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Ziel des Seminars war es, für die "Volkskrankheit Rückenschmerz" vom sportorthopädisch-traumatologisch-sportmedizinischen, vom internistischen, vom schmerztherapeutisch-neurochirurgischen und vom physiotherapeutischen Standpunkt aus neue, auf physiologisch-pathophysiologischen Kenntnissen basierende Sichtweisen mit Relevanz für Prävention und Therapie des verbreiteten Problems Rückenschmerz zu präsentieren.
Der Rückenschmerz als Folge der biomechanischen Besonderheit des "Zweibeiners" im Zeitalter der Hypomobilisation und Hyperalimentation - Lendenwirbelsäulen- und Halswirbelsäulen-Beschwerden (Dr. med. Udo Schreiber, Frankfurt am Main): Der Rückenschmerz - besonders der tiefe Rückenschmerz - des Menschen ist wahrscheinlich meist durch eine Fehlstatik verursacht. In Deutschland beträgt die Inzidenz von Rückenschmerzen während des Lebens fast 80%. Dr. Schreiber legte dar, dass die anatomische Längendifferenz der Beine zu verschiedenen Pathologien im Halte- und Bewegungsapparat führt. Die pathologischen Veränderungen - z.B. transversaler Schub auf das Ileosakralgelenk - treten meistens auf der längeren Beinseite mit einer Skoliose der Wirbelsäule mit erhöhten Druckbelastungen auf der Konkavseite der Skoliose in den Bandscheiben und mit typischen Blockaden in den verschiedenen Wirbelsäulensegmenten auf. Sinnvolle Diagnostik beinhaltet Anamnese und umfangreiche klinische Untersuchung zum Erkennen von Funktionsdefiziten anstelle von nur bildgebender Diagnostik. Sinnvolle Therapien sind - neben analgetischen Therapien, wie manueller Therapie, Matrix-Rhythmus-Therapie, wassergefiltertem Infrarot A (wIRA), Ohrakupunktur, Magnetfeldresonanztherapie, Mikrostromtherapie, Injektionstherapie - vor allem die therapeutisch-präventiven Maßnahmen Dehnen verkürzter Muskulatur und partieller Ausgleich von Beinlängendifferenzen. Wirtschaftlich gesehen verursacht die Fehlstatik immense indirekte und direkte Krankheitskosten, wobei die aufgezeigten sinnvollen Therapien zielführend und zugleich kostengünstig sind.
Ein ganzheitliches Therapiekonzept mit Matrix-Rhythmus-Therapie, Hyperthermie, Sauerstoff und Entsäuerung - Therapie von muskulo-skelettalen Beschwerden (Dr. med. Bernhard Dickreiter, Nordrach): Die Kosten zur Behandlung von Rückenschmerzen belasten in den vergangenen Jahren zunehmend die Krankenkassen durch Diagnose- und Therapiekosten sowie die Betriebe durch Ausfallzeiten. Rückenschulkonzepte der vergangenen Jahre zeigen aus Sicht von Dr. Dickreiter nicht den gewünschten Effekt. Vielversprechende neue Sichtweisen für den Umgang mit diesem Krankheitsbild ergeben sich aus den aktuellen Ergebnissen der zellbiologischen Grundlagenforschungen und dem daraus resultierenden neuen "Matrix-Therapie-Konzept": Die Ursache der muskulo-skelettalen Beschwerden im Sinne eines myofaszialen, myo-ischämisch-azidotischen und myotendinitischen Schmerzsyndroms wird in der Verspannung der Muskulatur mit einer Energiekrise auf zellulärer Ebene gesehen. Beim neuen Therapiekonzept steht nicht eine Therapiefülle wie bisher im Vordergrund, sondern ein auf Effektivität ausgerichtetes modulares Konzept, welches die zellbiologischen Prozesse auf extrazellulärer Matrixebene gezielt beeinflusst. Wesentliche Bestandteile des Konzepts sind die Matrix-Rhythmus-Therapie als tiefenwirksame Mikroextensionstechnik, die lokale Wärme mit wassergefiltertem Infrarot A (wIRA) bzw. die Infrarot-Ganzkörperhyperthermie, die körperliche Bewegung zur lokalen Verbesserung der Sauerstoffversorgung, die Sauerstofftherapie einschließlich Hyperbarer Oxygenation (HBO) und die orthomolekulare Substitution und "gesunde" Ernährung.
Konservative, interventionelle und operative Verfahren aus der Sicht des Schmerztherapeuten und Neurochirurgen: Stellenwert im Hinblick auf ein integriertes Behandlungskonzept (Dr. med. Volker Ritzel, Offenbach am Main): Mit einem interdisziplinären Therapiekonzept (Hausarzt; Orthopädie, Neurochirurgie, Schmerztherapie, Krankengymnastik/Physiotherapie, Psychotherapie) multimodal mit Nutzung konservativer, interventioneller und operativer Verfahren können heute Rückenschmerzen erfolgreich behandelt werden. Dabei ist besonders auf eine rechtzeitige suffiziente Therapie Wert zu legen (u.a. protektive, antizipierende Analgesie), um die Ausbildung eines Schmerzgedächtnisses mit Chronifizierung und Verselbstständigung des Schmerzes zu vermeiden. Zu den konservativen Therapiemöglichkeiten gehören neben einer medikamentösen Schmerztherapie nach dem WHO-Stufenschema die Transkutane elektrische Nervenstimulation (TENS), Physiotherapie, Psychotherapie, übende Verfahren (Progressive Muskelentspannung nach Jakobsen, Autogenes Training, Göttinger Rücken-Aktiv-Programm GRAP), Ergotherapie, Akupunktur und Balneotherapie. Weitere schmerztherapeutisch-neurochirurgische Verfahren sind die therapeutische Lokalanästhesie, CT-gesteuerte Verfahren, die perkutane Laser-Diskus-Dekompression, denervierende Verfahren, die endoskopische Sequestrektomie, die Vertebroplastie, offen-operative Verfahren, die mikrochirurgische Dekompression sowie Implantatverfahren wie die minimal-invasive zervikale und lumbale Spondylodese. Ambulante/Praxisklinische Operationen können heute in einer neurochirurgischen Praxisklinik im Rahmen des modernen Konzepts der Integrationsversorgung erfolgen.
