol 0,59 mM. 4.) Die ATPase-Aktivität war bei 100°C und pH 6 optimal. Das Enzym hydrolysierte Mg-ATP als bevorzugtes Substrat mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,7 U/mg und einem KM von 0,63 mM. 5.) Die ATPase-Aktivität war Na+-abhängig. Der KM-Wert betrug 0,6 mM. Li+ konnte Na+ substituieren, K+ war dazu nicht in der Lage. Die Wirkung des Inhibitors DCCD (I50 100 μM) konnte durch Zugabe von 5 mM NaCl bis zu einer Konzentration von 0,25 mM aufgehoben werden. Dies war der erste Nachweis einer Na+-abhängigen A1AO-ATP-Synthase. 6.) Das für die c-Untereinheit kodierende Gen wurde aus chromosomaler DNA amplifiziert und sequenziert. Die Genverdopplung konnte bestätigt werden, ebenso die Vorhersage nur einer Ionenbindestelle (Helix 4). Durch LILBIDAnalysen wurde eine Verdopplung der c-Untereinheit aufgrund der molekularen Masse (15,8 kDa) im gereinigten Komplex nachgewiesen. 7.) Die Bildrekonstruktion aus 7400 Einzelbildern zeigte einen Komplex aus zwei Domänen, die durch einen zentralen und zwei periphere Stiele miteinander verbunden sind. Ausgehend von den Summenbildern wurde erstmals eine D-Rekonstruktonsmappe einer A1AO-ATP-Synthase generiert, mit einer Auflösung von 23 Å. In diese 3D-Rekonstruktionsmappe wurden Untereinheiten gelöster Struktur modelliert. Mit Hilfe dieser Daten konnte die voraussichtliche Stöchiometrie der A1AO-ATP-Synthase von P. furiosus zu A3B3CDFE2H2ac10 bestimmt werden. 8.) Durch LILBID-Analysen mit erhöhter Laserintensität wurde ein Subkomplex mit einer molekularen Masse von 233-236 kDa detektiert. Biochemische Daten weisen auf einen Komplex aus einer Kopie der Untereinheit a und 10 Kopien der Untereinheit c hin. Zusammen mit der 3D-Rekonstruktion wurden unabhängige Evidenzien für einen c-Ring bestehend aus 10 Kopien des Monomers mit je 4 transmembranenen Helices und nur einer Ionenbindestelle erhalten. Dies würde eine Na+/ATP-Stöchiometrie von 3,3 ergeben und erklären, warum die A1AO-ATP-Synthase von P. furiosus trotz der V-Typ artigen c-Untereinheit ATP synthetisiert. 9.) Mit dem gereinigten Enyzm wurde eine 3D-Kristallisation durchgeführt. Die resultierenden Kristalle hatten tetraedrische Gestalt, waren 10 x 5 nm groß und wuchsen über einen Zeitraum von 30 Tagen. Die Kristalle beugten Röntgenstrahlen bis zu einer Auflösung von 15 Å. 10.) Zum Nachweis einer möglichen Na+-Abhängigkeit der ATP-Synthase von M. jannaschii wurde ein Na+-armer Puffer mit Sulfit hergestellt, da bereits eine Sulfitabhängigkeit der ATPase-Aktivität nachgewiesen wurde. Es konnte für die A1AO-ATP-Synthase keine Na+-Abhängigkeit der ATPase- Aktivität zwischen 0,07-400 mM nachgewiesen werden. 11.) Ein Subkomplex konnte durch mehrmaliges Auftauen und Einfrieren der A1AO-ATP-Synthase-haltigen Proteinlösung erhalten werden. Der Komplex enthielt die Untereinheiten ABFDacx. Die Untereinheiten C, E und H fehlten dem Komplex, was zu einem Zerfall in hydrophile und hydrophobe Domäne während der Präparation führte. Es konnten in der elektronenmikroskopischen Untersuchung nur Kopfteile detektiert werden. 12.) Die heterolog produzierte A1AO-ATP-Synthase aus M. mazei Gö1 wurde durch das Detergenz Dodecylmaltosid am besten aus der Cytoplasmamembran von E. coli solubilisiert. 13.) TBT ist ein potenter Inhibitor der heterolog produzierten A1AO-ATP-Synthase (I50=60 μM). Der Wirkort konnte durch Vergleichsmessung mit der heterolog produzierten A1-Domäne identifiziert werden. TBT interagiert mit der AODomäne archäeller ATP-Synthasen und ist daher geeignet, die Kopplung der heterolog produzierten A1AO-ATP-Synthase nachzuweisen.