Rückenschule zur primären, sekundären und tertiären Prävention - Lebensstiländerung, Krankengymnastik/Physiotherapie - im Zeitalter integrierter ambulanter Versorgung (Monika Kremer, Frankfurt am Main): Moderne Therapiestrategien bevorzugen - soweit möglich - ein konservatives gegenüber einem operativen Vorgehen, ein aktives gegenüber einem passiven, ein multimodales gegenüber einem monotherapeutischen Vorgehen. Bewegungs- und trainingstherapeutische Maßnahmen (z.B. Erweiterte Ambulante Physiotherapie EAP als Komplextherapie mit den Bestandteilen Krankengymnastik/Physiotherapie, Physikalische Therapie und Medizinische Trainingstherapie MTT) sind wichtige Bestandteile moderner Rückenkonzepte. Die Arbeitsplatzsituation wird besonders berücksichtigt mit zunehmender Integration von Ergonomie-Trainingsprogrammen. Der Begriff "Präventive Rückenschule" umfasst die Vermittlung und Anwendung wirkungsvoller Alltagsstrategien zur Vermeidung hoher Rückenbelastungen, um der Entwicklung funktioneller und degenerativer Krankheiten vornehmlich im Bereich der Wirbelsäule einschließlich muskulärer Dysbalancen vorzubeugen. Hierzu gehört ein rückengerechtes Alltagsverhalten (z.B. richtiges körpernahes Heben und Tragen). Besonders effektiv sind aktive Trainingsformen zum Muskelaufbau und zur Verbesserung der Ausdauer in Kombination mit verhaltensorientierten Trainingsprogrammen mit dem Ziel der Steigerung von Wohlbefinden und Lebensqualität. Erläutert werden das Konzept des Forschungs- und Präventionszentrums Köln (FPZ), das Kieser-Training, das Baunataler Rücken-Konzept (BRK) und das tergumed®-Rückenkonzept. Häufig können Rückenschmerzen durch rückengerechte Verhaltensweisen sowie präventives und rehabilitatives Rückentraining vermieden werden oder es kann nach ihrem Auftreten rehabilitativ wieder ein schmerzfreier stabiler Gesundheitszustand erreicht werden.
Multiple choice (MC)-Klausuren sind im deutschen Medizinstudium trotz weitgehend fehlender Daten zur Validität dieser Prüfungsform zur Regelprüfung geworden. Darüber hinaus ist unklar, in welchem Ausmaß die Studierenden - auch solche mit guten Prüfungsergebnissen - den geprüften Lernstoff tatsächlich beherrschen. Am Fachbereich Medizin der Johann-Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt wurde am Ende des SS 2003 im Fach Mikrobiologie für die Studierenden des 2. klinischen Semesters eine MC-basierte Abschlussprüfung geschrieben. Die Studierenden des 1. klinischen Semesters hatten - bedingt durch Umstellungen des Curriculums - eine identische Ausbildung. Diese wurde durch eine inhaltlich weitgehend identische, im Format aber andere Klausur abgeschlossen, in der sowohl offene Fragen enthalten waren als auch Fragen, bei denen die Studierenden jede Aussage einzeln auf Korrektheit bewerten mussten. Der Vergleich der Ergebnisse für inhaltlich gleiche Fragen zeigt, dass die Studierenden im MC-Format eine hohe Quote richtiger Antworten erzielen, diese jedoch durch ein geändertes Fragenformat stark reduziert wird. So erreichten nur 20 - 30% der Studierenden ein vollständig richtiges Ergebnis, wenn jede Aussage einzeln bewertet werden musste, während die inhaltlich gleiche Frage im MC-Format 80 - 90% richtige Ergebnisse erzielte. In freien Fragen konnten nur 30 - 40% der Studierenden die richtige Antwort aktiv niederschreiben, während 90 -99% der Studierenden die richtige Lösung passiv erkannten. Wir interpretieren diese Ergebnisse dahin, dass der Entscheidungszwang in MC-basierten Fragen einen starken Einfluss auf die Quote richtiger Antworten hat, und die Prüfungsergebnisse damit wesentlich durch das Format beeinflusst werden, das Wissen dagegen nicht beherrscht wird. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, Sorgfalt bei der Auswahl des Prüfungsverfahrens walten zu lassen und der Steuerung des studentischen Lernverhaltens durch das Prüfungsformat wesentlich mehr Aufmerksamkeit zu widmen als bisher.
Der Qualitätsstandard von Arzneimitteln in Deutschland und anderen Industrienationen ist zum heutigen Zeitpunkt hoch. Dies ist in erster Linie den strengen arzneimittelrechtlichen Anforderungen und Kontrollen zuzuschreiben, denen der Arzneimittelmarkt unterliegt. Es muss allerdings befürchtet werden, dass sich dies in Zukunft ändern könnte. Die Gefahr besteht zum einen in der Legalisierung des Versandhandels von Arzneimitteln und zum anderen in der EU-Osterweiterung. Es besteht die Gefahr, dass aus osteuropäischen Staaten vermehrt qualitativ minderwertige oder gefälschte Arzneimittel auftauchen. In Entwicklungsländern dagegen besteht heute schon ein großes Problem bezüglich der Arzneimittelqualität, die WHO vermutet, dass 25 % aller Arzneimittel in ärmeren Ländern qualitativ minderwertig oder gefälscht sind. Um so wichtiger erscheint die Möglichkeit, einfache, schnelle und zerstörungsfreie Prüfmethoden zur Qualitätskontrolle von Arzneimitteln zur Verfügung zu haben. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der Einsatz der Nahinfrarot-Spektroskopie zur Qualitätskontrolle von Tabletten und Lösungen geprüft. Diese Technik bietet sich besonders an, da sie schnell und zerstörungsfrei ist und keinerlei Probenaufbereitung bedarf. Die NIRS hat sich in den letzten Jahren als geeignete Methode zur Quantifizierung von Wirkstoffen in Tabletten und anderen Arzneiformen erwiesen. Bisher allerdings nur zur Anwendung auf ganz spezielle Präparate, so dass mit den Methoden nur eine bestimmte Spezialität untersucht werden konnte. In dieser Arbeit wurde die NIRS erstmals auf Präparate verschiedener Hersteller mit unterschiedlicher Matrix eingesetzt. Damit konnte eine ganze Präparategruppe mit nur einer Methode untersucht werden. Im ersten Teil konnte gezeigt werden, dass Tablettenpräparate des Deutschen Marktes unterschiedlicher Hersteller, die sich Form, Farbe, Größe und Hilfsstoffmatrix unterschieden, zusammen bezüglich ihres Wirkstoffgehaltes kalibriert werden können. Damit erlauben die Methoden eine Aussage darüber zu treffen, ob der Wirkstoff in der deklarierten Menge enthalten ist. Dies war sogar ohne die simultane Durchführung einer entsprechenden Referenzanalytik zur Erstellung der Kalibrationsmodelle möglich. Alle erstellten Methoden mit ASS-, Atenolol- und Enalapril-Tabletten erlaubten es zu überprüfen, ob der Wirkstoff in einer Konzentration von ± 10 % der Deklaration enthalten ist. Dabei zeigte sich, dass der Kalibrationsdatensatz idealerweise alle möglichen später auftretenden Variationen berücksichtigen sollte, um bei der späteren Analyse falsche Ergebnisse zu vermeiden. Im zweiten Teil sollte überprüft werden, ob mit diesen NIR-Methoden Arzneimittelfälschungen und damit verbundene Qualitätsmängel wie Unterdosierungen, Placebos, falsche Wirkstoffe oder zusätzliche Wirkstoffe erkannt werden. Da uns keine „realen“ Proben zur Verfügung standen, wurden die Tabletten im Rahmen einer Kooperation mit der Pharmazeutischen Technologie der Universität Frankfurt produziert. Die Messungen erfolgten in Transmission, Reflexion und durch verschiedene Blistermaterialien. Im Rahmen der Kalibration und Validierung wurde deutlich, dass die unterschiedlich gewählte Hilfsstoffmatrix einen großen Einfluss ausübt. Die Validierung zeigte, dass die Gehaltsbestimmung in einem Rahmen von ± 15 % der wahren Wirkstoffmenge möglich ist. Dieser Rahmen scheint zunächst sehr groß, allerdings muss bedacht werden, dass im Rahmen der Kalibration eine große Variation in den Datensatz gebracht wurde und die zur Validierung verwendeten Präparate dem Modell völlig unbekannt waren. Die Untersuchung der simulierten Fälschungen ergab für die Transmissions- Reflexions- und Blistermessungen vergleichbare Ergebnisse. Placebos wurden eindeutig identifiziert, ebenso die Tabletten mit falschem Wirkstoff. Dass Unterdosierungen ab 15 % erkannt werden, wurde im Rahmen der Validierung gezeigt. Zusätzliche Wirkstoffe wurden sowohl bei den Reflexions- als auch bei den Transmissionsmessungen erst ab einer Konzentration von 10 % sicher erkannt. Die Methoden mit Messungen durch den Blister lieferten dagegen ab 2 % zusätzlicher Substanz Hinweise auf einen qualitativen Mangel. Im dritten Teil wurde am praxisrelevanten Beispiel der Tilidin-Lösungen eine NIR-Methode erstellt, die zukünftig eine schnelle und sicher anwendbare Möglichkeit zur Überprüfung dieses Arzneimittels auf Manipulation darstellt. Im Vergleich zu einer bisher angewandten zeitintensiven DC, kann die nur wenige Minuten in Anspruch nehmende NIR-Analyse erheblich Zeit einsparen...
Die NO-sensitive Guanylat-Cyclase (GC), der wichtigste physiologische Rezeptor für Stickstoffmonoxid (NO), ist an der Produktion des sekundären Botenstoffes cGMP beteiligt. Die GC ist ein obligates Heterodimer bestehend aus je einer alpha- und einer beta-Untereinheit, wobei die alphabeta-Isoform am häufigsten vorkommt. Die Bindung von NO an die prosthetische Häm-Gruppe der beta-Untereinheit führt zur Aktivierung des Enzyms. Das dabei gebildete cGMP bindet an Effektorproteine wie Proteinkinase G, Phosphodiesterasen und Ionenkanäle und vermittelt dadurch seine zellulären Effekte. Der Mechanismus der NO-induzierten Aktivierung der GC ist weitgehend bekannt; hingegen ist bisher nur wenig über alternative Regulationsmodi der GC wie zum Beispiel Phosphorylierung, Protein-Protein-Interaktion oder Translokation bekannt. Aufgabe der vorliegenden Arbeit war es daher, die Phosphorylierung der GC durch Tyrosinkinasen der Src-Familie sowie den GC-Interaktionspartner AGAP1 zu untersuchen. Die Tyrosinphosphorylierung der GC konnte in Gegenwart von Protein-Tyrosinphosphatase-Inhibitoren wie Pervanadat erstmals in endogenen Zellen wie Thrombozyten und vaskulären glatten Muskelzellen nachgewiesen werden. Untersuchungen mit dem Inhibitor SU6656 zeigten, dass Kinasen der Src-Familie an der Pervanadat-induzierten Phosphorylierung beteiligt sind. In Überexpressionssystemen wurde die GC durch Src und Fyn phosphoryliert, wobei Src hier deutlich effektiver war. Zudem kann Src die beta-Untereinheit der GC in vitro direkt phosphorylieren. Die Verwendung von Kinase-knockout-Zellen zeigte, dass neben Src auch andere Kinasen die GC-Phosphorylierung vermitteln können. Src interagiert mit dem Holoenzym der GC, wenn der Tyrosinrest 192 der beta-Untereinheit phosphoryliert ist. Hierbei bindet Src über seine SH2-Domäne an die GC. Mit der GC assoziiertes Src kann mindestens einen weiteren Tyrosinrest der beta-Untereinheit phosphorylieren. Ferner weisen einige Resultate auf eine zweite Bindungsstelle hin, die unabhängig von Tyrosin-192 und der SH2-Domäne ist. Experimente zur Lokalisation deuten auf eine möglicherweise durch Src vermittelte Translokation der Guanylat-Cyclase zur Plasmamembran hin. Ein weiterer Teil dieser Arbeit befasste sich mit AGAP1, einem etablierten Interaktionspartner der GC. AGAP1 ist am endosomalen Vesikeltransport beteiligt, indem es die Aktivität von Arf-GTPasen Phospholipid-abhängig stimulieren kann. In dieser Arbeit zeigte sich, dass AGAP1 über seinen N-Terminus sowie einen oder mehrere Segmente des C-Terminus dimerisiert. Außerdem kann AGAP1 über seine Pleckstrin-Homologie-Domäne an Phosphatidylinositol- Monophosphate und Phosphatidylinositol 3,4-bisphosphat binden. Zusammenfassend betrachtet zeigt diese Arbeit neue potentielle Regulationsmechanismen der NO-sensitiven Guanylat-Cyclase durch Tyrosinphosphorylierung und durch die Interaktion mit der Tyrosinkinase Src und dem Multidomänen-Protein AGAP1 auf. Hierbei wird deutlich, dass der NO/cGMP-Signalweg, die Tyrosinphosphorylierungs-Kaskaden und der Vesikeltransport regulatorisch ineinander greifen.