Hypoglykämien stellen in der Behandlung des Typ 1-Diabetes Mellitus ein zentrales Problem dar. Mit dem Ziel, eine möglichst physiologische Insulinsubstitution zu erreichen, um diabetische Folgeschäden zu vermeiden, steigt auch die Gefahr von Hypoglykämien deutlich an. Werden diese Hypoglykämien von den Typ-1-Diabetikern als solche erkannt, können sie durch Kohlenhydratzufuhr sehr einfach behandelt werden. Problematischer ist es, wenn die Unterzuckerung asymptomatisch bleibt und in schweren Fällen bis zum Krampfanfall oder zur Bewusstlosigkeit führt. Dies stellt eine hohe psychische Belastung für die Betroffenen und deren Umfeld dar. Man weiss, dass mit steigender Erkrankungsdauer auch die Wahrscheinlichkeit steigt, eine Hypoglykämiewahrnehmungsstörung zu entwickeln. Jedoch scheinen nicht alle Typ-1-Diabetiker im Laufe ihrer Erkrankung eine Hypoglykämiewahrnehmungsstörung zu entwickeln, so dass hier von einer zusätzlichen genetischen Genese dieses Krankheitsbildes ausgegangen werden kann. Hierzu untersuchte die dänische Arbeitsgruppe um Pedersen-Bjergaard 171 Typ-1-Diabetiker hinsichtlich ihrer Hypoglykämiewahrnehmung und der Enzymaktivität beziehungsweise dem Genpolymorphismus des Angiotensin-Converting-Enzyms (ACE). Es wurde festgestellt, dass Typ-1-Diabetiker mit einer hohen Enzymaktivität, beziehungsweise dem Genpolymorphismus D/D (Deletionsallel) des ACE, ein 2.5-fach höheres Risiko haben eine Hypoglykämiewahrnehmungsstörung zu entwickeln als Typ-1-Diabetiker mit einer niedrigen Enzymaktivität beziehungsweise dem Genpolymorphismus I/I (Insertionsallel) des ACE. Sollten sich diese Daten in weiteren Studien bestätigen, könnte man mittels relativ einfacher Blutuntersuchung Voraussagen treffen, ob ein Typ-1-Diabetiker im Laufe der Erkrankung eine Hypoglykämiewahrnehmungsstörung entwickeln wird oder nicht. Dies hätte direkten Einfluss auf die individuelle Behandlungsstrategie. Diese mittels Fragebogen und Blutentnahme (zur Enzymbestimmung) erhobenen Daten wollten wir in dieser Studie experimentell verifizieren. Wir verwendeten die in der Hypoglykämieforschung etablierte hypoglykämische Glukose-Clamp-Technik. 26 Typ-1-Diabetiker wurden mittels experimentell induzierter und kontrollierter Hypoglykämie hinsichtlich ihrer Hypoglykämiewahrnehmung auf endokriner, symptomatischer und neuropsychologischer Ebene untersucht. Dazu wuden die jeweiligen Blutglukose-Spiegel mittels intravenös appliziertem Insulin auf 90 mg/dl (Euglykämie), 60 mg/dl (milde Hypoglykämie) und 45 mg/dl (moderate Hypoglykämie) stabilisiert, um auf diesen Blutglukose-Niveaus Blutbestimmungen vorzunehmen, Symptome abzufragen und Reaktionstests durchzuführen. Die Enzymaktivitäten des ACE sowie der jeweilige Genpolymorphismus dieses Enzyms wurden aus venösem Vollblut bestimmt. Es wurden zwei Gruppen mit je 13 Probanden mit hoher versus niedriger ACE-Aktivität am Median der absoluten Enzymaktivität des Angiotensin-Converting-Enzyms gebildet. Die Auswertung unserer Daten zeigte eine qualitativ gut durchgeführte Untersuchung, die angestrebten Blutzuckerspiegel wurden erreicht und alle Probanden haben die geforderten Tests beziehungsweise Fragebögen absolviert. Es zeigte sich kein signifikanter Unterschied der Typ-1-Diabetiker mit einer hohen ACE-Aktivität hinsichtlich ihrer Hypoglykämiewahrnehmung auf endokriner, symptomatischer und neuropsychologischer Ebene gegenüber der Vergleichsgruppe mit niedriger ACE-Aktivität. Die von Pedersen-Bjergaard veröffentlichten Daten konnten in dieser Arbeit experimentell nicht nachgewiesen werden. Es ist allerdings zu bedenken dass die von Pedersen-Bjergaard publizierten Arbeiten anhand retrospektiv ermittelter Daten entstanden sind, wohingegen in dieser vorgelegten Arbeit die Daten in einer experimentellen klinischen Studie erhoben worden sind. Als entscheidenden Nachteil dieser Arbeit darf man das geringe Probandenkollektiv sehen, was die statistische Aussagekraft verringert. Weitere klinische Studien mit einer größeren Anzahl an Probanden sollten folgen, um nach genetischen Ursachen für die Entstehung einer Hypoglykämiewahrnehmungsstörung zu suchen.