In this thesis, we opened the door towards a novel estimation theory for homogeneous vectors and have taken several steps into this new and uncharted territory. Present state of the art for homogeneous estimation problems treats such vectors p 2 Pn as unit vectors embedded in Rn+1 and approximates the unit hypersphere by a tangent plane (which is a n-dimensional real space, thus having the same number of degrees of freedom as Pn). This approach allows to use known and established methods from real space (e.g. the variational approach which leads to the FNS algorithm), but it only works well for small errors and has several drawbacks: • The unit sphere is a two-sheeted covering space of the projective space. Embedding approaches cannot model this fact and therefore can cause a degradation of estimation quality. • Linearization breaks down if distributions are not highly concentrated (e.g. if data configurations approach degenerate situations). • While estimation in tangential planes is possible with little error, the characterization of uncertainties with covariance matrices is much more problematic. Covariance matrices are not suited for modelling axial uncertainties if distributions are not concentrated. Therefore, we linked approaches from directional statistics and estimation theory together. (Homogeneous) TLS estimation could be identified as central model for homogeneous estimation and links to axial statistics were established. In the first chapters, a unified estimation theory for the point data and axial data was developed. In contrast to present approaches, we identified axial data as a specific data model (and not just as directional data with symmetric probability density function); this led to the development of novel terms like axial mean vectors, axial variances and axial expectation values. Like a tunnel which is constructed from both ends simultaneously, we also drilled from the parameter estimation side towards directional/axial statistics in the second part. The presentation of parameter estimation given in this thesis deviates strongly from all known textbooks by presenting homogeneous estimation problems as a distinguished class of problems which calls for different estimation tools. Using the results from the first part, the TLS solution can be interpreted as the weighted anti-mean vector of an axial sample. This link allows to use our results from axial statistics; for instance, the certainty of the anti-mode (i.e. of the TLS solution!) can be described with a weighted Bingham distribution (see (3.91)). While present approaches are only interested in the eigenvector of the some matrix, we can now exploit the whole mean scatter matrix to describe TLS solution and its certainty. Algorithms like FNS, HEIV or renormalization were presented in a common context and linked to each other. One central result is that all iterative homogeneous estimation algorithms essentially minimize a series of evolving Rayleigh coefficients which corresponds to a series of (converging?) cost functions. Statistical optimization is only possible if we clearly identify every step as what it exactly is. For instance, the vague statement “solving Xp ... 0” means nothing but setting ˆp := arg minp pTXp pT p . We identified the most complex scenario for which closed form optimal solutions are possible (in terms of axial statistics: the type-I matrix weighted model). The IETLS approach which is developed in this thesis then solves general type-II matrix weighted problems with an iterative solution of a series of type-I matrix weighted problems. This approach also allows to built converging schemes including robust and/or constrained estimation – in contrast to other approaches which can have severe convergence problems even without such extensions if error levels are not low. Chapter 6 then is another big step forward. We presented the theoretical background of homogeneous estimation by introducing novel concepts like singular vector unbiasedness of random matrices and solved the problem of optimal estimation for correlated data. For instance, these results could be used for better estimation of local image orientation / optical flow (see section 7.2). At the end of this thesis, simulations and experiments for a few computer vision applications were presented; besides orientation estimation, especially the results for robust and constrained estimation for fundamental matrices is impressive. The novel algorithms are applicable for a lot of other applications not presented here, for instance camera calibration, factorization algorithm formulti-view structure from motion, or conic fitting. The fact that this work paved the way for a lot of further research is certainly a good sign.
The N-terminal domain (matrix protein or MA) of a retroviral Gag polyprotein precursor plays a critical role in several stages of the retrovirus life cycle. MA is involved in the effective membrane targeting, assembly and release of the immature viral particles from the infected cell. In order to understand the structural basis of these functions, the full length MA from Moloney Murine Leukemia Virus (MoMuLV) was purified and the solution structure of the MA MoMuLV was determined by means of heteronuclear high-resolution NMR spectroscopy and compared with that of the X-ray diffraction analysis as well as with the structures of several MA proteins from geterologous viruses. Structural features were also obtained from CD spectroscopy, dynamic light scattering, sedimentation velocity, differential scanning calorimetry and other methods. It was found that the MA MoMuLV globular core (residues 8-98) is comprised of 7 well-defined helices (five alpha-helices and two 310 helices), with the general fold typical for MA proteins from other retroviral species. The N-terminus (residues Met1-Leu7) and the C-terminal proline-rich part (residues Pro103-Tyr131) are not structured in solution. Although MA MoMuLV has a low sequence identity compared with other matrix proteins for which the three-dimensional structure is known, it was shown that its overall topology and pattern of secondary structural units is similar to other retroviral matrix proteins. The monomeric state is observed for the correctly folded MA MoMuLV in a variety of external conditions and protein concentrations, indicating that virion assembly starts with the plasma membrane targeting of the nascent Gag precursor. The denaturation of MA MoMuLV is irreversible and is connected with protein aggregation. For Moloney Murine Leukemia Virus (MoMuLV) a proteolytic processing of the R-peptide (last 16 amino acids from the C-terminus of the Envelope protein (Env)) has been described as a second mode of fusion and activation preceding the receptor contact between the viral particle and the cellular membrane. An interaction between the R-peptide and MA MoMuLV has been proposed, since the R-peptide and MA are localized at the inner part of the membrane. Therefore the interaction between 15N labelled purified MA MoMuLV and synthesized R-peptide has been investigated using high-resolution NMR. It was found that in water solution MA MoMuLV and R-peptide do not form a tight complex, but in a mature virion in the presence of membranes or other protein factors it might be possible. In the case of HIV-1 the cytoplasmic part (EnvC) of the Env protein is much longer than in other retroviruses and again as for MoMuLV little is known about the interaction between EnvC and HIV MA. Hence, the full length HIV MA, and the last 150 amino acids from HIV Env have been subcloned with suitable expression vectors, purified and analysed by native gel electrophoresis, a pull down assay and by high resolution NMR for the purpose to detect the complex formation of EnvC and HIV MA. Finally, after all those experiments, it was found that a stable complex is not formed, but a weak interaction between the two proteins can not be excluded.
Molekularbiologische Charakterisierung und Expressionsanalyse des Brust-Tumorantigens NY-BR-1
(2005)
Brustkrebs ist die häufigste Krebserkrankung bei Frauen. Trotz guter Behandlungsmöglichkeiten für lokalisierte Primärtumoren verläuft die fortgeschrittene Erkrankung, bei der sich bereits Metastasen gebildet haben, oft tödlich. Es besteht daher ein großer Bedarf an weiteren Tumormarkern für die Diagnostik und Verlaufsbeurteilung sowie an geeigneten Zielproteinen für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien. Neben Radio- und Chemotherapie hat in den letzten Jahren die Immuntherapie bei der Behandlung von Krebserkrankungen an Bedeutung gewonnen. Im Gegensatz zur systemischen Wirkungsweise der Zytostatika wird hierbei das zytolytische Potential des Immunsystems genutzt, um zielgerichtet Tumorzellen zu eliminieren. Sogenannte tumorassozierte Antigene bzw. „Cancer/Testis“ Antigene repräsentieren potente und effektive Zielproteine sowohl für die Anwendung therapeutischer Antikörper als auch für Vakzinierungen. Besonders die auf dem Einsatz von Antikörpern basierenden Strategien haben sich in Kombination mit einer Chemotherapie in jüngster Zeit als erfolgreich erwiesen. In einer brustspezifischen SEREX Analyse konnte vor wenigen Jahren das Tumorantigen NY-BR-1 identifiziert werden, für das eine gewebespezifische mRNA Expression in Testis, Brust sowie eine Überexpression in Mammakarzinomen beschrieben wurde. Bioinformatische Vorhersagen legten nahe, dass es sich bei diesem neuen, nicht charakterisierten Protein um einen Transkriptionsfaktor handeln könnte. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Brust Tumorantigen NY-BR-1 molekularbiologisch und biochemisch zu charakterisieren. Des Weiteren sollten dessen Expression in Zelllinien und Geweben untersucht und eine erste Evaluierung der klinischen Relevanz dieses Tumorantigens als Zielprotein für immuntherapeutische Strategien durchgeführt werden. Hierfür wurden zunächst ein NY-BR-1 Volllängen-Expressionskonstrukt kloniert sowie ein polyklonales anti-NY-BR-1 Antiserum hergestellt, das in der Lage ist, rekombinantes und überexprimiertes NY-BR-1 Protein zu detektieren. Für den Nachweis des endogenen Proteins konnte später ein monoklonaler anti-NY-BR-1 Antikörper verwendet werden, der im Rahmen dieser Arbeit bezüglich seiner Funktionalität und Spezifität in diversen Anwendungen (Western Blot, Immunpräzipitation, Immunfluoreszenz, Durchflusszytometrie, Immunhistochemie) getestet und eingesetzt wurde. Expressionsanalysen mittels quantitativer RT-PCR und cDNA-„Microarrays“ zeigten, dass NY-BR-1 in normalem Brustgewebe, in primären Mammakarzinomen und in Brusttumormetastasen exprimiert ist, wobei im Vergleich zu Normalgewebe in 70% der Tumorproben eine Überexpession zu beobachten war. Interessanterweise wird NY-BR-1 auch in normalem Prostatagewebe und in einigen Prostatatumoren exprimiert. Es gelang in der vorliegenden Arbeit erstmalig, die Expression des endogenen NY-BR-1 Proteins in normalem Brust-, Testis- und Prostatagewebe sowie entsprechenden Tumorproben im “Western Blot” nachzuweisen, wobei das Protein nur in der unslöslichen Membranfraktion einer Gewebe-Lysatpräparation detektiert werden konnte. Es wurde mit verschiedenen biochemischen und zellbiologischen Methoden in transient transfizierten Zellen gezeigt, dass NY-BR-1 ein Membranprotein ist, dessen N- und C-Terminus sich auf der Zelloberfläche befinden. Immunfluoreszenz und FACS-Analysen belegen, dass der monoklonale Antikörper das NY-BR-1 Epitop auf der Zelloberfläche lebender transfizierter Zellen erkennt. Da NY-BR-1 in Pleuralergusszellen von Brustkrebspatientinnen sowie in etablierten Brust-Zelllinien nur in einigen Fällen auf mRNA Ebene, nicht jedoch auf Proteinebene nachweisbar war, wurde die Lokalisation des endogenen Proteins in Gewebeproben immunhistochemisch untersucht. Während NY-BR-1 in Brust-, Prostata- und Hodentumorzellen überwiegend im Zytoplasma gefunden wird und zum Teil vesikulär/aggregiert vorliegt, konnte in einigen Zellen der Brust- und Hodenkarzinome eine Membranlokalisation des Proteins beobachtet werden. Die vorhergesagte Funktion von NY-BR-1 als Transkriptionsfaktor konnte experimentell nicht bestätigt werden. Die Ergebnisse von Co-Immunpräzipitationsexperimenten legten nahe, dass das NY-BR-1 Protein Dimere oder Multimere mit sich selbst bzw. mit dem C-Terminus des Proteins bilden kann. Erste funktionelle Studien lassen eine direkte Beteiligung von NY-BR-1 an der malignen Transformation vermuten. In Weichagar Experimenten konnten NY-BR-1 exprimierende murine Fibroblasten (NIH3T3 Zellen) Kolonien bilden. Desweiteren wurde beobachtet, dass NY-BR-1 Expression in embryonalen Nierenzellen (293T Zellen) einen positiven Einfluß auf deren Adhäsionsverhalten an humane Endothelzellen zur Folge hat. Serologische Untersuchungen von über 50 Brustkrebs Patientenseren konnten bestätigen, dass NY-BR-1 ein Tumorantigen ist und ergaben, dass mindestens 5% der Patienten detektierbare anti-NY-BR-1 Serumantikörper entwickelten. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnten dazu beitragen, das Expressionsmuster, die zelluläre Lokalisation und die biologische Funktion des Tumorantigens NY-BR-1 näher zu untersuchen. Da NY-BR-1 gewebespezifisch in Brust, Testis und Prostata exprimiert ist und in 70% der Brust- und einigen Prostatatumoren (über)exprimiert wird, ist NY-BR-1 ein geeigneter Tumormarker und ein attraktives Zielprotein für aktive und passive Immuntherapie bei Brust- und evtl. bei Prostatakrebspatienten. Speziell für auf Antikörpern basierenden Therapien stellt das Zelloberflächenantigen NY-BR-1 ein interessantes „target“ für zukünftige Therapiestudien dar.
Massenspektrometrische Untersuchungen von DNA, RNA und nichtkovalenten Oligonukleotid-Komplexen
(2005)
Ziel dieser Dissertation war es, grundlegende Untersuchungen zum massenspektrometrischen Nachweis von DNA und RNA durchzuführen, sowie der spezifische Nachweis von nichtkovalenten Oligonukleotid-Komplexen. Dabei lag der Schwerpunkt auf den folgenden drei Bereichen: - Allgemeiner Vergleich zwischen DNA und RNA sowie den Ionisierungsmethoden nano-ESI und MALDI - Quantitative Untersuchung des Einflusses des Salzgehaltes und der Aufreinigung der Probe auf das Spektrum - Grundlegende Vorraussetzungen zum spezifischen Nachweis nichtkovalenter Komplexe mittels Massenspektrometrie (MS) Dabei zeigte sich beim massenspektrometrischen Vergleich von DNA mit RNA, dass die RNA stets eine höhere Stabilität aufweist, wobei diese bei beiden Oligonukleotiden mit steigender Kettenlänge abnimmt. Gleichzeitig erhöht sich mit steigender Kettenlänge die Tendenz zur Kationenanlagerung im Spektrum. Um diese Anlagerungen zu unterdrücken, ist die Verwendung von ammoniumhaltigen Zusätzen ist bei der MS stets erforderlich. Bei MALDI haben die Matrices einen großen Einfluss auf das Fragmentierungsverhalten der Proben. Für die Oligonukleotide konnte daher folgende Einteilung der Matrices von „hart“ nach „weich“ getroffen werden: HCCA > DHB > THAP ungefähr gleich ATT > HPA. Bei der Untersuchung von Oligonukleotiden mittels nano-ESI konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von Quarzkapillaren der Verwendung von Glaskapillaren vorzuziehen ist, da mit Quarz die Anlagerungen der Kationen im Spektrum deutlich unterdrückt werden. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Erhöhung des Drucks in der ersten Druckstufe zu einer schonenderen Desolvatisierung und damit zu einer deutlich verbesserten Nachweisgrenze führt. Bei der quantitativen Untersuchung des Salzeinflusses konnte eine maximale Salzkonzentration ermittelt werden, bei der eine massenspektrometrische Untersuchung von DNA und RNA noch möglich ist. Dabei hat sich gezeigt, dass bei direktem Vergleich nano-ESI 1000fach empfindlicher auf Salzverunreinigungen reagiert als MALDI. Generell lässt sich sagen, dass RNA eine höhere Tendenz zur Kationenanlagerung besitzt als DNA, wobei sich dieser Effekt mit steigender Kettenlänge verstärkt und bei nano-ESI deutlicher auftritt als bei MALDI. Das hat zur Folge, dass bei RNA ein höherer Aufreinigungsgrad notwendig ist, um im Vergleich zu DNA vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Dem entsprechend wurden neben der Aufreinigungsmethode mittels Ionenpaar-HPLC auch verschiedene Pipettenspitzen, die mit Chromatographiematerial gefüllt sind, zur Aufreinigung verwendet. Mit beiden Methoden konnte eine vergleichbare Reduktion der Kationenanlagerungen im Spektrum erreicht werden, wobei klar ist das die Verwendung von Pipettenspitzen die zeit- und kosteneffizientere Lösung darstellt. Durch ein neuartiges Aufreinigungsprotokoll für Pipettenspitzen konnte der Zeitaufwand noch einmal deutlich reduziert werden. Für die Untersuchung nichtkovalenter Oligonukleotid-Komplexe wurden „native“ Bedingungen gefunden, bei der die native Struktur des Komplexes soweit erhalten bleibt, dass ein spezifischer Nachweis mittels nano-ESI möglich ist. Diese Bedingungen stellen einen Kompromiss zwischen einerseits der Stabilität des Komplexes in Lösung und andererseits den optimalen Bedingungen für die Elektrospray-Ionisierung dar. Die erste untersuchte Komplexklasse waren Oligonukleotid-Dimere. Es wurden verschiedenste DNA-, RNA- sowie DNA-RNA-Hetero-Dimere mit Bindungsenergien zwischen 0 und -22,1 kcal/mol mittels nano-ESI vermessen. Es wurde eine klare Grenze ermittelt, bei der die Detektion nichtkovalenter Komplexe möglich ist. Spezifischen Dimere können im Spektrum nur dann detektiert werden, wenn deren Bindungsenergie mindestens -11,5 kcal/mol oder mehr beträgt. Als zweite Gruppe wurden Oligonukleotid-Dimere mit „Minor Groove Binding Ligands“ (MGBLs) mittels nano-ESI untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die MGBLs spezifisch und in der entsprechenden Bindungsstöchiometrie an DNA-Dimere binden. Für einen neusynthetisierten Ligand konnte erstmals die Bindungspräferenz an DNA-Dimere mit der Massenspektrometrie bestätigt werden. In allen Fällen wurde keine unspezifische Bindung an RNA-Dimere oder DNA-RNA-Hetero-Dimere beobachtet. Als letztes wurden RNA-Aminoglykosid-Komplexe mit nano-ESI untersucht. Hierbei konnten nur teilweise spezifischen Komplexe im Spektren nachgewiesen werden, da die Bindungsenergie einiger Komplexe deutlich unterhalb der Nachweisgrenze von -11,5 kcal/mol lag. Alle genannten nichtkovalenten Komplexe wurden auch mittels MALDI vermessen, allerdings konnten keine spezifischen Komplexe nachgewiesen werden. Durch direkten Vergleich von MALDI mit nano-ESI und entsprechende Kontrollexperimente konnte erstmals gezeigt werden, dass die nichtkovalenten Komplexe nicht wie vermutet während der MALDIKristallisation zerstört werden. Viel mehr werden die Komplexe im MALDI-Kristall unzerstört eingebaut und eine Zerstörung erfolgt erst während des Desorptions-/Ionisationsprozesses. Es besteht die berechtigte Vermutung, dass bei stärker bindenden Komplexen eine unzersetzte Ionisation mittels MALDI erfolgen kann. Daher sind weitere Untersuchungen in diese Richtung sinnvoll und es werden zur Zeit Komplexe, deren Bindungsenergie weit über -22,1 kcal/mol liegt, in der Arbeitsgruppe untersucht. Abschließend ist festzustellen, dass die Massenspektrometrie eine schnelle und effiziente Möglichkeit zur Analyse von DNA und RNA ist, die allerdings einen hohen Anspruch an die Sauberkeit und damit an die Aufreinigung der Probe stellt. Darüber hinaus ist die MS auch in der Lage nichtkovalente Oligonukleotid-Ligand-Komplexe zu untersuchen. Da in den letzten Jahren DNA und RNA als mögliches Zielmolekül für neue Therapieansätze mehr und mehr an Bedeutung gewonnen haben, bietet sich die Massenspektrometrie als eine Möglichkeit zur Analyse von Oligonukleotid-Wirkstoff- Komplexe an.
In dieser Arbeit wurde der Gentransfer von Todesliganden als Ansatz zur Tumor-Gentherapie untersucht. Dazu wurde ein lentiviraler Vektor der zweiten Generationverwendet, der die Todesliganden CD95L oder TRAIL sowie das Markergen EGFP exprimiert. Dies ist die erste Beschreibung von CD95L- oder TRAILexprimierenden lentiviralen Vektoren. Der TRAIL-exprimierende Vektor erwies sich als geeignet für die therapeutische Induktion von Apoptose in humanen Tumorzelllinien auch bei geringen Vektordosen. Die Transduktion mit diesem Vektor bei niedriger MOI führte zu Todesrezeptor-spezifischer Induktion von Apoptose. Diese wurde ausschließlich durch membranständiges TRAIL bei Zell-Zell-Kontakt vermittelt. Die transduzierten Zellen waren zudem in der Lage, bei Kontakt mit nichttransduzierten Zellen in diesen Apoptose auszulösen. Durch den TRAIL-Gentransfer wurde jedoch spezifisch in den transduzierten Zellen Resistenz gegen TRAIL-induzierte Apoptose ausgelöst, während die CD95- oder Cisplatin-induzierte Apoptose nicht beeinflusst war. Dies führte zum Auswachsen einer vollständig TRAIL-resistenten Population. Bereits 72 Stunden nach Transduktion konnten Anzeichen der Resistenz detektiert werden. Der Grund für diese Resistenzinduktion lag in einer spezifischen Blockade der DISC-Bildung und Caspase-8-Aktivierung durch die TRAIL-Todesrezeptoren. Die Signaltransduktion durch den sehr ähnlichen CD95-Signalweg war gänzlich unbeeinflusst. Durchflusszytometrische und proteinbiochemische Untersuchungen der Expression von TRAIL-R1 und TRAIL-R2, sowie die Untersuchung der mRNA-Expression dieser Rezeptoren ergaben, dass beide TRAIL-Todesrezeptoren noch synthetisiert, jedoch intrazellulär zurückgehalten wurden. In fluoreszenzmikroskopischen Versuchen konnte gezeigt werden, dass TRAIL-R2 intrazellulär in einem Komplex mit TRAIL vorlag, der sich im Bereich des ER/Golgi-Apparates befand. Diese Ergebnisse belegen, dass intrazelluläre Interaktion von TRAIL mit seinen Rezeptoren zur Retention dieser Proteine in der Zelle und damit zur Resistenzentwicklung führte. Bei Versuchen zur in vivo-Gentherapie durch lentivirale TRAIL-Expression in humanen Tumortransplantaten auf Nacktmäusen wurde nur ein transienter Effekt erzielt. Es konnte gezeigt werden, dass mit Vektorpartikeln assoziiertes TRAIL-Protein in den Tumoren Apoptose auslöste. Diese Induktion von Apoptose führte zu einer Wachstumsverzögerung. Dadurch wurde jedoch gleichzeitig eine effiziente Transduktion der Tumorzellen mit dem TRAIL-exprimierenden Vektor und ein langfristiger Effekt der TRAIL-Expression verhindert. Diese Ergebnisse zeigen, dass lentiviraler Gentransfer mit konstitutiv TRAIL-exprimierenden Vektoren ungeeignet zur in vivo-Transduktion von Tumoren ist. Gleichzeitig belegen die Ergebnisse der Transduktion mit einem Kontrollkonstrukt einen effizienten Gentransfer. Der hier charakterisierte Resistenzmechanismus ist zuvor nicht beschrieben worden und stellt eine neuartige Form der Therapie-induzierten Resistenz dar. Die proapoptotische Gentherapie durch konstitutive TRAIL-Expression in Tumoren muss nach diesen Ergebnissen neu bewertet werden. Der lentivirale Gentransfer in Tumore in vivo läuft prinzipiell effizient ab. Bei Verwendung eines regulierbaren Expressionssystems und in Kombination mit Suizidgenen könnte eine therapeutische Nutzung des lentiviralen TRAIL-Gentransfers möglich sein.
Seit Jahren liegt die Frühgeburtenrate auf gleichbleibend hohem Niveau mit teilweise sogar leichtem Anstieg. Ursächlich ist ein überproportionaler Anstieg „sehr früher“ Frühgeborener bis 32. SSW auf etwa 3% aller Geburten. Auf sie entfallen 50% aller perinatalen Todesfälle und sie haben ein hohes Risiko für Folgeschäden. 1/3 aller Frühgeburten werden durch einen vorzeitigen Blasensprung ausgelöst. Eine infektiöse Pathogenese ist häufig, hier besteht eine Möglichkeit zur Prävention und somit zur Senkung der Frühgeburtenrate insgesamt. Dieser Gruppe gebührt besondere Beachtung. In der vorliegenden Arbeit erfolgte eine retrospektive Auswertung der Geburtsjahrgänge 1996 bis 2000 am Klinikum Offenbach. Einschlusskriterien waren ein früher vorzeitiger Blasensprung (pPROM) und ein Gestationsalter bis 32. SSW. Mütterliche Risikofaktoren, prä- und peripartales Management sowie neonatale Morbidität und Mortalität wurden analysiert. Merkmal dieser Hochrisikoschwangeren waren ein niedrigen sozialen Status und besonders folgende geburtshilfliche Auffälligkeiten: Mehrlinge, Sterilitätsbehandlung und vaginale Blutungen in der jetzigen Schwangerschaft oder mehrere operative Eingriffe an der Zervix (Abort/ Abruptio/ Konisation/ Cerclage), Frühgeburten und Infans mortuus in der eigenen Anamnese. Nach Frühgeburt ist der Fet durch seine mangelnde Reife einer erhöhten kindlichen Mortalität und Morbidität ausgesetzt. Durch die vorliegende Arbeit sollte geklärt werden, ob ein pPROM dieses „Outcome“ weiter verschlechtert. Ein genereller Trend zu schlechteren Überlebensraten nach pPROM war anhand der ausgewerteten Daten nicht ersichtlich. Es überlebte kein Kind vor der 25. SSW. Ab der 26. SSW/ 750g überlebten 2/3, ab der 30. SSW/ 1000g überlebten mehr als 90%. Die Peri- und Neonatale Mortalität betrugen in der Gewichtsklasse 1000-1499g jeweils 4,8%, oberhalb der 28. SSW jeweils 7,8% und unterhalb der 28 SSW/ 1000g 49% bzw. 51%. Ein Vergleich mit der Literatur ist schwierig, weil deren Ergebnisse sehr differieren. Ein pPROM war kein unabhängiger Risikofaktor für die Entwicklung einer Bronchopulmonalen Dysplasie (BPD), einer Nekrotisierenden Enterokolitis (NEC) und einer Frühgeborenenretinopathie (ROP). Inzidenz und Schweregrad wurden durch das postpartale Management entscheidend beeinflusst. Entgegen der Literatur entwickelte kein einziges Kind Extremitätenkontrakturen durch ein länger bestehendes Oligo-/ Anhydramnion. Nur ein Mädchen verstarb an einer Lungenhypoplasie. Die Inzidenz einer schweren Intrazerebralen Hämorrhagie (ICH) unterhalb der 28. SSW lag bei 12,5–20%. Dies entspricht den nationalen Neonatalstatistiken. Zwischen der 28. und 30. SSW kam es aber, entgegen der drastischen Verringerung der Inzidenz in der Literatur, zu einem Anstieg auf 17,9%. Eine „mäßig frühe Frühgeburt“ hatte somit ein besonders hohes Risiko für ICH. Da eine Barriere aus intakter Eihaut fehlt, ist der weitere Verlauf der Schwangerschaft durch die mögliche Aszension genitaler Keime gekennzeichnet. In der Gewichtsklasse < 1000g fiel eine gewisse Schutzfunktion durch ein beginnendes Amnioninfektionssyndrom auf. Trotz einer Zunahme neonataler Sepsisfälle sank die Inzidenz schwerer ICH, eines schweren Atemnotsyndroms und einer BPD. Auch die Überlebensrate war höher als in der Vergleichsgruppe (40,6% vs. 36,8%). Für Kinder ab 1000g bedeutete es jedoch eine Prognoseverschlechterung mit einem höheren Risiko für bleibende Behinderungen. Bei einer Blasensprungdauer ab 169h stieg das Risiko der Entwicklung einer postnatalen Sepsis oder Pneumonie rapide auf 20,8% / 33,3% an. Damit verbunden verdoppelte sich das Risiko für ICH auf 16,7% und vervierfachte sich die Inzidenz einer BPD auf 25%. Das handicapfreie Überleben war gefährdet. Eine Verlängerung der Latenzzeit über 169h/ 7d kann anhand dieser Daten, insbesondere ab der 30. SSW/ 1000g, nicht befürwortet werden. Im Kollektiv < 1000g vermochte eine abgeschlossene RDS-Prophylaxe die Sterblichkeit von 61,1% auf 51,9% zu senken. Die Inzidenz für eine „schwerwiegende Erkrankung“ (42,9% vs. 30,8%) und für ICH (14,3% vs. 0%) fiel ebenso. Entgegen der internationalen Literatur entwickelten diese Kinder aber mehr chronische Lungenschäden im Sinne einer BPD (30,8% vs. 14,3%) oder eine ROP (23,1% vs.14,3%). Eine präpartale Antibiose hatte nur für die Gewichtsklasse < 1000g einen Überlebensvorteil (46,9% vs. 76,9%). In Anbetracht der überproportional hohen Inzidenz schwerwiegender Folgeerkrankungen relativierte sich dieser Vorteil jedoch. Die Chance „ohne Handicap“ zu überleben unterschied sich deutlich geringerer (31,3% vs. 23,1%). Ein pPROM bedeutet, durch ein geeignetes geburtshilfliches Management, keine Prognoseverschlechterung. Besser wäre es aber die Möglichkeiten einer primären und sekundären Prävention zu nutzen.